從設(shè)計角度分析摻燒煤氣對CFB鍋爐的影響

從設(shè)計角度分析摻燒煤氣對CFB鍋爐的影響（包頭市供暖經(jīng)營管理處，內(nèi)蒙古包頭014000）摘要：文章介紹了摻燒煤氣會對循環(huán)流化床鍋爐產(chǎn)生的影響，并且在鍋爐的整體設(shè)計中給予考慮并予以消除。關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐；煤氣；燃燒方式；設(shè)計中圖分類號：TK227.1文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1007—6921（XX）03—0300—01高爐、焦?fàn)t煤氣因其CO、N2含量不符合城市燃氣標(biāo)準(zhǔn)（熱值低），從充分利用能源和保護環(huán)境的要求出發(fā)，適于直接在鍋爐中摻燒。循環(huán)流化床鍋爐摻燒煤氣是能源利用和環(huán)境保護很好的結(jié)合方式。這種混燃鍋爐采用循環(huán)流化床燃燒方式，煤種適應(yīng)性好，燃燒效率可達98%，尤其可燃用含硫較高的燃料，通過向爐內(nèi)添加石灰石，能顯著降低SO2和NOX的排放，降低硫?qū)υO(shè)備的腐蝕和煙氣對環(huán)境的污染。本文以1臺50tPh新型循環(huán)流化床混燃鍋爐為例，討論了摻燒高爐、焦?fàn)t煤氣，對按純?nèi)济涸O(shè)計的鍋爐產(chǎn)生的影響，心臟在鍋爐設(shè)計中采取的有針對性的措施。該鍋爐是一種自然循環(huán)的水管鍋爐，采用由蝸殼式旋風(fēng)分離器組成的循環(huán)燃燒系統(tǒng)，爐膛為膜式水冷壁結(jié)構(gòu)，過熱器分高、低兩級過熱器，中間設(shè)噴水減溫器。尾部設(shè)一組蒸發(fā)器、二級省煤器和一二次風(fēng)預(yù)熱器。其主要參數(shù)如下:額定蒸發(fā)量：50tPh；額定蒸汽壓力：5129MPa；額定蒸汽溫度：485°C；給水溫度:150°C；排煙溫度:150°C；設(shè)計燃料：煙煤+30%煤氣；設(shè)計熱效率：88%；設(shè)計脫硫效率：90%；分離器分離效率：99 15%；煙煤應(yīng)用基低位發(fā)熱量：20020kJP/kg；煤氣應(yīng)用低位發(fā)熱量:5609kJP/kg。1燃料特性純?nèi)济貉h(huán)流化床鍋爐如果不改變結(jié)構(gòu)，摻燒煤氣會對鍋爐產(chǎn)生以下不利的影響：1.1爐膛稀相區(qū)傳熱系數(shù)降低摻燒煤氣引起爐膛稀相區(qū)氣流增加，氣體流速增大，固體顆料濃度降低。從爐膛到受熱面的傳熱系數(shù)受床料影響十分強烈，在相同顆粒條件下，爐膛與受熱面之間的傳熱系數(shù)隨氣流中固體顆粒的試驗數(shù)據(jù)并進行了理論分析后認(rèn)為，傳熱系數(shù)和截面平均顆粒濃度的0.5次方成正比，顆粒濃度越低，傳熱系數(shù)越小?；旌厦簹鉄嶂档?，含有大量廢氣(N2%>40%)，也會降低爐膛稀相區(qū)的傳熱系數(shù)。爐膛稀相區(qū)傳熱系數(shù)低、煙焓高、煙氣量大，過量的熱量帶到尾部，尾部受熱面吸熱量增加，蒸汽溫度升高，省煤器沸騰度超標(biāo)，工作條件惡化，使用壽命縮短。鍋爐排煙溫度升高，熱效率降低。1.2旋風(fēng)分離器分離效率降低，脫硫效率降低，尾部受熱面磨損嚴(yán)重爐膛中摻燒煤氣，則進入旋風(fēng)分離器的氣流量增大，切向進口風(fēng)速明顯增加。進口氣速過高，氣流湍流度增加，顆粒反彈加劇，二次夾帶嚴(yán)重，分離效率反而降低。同時，隨著固體濃度的減小粉塵的凝聚與團聚性能下降，使得較小塵粒分散，不易捕集，大顆粒對小顆粒的攜帶作用減弱，從而使分離效率減弱。另外，進口氣速過高，壓力損失大大增加，能量損耗太大，加速了分離器本體的磨損，使運行壽命縮短。加入爐膛中的石灰石顆粒被二次夾帶，與大量的同粒徑的顆粒一起進入尾部。脫硫劑損失，脫硫效率下降。同時，大量大粒徑顆料隨高速煙氣在尾部沖刷受熱面，造成嚴(yán)重磨損。2設(shè)計應(yīng)對措施2.1鍋爐各受熱面按摻燒最大設(shè)計量混煤氣計算、布置爐膛高于純?nèi)济籂t膛，彌補爐膛稀相區(qū)傳熱系數(shù)降低，保證蒸發(fā)受熱面充足。選取中等煙速，消除因摻燒混合煤氣廢氣量大、煙氣速度高而帶來的尾部受熱面的額外磨損。2.2過熱器減溫手段采用噴水減溫器減溫幅度大，減溫敏感，且減溫水量大，兩個減溫器噴水量均為0?6tPh，可以更好地調(diào)控汽溫。2.3采用蝸殼水冷旋風(fēng)分離器蝸殼進口結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但使氣固混合物平滑進入分離器，減弱了氣固混合物對筒體內(nèi)氣流撞擊和干擾，因此，分離效率較高而阻力損失相對較小。本分離器工作范圍比較大，在摻燒煤氣和純?nèi)嫉那闆r下均能正常工作，分離高，切割粒徑為50Mm，能分離大多數(shù)石灰石，保證脫硫效率。同時，由于水冷受熱面未計入受熱面中，本分離器彌補了一部分因摻燒造成受熱面不足的問題。2.4在尾部豎井內(nèi)布置一組自然循環(huán)的螺旋肋片管蒸發(fā)器，錯列、逆流布置由于布置在省煤器之前，一方面可保護省煤器，使省煤器內(nèi)的工作介質(zhì)不沸騰，或在安全范圍之內(nèi)沸騰。另一方面對過熱蒸汽汽溫起到延滯調(diào)節(jié)作用。鍋爐汽溫超溫時，進入蒸發(fā)器的熱量也增多，蒸發(fā)器的蒸發(fā)量隨之升高，爐內(nèi)水冷蒸發(fā)量降低，這時給煤量也相應(yīng)減少，受熱面中煙氣流速減小，傳熱系數(shù)變小，汽溫時滯后變成正常，反之亦然。這是一個內(nèi)部熱量平衡調(diào)節(jié)的過程。3結(jié)論由于采取了以上措施，煤氣的摻燒范圍為0%?30%（熱量含量）。燃煤時鍋爐負(fù)荷調(diào)整范圍為40%?125%，但尾部受熱面布置比例大，排煙溫度略低于150°C。摻燒煤氣對循環(huán)流化床的影響主要是對旋風(fēng)分離器分離效率的影響和受熱面布置的影響。設(shè)計中如能保證旋風(fēng)分離器的分離效率，適當(dāng)調(diào)整受熱面的布置，可以實現(xiàn)混燃鍋爐的良好運行。實踐證明，采取這樣的設(shè)計方案是可行的，目前已有類似結(jié)