循環流化牀鍋爐與煤粉爐相比較的優點

循環流化牀鍋爐與煤粉爐相比較的優點

存在問題及解決方案

一． 循環流化牀鍋爐的優點

1. 對燃料的適應性強

2. 燃料的着火條件優越

3.燃燒效率高

4熱強度大

5脫硫效果好

6脫NOX效果好

7負荷調節性能好

8灰，渣綜合利用好

二． 存在問題及解決方案

1. 風機電耗大，廠用電率高

2. 水冷壁磨損較嚴重

3. 澆注料開裂，脫落，磨損

4. 對燃料粒徑要求嚴

5. 風帽磨損，漏渣

6. 尾部受熱面磨損

7. 排渣系統故障率高

8. 分離器表面溫度高

循環流化牀鍋爐與煤粉爐相比較的優點，存在問題及解決方案

循環流化牀燃燒技術作爲一項高效，低成本的清潔燃燒技術，它具有接近或達到同容量煤粉爐的燃燒效率，燃料適應性強，負荷調節範圍大，燃燒穩定，污染物排放少，可用石灰石作爲脫硫劑，低成本實現爐內脫硫，灰渣便於綜合利用，是國際上公認的商業化程度最好的潔淨煤燃燒技術之一。下面對循環流化牀鍋爐與煤粉爐相比較的優點，存在問題與解決方案做一論述：

一．循環流化牀鍋爐的優點：

1. 對燃料的適應性強

在循環流化牀鍋爐中按重量計，燃料僅佔牀料的1%~3%，其餘是不可燃的固體顆粒，如脫硫劑，灰渣或石英砂。液化牀鍋爐的特殊流體動力特性使氣—固和固—固混合非常好。因此燃料進入爐膛後很快與大量熱牀料混合，燃料被迅速加熱至高於着火溫度，而同時牀層溫度沒有明顯降低。只要燃料的熱值大於加熱燃料本身和燃燒所需空氣至着火溫度所需的熱量，上述特點就可以使得循環流化牀鍋爐不需輔助燃料而燃用任何燃料。如高灰煤，高硫煤，高水分煤，煤矸石，煤泥，以及油頁岩，石油焦，尾礦，垃圾等。阜新金山煤矸石熱電有限公司有4臺480T/H循環流化牀鍋爐，燃料爲內蒙褐煤和阜新煤矸石摻混，最低燒過熱值爲1900大卡/公斤，小時煤耗爲175T，運行平穩。說明，只要燃料的粒度合適，循環流化牀鍋爐的燃料適應性非常廣泛。

2. 燃料的着火條件優越

循環流化牀鍋爐的流化牀料量很大，牀料溫度爲850~950℃，牀料中95%以上爲惰性物質，5%左右爲可燃物質。每分鐘新加入的燃料爲牀料量的1%~3%。大量惰性熱牀料不與新加入的燃料爭奪氧氣，卻爲加熱新燃料提供了很高的熱量，使燃料迅速加熱排出揮發分並着火燃燒。因此，流化牀燃燒時難燃燃料（無煙煤，石油焦等）的着火不存在任何困難。這就是循環流化牀鍋爐既能燒易着火的燃料又能燒難着火的燃料的原因。煤粉爐的煤粉由空氣運載噴入爐膛燃燒的，運載煤粉的空氣必需與煤粉一起受到加熱，當溫度升到比煤粉着火溫度還要高些的時期，煤粉才能着火。煙煤的着火溫度爲750~840，煤粉在爐內的停留時間爲1~2秒，因此，煤粉必須在這樣短的時間內基本燃盡，所以煤粉爐的着火條件不如循環流化牀鍋爐優越。

3. 燃燒效率高

循環流化牀鍋爐燃燒效率通常在97.5%~99.5%範圍內，可與煤粉爐相媲美。循環流化牀鍋爐燃燒效率高原因爲有下述特點：氣-固混合良好，燃燒速率高，特別是對粗顆粒燃料，絕大部分未燃盡的燃料再循環 至爐膛。

粗顆粒煤燃盡的時間與煤粒徑的關係

鍋爐設計中，煤粒一次通過燃燒室的停留時間一般選定爲5~6秒，高溫旋風分離器對0.1mm的顆粒，分離效率爲99%，煤粉爐的煤粉燃盡距離爲28米，循環流化牀鍋爐燃燒室高度一般爲30~32米，而高溫旋風分離器對0.1mm分離效率爲99%，所以進入尾部的灰粒已經全部燃盡，大於0.1mm的通過返料閥進入爐內循環燃燒，保證了循環流化牀鍋爐足夠高的燃燒效率。

4. 熱強度大

由於飛灰循環燃燒和流化速度高，燃燒比較均勻的發生在整個燃燒室高度內，沿燃燒室高度方向燃燒強度相差不大，從而提高了循環流化牀鍋爐的截面熱強度和容積熱強度。煤粉爐燃燒室截面熱強度爲1.4~4.5MN/M2，而流化牀鍋爐爲4~6MW/M2。煤粉爐燃燒室容積熱強度爲0.14~0.2MW/M3，而流化牀鍋爐爲1.5~2.0MW/M3.煤粉爐的爐膛內傳熱係數爲40~60W/M2℃,而流化牀鍋爐稀相區傳熱係數爲116~232W/M2℃。所以循環流化牀鍋爐燃燒熱強度大，牀內傳熱能力強，可以減小爐膛體積，節省受熱面金屬消耗。

5. 脫硫效果好

由於燃燒溫度可控制在最佳脫硫溫度及石灰石或氧化鈣與so2的循環反應，當鈣硫比在1.5~2.0時，脫硫效率可達90~95%。石灰石粒徑一般採用1~2MM，因爲顆粒在爐內的停留時間爲5~6秒，大於SO2的有效反應時間3~4秒，所以流化牀鍋爐在爐內脫硫效果是煤粉爐不可相比的。我國廣東梅縣荷樹園電廠爲東鍋300MW機組，採用在煤場上煤過程中，將石灰石直接給到輸煤皮帶上，經過沿途的篩分，破碎過程，使煤和石灰石摻混均勻，同點給入爐內。當煤的含硫爲0.89%，負荷爲300MW，鈣硫比爲2.4時，SO2排放量爲100~200mg/nm3,達到了非常滿意的脫硫效率。所以將煤中摻混石灰石作爲主要供給，爐前石灰石系統作爲輔助系統，兩套系統互爲補充，互爲備用，確保SO2連續排放達標，是今後硫化牀鍋爐在脫硫系統最佳，最經濟，最可靠的配置方式，而煤粉爐需要在爐外設置龐大的脫硫設備，系統複雜，佔地面積大，投資大，電耗高。在脫硫上，循環流化牀鍋爐有絕對的優勢。

6. 脫NOX效率好

由於循環流化牀鍋爐採用分級燃燒，並將燃燒溫度控制在850~950範圍內，只有燃料中的氮轉化成NOX，空氣中的氮不會生成 NOX。故循環流化牀鍋爐NOX排放濃度低，體積分數一般爲（100~200）*10-6（100~200PPM）。而煤粉爐NOX的體積分數爲（500~600）*10-6（500~~600PPM）。要從煙氣脫除NOX，在技術上難度和費用方面比脫除SO2還要大得多。循環流化牀鍋爐NOX排放量能達到環保標準，這是循環流化牀鍋爐最大的優點之一。

循環流化牀鍋爐降低NOX的措施：

1)限制過剩空氣量。

2) 牀溫控制在850~950

3) 分級燃燒。

煤粉爐降低NOX的措施：

1) 降低過剩空氣量和氧氣濃度，使煤粉在缺氧的條件下燃燒。

2) 降低燃燒溫度，防止產生局部的高溫。

3) 縮短煙氣在高溫區的停留時間

4) 採用低NOX燃燒器

但是，上述控制原則卻與煤粉爐降低飛灰含碳量，提高燃盡率的原則相矛盾。所以煤粉爐在爐內實現降低NOX很難做到。

7. 負荷調節性能好

循環流化牀鍋爐由於採用飛灰循環燃燒和外部流化牀熱交換器，鍋爐負荷能在25%~100%之間變化。負荷變化率爲每分鐘5%~10%，當負荷變化時，只需調節給煤量，給風量和牀料量就可滿足負荷的變化。當負荷低於30%時，視情況定需要

切斷飛灰循環燃燒系統。對煤粉爐，低負荷時需要採用燃油助燃。這一優點使循環流化牀鍋爐作爲電網調峯機組，作爲熱負荷變化大的熱電聯產機組和供熱鍋爐是特別適應的。

8. 灰渣綜合利用好

循環流化牀鍋爐燃燒溫度爲850~950，與煤粉爐相比屬低溫燃燒。低溫燃燒的灰渣活性好，可直接作爲水泥摻合料使用。流化牀鍋爐灰渣的物理特性好，決定灰渣具有水泥特性的重要參數抗壓強度，自由擴張強度等比較高。飛灰的抗壓強度在75天100%溼度下養護可達1360*6.9KPA。阜新礦業集團採用阜新金山煤矸石熱電有限公司的飛灰做爲井工礦保護煤柱的充填物，效果非常明顯，爲國家節約大量的煤炭資源。硅酸鹽水泥的主要成份爲：CaO,SiO2,AlO2O3,Fe2O3

循環流化牀鍋爐與煤粉爐灰渣特性比較表

所以，以煤矸石做爲主燃料的循環流化牀鍋爐灰渣活性要好於煤粉爐，綜合利用價值更大，阜新金山煤矸石熱電有限公司流化牀鍋爐排出的渣全部用於水泥摻合料，飛灰絕大部分用在阜新礦業集團井工礦的保護煤柱填充上。基本上做到了零排放。

二．存在的問題及解決方案。

1. 風機電耗大，廠用電率高

因爲循環流化牀鍋爐所獨有的布風板，分離器和爐內牀料的存在，煙氣部分比煤粉爐大很多，流化輔機較多，通風電耗相應較高。循環流化牀鍋爐廠用電高是機組供電煤耗高的一個主要原因。廠用電率降低1%，供電煤耗可降低4g/kwh。鍋爐風機電耗率是隨負荷的增加而變化，引風機，一、二次風機耗電率變化最大。在低負荷工況下，一、二次風機耗電率佔全廠用電的30%以上。

解決方案：

1) 引風機，一、二次風機採用變頻調速技術，可大大降低風機的耗電率。

2) 風帽阻力；布風板阻力主要是風帽阻力，在保證牀料流化，不漏渣和防磨的條件下，減小風帽的阻力損失，鍋爐廠風帽設計阻力爲5~5.5KPa。.風帽阻力越大，風室壓力越高，一次風機電耗越大。一次風機風壓每增加1KPa，電耗增加80~100KW。所以我們建議風帽阻力設計爲3.0~3.5KPa，小孔風速爲40~42m/s，風帽小孔改爲8*13（原爲6*15）

3) 合理的料層厚度：牀壓越低風室壓力越低，一次風機電耗越小。根據阜新金山公司1#爐實際運行數據分析，在熱值爲2400大卡/公斤，負荷爲150MW，煤量爲135T/H工況下，最佳牀壓爲3.5~4.0KPa，風室壓力爲8.5~9.5KPa。二次風壓爲9.7~10.7KPa。

4) 合理加風，合理加風主要是控制省煤器上部的含氧量大小。煤粒小於1mm的燒盡時間爲4.4秒，燃盡距離爲28米，而循環流化牀鍋爐的爐膛高度（從風帽到爐膛出口中心線的高度）爲30~32米，而且分離器的效率爲d50=0.1MM。所以進入尾部的灰粒已經全部燃盡，省煤器上部的含氧量可控制在1.2~1.5%，可大大減少風機的電耗。

5) 控制燃料的粒度：燃料的粒度增大，爲了保證流化可靠，就得加大一次風量，增加電耗。在燃料以煤矸石爲主的循環流化牀鍋爐給煤最合理的粒徑級配爲：0.6~1mm佔40%，1~3mm佔20%, 3~~5mm佔20%，5~8mm佔15%，>8mm佔5%

6) 低負荷下，停運一臺引風機，一臺二次風機。

7) 微正壓運行方式：鍋爐廠設計爐膛壓力爲±200Pa。採用微正壓運行方式，使帶出的細灰量減小，爐內循環量加大，爐膛出口煙速有所降低，減小爐膛出口頂棚管，側面水冷壁管的磨損程度，明顯的降低了引風機的電耗，爐膛壓力保持在+100--150Pa.

2. 受熱面磨損較嚴重（水冷壁管）

1) 水冷壁衛焰帶澆注料過度區磨損：

解決方案：在此部位大部分鍋爐廠已經採用了讓管防磨技術，大大減小了對管子的磨損，因爲此部位是爐內邊壁流濃度最大，流速最大的部位，即便採用了讓管技術也會產生磨損。新建的鍋爐建議採用金屬噴塗技術，噴塗高度爲2~3m可保證2~3年不磨損。

2) 水冷壁安裝焊縫磨損：因爲安裝焊縫的凸起和水冷壁管排安裝時在焊縫附近的不平度，使沿管壁面下流的灰流方向改變或流速加快，造成焊縫上部發生磨損。

解決方案：將凸起的焊縫儘量打磨光滑，在焊縫上下300mm距離內進行金屬噴塗。

3) 水冷壁管排四角磨損：水冷壁四角部分大部分鍋爐廠已經設計成耐磨澆注料圓弧過渡防護結構，直到了一定的防磨作用。但是在澆注料過渡區經長期運行澆注料磨損破損形成不規則狀況，細灰沿壁面下流時形成渦流磨損

解決方案：阜新金山公司鍋爐作業自行設計的一種耐高溫，耐磨，膨脹自如，結構合理的合金護瓦，安裝在四角澆注料過渡區部位。經5年多運行，證明結構合理，運行可靠，無脫落，無磨損。2010年經無錫鍋爐廠申報已獲國家專利。

4) 水冷屏，再熱屏穿牆處磨損：在水冷屏，再熱屏穿牆管設計爲耐磨澆注料防護，向內凸起30~50mm。細灰沿壁面下流過程中，遇到凸起的澆注料形成渦流，對此部位的前水冷壁管子造成了嚴重磨損。

解決辦法：將此處的前水冷壁管改造爲讓管結構，使澆注料平滑過渡，消除產生渦流磨損的條件。

5) 後水冷壁管，側水冷壁上部澆注料過渡區磨損：在後水冷壁和側水冷壁上部，鍋爐廠爲了防止煙氣在進行兩側煙道分流轉向過程中發生磨損，採用了局部澆注料防磨措施，起到了一定的防磨效果。但是，經長期運行後，在澆注料過渡區，因爲渦流作用發生了磨損。

解決方案：採用阜新金山公司設計的耐磨護瓦進行過渡處理，經5年運行，防磨效果非常好。

6) 水冷壁頂棚管和側水冷壁上部磨損：在水冷壁頂棚管和側水位壁上部因爲兩側風壓高，或者爐內0.6~1mm顆粒比例大於50%，造成上部煙氣含灰濃度增大，煙氣流速增大，使含灰煙氣直接吹到頂棚管，再轉向流向水平煙道，破壞了鍋爐設計的空氣動力場。在頂棚管附近產生了渦流，造成頂棚方和側水冷壁上部的嚴重磨損。

解決方案：1.消除兩側風壓高，爐膛內水平方向風壓不均勻

2.經過燃燒試驗，選擇合適的入爐煤粒度級配和煤在爐內成灰特性的適應性（特別注意褐煤燃燒的成灰特性）

3.在頂棚管和側水冷壁管上部安裝阜新金山護瓦。

3. 澆注料開裂，磨損，脫落

1)澆注料開裂：原因爲耐火材料在運行中本身體積收縮，產生裂紋，其二是耐火材料在溫度出現波動的情況下，受到了擠壓產生了極大的內應力，超出了耐火材料的抵禦而發生疲勞裂紋。在分離器上部和返料閥發生裂紋危害極大，燒損保溫層，燒壞外護板，使熱灰飛出。

解決方案：1.在此部位採用耐火耐磨的可塑料施工，減小裂紋產生。

2.在可塑料施工時，膨脹縫間隙不要太大，一張普通紙即可。

3.可塑料施工加水量不能超過5%，減少材料的收縮率。

4.啓停爐按規程操作，防止快啓急停

2) 澆注料磨損：在水冷壁密相區，水平煙道出口處，屏式受熱面下部管用剛玉耐磨澆注料。

3）澆注料脫落：因爲澆注料的膨脹係數與鋼材料不同，其膨脹與收縮無法與外護板同步。澆注料內部的抓釘材質耐熱，搞氧化能力不夠，長期在高溫煙氣中易發生碳化斷裂，導致澆注大面積脫落。其二爲抓釘設計不合理和施工質量問題，造成澆注料局部脫落。

解決方案：1.抓釘和焊條的材質應該一致，採用1Cr25Ni20Si2的抓釘，A302或A402的焊條。

2.抓釘型式爲“Y”型。

3.施工前，所有抓釘塗1mm厚的瀝青。

4. 對燃煤粒度要求嚴格

對一定的運行風速，給煤量及牀料料度決定了顆粒在爐內的行爲，燃燒和脫硫效果卻受粒度影響，給煤粒度過大，則飛出牀層的顆粒量減小，這使鍋爐往往不能維持正常的返料量，造成鍋爐出力不足。顆粒太小在爐內停留的時間短，通過分離器進入尾部煙道，中間尺寸的顆粒則在固體顆粒循環中循環，燃料顆粒尺寸的正確確定，對循環流化牀鍋爐的正常運行有着非常重大的意義。

燃料爲煙煤或煤矸石的最佳級配：

0.6~1mm 佔40% 1~5mm 佔40% 5~8mm 佔 15% >8mm佔5%

褐煤的揮發份大於40%，在爐內成灰特性好，大部分爲一級破碎，易造成牀層薄，爐膛上部飛灰濃度大，爐溫高，上部磨損嚴重。所以燃料爲褐煤的一定要經過試燒的不斷試驗，選擇一個合理的最大粒徑和級配。

5. 風帽的磨損與漏渣

1) 風帽的磨損：風帽的磨損形成是風從小孔出來帶動牀料高速沖刷相鄰的風帽，帶來衝擊和切削磨損。

解決方案：1.控制風帽小孔風流穿透深度小於風帽之間淨間距。

2.選擇耐磨，耐高溫抗氧化燒損的合金材料，延長風帽的使用壽命。

2) 風帽漏渣與以下三個因素有關：

1. 布風板壓降對流化穩定性的影響，高阻力布風板沒有流化牀不穩定狀態發生，使流化牀趨於良好的流化狀態，燃燒穩定，燃燒產生的脈動壓力增值始終小於布風板阻力，所以不會產生漏渣現象。當布風板阻力低於3KPa時，燃燒處於不穩定狀態，燃燒脈動增加值大於布風板陰力，風帽漏渣。

2. 燃燒脈動增加值對牀料漏入風室的影響：給煤顆粒徑越大，鍋爐負荷越高，牀壓越高，燃燒產生的脈動增加值越大，當脈動增加值大於布風板陰力時，漏渣產生。

3. 離心式風機對風室壓力的影響：離心式風機在低負荷時，工作在主流高脈動區，風室壓力波動值就增大，在風壓低谷時，牀壓脈動大於風室壓力，牀料漏入風室。

4. 風室漏渣產生的危害：水冷風室布風不均勻，從兩側進風量增大，造成流化牀分層燃燒，分層燃燒通過的空氣和煙氣量減小，而兩側空氣和煙氣量加大，這樣造成爐膛上部兩側煙氣量大，循環灰量大，含氧量小，磨損加大。出口煙壓和煙氣溫度高，分離器內甚至發生二次燃燒。局部高氧燃燒，大部分缺氧燃燒，結果必延帶來飛灰含碳量高，爐膛兩側出口煙溫相關40℃，分離器返料溫度大於進口溫度50℃以上。

解決方案：1.減小給煤粒度，保持低牀壓運行，減小牀壓產生的靜壓力。

2.布風板阻力不要選擇超過4KPa。否則，風機壓力高，耗電大。風帽小孔風速大於40m/s即可。

3.風機儘量不要在低負荷區運行，根據工況可停運一臺風機。

6. 尾部受熱面的磨損

1) 省煤器吊掛管的磨損：省煤器吊掛管設計上有護瓦防護，但是在運行中因爲吊掛管受熱膨脹，在頂部與護瓦之間產生10~15mm的間隙，在高濃度的煙氣沖刷下很快的發生磨損，解決方案是將護瓦穿過頂棚管，保證膨脹自如，這樣就消除了間隙。

2) 尾部穿牆管密封不好漏風吹磨管子：流化牀尾部負壓較高，一但發生漏風現象，外部空氣以極高的風速進入尾部，將穿牆管部位的管子快速磨損泄漏。一般尾部密封設計爲金屬護板密封，但在施工中不能保證做到無砂眼，無氣孔，無漏焊。運行中又是負壓運行，不好檢驗，所以，尾部穿牆管部位漏風磨損經常發生。

解決方案：在尾部穿牆管部位澆注300mm厚的石棉絨保溫材料做爲密封保護層。因爲石棉絨具有耐高溫，有一定的膨脹能力。密封性能好的特性，滿足尾部穿牆部位的高溫，膨脹，密封的要求。阜新金山公司採用的此工藝施工已經3年多，經過多次停爐檢查，沒有發現一次漏風磨損泄漏的故障。

3) 省煤器聯箱密封處的磨損：省煤器聯箱穿過護板，設計密封爲間隙式密封。因爲省煤器聯箱受熱膨脹，而且外護板在受熱的工況下要自行膨脹，此處爲雙向膨脹，金屬間隙密封效果不好，產生漏風現象，將省煤器管座吹磨泄漏，採取的措施爲採用非金屬的耐高溫的柔性膨脹節，滿足雙向膨脹又耐高溫的要求，效果很好。

7. 排渣系統故障率高：

循環流化牀鍋爐現在大部分的排渣方式爲冷渣器，鏈鬥機，鬥提機，渣倉系統。因爲排渣系統運行條件惡劣，溫度高，灰量大，連續運行時間長，經常發生故障，影響了鍋爐的安全穩定運行。經常發生的故障有：

1. 行走小輪進灰，軸承故障高。

解決方案：對小輪的軸承密封結構進行改造。將原密封改爲橡膠密封圈結構，防止灰塵進入軸承。軸承潤滑採用二硫化鉬，防止高溫時油脂流出。

2. 水平鏈鬥機運行一段時間後刮鬥損壞。刮碰料斗的原因是運行一段時間後，傳動鏈板受熱，磨損，膨脹伸長，產生馳度，使料斗的邊緣與底部連接的槽鋼產生了刮碰現象，將料斗損壞停運。

解決方案：將連接的槽鋼切割掉50mm，加大了料斗與槽鋼的間隙，爲了保證強度，再用角鐵加固槽鋼一下。

3. 斜鏈鬥機兩側鏈板長度不一致，咬道運行。因爲傳動鏈板加工尺寸偏差，在安裝後產生長度積累誤差，造成兩側鏈板長度不一致。

解決方案：在製作廠家進行鏈板預安裝。兩條2m長鏈板爲一組，用1T起重機進行拉伸，兩條鏈板長度誤差不超過2mm爲一組，做好標記。這樣就保證了任意一段鏈鬥機的兩側鏈板長度都是相等的，不會發生咬道運行現象。阜新金山公司用上述方案對4臺爐的排渣系統進行了改造，3年來未發生一次排渣系統機戒故障，保證了鍋爐的穩定運行

。

8. 分離器外護板溫度高

分離器的內部細灰溫度在850℃以上，因爲分離器保溫材料的施工質量問題，有很多的循環流化牀鍋爐分離器外護板溫度達100℃以上，降低了鍋爐的熱效率，影響鍋爐廠房的環境，影響工人操作和作業。

解決方案：在分離器外護板外加一間隙爲50mm金屬風套，將空氣預熱器前一次風引入風套，冷卻外護板，冷卻後的風再回到一次風系統。

循環流化牀燃燒技術是目前比較現實的商業化程序比較好的潔淨煤發電技術。現在亞臨界循環流化牀鍋爐無論在容量，效率和可用率方面，均已達到基本上可以和煤粉爐相比的水平。循環流化牀鍋爐爐膛的溫度和熱流比煤粉爐低很多，降低了對水冷壁冷卻能力的要求。循環流化牀鍋爐的低溫燃燒使得爐膛內的溫度水平低於一般煤質的灰熔點，再加上爐膛較高的固體顆粒濃度，所以水冷壁上基本沒有積灰結焦，保證了水冷壁的吸熱能力。可見，循環流化牀鍋爐所具有的特性使其更適合超臨界循環相結合。

自從循環流化牀燃燒技術誕生30餘年來，人們在基本研究，設計理論，設計製造，運行調試等方面取得了長足的進步，很可能是一種適合於在我國大量推廣的高效潔淨煤發電技術，其商業前途十分光明。