高、低混合流速循环流化床锅炉的应用

汤 澄 何相助

(1.江苏省特种设备安全监督检验研究院江阴分院， 江苏 江阴 214434； 2.湖南省节能中心， 湖南 长沙 410007)

高、低混合流速循环流化床锅炉的应用

汤 澄1何相助2

(1.江苏省特种设备安全监督检验研究院江阴分院， 江苏 江阴 214434； 2.湖南省节能中心， 湖南 长沙 410007)

介绍了一种高效高、低混合流速循环流化床锅炉的原理，技术特点及其工程应用。新型高效循环流化床锅炉吨汽有效容积随挥化份而变化，选取了合理的有效容积，且设计分离器阻力小于800 Pa。实践表明：新型锅炉热效率88%～91%，飞灰含碳量低至3%～5%，飞灰200目过筛率达88%。

高低混合流速循环流化床锅炉； 高温水冷分离器； 吨汽有效容积

0 前言

我国燃煤工业锅炉容量小、数量大、布点分散，难以集中治理污染。这些锅炉普遍采用链条炉，热效率较低，污染物排放较高。据不完全统计，目前全国在用工业锅炉50多万台，约180万t/h。其中，燃煤锅炉约48万台，占工业锅炉总容量的85%左右，平均容量3.4 t/h，每年消耗原煤约4亿t。这些锅炉平均运行效率仅为60%～65%，比国外先进水平低15%～20%，每年排放烟尘约200万t，SO2约700万t，CO2近10亿t，是仅次于火电厂的第二大煤烟型污染源。近年来，一些地方大力推进燃气、燃油锅炉替代燃煤锅炉，但由于天然气供应量有限、燃油锅炉成本高等原因，难以大规模实施。因此，急需用高效清洁燃烧技术对这些小型电站锅炉进行升级改造。

高效高、低混合流速燃煤循环流化床锅炉具有煤种适应性广、热效率高、NOx排放低、可实现炉内脱硫等特点。更重要的是其可以燃用煤矸石、炉渣、污泥，飞灰来做粉煤灰，做到资源综合利用，所以该技术越来越引起人们的重视。国家“十二五”节能环保产业发展规划中把流化床锅炉作为重大节能技术与装备产业化工程之一列为八大重点工程之首。

1 高、低混合流速循环流化床锅炉原理

该锅炉的炉膛上部截面积小，燃烧介质流动速度为高流速；炉膛下部截面积大，燃烧介质流动速度为低流速，所以称为高、低混合流速循环流化床锅炉。

高、低混合流速循环流化床锅炉[2-3]组成如图1所示。它用膜式壁将整体炉膛分为三段：炉膛、第一燃烬段及第二燃烬段。炉膛下部平面尺寸较大，上部平面尺寸较小，下部设置埋管。炉膛、第一燃烬段、第二燃烬段三段组成了高温U型分离器。

1-炉壁；2-整体炉膛；3-布风板；4-风室；5-汽包；6-过热器；7-高温省煤器；8-分离器；9-低温省煤器；10-空气预热器；11-U形阀；12-返料管；13-膜式壁；14-炉膛；15-第一燃烬段；16-第二燃烬段；17-埋管图1 高、低混合流速循环流化床锅炉原理

物料由破碎机破碎成一定粒度的颗粒，再由给煤机送入炉膛。物料送入炉膛后由布风板支撑，从一次风机来的一次风通过风室由风帽以一定速度喷出，对物料进行流化，物料中的细颗粒被吹到炉膛上部。由于炉膛上部截面积逐渐缩小，烟气速度逐渐加快，部分细颗粒随烟气流出炉膛。烟气通过高温U型分离器分离下来大部分细颗粒，由返料装置送回炉膛。燃烧过程中产生的大量高温烟气经过过热器和高温省煤器后，在锅炉尾部通过中温多管分离器，未燃烬细颗粒能进一步被分离下来，之后经过回送阀送入炉膛。烟气随后经过低温省煤器和空气预热器，经除尘器除尘后，由引风机经烟囱排向大气。

2 高、低混合流速循环流化床锅炉技术特点

传统循环流化床锅炉理论存在四个误区：

(1)炉膛根据不同的煤种设计，只有定性分析，没有定量计算；(2)分离器分离效率热态下无法监测；(3)对于打破灰包碳的机理没有充分论述；(4)用炉内烟气停留时间来评价热效率过于理论化，缺乏现场可操作性。由此通常会得出：高速床热效率高、低速床热效率低；小吨位锅炉热效率低、大吨位锅炉热效率高的结论。过分强调循环倍率会使炉内高速流对炉膛造成严重磨损，影响锅炉长期稳定运行。

锅炉吨汽有效容积是指从布风板风帽小孔中心线到炉膛出口中心线，当炉膛温度高于850 ℃(无烟煤高于930 ℃)的容积除以锅炉的吨位。对约500台循环流化床锅炉运行数据的统计研究发现：不论何煤种、不论高速床、低速床锅炉，要达到燃烧效率大于99%、NOx排放小于200 mg/m3，须满足如下三个条件：

(1)锅炉吨汽有效容积大于β4.2045v-0.125(其中v为煤的干燥基挥发分，β为蒸汽参数修正系数，对工业锅炉近似取1)。满足这点即可保证煤粒在炉膛内的停留时间，不同挥发分锅炉吨汽有效容积最小值如表1所示。

表1 不同挥发分锅炉吨汽有效容积最小值

(2)分离器分离的灰粒径小于0.08 mm的大于80%，要求分离器阻力小于800 Pa。

(3)切向旋转燃烧，可以打破灰包碳，有利碳的燃烬。高温水冷旋风分离器可实现气流切向旋转，速度达20 m/s以上，且可在850 ℃以上环境下工作。该装置是当今循环流化床锅炉的先进分离器形式。分离器的水冷结构，既是锅炉蒸发受热面的一部分，同时又保护了分离器免受高温烟气烧坏，使其使用寿命及检修周期都大幅延长。分离器、料斗与锅炉为一个整体，一方面解决分离器与炉膛的膨胀与密封问题，另一方面使锅炉结构紧凑、占地面积小，即充分利用锅炉原有构架及空间，把高速床无法利用的炉膛与分离器之间的空间利用起来，提高炉膛的有效容积，延长烟气停留时间。分离器内的气流旋转运动可以打破灰壳，使碳粒子能很好的与氧接触发生强烈的二次燃烧，降低飞灰含碳量。

3 高、低混合流速循环流化床锅炉应用实例

该技术可用来设计2～240 t/h的新锅炉，也可将低效流化床和链条炉及煤粉炉改为带高温水冷分离器的高、低混合流速循环流化床锅炉，目前江苏已有数十台成功应用实例。部分应用实例如表2所示。

表2 部分应用实例

4 结束语

高、低混合流速循环流化床锅炉克服了现有高速循环流化床锅炉热效率低、磨损高等缺点，其热效率高达88%，飞灰含碳量低至3%～5%。而且高、低混合流速循环流化床锅炉已经在全国20多个省市200余台锅炉得到推广应用，效果显著。目前，湖南省节能中心已可生产10～130 t/h的高低混合流速循环流化床锅炉。该锅炉在链条炉和低效流化床锅炉节能改造和新锅炉设计等场合具有竞争力、生命力。

[1] 岑可法. 循环流化床锅炉理论设计与运行[M]. 北京：中国电力出版社,1998.

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Application of Circulating Fluidized Bed Boiler Mixed High and Low Velocity

TANG Deng HE Xiang-zhu

This paper introduces the working principle, technical characteristics and engineering application of a circulating fluidized bed boiler mixed high and low velocity with high efficiency temperature water-cooled separator. The effective volume per ton steam of the new efficient circulating fluidized bed boiler is different according to volatile matter, so select reasonable effective volume and reasonable design of separator, make the separator resistance less than 800 Pa and organize air flow swirling. Practice shows that: the new boiler thermal efficiency is 88%～91%, carbon content of fly ash is as low as 3%～5% and separator ash 200 mesh sieve rate is 88%.

circulating fluidized bed boiler mixed high and low velocity; high temperature water-cooled separator; effective volume per ton steam

2014-08-01

汤澄(1983—)，男，广西南宁人，硕士，高级工程师，主要从事循环流化床锅炉设计技术研发工作。

TK229.6+6

B

1008-5122(2014)06-0025-03