110t／h高温高压燃生物质循环流化床锅炉设计介绍.pdf

2 8 余 热 锅 炉2 O 1 4 ． 3 l l 0 t ／ h 高温高压燃生物质循环流化床锅炉 设计介绍 1 ． 中建电力建设有限公司 王自强 胡建文 黄聪乐 2 ．杭州锅炉集团股份有限公司 任旭峰 摘要针对生物质燃料特点， 简单介绍生物质锅炉的结构及设计特点。 关键词 生物质燃料循环流化床 1 ． 前 言 随着社会对能源需求的 日益增长， 作为 主要能源来源的化石燃料却迅速减少。 无法 长久的满足社会对能源 的需求 。 生物质能一 直是人类赖以生存的重要能源 ， 它是仅次于 煤炭、 石油和天然气 ， 占世界能源消费总量 第四位 的能源 ， 在整个能源系统 中占有重要 地位 。 我国的生物质资源非常丰富，1 9 9 6年 我 国的各种主要农 作物秸 杆 稻杆、 麦杆、 玉米杆等 总量为 7 ． 0 5亿吨， 农业加工残余 物 稻壳、 蔗渣等 约 为 0 ． 8 4亿吨， 薪材及 林业加工剩余物合理资源量为 1 ． 5 8亿吨， 人 畜粪便生物质资源总量为 4 ． 4 3亿吨， 城市生 活垃圾污水中的有机物约 0 ． 5 6亿吨， 我国生 物质能资源潜力折合 7亿 吨标煤左右， 而 目 前年实际使用量为 2 ． 2亿吨标煤左右。 生物 质是一种清洁 的低碳燃料， 其含硫和含氮量 均较低， 同时灰分份额也很 小， 所 以燃烧后 S O， 、NOx和灰尘排放量比化石燃料要小得 多， 是一种清洁燃 料， 生物质对生态环境 的 最大贡献还在于其具有 C O， 零排放 的特点。 同时生物质 能源 是唯一的既可再生又可直 接存储与运输的能源。 因此燃用生物质发 电 的锅炉将被广泛的应用。 随着农业现代化进 程 的推进 ， 将方便建立农作物燃料供应链 。 如农作物生物燃料还进行现场燃烧处理， 不 仅浪 费了宝贵 的能源 资源 同时还造成严重 的空气污 染。 而 且生物 质燃 料在低温 燃烧 后， 燃料 灰活性好， 一些微量元素含量 高可 作为水泥添加剂 ， 农作物肥料等， 具有很好 的市场前景， 利于灰渣的综合利用 。 中建 电力 1 1 0 t ／ h高温 高压生物质 中温 循环流化床锅炉 由杭 州锅炉集 团股份有 限 公司开发、 设计及制造 。 2 ．锅炉基本数据 额定蒸发量 B ． MC R 1 1 0 t ／ h 额定蒸汽温度 5 4 0 ℃ 额定蒸汽压力 9 ． 8 1 MP a g 给水温度 B ． MC R 2 1 5 ℃ 1 锅炉燃料 该工程燃料为 1 0 0 ％ 生物质， 燃料 由多 种生物质 组成， 包括黄秆 稻杆、 麦秆 、 灰 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 余 热 锅 炉 2 0 1 4 _ 3 2 9 秆 棉杆、 枝条、 稻壳及板皮 等 。 锅炉燃料成分分析见表 l 表 1 燃料成分分析 序 号 项 目名 称 符 号 单 位 设计燃料 校核燃料 1 收到基碳份 C a l - ％ 3 1 ． 7 5 2 7 ．2 2 2 收 到基氢份 H a r ％ 3 ． 1 6 2 ． 7 l 3 收 到基氧份 O a r ％ 2 8 ． 2 2 2 4 ． 2 4 收到基氮份 Na r ％ 0 ． 7 7 0 ．6 6 5 收到基硫份 S a r ％ 0 ． 0 9 5 O ． 0 8 l 6 收到基 水份 Ma r ％ 3 0 4 0 7 收到基灰分 Aa t ％ 6 5 ． 1 4 8 干燥无灰基挥发份 V r ％ 8 l ‘ 3 7 8 1 ． 3 7 9 收到基低位发热量 Q n e t ．a r k J ／ k g 9 7 0 6 ． 0 7 8 l 0 O 2 灰熔融性 生物质灰熔 融性见表 2。 表 2灰熔融性表 ℃ 样品名称 棉秆 稻秆 混合生物质 DT 9 3 0 ， 8 4 8 8 7 4 S T 1 21 0 9 5 6 l 1 0 4 F T 1 4 5 0 1 2 4 1 ． 1 2 7 8 3 灰成分分析 主要秸秆灰成分分析见表 3 。 表 3 灰成分分析表 w t ． ％ 名称 麦秆 棉秆 玉米秆 稻秆 稻壳 K2 0 9 ． 0 4 l 1 ． 7 4 9 ． 01 1 5 ． 5 0 5 ． 1 3 N O 0 ． 5 6 0 ． 7 3 1 ．2 2 0 ． 4 6 1 ． 0 O Ca O 6 ．9 4 4 5 ．9 6 1 9 ． 8 2 5 ． 2 6 2 ． 5 6 S i O2 6 3 ． 9 7 l 8 ． 8 2 4 3 ． 5 8 6 3 ． 9 2 8 5 ． 2 5 F e 2 03 5 ． 4 2 3 ． 9 5 3 ． 5 1 1 ． 4 2 0 - 3 8 P 2 05 1 ． 8 1 4 ． 0 6 5 ． 6 4 3 ． 5 3 1 ． 5 M g O 0． 5 7 1 ． 02 2． 6 0 1 ． 67 0 ． 6 Al 2 O3 8 ． 7 7 7 ． 4 2 9 - 3 l 6 - 2 3 1 ． 7 5 S O3 1 ． 6 9 4 ． 6 4 3 ． 8 0 0 ． 7 9 1 ． O 0 M n O 0 ． 4 9 0 ． 6 4 0 ． 6 2 0 ． 7 2 0 ． 3 6 T i 0， 0 ． 7 4 1 ． 0 3 O ． 9 1 O ． 5 1 0 ． 4 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 0 余 热 锅 炉 2 0 l 4 ． 3 3 ． 生物质燃料特点 作为锅炉燃料 ， 此工程生物质燃料相比 化石燃料而言具有以下显著特点 1 生物质燃料在不同的季节燃料成分 有所差 异， 燃料量 随季 节的不 同而 改变 ， 这 就 要求锅 炉有较 好 的适应性 以适应燃 料的 变化。 2 生物 质 燃 料 挥 发份高， 含氧量 高， 灰 分 偏 少， 燃 料 以及 灰 密 度 低。 具 有 容 易 着 火 3 0 0度 左 右 ， 燃 尽 率 低 ，C O排 放 量 较 大 的 特 点。 燃 烧 特 性 总 体 劣 于煤 。 同 时 又 存 在 流 化 不 稳 定， 循环物料量不足 ， 易于积灰和 堵灰等 问 题 。 3 生 物 质 燃 料 灰 中的 S i O 含 量 高， 存 在 着 床 料 易 于 结 团， 对 流 受热 面 磨 损 严重的问题。 4 秸 秆 灰 中 Na ，K，C I 离子含 量 高， 容 易 出现 高低 温 腐蚀。 5 生物质含硫 、 含氮 都 较 低 ， 燃 烧 后 S O 、NOx和 灰 尘 排 放量 比化石燃料小得 多， 是一种清洁的燃料 。 6 生物质 单位质量 热值较低 ， 而且一 般生物质中水份含量大， 影响了生物质 的燃 烧和热裂解特性 。 4 ．锅 炉概述 本机 组采 用单汽 包 自然循环 、 平 衡通 风 、 全钢架支 吊结合、 中温 绝热旋风分离器 l l ▲ J l ● T ] 1 【 i I - ．I， l 一 J - 、 、 日 、 ～ ． ● ● 、 ‘ ． --O ● ● ／／ l i ＼ ＼ 、 ～ ● ,h - - ．』 y ’ t 1 _I ● ≯ ， ，， 、、 ● I [ k _ l l }ri lL ． 1 J l - ● r ■ ．_ J ● ． ． ●。 ● ◆ 一 E _ 一 ‘ 、 一， 。{ ．i’ l 一 -． V j J，‘ ～●● c [ ．{’ - 一 ， ． ‘ 一 } J - - 广 j r ， 阜 l 。 一 ． J ， ＼ ． ， 曲 ’ ＼ I l } ．- -一 IL - I I J - 一 _ 1 I ● 图1 锅 炉总 图 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 余 热 锅 炉 2 0 1 4 ． 3 3 1 循环流化床锅炉 ， 半露天布置。 此锅炉采用 半塔式布置。 锅炉 由四跨组成， 第一跨布置一个膜式 水冷壁炉膛， 第二跨布置有两个中温蜗壳式 绝热旋风分离器， 第三跨 以及第四跨布置竖 井烟道。 第一跨炉膛 中布 置有 水冷壁、 水冷屏 、 高温过热器、 中温过热器等。 第二跨布置有两个 中温蜗 壳式绝热旋 风分离器以及返料器 。 第三跨竖井烟道有低温过热器 ， 高温省 煤器， 低温省煤器。 第四跨竖井烟道布置有空气预热器。 在低温过热器和 中温 过热器之间布置 有一级减温器 ， 中温过热器和 高温过热器之 间布 置有二级锅炉给 水喷水减温器 以控制 过热器 出口额定蒸汽温度。 汽 包、 水冷 壁、 过热 器、 高温 省煤 器 以 及包墙过热器采用 吊挂结构 ， 吊在顶部钢架 上。 分离器、 返料器、 低温省煤器 以及空预器 采 用支撑 结构 ， 支撑在钢架梁 上。 锅炉 总图 见图 1 。 4 ． 1 汽水流程 锅炉汽水系统回路包括尾部省煤器 、 锅 筒、 水冷系统 、 尾 部竖井包墙 过热器、 低温过 热器、 中温过热器 、 高温过热器、 连接管道及 集汽集箱。 由给水操作 台来 的给水 由低温省煤器 进 口集箱， 逆流向上经过水平布置的省煤器 管组进入低温省煤器出 口集箱。 经连接管进 高温省 煤器进 口集箱然后逆流 向上经过水 平布 置的省煤器管组进入 高温 省煤器 出口 集箱 。 最后通 过连 接管进入锅筒封 头。 在启 动阶段没有给水流入锅筒时， 省煤器再循环 系统可 以将锅水从锅筒 引至省煤器前 的连 接管道 中 ， 以防止省煤器中静滞 的水汽化 。 给水 引入锅 筒水 空间并通过集 中下 降 管和下水连接管与水冷壁下集箱 、 水冷屏下 集箱、 水冷蒸发管束的下集箱相连接。 给水 向上流经炉膛水冷壁、 水冷屏、 水冷蒸发 管 束被加热成为汽水混合物 。 随后经各 自的上 集箱， 通 过汽水引出管引入锅筒进行汽水分 离。 被分离 出来的水重新进入锅筒水空 间， 并进行再循环。 被分离出来的干燥蒸汽从锅 筒顶部的蒸汽连接管引出。 蒸汽从锅筒引出后 ， 由连接管引入侧包 墙上集箱 。 在尾部竖井烟道中， 蒸汽流程为 侧包墙过热器 下行 至侧包 墙过热器下集 箱 后 ， 经包 墙过热器下集箱， 流经前 包墙过热 器下集 箱。 上行 的蒸汽进入前包墙过热器上 集箱， 流到后包墙 过热器， 蒸汽最后汇集于 后包墙过热器下集箱， 即低温过热器进 口集 箱。 蒸汽从低温过热器进 口集箱 出来后 ， 逆 流 向上通过水平布置 的低温 过热器 管束进 入低温过热器出口集箱， 由两侧分别经连接 管道将蒸汽引入一级喷水减温器 中， 蒸汽经 减温后分别 由连接 管道将蒸 汽引入中温 过 热器进 口集箱， 蒸汽通过水平布置的中温过 热器管束后进入中温过热器 出口集箱， 经连 接管道将蒸汽引入二级喷水减温器 中， 蒸汽 经减温后分别 由连接 管道将 蒸汽引入高温 过热器进 口集箱 ， 蒸汽通过水平布置的高温 过热器管束后进入高温过热器出口集箱 ， 最 终通过连接管道将蒸汽汇集在集汽集箱 ， 由 锅炉引出。 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 ． 3 4 ． 2烟风系统 循环流 化床 内物料 的循环是 由送风机 包括一、 二次风机 和引风机启动和维持 的， 从一 次风机 鼓出的燃 烧空气分三路。 第 一 路， 从一次风机鼓 出的冷风直接作为播料 机 的密封用风 。 第二路， 经过空气预热器加 热后进入炉膛底部风室， 通过布置在布风板 之上的风帽使床料流化 ， 并形成 向上通过炉 膛的固体循环， 该管路上还并联有供锅炉 点 火启动燃烧器用风旁路 ；第三路 ， 经空气预 热器后 的热风送至炉前 四台播料机 出 口播 料用 ；从二次风机鼓 出的燃烧 空气经 空气 预热器后， 直接经炉膛上部的二次风箱进入 炉膛。 烟气及携带的固体粒子向上运动， 经过 水冷屏， 高温过热器 以及低温过热器后离开 炉膛通过旋 风分离器进 口烟道进入旋风分 离器 ， 在分离器里， 粗颗粒 从烟气 流中分离 出来， 而气流则通过旋风分 离器顶 部引出， 进入尾部受热面后 向下流动 ， 经过水平对流 受热面， 将热量传递给尾部受热面管内的介 质后， 烟气通过管式空气预热器进入除尘器 去除烟气 的细粒子成分， 最后 由引风机抽出 锅炉， 经烟囱排入大气 。 回料器用风机共 2台， 每 台出力 1 0 0 ％， 其 中一台运行， 一台备用 ， 风机为定容式， 因 此 空气 的调节 原理是通 过旁路将多余空气 送入一次风第一路风道内。 5 ． 锅炉设计特点 针对生物质锅炉普遍存在的高温腐蚀、 物料结团、 结焦、 积灰等 问题， 采取 了相应措 施， 如下 1 炉膛布置足够 的受热面 ， 使炉膛温 度控制在 7 5 0 ． 8 5 0 度左右、 使分离器进口烟 温控制在 7 0 0 度 以下 。 避免生物质在炉膛 内、 分离器和回料器结焦 。 同时大大降低N O x 的排放量保护环境。 2 高温 过热器布置在炉膛 内， 积灰少 且顺流布置， 高温 腐蚀速 率大大 降低， 高温 出口采用特殊金属材料 ， 提高 了管材的耐氯 腐蚀性。 3 尾部受热面采用较宽的横向节距且 采用顺列布置， 以减轻飞灰的结团。 4 采用燃气高能脉冲吹灰器 。 以减轻 飞灰的粘结 。 5 空预器采用特殊耐腐蚀材料 ， 避免 空预器出口低温腐蚀。 6 较低 的炉膛烟速设计 ， 大大提高生 物质燃料 的停 留时间 同时较 大的炉 内灰循 环 ， 提高生物质燃料的燃尽率。 7 高效 的蜗 壳式旋风分 离器， 大大提 高生物质燃料的燃尽率。 8 前墙布 置有 四个给料 口， 同时采用 双螺旋给料机直接给料， 保证了给料均匀 。 6 ．运行情况及结束语 目前， 锅炉 已成功投运， 锅炉 的满 负荷 性能达到设计要求 ， 锅炉开发取得成功 。 当 然生物质锅炉在 国内还处于起步阶段， 锅炉 的各项技术还 需要不断完善， 才能保证锅炉 安全、 可靠 、 高效、 持续满 负荷运行， 为社会 节约资源为企业创造效率 。 生物质燃料供应 产业链还未真正建立起来 ， 包括生物质燃料 的收集 、 储备、 干燥 、 运输、 破碎 、 给料等 ， 是 制约生物质锅炉发展的另一大主要原 因， 因 此生物质锅炉 的发展还需要全 社会来关心 协助。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m