75t／h掺烧造纸污泥循环流化床锅炉的设计.pdf

余 热 锅 炉 2 0 1 4 ． 4 2 7 7 5 t ／ h 掺烧造纸污泥循环流化床锅炉的设计 鞍山锅炉厂有限公司 杨文字 崔昶 卞富斌 摘要 本文介绍了鞍山锅炉厂有限公 司与中国科学院工程热物理研究所共 同研 制开发的 7 5 t ／ h掺烧造 纸污泥循环 流化床锅 炉 的设计 的设计要 点。 关键词 烟煤煤矸石 造纸污泥循环流化床锅炉 混合燃烧 0 ．前言 造 纸污泥 是制浆造纸过程 L } J 废水 处理 的终端产物， 每生产 1 0 0 0公斤纸， 就产 生污 泥约 7 0 0公斤， 其成分复杂， 含水量高 ， 处理 难度大。 过去对造纸污泥的处置只有投资没 有收益， 仅仅是把污泥处理掉以减轻对环境 的危害。 污泥 的处理 先后经过海洋 投弃、 直 接填埋、 堆肥、 焚烧 和深加 工冉利用等处理 方法。 这些方法不 同程度地存在投 资高、 易 造成二次污染等 问题 ， 并耗 费能源、 占用窄 问。 如何更有效地处 理和利用造纸污 泥， 减 轻环境压力 ， 是科技 I 作者利行业从业人员 ‘‘ 卣努力的方 向。 本锅炉利用循环流化床燃 烧方 式， 以煤作为主要燃 料， 同时掺 入造纸 污泥 含水率为 5 0 ％进行混烧 ， 既解 决了 污泷排放的污染 义利用污泥 中的热最。 这是 处 造纸污泥的好方法 。 本锅炉 的设讣 采用 了中国科学 院工程 热物 理研 究所验证过 的独特 技术和成熟经 验， 在设计 中充分考虑 了两种燃料的燃烧特 性。 由于造纸 污泥 中含有大 量的石灰石， 实 际运行时可以不 向炉 内添力 l l 石狄 ， 利J { j 污 泥 自身的石灰石就 能显著降低 S O ， 的生成 和排放 采用低温 、 分级供风的燃烧能 显著 抑制 NO x的生成 。 其灰渣活性好 ， 具有较高 的综合 利用价值。 因而， 它更 能适应 日 严 格的 家环保要求 。 1 ．锅炉整体概述． 1 ． 1 锅炉燃用煤质分析及设计参数 该锅炉 的用户是山东某纸业有限公司， 根据 L l { 户使川煤种的要求 ， 采川煤矸石与烟 煤 混合 比为 4 6 作 为入 炉燃料， 外还 要处理该纸 业有 限公 司生产 过程r f 1 生产的 造纸污泥 ， 造纸污泥按照含水率 5 0 ％ 设计 ， 采用管道泵从炉膛顶部中心 附近位置加入。 各种燃料的成分分析如下 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 8 余 热 锅 炉 2 O 1 4 ． 4 表 1 煤矸石 的成分分析 表 3 造纸污泥的成分分析 称 符 号 -、 f i 位 数值 收到 碳 C a r ％ 9 收到 氯 H a r ％ 1 ．2 2 收剑基氧 0 a r ％ 5 7 9 收到 氦 Na r ％ 0 ． 2 l 收到基疏 S a r ％ O ． 0 6 收剑 灰分 Aa r ％ 8 1 ． 2 4 收到 水分 M t ． a r ％ 2 _ 3 T煤尢灰垫挥发份 V d a f ％ 6 3 ． 3 7 收到 低化 发热 Q n e t ， a r Kc a l ／ k g 7 l 5 表 2 烟煤的成分分析 称 符号 甲位 数值 收到 碳 C a r ％ 5 4 8 收到 氰 l i a r ％ 3 - 3 l 收到 钒 0 a r ％ 7 ． 4 3 收到丛氮 Na r ％ 0 ． 3 4 收到基硫 S a r ％ 0 ． 6 1 收到基灰 分 Aa r ％ 2 2 ． 5 1 收剑基水分 M t m r ％ l 1 lT燥尢灰 挥 发份 V d a f ％ 5 6 ． 4 6 收到基低位 发热最 Q n e t ． a r Kc a l ／ k g 5 0 2 5 名称 符 l j ‘ 位 数值 收到挂碳 C a r ％ 1 3 ． 2 l 收到基氖 Ha r ， 1 ． 6 收到基钒 0a r ％ 1 3 l l 收到基氮 Na r ％ J ． J 8 收到基硫 S a r ％ o ． 0 5 收到基灰分 A a r ％ 2 1 ． 8 5 收到基水 分 M t ， a r ％ 5 十燥尢／ 火丛挥 发份 V d a f ％ 9 7 8 收到基低位发热量 Q n e t ， a r K c a l ／ k 7 5 6 造纸污泥按照湿产量为 8 t ／ h ， 煤” 与 烟煤 4 6的比例混合 ， 最肝得到的混合入炉 燃料的分析如下 表 4 混合燃料的成分分析 名称 符 弓 数 收剑基碳 C a r ％ 2 8 O 1 收到 氢 l { a r ％ 2 1 6 收剑基氧 Oa r ％ 9 0 8 收到 氮 Na r ％ 0 2 5 收剑基硫 S a r ％ 0 2 7 收到 狄分 Aa r ％ 3 7 ． 2 1 收剑基水分 M t a r ％ 2 2 ． 9 9 十燥兀从 发份 V d a f ％ 6 5 ． 6 4 收剑基低位发热最 Q n e t ， a r Kc a l ／ k 2 3 7 4 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 余 热 锅 炉 2 0 1 4 ． 4 2 9 锅炉的主要设计 能参数如表 5所示。 表 5 锅 炉的设计性能参数 项 目 位 数值 锅炉额 定蒸 发 t ／ h 7 5 额定蒸汽H i MP a 5 ． 3 额定蒸汽温度 ℃ 4 5 0 给水温度 ℃ 1 5 O 锅炉排炯温度 ℃ l 4 5 ’次热』 x 【 温度 ℃ l 8 5 ．次热风温度 ℃ 1 8 5 锅炉计j ； 宇 效； 按低位发热 帚计算 ％ 8 7 ． 4 1 ． 2锅炉的整1 4 4 1 i 置 锅炉采用 L } J 温次高 参数、 单汽包 自然 循环、 分散。 卜 降管、 平衡 通风 、 高温绝热旋风 分高器、 ‘ 级喷水减温 ， 参见图 1 。 锅炉采用支巾结合的固定方式 ， 锅炉运 转层标高为 7 0 0 0 r n r n 。 炉采 位 _丁炉膛前 墙水冷晕 卜 部的i 点给煤， 采用位于炉膛底 部布J x L 板上的二 三 点排渣。 锅炉采用两级配风 ， 一次风从炉胖底部 布风板进入炉膛 ， 二次风从炉膛前后进入炉 膛 。 旋风分离器位‘ J 炉膛 出 口和尾 部 井 道之 问， 旋风分离器 l 端的返料器将分离 器分离下来 的物料送 炉膛 。 高温过热 器、 低温过热 器、 省煤器和空 气预热器依次布置住尾部竖井 道之中。 1 - 3锅炉汽水系统 锅炉给水分为两路， 一 路进入低过及高 过之 问的喷水减温器， 另一路直接进入省煤 器进 口集箱， 经过水j 布置的j级错列布置 的省煤器， 汇 集到省煤器 的出 u集箱 ， 巾引 山管接 至汽包 。 在 启动阶段 ， 省煤器再循环 系统可 以将炉水从汽包 直接引伞省煤 器进 U集箱， 从 保护省煤器。 锅 炉采 州 自然循 环， 汽 包 内的锅水 由 分散下 降管分配到膜式水冷擘下集箱， 经炉 膛膜式水冷壁加热后成为汽水混合物， 随后 Ifl- r f I I _ 】 r ， I 1． 0口 i ．川 I 1 翮 [ 1 ．鬟 ／ F 二 F { } ． j 可厂‘r 震 一 目 I ． 囊 r 秘一 日 } } l l ⋯ 一 二一 J ／ 莓 目 “ 扩 F _ 7 ＼ i 7 j l ＼ 4 f 甲 图1 锅 炉整体 布 置 图 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 0 余 热 锅 炉 2 0 i 4 ． 4 经水冷壁． 卜 集箱、 汽水 引 管引入汽包后进 行汽水分离。 被分离出来的水进入汽包水空 间， 进行再循环。 分离 来的饱和蒸汽从汽 包顶部 的蒸汽连接管引至过热器悬 吊管 ， 进 入低温过热器 、 喷水减温 器、 高温过热器 ， 最 后将合格的过热器蒸汽引向汽机 。 1 ． 4锅炉烟风系统 锅炉 采用 I 衡通 风， 炉 膛 出 U处烟 气 压力为 一 1 O O P a ， 由引风机挡板 的开度进行调 节。 空气采用两级送 风， 一次风 南一 次风机 提供， 由布风板下 的一次风箱进入炉膛。 二 次风由二次风机提供 ， 由炉膛- 卜 部二次风喷 U进入炉膛。 燃煤 存炉膛 内燃烧后 产生的高温烟 气 利飞灰离开旋风分离器 并流经尾部竖井 内 的对流受热面， 然后经 除 系统 、 引风机， 进 入烟 囱， 排 向大气 。 2 ． 锅炉主要系统的设计和参数选取 2 ． 1 燃烧过程组织 本锅炉采用循环流化床燃烧 方式。 燃煤 利空气在炉膛 内流化状态下掺混燃烧， 外与 受热面进行热交换， 离丌炉膛并火带有大量 物料的烟气经过高温 旋风分离器之后， 绝大 部分同体物料被旋风分离器分离下米， 经返 料器返 回炉膛 ， 炯气则进入尾 部 的烟道。 循 环流化床燃烧 系统 南炉膛 、 旋风分离器利返 料器等核心部分组成。 2 ． 2锅 炉炉膛 本锅炉炉膛上部尺‘ 、 J 为 3 6 3 2 m m5 4 4 0 mm， 工作温度 8 8 0 ℃左右，卜 部烟气速度 为 5 ． 4 m／ s 。 炉膛一 部的前后墙 向中问收缩， 形成上大 卜 小的结构。 炉膛下部 的后墙水冷壁弯制成水 冷布风板， 布风板成水平布置， 布风板I’ 尺寸 为 1 6 0 0 mmx5 4 4 0 mm， 其上布置 3 3 4只风帽， x t , I旧采用耐磨高温合金精密铸造， 风I 旧的横 向和纵 向节距 皆为 】 6 0 m m。 布风板上的烟气 速度为 5 ． 5 m／ s 。 在炉膛下部的两侧墙分别设有 炉门， 供清理维修用。 2 ． 3气固分离与返料 本锅炉采川旋 风分离器作为烟气 与物 料的分离器 ， 它具有分离效率 苛和强化燃烧 的优点。 旋 风分离 器将被烟气夹带离开炉膛的 物料分离下来 ， 通过返料器返 炉膛， 烟气 则流 阳尾部对流受热面。 整个物料分离和返 料同路的 1 作温度为 8 9 0 C左右。 旋风分离器 的简体 内肇而及 入 口通道 内壁面均敷设防磨砖 。 壁面必须刑磨 、 光滑， 使旋风分离器既有较 高的分离性 能， 又有较 长的使用寿命 。 2 ． 4锅炉配风 本锅炉燃烧系统采用二级配风， ‘ 次风 经空气预热器卅温至 1 8 5 ℃， 进入水冷风室， 经过布风板上的风帽进入炉膛。 次风经过 空气预热器升温至 l 8 5 ℃， 进入二次风箱 。 从 二次风箱接 出 8 根史管 ， 二 次风经过这些史 管进入炉膛。 一、 l1次风风量 比为0 ． 5 7 0 ． 4 3 ， 布风板’ 的一 次风室风 压大约为 l l O 0 0 P a ， 二次风箱内的风压大约为 4 0 0 0 P a 。 运行 r f 1 可 以通过调节一 、 ■次风风量f 『 J 配 比来控制炉 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 余 热 锅 炉 2 0 1 4 ． 4 3 1 膛温度。 从一次风箱0 I 出的六支风管， 接到炉前 三个进煤管的特定部位， 往进煤 口的一 卜 部形 成气垫使煤 能够顺利地进入炉膛。 其风量 占 锅炉总运行风量的 4 ． 5 ％。 返 料 器川 的流 化 风 由高 压 流化 风 机 提 供， 共 设 两 台 ‘ 台 备 用 。 总 风 量 为 5 0 0 Nm ／ h 。 启动 时 返料 器 的流 化风 总 量是 3 3 3 Nm ／ h 。 高压流化风机的风压为 5 0 KP a 。 2 ． 5锅炉的排渣 煤燃烧后 的狄渣 以底渣形式从炉膛底 部排山 I 以 乜 灰形式从尾部排山。 煤的种类、 粒度和成灰特 等会影响底渣和飞灰所占份 额。 就本设 计煤种和要求粒度而言 ， 按底渣占 总灰量 的 4 5 ％ 及粒度 0 ． 1 ～ 1 0 mm、 飞灰 占总 灰 额 5 5 ％ 及粒 度 0 ～ O ． 1 mm来 设计。 当循 环狄量过大时， 要适当对循环会进行放狄。 底渣从布风板上『 『 J 防渣管排 山炉胖。 山 渣最以维持合适 的料层著压 为准。 通常运行 时料层差压 一次风室静压 和懈 区． 部 问f J玉差 为 1 0 0 0 0 P a 。 2 ． 6锅炉给煤和造纸污泥的加入 一 定 粒 度 的燃 煤 经 给 煤 机 进 入 布 置 在前 墙 的二个 寸 3 2 5 】 0 ram给煤 管， 借助 自身重力 和 引入 的‘ 次 风， 存 J x L 板 卜方 1 5 0 0 mm处进入炉膛 。 为防止给煤管内堵煤 ， 往给煤管 的转弯 处和给煤管。 卜部山 口处均 引入‘‘ 次风。 给 煤量 按 仅用 ‘ 条 管路给煤 时， 锅炉亦 能满 负荷运行考 虑。 I I t 于给煤 管 内为正压， 给煤机必须有很好 的密封性 。 造纸厂产生的污泥经过脱水机脱水后， 达到造纸污泥 5 0 ％ 的设 计含水率 ， 从储料仓 利川 管道泵 直接从炉膛顶部 L } J 心附近位置 加 入 。 2 ． 7锅炉受热面的防磨 循环流化床锅炉燃烧 系统I， l勺 循 环同路 内由于灰浓度较高， 受热面 的防磨要慎重处 。为 了保证锅炉长 期工作可靠， 本设计 巾 特别考虑 了防磨 问题 。 在一些极易发牛磨损 的部位 炉膛 一 部、 炉膛 山口处等 采H j 带 销钉 的耐磨可塑料。 在过热器、 省煤器等部 位 采用 了加装 防磨 盖板 、 防磨罩 的防磨措 施 。 2 ． 8炉墙 、 护板和密封 本锅 炉炉膛 部 分采 用敷 管炉墙 ， 配有 外护板 。 旋风分离器和尾部烟道、 料腿 、 返料 器采用砖砌炉墙， 内墙是耐火砖或耐火浇注 料 ， 外埔 是保温砖， 必须采川外护板结构， 且 要进行满焊。 炉顶 水冷管 的穿墙 部位 ， 高温 过热器、 低温过热器和 省煤器的穿墙部何， 旋风分离 器和炉膛、 返料 器、 分离器 口水 r 烟道的 接 L 』 部位， 炉膛与返料器连接部位都采用特 殊的密封 1 膨胀结构， 使整台锅炉具有较好 的密封性能。 2 ． 9锅炉的吹灰 锅炉尾部对流受热面需装设吹灰器， 在 过热器管束 、 省煤器及空气预热器管柬 处设置燃气高能脉冲吹灰器。 3 ．锅炉燃煤和石灰石量 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 2 余 热 锅 炉 2 0 1 4 ． 4 3 ． 1 燃用设 计燃料 4 0 ％煤矸石 6 0 ％炯煤 脱墨污泥 上况 1 锅炉设计给煤量 1 5 2 7 1 k h 2 锅炉设计脱墨污泥消耗量 8 0 0 0 k g ／ h 3 ． 2纯烧煤 加造纸污泥工况 1 锅炉设计给煤量 1 6 8 3 2 k h 2 锅炉设计石灰石消耗量 1 9 2 k h 锅 炉 在燃 用 设 计 燃 料 4 0％煤 矸 6 0 烟煤 造纸污泥 时 用另 j I 1 石灰石， 在燃川不加脱墨污泥 的纯煤 时需向炉 内另 力 J I 石灰石来实现脱硫 。 石灰石足通过炉前二 次风管添加到炉 内的， 其粒径为 0～ 2 mm。 由于 燃烧系统采用低温燃烧 ， 其燃烧温度 对脱硫最有利 ， 细粒石灰 在高流化风速 下在整个炉膛内 与烟气充分混合接触， 又经 分离器和返料器多次循环利川， 所 以脱硫效 牢和脱硫用 的石灰石利用家都很高 ， 脱硫效 率达 8 0 ％， 钙硫 比 摩尔比 为 2 ， 煤中所含 硫分在燃烧后被 化在炉渣 中排山。 4 ．小结 根据纸业 公司的牛产能力， 其每天牛产 的造纸污泥茸为 2 0 0吨， 其热值为 7 5 6 K c a l ／ 。每天每 台锅炉 处理污 泥量为 1 9 2吨， 折 合热值 4 0 0 0 K c a l ／ k g的煤 为 3 6 - 3吨。 按每吨 3 0 0元 价格 ， 一 台锅炉 一天 可 省燃 料 1 ． 0 8 9 万元， 一 一 年可节省燃 料 费用接近 4 0 0万元。 可见利用循环流化方 式将造 纸污泥掺入锅 炉 中燃烧， 既解 决污泥排放污染 ， 又给企业 j 淞米不小I， l勺 经济效益。 上接 第 2 3页 3电气控制系统 电动隔离门主要采用 电气控制， 通过控 制柜远程传输指令 l 接 收信 号。 同时， 各 电 动执行机构具备就地操作， 可 以就地运行。 盲板起升和 降落 的远群控制通过环链 电动葫芦 内置的行程丌关， 每 台电动葫芦上 升和下降到位分别设置两个行程开关。 控制 柜对于盲板上升到位 的信号反馈取 白两台电 动葫芦中网个一 lJI 到位行程丌关巾的两个信 号及 以上， 即确认 自 ‘ 板上升到位， 并发出信号 指令， 屯动葫芦停止运行， 同样控制形式应用 于盲板下降。 四取二 电气控制设计能充分保 证控制柜接收至 峋 确信号并发出正确指令， J 时也能避免L大 J 单个行程丌关故障 导致控制 柑接收不到信 号而无法发出指令。 烟 道盖板翻转位 置通过传感器箱 内部 机械式限位开关反馈信号 I 远程控制。 分别 对 电动执行机构 开位 置和关位嚣设置-- -三 个 行 开关， 采川二取二信号反馈设计。 以上多点控制能充分保证整个系统安 伞、 可靠运行。 4结束语 本公 司一直致 力于烟气挡板 门和 电动 隔离门国产化研究项H， 尤其在 叶片挡板 和埋入式 电动盲板领域 取得不少成绩利项 目、 l 绩 。 以上介绍了本人在燃 机电动隔离 门 设计中的点滴经验 ， 希望能有更优秀的设计 成果， 促进电动隔离 r J 国产化和持续发展。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m