75t／h煤泥煤矸石流化床锅炉的设计及应用.pdf

6 余 热 锅 炉2 0 0 3 ． 1 7 5 t ／ h 煤泥煤矸石流化床锅炉 的设计及应用 杭州锅炉集团有限公司周朝 晖 1 前 言 煤泥和煤矸石是煤炭选洗过程中产生的 两大废料 。煤泥整体性状表现为高水份 、高 灰份 、高粘度 、高持水性 、低热值 ；煤矸石 整体性状表现为高灰份 、低热值。由于其处 理和利用较 困难，不仅严重污染环境 ，还会 在一定程度上制约洗煤厂的正常生产。杭州 锅炉集团有限公司和浙江大学热能工程研究 所 “ 七 五”期 间成功设计制造 了 3 5 t ／ h煤 泥流休床锅炉 ，并已安全运行十几年，此后 又相继设计制造 了数十台 7 5 t ／ h燃煤循环流 化床锅炉。在这基础上研 究开发 出的 7 5 t ／ h 煤泥 、煤矸石流化床混烧技术不仅解决 了两 大废料 的处理难题 ，还带来 良好 的经济效 益 ，随着国家清洁煤技术的提高和坑 口电厂 建设 的大力发展 ，煤泥 、煤矸石流化床锅炉 的应用将越来越广泛。 2 锅炉基本参数 额定蒸发量 7 5 t ／ h 额定蒸汽压力3 ． 8 2 M P a 额定蒸汽温度4 5 0 C 给水温度 1 5 0 c I 设计燃料 煤泥 煤矸石 锅炉效率8 5 ． 4 ％ 3 技术特点 由于煤泥具有特殊 的物理特性 ，煤泥 、 煤矸石流化床锅炉存在下述几个技术特点。 3 ． 1 煤泥结 团燃烧 由细颗粒组成的煤泥被以较大体积的凝 集状态送入流化床 时，并不是在干燥后还原 成细颗粒，而是迅速形成具有一定强度和耐 磨性的较大块团。此外 ，煤泥还会通过包复 或粘连床内的其他颗粒而形成块 团。煤泥的 凝聚结团现象不但为其在流化床内组织正常 燃烧提供 了基础 ，而且为在高断面热负荷下 降低流化床燃烧过程中燃料的扬析损失创造 了有利条件。但凝聚结团也有使床料的粒度 呈不断增加的趋势 ，形成的大凝聚团极易在 流化床内沉积 ，逐步破坏流化质量 ，使流化 床燃烧难以进行 。 3 ． 2 异重流化床 所谓的异重流化床，是指由密度差异较 大的不 同颗粒组成的流化床 系统 。在这个系 统中，密度大的颗 粒趋于分布在床层下部 ， 而密度小的颗粒趋于分布在床层上部 ，与颗 粒的粒度无关。因此 ，只要选择密度大、耐 磨性好 、价廉易得的物料作为流化床的基本 床料，就可以防止大凝集 团在流化床内的沉 积 ，并使其有机会通过燃尽 、磨损和破碎等 过程而逐渐消亡，从而达到凝集团在床内的 动态平衡 ，保 证流化床 可 以稳定地连续 运 行。煤矸石与煤泥的掺烧保证了异重流化床 的床料供给，无需一般煤泥锅炉所需的大量 床料。 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 余 热 锅 炉2 0 0 3 ． 1 7 3 ． 3 煤泥大粒度给料 异重流化床的特点为保证各种粒度分布 和各种形状的凝集团都能在床内正常的循环 运动而不致沉积。因此，可以充分利用煤泥 的凝集结 团特性 ，采 用较大 的煤泥粒度 给 料 ，使燃料在床 内形成较大粒 度的凝集 团， 从而减小可燃物的扬析损失。 3 ． 4 分级配风 流化床采用低温燃烧，客观上为燃烧脱 硝创造了有利条件 。燃烧生成的氮氧化物主 要来 自燃料中的氮 ，通过分级配风 ，使流化 床层的过量空气系数控制在 1 以下 ，形成还 原区。燃料燃尽所需的另一部分空气在床层 上方以二次风的形式送入炉膛 ，可以抑制氮 氧化物的形成 ，同时大大增强了氮氧化物的 多相和气相的还原反应，使氮氧化物排放量 进一步降低。 3 ． 5 高效脱硫 相当一部分煤泥的含硫量较高 ，传统采 用的脱硫剂直接送入炉 内的脱硫方法 ，往往 存在为了提高脱硫剂的利用率须降低其给料 粒度与脱硫剂粒度减小造成其扬析率大大提 高的矛盾。煤泥 、煤矸石流化床可以充分利 用煤泥的结 团特性 ，将破碎的脱硫剂在炉前 均匀混入煤泥中，既可采用较小的脱硫剂粒 度，又使脱硫剂在炉内停 留时 间大大延长 ， 得 以充分反应 ，从而达到高效脱硫的 目的。 3 ． 6 两级分离循环返料 锅炉采用两级分离循环返料系统。第一 级采用简单实用的撞击式分离器 ，分离器下 部设置收集斗以减少分离器的二次夹带 ，并 使分离下来的物料顺利返回炉内再燃。第二 级采用下排气旋风分离器 ，既充分利用尾部 烟道的空间 ，又可以进一步分离和收集细物 料 ，保证达到锅炉所需的循环倍率 。 4 锅炉结构简介 本锅炉为单锅筒 、自然循环 、集中下降 管、Ⅱ型布置的煤泥、煤矸石流化床锅炉， 适用于半露天及露天布置 ，参见 图 1 。 4 ． 1 锅炉燃烧系统 锅炉采用异重流化床燃烧方式和低倍率 分级分离循环返料的燃烧系统 ，该系统 由炉 膛 、物料收集器和返料器三部分组成。锅炉 启动采用轻柴油床下点火。 炉膛 由膜式水冷壁组成 ，下部是一个下 小上大 的倒锥 形流化燃烧 段 ，亦称 为密相 区。底部为水冷布风板 ，布风板上布置有风 帽，布风板下为一次风室 。预热后的一次风 经风帽小孔进入密相区使燃料开始燃烧 ，并 将物料吹离布风板。二次风由床层上方的二 次风 口送入炉膛 ，一 、二次风的比例根据燃 料的变化及运行情况可进行适 当调节 ，既能 达到完 全燃烧 的 目的 ，又可 以控 制 S O 2和 N O 的生成量。 另外 ，从一次风引出几支风管从前后墙 如播煤 风管 、播 灰风 管等进入密 相 区， 以便煤和返料灰均匀播散到床料中去 ，同时 加强了密相区下部的扰动。 密相区上部为悬浮段 ，炉膛断面相应扩 展 ，烟气携带物料继续燃烧 ，并且向炉膛 四 周放热。由于断面扩大 ，同时烟气经悬浮段 碰撞炉顶防磨层 ，部分粗物料返 回密相区， 烟气只携带 细物料离开炉膛 进入一级分 离 器 。 一 级分离器为二排撞击式分离器 ，设置 于炉膛出口处 ，作为炉 内分离装置。烟气通 过撞击式分离器时，物料中较粗的部分被分 离出来 ，落入分离器下部的收集斗，返 回炉 膛循环再燃烧 。 经一级分离后的烟气携带较细 的物料 ， 经过过热器后进入二级分离器下排气旋 风分离器 ，将 细物料进一 步分离 和收集起 来 ，通过 u型返料器 返 回到密相 区中，继 续循环燃烧 。 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 余 热 锅 炉2 0 0 3 ． 1 经二次分离后的烟气通过尾部烟道处的 省煤器后进入飞灰分离装置 ，再次分离出粉 尘后进入空气预热器，从而降低锅炉出 口的 烟尘排放浓度。 4 ． 2 水冷系统 水冷系统分为两部分，一部分为膜式水 l ▲ 、 l j 一 1 ’ 。 J l t IIu I 一 一 ． 一 I I 1 『 ． 7 _ l I 。 I ～l l ， l | ， 1 I l Il ＼。 广 L_ 一 _ I _ 对 I 1 I 、 l Ⅱ l l - I l _ I _】 l 置 j I 【 ， 正 r＼ ▲ ， |． 册 ， 谚 一 。 ● 。 ． ’ ＼ ， _一_ 一 ． _r】 ] I l l ●●_ _ ’、 ＼ J J ‘_ E i ● I ● 、 x ＼ ， } 煤 泥 ． 厂 _ ＼ 、 。 J 暑 、 ＼ l ， 、 -一 o r - I I I I ， 卫鱼互 a , ,xa l l I I I ’ - l ． ． 、 卜 _ _ j e xN, ． ． 由 ．1I| 一 l ● ● 1 l 、 - ＼ ／ l 、 l 哟 L- - e r - 2 ． l 一 I I ‘ 0 ＼砷 l ● _ ‘ ’ 7 ． -_‘ I i ， 。 ／ I _ i 、 m ＼ l l 1 【 _ T 一一 l／ l ＼ X L． J I 、 。 ＼ _r ＼ ＼ ￡ ‘ ￡ B t ￡ 5 4 0 0 4 7 0 0 3 2 0 0 4 2 0 0 图 1 7 5 t ／ h 煤泥煤矸石流化床锅炉 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 余 热 锅 炉2 0 0 3 ． 1 9 冷壁炉膛 ，另一部分为密相 区的埋管系统。 风室整体为水冷结构 ，以适应床下点火的需 要。布风板上设有 四个 d 2 1 9 m m的排渣管 ， 以排放床料和灰渣所用。炉膛密相区、炉顶 适当敷设耐磨料或进行镍基合金喷镀 ，以防 止磨损。密相区布置五排横埋管，埋管采用 单独 回路 ，防止其因吸热量过大而引起热变 形 ，埋管采用加装鳍片方式防止磨损。 4 ． 3 过热器 饱和蒸汽从锅筒引入低温过热器 ，经减 温器后 进入高温过 热器 ，最后 进入集 汽集 箱。 过热器为纯对流型，采用双管圈逆流顺 列布置，位于炉膛 出口、一次分离器后 的水 平烟道上。沿烟气流动方向依 次为高温和低 温过热器 ，两级过热器之间设有面式减温器 以调节汽温。面式减温器为螺旋管式 ，采用 给水冷却，减温冷却水 回送至混合集箱 。 除采用合理的烟气流速外 ，高低温过热 器进 口处两排管子及低温过热器后两排管子 表面进行镍基合金喷镀 ，以防过热器磨损。 4 ． 4 省煤器 省煤器布置在二级分离器后部 、尾部竖 井的下部。 省煤器采 用直鳍 片管 ，上 级 为顺 列布 置 ，下级为错列布置。省煤器进出口集箱布 置在锅炉右侧 ，采用单面进出水方式 。省煤 器蛇形管第一 、二排上装有防磨盖板 ，管子 的弯头部位装有防磨套。 省煤器管组通过管夹搁于通风梁上 ，通 风梁搁于护板框架上 ，通风梁采用 自然通风 冷却 。 4 ． 5 空气预热器 空气预热器 为立管 式，双行 程单级 布 置。空气预热器管子采用 1 1 ． 5 m m的电 焊管。烟气在管内纵向流动 ，管子入 口处装 有防磨套管 ，防磨套管间敷设耐火材料 。空 气在管间流动，冷空气从尾部烟道的后墙进 入空气预热器的上组作横向冲刷，经连通箱 后进入空气预热器的下组作横 向冲刷 ，然后 从尾部烟道的后墙 出来供锅炉作一、二次风 使用。空气预热器进出口与风道均采用焊接 连接 ，并采用加装隔板等措施来防震。 4 ． 6 出渣 、排灰 、加料系统 煤泥通过管道输 送系统 从炉前送 入炉 内，矸石通过炉前螺旋给煤机送人炉内，在 锅炉燃用纯煤泥时 ，可通过炉膛加砂 口适量 添加床料以维持料层。 炉渣通过水冷布风板上的两根排渣管由 炉底排出，可接至炉渣冷却输送装置实现连 续出渣，也可采用人工间断出渣 ，出渣量以 维持适 当的料层为准。 旋风分离器分离出来的灰，全部或部分 返回炉膛作为调节料床温度 、炉膛 出口烟温 和降低锅炉 出口排尘浓度的一种手段。未返 回炉膛的那部分灰从二次返料器下的放灰管 放掉。 5 结束语 该型 7 5 t ／ h煤泥煤矸石流化床锅炉现 已 投入商业运行 ，能适应多种燃烧工况 ，既可 燃用煤泥与煤矸石 的混合燃料，也可单独燃 用煤 泥或煤矸 石。锅炉燃 烧稳定 ，调节灵 活，易于启停 ，为用户创造 了良好 的经济效 益。 参考文献 [ 1 ]岑可法等．循环流化床锅炉理论设计与运行 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m