燃烧无烟煤循环流化床锅炉的设计
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文章编号:100428774(2010)02210203作者简介:李斌(1963-),副总工程师,主要从事锅炉、热能环保产品的开发。
燃烧无烟煤循环流化床锅炉的设计收稿日期:2009208210李 斌(河南开封得胜锅炉股份有限公司,开封475002) 摘 要:从无烟煤的特性,说明了循环流化床锅炉燃烧无烟煤的设计特点,并通过某型循环流化床锅炉,阐述无烟煤在循环流化床锅炉上的燃烧应用。
关键词:无烟煤;热容积;设计中图分类号:TK229.6+6 文献标识码:ADesi gn of Anthrac ite -coal -fi red CFB BoilerL IB in(Henan Kaifeng Desheng Boiler L im ited Company,Kaifeng 475002,China ) Abstract:Based on the characteristic of anthracite coal,intr oducecl the design characteristics of CF B boiler combust 2ing anthracite coal,and thr ough one case t o elaborate the app licati on of anthracite -coal in CF B Boiler .Key words:an thrac ite coa l ;hot capac ity;desi gn0 概述无烟煤的煤龄最长,碳化程度深,含碳量高,煤质硬,挥发分含量较低,挥发分析出温度也较高,这类煤着火较困难,不易燃尽,燃烧时容易爆裂。
采用链条炉燃烧无烟煤,其热效率普遍不高。
对于无烟煤的燃烧,我们采用循环流化床燃烧方式取得了非常好的效果,体现了循环流化床锅炉在燃用无烟煤上的诸多优点。
我公司在循环流化床锅炉燃烧无烟煤上积累了许多经验,并且有多种规格的循环流化床锅炉在各地运行。
2006年10月福建泉州某公司招标2台10t/h 循环流化床锅炉,由于其煤种的特殊性及用户的特殊要求,经过对各个锅炉厂家提出的方案评审,最终选择了我公司的10t/h 循环流化床锅炉方案。
中标后整个锅炉的方案都是围绕着无烟煤的特殊性而定,该锅炉安装运行后状态良好,达到了设计要求。
1 锅炉燃料特性煤种福建无烟煤水分8.5%灰分26.4%挥发分2.4%固定碳65.1%发热值22302kJ /kg 煤粒大小 >0.8c m20.2% 0.09～0.8c m 59.6% <0.09c m20.2%该煤是一种福建本地产的无烟煤,挥发分(V y)较低,最低时只有1.7%,最高时也仅有3.4%。
从该煤种的水分、挥发分、固定碳来看,其通用着火特性指标F z =0.77,是一种难燃煤。
因此,在锅炉的设计中必须遵循一个原则,就是保证煤的充分燃烧,减小煤的不完全燃烧损失,提高锅炉的热效率。
另外,从煤的颗粒度来看,该煤颗粒较小,细粉及小颗粒占大多数。
在设计时也要同时考虑此特点,保证无烟煤的正常高效燃烧。
2 锅炉技术特点2.1 锅炉技术规范额定蒸发量10t/h 额定蒸气压力1.25MPa 额定蒸汽温度194℃一二次风温度30℃给水温度104℃排烟温度160℃热效率84%设计燃料粒度要求0～8mm脱硫剂石灰石(粒度0～2mm )安装后最大外形尺寸:1 工 业 锅 炉 2010年第2期(总第120期)9342×5180×11600(长×宽×高)mm 2.2 锅炉结构特点(1)燃烧系统①流化床及炉膛锅炉采用绝热的流化燃烧室。
燃料经过炉前部的螺旋输煤机进入流化床内,在流化床内沸腾燃烧(如图1)。
图1 锅炉整体结构图由于煤种挥发分低,难于着火,我们在锅炉设计时针对煤的自身特点,对锅炉的某些结构进行了特殊的处理,保证了无烟煤的高效燃烧,使锅炉负荷能达到用户的要求。
具体措施如下。
首先,增加燃烧室绝热段高度。
在流化床的设计上,我们将流化床燃烧绝热段设计得较高,增大流化床的容积,这样可以较好地维持锅炉运行时流化燃烧室内的温度,使其温度保持在一个较高的水平,有利于无烟煤的着火燃烧,提高煤的燃烧效率。
从目前锅炉运行来看流化床内温度一般为980～1005℃,对于无烟煤的燃烧,这个温度是一个非常好的运行温度,既不会结焦,又保持了煤的高效燃烧。
其次,选取适当的流化烟速。
由于煤的细粉及小颗粒占大多数,在设计时我们降低了流化床内的烟气流速,这主要为了减少细粉颗粒的带出,延长细粉颗粒在炉膛内停留时间,使其充分燃烧。
在设计时我们将流化床内速度控制在4m /s 左右,从目前来看此流化速度还是比较合适的。
对于燃烧无烟煤的流化床的烟气流速,具体选取多高的数值为好,还要根据无烟煤的颗粒大小、细粉多少来定,不能一概而论。
无烟煤的燃烧颗粒一般较烟煤小,我们要求不大于8mm 。
对于燃烧无烟煤的循环流化床锅炉,为了保证煤的高效燃烧,就要使流化床内的温度维持在一个较高的水平上。
主要采取两种方式,一种增大流化床截面积,另一种是增加流化床绝热段的高度。
我们认为增加绝热段高度是最好的方式。
因为,流化床的截面确定了流化床内的流化速度,为了保证流化床内物料的正常流化,截面积不可能无限增大。
有的厂家在设计时,把流化床截面积增加得很大,为保证流化床内的物料能正常流化,势必要加大一次风量,减少二次风,这就会影响流化床的正常燃烧,造成炉膛内煤粒的燃烧时间缩短,不完全燃烧增加,飞灰中可燃物的增加,在一定程度上影响了锅炉的热效率。
如果流化床截面过量加大,非常容易造成流化床内物料流化不均,尤其是在低负荷运行状态下更明显。
再者,提高炉膛高度。
由于无烟煤是一种难燃煤种,在锅炉炉膛的设计中,我们还加大了锅炉炉膛的高度,即提高了锅炉烟气的出口高度,这种设计也是尽可能地延长煤粒在炉膛内的燃烧时间,有利于煤的充分燃尽。
由于炉膛的加高,为炉膛水冷壁的布置预留了很大空间,在炉膛受热面的布置上有别于其他炉型,使炉膛的温度容易调节,保证炉膛出口烟气温度不会超温,防止由于旋风分离器和返料器内的温度过高而产生高温结焦。
该锅炉运行时,烟气出口温度能较好地控制在920～970℃之间。
②分离装置锅炉的烟气分离装置我们采用绝热的高温旋风分离器,设置数量为一个,它布置在炉膛出口,炉膛内的高温烟气切向进入高温旋风分离器,将烟气中的颗粒分离下来。
该种分离器分离效率高,运行较为可靠,是目前循环流化床锅炉常用的一种高温烟气分离装置。
此高温旋风分离器由耐火砖或耐火浇筑料制成,没有设置水冷夹套,从目前运行情况来看还是非常可靠的。
③返料装置锅炉的返料器我们采用U 形阀结构形式。
返料器布风装置采用风帽式,下部采用一个风箱为返料器的松动段和返料段同时送风,我们对返料段和松动段的风帽进行了特殊的设计,保证了返料器安全可靠的返料。
(2)一二次风的布置及比例该锅炉布置有一次风和二次风。
一次风从一次风箱,经过布风装置进入炉膛,一次风箱为等压风箱,使流化床布风更加均匀、流化床内物料流化质量更好。
由于该锅炉额定负荷为10t/h,锅炉容量较小,没有设置空气预热器,一次风为冷风,11・研究与开发・ 燃烧无烟煤循环流化床锅炉的设计由一次风机经风道直接送入流化燃烧室。
对于无烟煤的燃烧,锅炉本身最好设置空气预热器,将一次风加热到一定的温度,这样可有效地提高流化床内的温度,稳定燃烧,提高煤的燃烧效率。
我公司负荷较大一点的锅炉,在燃用无烟煤时,都设置了空气预热器,它对提高煤的燃烧效率起着很大的作用。
二次风从流化床上部进入,采用的也是没有被加热的冷风,布置方式为前后墙单层相对布置,喷口向下倾斜,这种布置方式既能加强扰动又能压制细小颗粒的流动,延长其在炉膛内的燃烧时间,提高煤的燃烧效率。
对于无烟煤,二次风喷口距布风板的布置高度不宜太高,高度要适当,太高容易造成流化床下部温度过高而产生高温结焦,再一个布置太高还使锅炉负荷难以提升,但布置得也不能太低,太低又容易过多地将细粉颗粒带出流化床,甚至进入后部受热面,影响颗粒的燃尽。
一二次风的布置一定要和流化床绝热段的高低、截面积的大小相匹配,达到很好的结合,才能保证无烟煤的高效燃烧。
对于不同的煤种,一二次风的比例是不一样的。
一般情况下,烟煤一二次风的比例为(50%～70%)ζ(50%～30%)。
对于无烟煤,一二次风的比例一般为(50%～60%)ζ(50%～40%),一次风所占的比例较烟煤少些。
(3)水冷系统该锅炉水冷系统包括炉膛受热面、对流受热面、省煤器加热受热面。
炉膛受热面采用无埋管的光管水冷壁,它布置在炉膛的四周。
炉膛内的水冷壁主要依靠与物料的热传递和通过热辐射进行换热。
对流受热面及省煤器,都是常规的对流管束和铸铁省煤器,与其它普通锅炉没有什么不同。
3 锅炉运行状况用户在锅炉的使用过程中,其负荷是随着生产的用气量大小而变的,锅炉各种运行参数也是随着负荷的大小而变的。
锅炉负荷3.5～12t/h蒸汽压力0.7～1.13MPa排烟温度130～165℃流化床内温度980～1005℃炉膛出口温度920～970℃炉膛压力-30Pa从锅炉的运行参数来看,锅炉负荷调节性能还是比较好的,最低负荷可达3.5t/h,最高负荷为12 t/h。
这说明了锅炉本身的调节范围较大,对于负荷需要变化较大的用户来说,该锅炉非常实用。
从锅炉的灰渣颜色来看,灰渣含碳量较低。
说明无烟煤的燃烧还是比较完全的,但是,因没有对锅炉进行热工测试,灰渣的含碳量无法准确得到。
从锅炉整个运行状况和用户的反映来看,锅炉基本达到了设计要求,满足了用户的要求。
4 结论循环流化床锅炉燃烧无烟煤时,在设计上,其结构与燃烧其它煤种锅炉是不一样的,我们要根据其煤种的特殊性来考虑,必须保证无烟煤的及时和充分燃烧,减少煤的不完全燃烧热损失,提高燃烧效率。
实现高效燃烧的有效手段包括增大流化床的容积,选取合适的流化烟速,恰当的燃烧室绝热段高度,维持流化床内的温度,合理地布置一二次风及其比例,增加炉膛高度,延长炉膛内煤粒的燃烧时间。
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