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電力:選循環流化床鍋爐還是煤粉鍋爐?

更新時間:2019-02-13作者:聯信閱讀:

循環流化床鍋爐燃燒技術是具有燃料適性好、燃燒效率高、氣體污染物排放低、負荷調節范圍大、飛灰和爐渣可綜合利用等優點的潔凈燃燒技術。近20多年,特別是近5年來循環流化床鍋爐在我國得到突飛猛進的發展,目前220~480T/H的循環流化床鍋爐在我國就有300多臺,但在使用的過程中也暴露了許多問題,主要如下:鍋爐受熱面的磨損、爆管;耐火防磨內襯材料磨損、開裂脫落;風帽的漏渣、磨損;冷渣器的落渣堵塞;燃煤粒徑過大;灰渣含碳量高;蒸汽溫度難以保證;燃燒系統熱工自動化無法投用;輔機配套不成熟、連續運行時間短等缺點,在整體施工時,要慎重對待。

 

(一)循環流化床鍋爐相比煤粉鍋爐的優點:

1、燃料適應性好

循環流化床鍋爐通過分離器及返料閥組成飛灰再循環系統,煤質的燃燒產生的飛灰循環量大小的改變可調節燃燒室內的吸熱量及床料溫度,只要燃料燃燒產生的熱值大于把燃料本身及燃燒所需空氣加熱到穩定溫度(850~950℃)所需的熱量,這種煤就可在流化床內穩定燃燒,因此,各種煤幾乎都可在流化床鍋爐中燃燒,用來燒各種劣質燃料最好不過。對于燃料煤質量供給不穩定的企業是一種比較好選擇。

而煤粉爐對煤質的要求較高,某公司煤粉爐設計煤種為陜西黃陵煤,因市場問題,先后進行了陜西和甘肅其他地區煤礦的煤試燒,均未成功,試燒時存在爐膛噴燃器、過熱器結焦,給煤機斷煤等現象,使鍋爐無法正常運行,煤粉爐對煤種適應性差的現象比較明顯,現只能燃用設計的黃陵煤種。

2、燃料系統比較簡單

流化床鍋爐是適合于燃用寬篩分燃料(煤粒度要求為粒度范圍0-10mm,50%切割粒徑d50=2mm),燃料的制備破碎系統大為簡化。所以,循環流化床鍋爐本體造價高于同容量的煤粉爐,省去了復雜的制粉系統,整體投資含土建仍低于煤粉爐。

3、燃燒效率高

對常規的煤粉鍋爐,若煤種達不到設計值,效率一般可達到85~95%,而循環流化床鍋爐采用飛灰再循環系統,燃燒效率可達到95~99%。  

4、負荷的調節范圍寬,調節性能好

煤粉鍋爐的負荷調節范圍通常在70~110%,在低負荷時煤粉爐需投油槍進行助燃;而循環流化床鍋爐由于爐內有大量床料,蓄熱能力強,采用了飛灰再循環系統,調節范圍要比煤粉爐寬得多,一般為30~110%,負荷調節速率可達(5~10)B-MCR/min。故循環流化床特別適應于熱電聯產、熱負荷變化較大的供熱鍋爐或調峰機組鍋爐使用。

5、燃燒污染物排放低

向循環流化床鍋爐內加入脫硫劑(石灰石或白云石粉),可以脫去燃燒過程中產生的二氧化硫(SO2)。根據燃料中含硫量決定加入的石灰石劑量,在Ca/S摩爾比=2~2.5時,脫硫效率可達90%。和煤粉爐比較(煤粉爐利用濕法脫硫的成本:利用國外技術平均費用1300~1500元/KW,國內技術平均費用1000元/KW),流化床鍋爐在燒高硫煤時有較大的成本優勢。流化床鍋爐最佳的燃燒溫度在850~950℃,在這個范圍適合脫硫反應,NOx生成量明顯減少,排放濃度在100~200ppm,低于煤粉爐的500~600ppm,循環流化床鍋爐的其它污染物排放如CO、HCl、HF的排放也低于煤粉爐;對煤粉爐而言,要從煙氣中脫除NOx,造價比煤粉爐脫硫的費用還要大得多。循環流化床鍋爐在SO2、NOx的排放量完全能達到國家環境排放標準,使它與煤粉鍋爐在環境排放方面競爭有絕對的優勢。

6、燃燒熱強度大,爐內傳熱能力強

由于循環流化床鍋爐采用飛灰再循環系統,燃燒熱強度比較高,截面熱負荷可達3~8MW/m2,接近或高于煤粉爐,,爐膛容積熱負荷為1.5~2MW/m3是煤粉爐的8~10倍。流化床爐內傳熱主要是上升煙氣和物料與受熱面的對流換熱和輻射換熱,爐膛內氣固兩相混合物對水冷壁的傳熱系數比煤粉鍋爐爐膛的輻射傳熱系數大得多。與煤粉爐相比較,可大幅節省受熱面的金屬耗量。 

7、給煤點數量少,布置簡單

循環流化床鍋爐橫向混合特性較好,給煤點較煤粉爐少,如220T/H只有4個給煤點,給煤點的減少,簡化了給煤裝置的布置,使給煤點不易結焦,運行可靠。

8、易于實現灰渣的綜合利用

流化床的底渣含碳量一般為1~3%,飛灰含碳量 4~15%,流化床鍋爐最佳的燃燒溫度在850~950℃,與煤粉爐相比較屬中低溫燃燒,產生的灰渣不會軟化和黏結,活性較好,可用作制造水泥的摻和料或者建筑材料,綜合利用前景廣闊。

(二)循環流化床鍋爐相比煤粉爐的缺點:

1、循環流化床鍋爐風機電耗大、煙風道阻力高

相對于煤粉鍋爐,流化床鍋爐一次風機、二次風機、流化風機壓頭高;流化床獨有的布風板裝置和飛灰再循環燃燒系統使送風系統的阻力遠大于煤粉鍋爐送風的阻力,煤粉爐送風機風壓一般在2KPa以下,而流化床鍋爐的送風機風壓一般運行在10KPa以上,電耗大,噪音高,震動大。一般循環流化床鍋爐用電比率比煤粉爐至少高4~5%以上。

2、鍋爐部件的磨損較嚴重

由于流化床鍋爐內的物料成高濃度、高風速的特點,故鍋爐部件的磨損比較嚴重。雖然采取了耐火耐磨澆注料處理、噴涂處理、密稀相區讓管等防磨措施處理,但實際運行中循環流化床爐膛內的受熱面磨損速度仍遠大于煤粉鍋爐。某企業流化床鍋爐在運行一年半后出現首次爐膛內屏式過熱器爆管,對過渡區水冷壁進行測厚,φ60×6與φ51×6的20G/GB5310的水冷壁管,部分水冷壁管磨損的壁厚減薄量為1.5mm,占到壁厚的25%,已接近減薄量為大于原厚度30%水冷壁管更換標準。密稀相區交界處的管壁磨損處理修復要比煤粉爐難度大得多。

3、耐火耐磨層磨損、開裂和脫落是流化床鍋爐比較棘手的問題

流化床鍋爐使用耐火材料的部位和數量比煤粉爐要多許多。而由于耐火耐磨材料選擇不當,或者施工工藝不合理,或者烘爐和點火啟動中溫度控制不當,升溫、降溫過快,導致耐火材料中蒸發水汽不能及時排出,或者熱應力過大,造成耐火材料內襯破裂和脫落。密相區內耐火材料的的脫落將破壞正常的床料流化工況,造成床料結渣。分離器、料腿及返料閥系統耐火材料的的脫落將堵塞返料系統結渣,物料循環破壞,循環流化床鍋爐變成鼓泡流化床鍋爐,蒸發量無法維持,被迫停爐。而在煤粉鍋爐中不存在這個問題,因煤粉鍋爐冷灰斗耐火材料的脫落及結渣而影響停爐的事故很少見。

4、點火啟動時間長

循環流化床鍋爐點火啟動時間除受汽包升溫速率的影響外,還受到耐火防磨層內襯材料溫升和能承受的熱應力限制。溫升過快,耐火防磨層內襯材料熱應力將超過允許熱應力出現開裂。所以,對循環流化床鍋爐點火啟動時間和升溫速率有嚴格要求。汽冷旋風分離器的循環流化床鍋爐從冷態啟動到帶滿負荷的時間一般控制在6~8小時。而煤粉鍋爐因無大面積的耐火防磨內襯材料,點火啟動只考慮汽包升溫速率,點火時間相對較短,冷態在5~6小時就可達到設計負荷。

5、循環流化床鍋爐對燃料適應性廣,但對燃煤粒徑要求嚴格

循環流化床鍋爐燃煤粒徑一般在0~10mm之間,平均粒徑在2.5~3.5mm之間,如果達不到這個要求,將帶來運行中的不良后果,鍋爐達不到設計蒸發量,主汽溫度難以保證,灰渣含碳量高,受熱面磨損嚴重。

6、N2O生成量較煤粉爐高

與高溫煤粉爐燃燒過程相比較,循環流化床鍋爐燃燒溫度較低,NOX(NO、NO2等氮氧化物的總稱)生成量較少,但N2O的生成量較大,,它俗稱“笑氣”,是一種強溫室效應氣體,對大氣臭氧層具有破壞作用,導致紫外線直接照射到地球上,引發皮膚癌。目前國際上對“笑氣”排放比較關注。

7、尾部受熱面的磨損比煤粉爐大

循環流化床鍋爐的飛灰份額比煤粉爐小,但飛灰粒徑比煤粉爐大得多,在運行中如果分離器效果差或煙氣流速大,將導致過熱器、省煤器等受熱面磨損嚴重。

8、核心部件風帽較易磨損

風帽通風孔之間的橫向沖刷,及高速床料對風帽的磨損容易引起風室漏渣、流化效果惡化、結焦、溝流現象,影響鍋爐負荷。而風帽的維修異常困難,需要先清除布風板上幾十噸的惰性床料,然后又回裝,檢修周期長,勞動力需求大。煤粉爐就不存在這個問題。

9、運行維護費用較高,運行周期短

循環流化床鍋爐本體,包括耐火防磨層,金屬受熱面和風帽磨損嚴重,導致流化床日常維修費用較煤粉爐高。由于本體及輔機事故比煤粉爐多,循環流化床鍋爐連續累計運行時間比煤粉爐短,煤粉爐年運行時間可以達到8000h/y以上,而流化床鍋爐很難實現。

10、循環流化床鍋爐實現自動化控制難度大

循環流化床鍋爐的燃燒系統較煤粉爐復雜得多,對床壓的控制、床溫的控制、返料系統風量的控制,都是煤粉鍋爐所沒有的,加之爐內磨損嚴重,壓力、溫度測點連續投運可靠性無法保證,自動化控制較煤粉爐難得多,風煙系統自動控制能達到單沖量自動控制就不錯了,而煤粉爐通過調試可以達到燃燒系統自動控制,減少了操作人員的工作量。這是循環流化床鍋爐所不具備的。

綜上說述,循環流化床鍋爐在運行中的問題要較煤粉鍋爐多,連續運行小時數要比煤粉爐短,如果燃料煤質供應可靠,燃料含硫量低可考慮煤粉鍋爐,它具有燃燒穩定,輔機技術成熟自動化程度高,易于操作,運行周期長,維修量相對較小的優點,適合長周期安全穩定運行的特點。反之,若立足于燃燒劣質煤,供煤質量不穩定,且煤質含硫量高,環境排放要求苛刻,屬于供熱、調峰、熱電聯產類的供熱形式,良好的脫硫成本,對各種煤質良好的適應性,考慮循環流化床鍋爐是好選擇。

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