35t／h循环流化床锅炉燃烧系统及辅助设备的设计.doc

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1、35th循环流化床锅炉燃烧系统及辅助设备的设计洪 波长沙锅炉厂摘要：本文从设计、结构、运行等几个方面着重介绍了新型循环流化床锅炉的三回程、三级分离回送、碟型布风独特燃烧系统和几个辅助设备。关键词：新型循环流化床锅炉；三回程；三级分离回送；碟型布风；鼓、引风机；燃料粒径；给煤设备1 前言长沙锅炉厂多年来致力于循环流化床锅炉的开发与设计制造工作，自1997年第一台稀相区采用三回程及一级分离回送35t/h循环流化床锅炉投入运行以来，不断对这项技术进行追踪调查与完善，取得了许多经验，并在此基础上开发出稀相区采用三回程及三级分离回送 35t/h循环流化床锅炉，本文将简要介绍该产品的燃烧系统及辅助设备设计

2、特点。2 锅炉设计基本条件2.1 锅炉设计规范 额定蒸发量 35 t/h 额定蒸汽压力 3.82 MPa 额定蒸汽温度 249 给水温度 104 2.2燃用煤种造气炉渣、劣质烟煤、无烟煤末、焦碳末。3 锅炉及辅助设备结构介绍 从国内已投运锅炉来看，由于多种原因，均不同程度地存在着一般难达到满负荷，运行周期短，事故频繁，分离效率低，埋管与尾部等受热面磨损快，分离器及炉墙磨损、变形、密封性能不好，漏灰严重等，严重影响锅炉的连速稳定运行，不适用化肥行业生产连续性和用汽量大要求。造成这种状况的原因有设计问题，也有制造、安装、运行等方面的问题，有锅炉本体的问题，也有辅助设备方面的问题。 稀相区采用三回程

3、及三级分离回送35t/h循环流化床锅炉是我厂结合中小型化肥行业实际，为大力提高锅炉运行可靠性，而研制的新型循环流化床锅炉。 该锅炉设计为双锅筒、自然循环、分散下降管，适用于室内和半露天布置。3.1 锅炉的基本尺寸 上锅筒中心标高 18,100 mm 锅炉运转层标高 7,500 mm 锅炉点火平台标高 4,200 mm3.2 锅炉燃烧系统 该锅炉稀相区采用三回程及三级分离回送以及碟型布风板低倍率循环流化床燃烧系统。 提高燃烧效率的关键在于提高那些一次通过炉膛时没有燃尽，而循环次数又不多的颗粒的燃尽度，因此稀相区设计成三回程，烟气经过三回程后，停留时间达到5.8秒，从而使烟气中循环次数又不多的颗粒

4、有足够停留时间燃烧尽，提高炉膛出口温度（达到900950度），降低飞灰含碳量（为68%），降低固体不完全燃烧损失，提高锅炉效率，降低锅炉耗煤量，特别是目前，煤的价格上涨幅度比较大，起到节能降耗作用，具有可观的经济效益。 第一级分离为烟气经第二回程下行，再拐向第三回程上行，形成惯性重力分离，分离下来粗灰构成2米高灰仓，底部配有回料风，送入稀相区第一回程再燃烧，为了保证灰仓内不结焦，灰仓前后，上部布置水冷壁管，水冷壁管磨损面采取防磨措施。 第二级分离采用平直流式高温烟尘分离器，布置在第三回程出口（即对流管束区前部），该分离器初级分离采用直流槽型分离的形式，二级采用集尘加速直流槽型分离的形式，三级采

5、用分流旋转加集尘直流式分离技术，它的材料上也表现不凡，具有优异的耐磨损和耐急冷忽热以及耐高温而不粘结灰尘的性能。由于平直流分离器的特殊结构，末级流线型渐扩烟道，使流出的烟气速度降低，并在其边壁效应下使灰尘扩散与稀释，能减缓灰尘对对流受热面的冲刷和磨损，大大地延长了对流受热面的寿命。平直流分离器底部设有两套回料系统，并用“L 阀”来控制，布置在稀相区第三回程后墙，捕捉下来灰经“L阀”送回稀相区第一回程再燃烧，并配有回料风，采用直吹风技术，不需要控制料柱，司炉工容易掌握，同时，回料系统置有温度计，用此监测回料是否正常，为了保证回送仓内部不结焦，回送仓前后，中间布置水冷壁管，水冷壁管磨损面采取防磨措

6、施。该分离器目前在国内有上百家用户，经长期使用证明，其使用寿命均在六年以上。 第三级分离采用金属槽型分离器, 布置在省煤器上部（即低温区，烟气温度400450度），考虑到金属槽型分离器耐温性受到限制，将其布置在低温区，槽型分离器两端能自由膨胀，捕捉下来细灰由回料风送回稀相区第一回程再燃烧。大家知道磨损量与飞灰浓度成正比关系，即飞灰浓度减小一倍，磨损量也减小一倍，省煤器上部布置槽型分离器后，均匀捕捉烟气中细灰，大大地降低烟气中飞灰浓度，省煤器管磨损也大大地降低了，临猗化工厂的同志在锅炉累计运行两年后停炉检查，惊奇地发现省煤器管没有减薄的迹象，竟完好无损，经过实践证明，该项技术的采用，成功地解决了

7、省煤器管磨损问题。 以上三级分离回送通道均布置在炉内，由耐火砖用高温胶泥砌筑而成，密封效果好，没有灰的泄露。 采用低倍率循环燃烧方式。燃烧效率随煤粒在炉内循环次数的增加而增加，当循环次数增加到一定值后，它的增加变得缓慢，这一点已被美国EPRI实验结果所证实，该研究所的研究结果表明，当循环倍率大于2.5后，燃烧效率将不随循环倍率增加而发生显著的变化，但推动床料及煤粒循环的风机的功率随循环次数呈直线增加，而化肥行业是以提高劣质废弃燃料的燃烧效率为目的，没有必要盲目采用高倍率循环燃烧方式，并且低倍率循环流化床锅炉对燃料适应性强，锅炉主要参数可靠性高，对自动控制要求低，运行操作要求与常规沸腾锅炉相似，

8、非常适合我国国情。 密相区的下部采用碟型布风板，多风室风箱，鸭嘴风帽和导流板直风帽组成的燃烧设备，直风帽小孔斜向上，加装导流板后，增大了气流对床料的升举作用，不仅能改善流化质量，改善燃烧，而且在保证良好流化的前提条件下，还可适当降低流化速度，减少夹带与扬折，以利于燃烧效率的提高，鸭嘴风帽是定向吹动，有利于大渣的顺利排出，并且能增加床层底部料层的扰动，运行实践表明，该燃烧设备采用使得锅炉运行时，床料混合好，床温均匀，稳定，不易结焦，燃烧负荷调节范围宽。但普遍存在的问题是风帽帽顶容易烧坏，这是因为在正常运行时，风帽中有空气流通，可以得到冷却，但压火停炉时，没有空气通过，帽头浸埋在高温床料中，容易烧

9、损，因此风帽材质的选择为耐热铸铁 RQTSi5。 密相区高位布置卧式埋管受热面。由于埋管受热面的传热系数比一般锅炉高68倍，比快速床受热面的传热系数也要高出一倍以上，所以埋管受热面是低倍率循环流化床锅炉重要换热设备，它在超常传热的同时，也在经受超强的磨损，这已成为流化床锅炉的重要缺陷，是锅炉运行周期短的重要原因，为适应化肥行业生产连续性要求，设计采用埋管高位布置，经过实践证明，该项技术的采用，使得埋管在保证一定浸泡面积同时，避开床料剧烈撞击，使用寿命成倍增加。 稀相区中间布置一排膜式壁，悬吊于钢架顶部的大梁上，四周的受热面采用光管布置，整体向上膨胀。 为防止水冷壁磨损，在不同部位采用不同防磨措

10、施。 （1）稀相区第一回程出口处左右侧水冷壁管上焊竖向的鳍片。 （2）前墙水冷壁管用耐磨的卡砖把管子包住。 （3） 顶棚水冷壁管覆盖钢纤维增强浇注料。 为确保锅炉长期安全使用，在流化床密相区磨损严重部位，采用炉墙防磨套技术，炉膛的耐火砖全部采用高温胶泥砌筑。3.3 鼓、引风机的配置 由于风室阻力、风帽阻力、床层阻力、分离器阻力的影响，循环流化床锅炉要求的一次风压比煤粉炉和层燃炉高得多，其风机的电耗比常规锅炉高近一倍，所以在充分考虑鼓风机的裕量，合理地选择鼓风机台数，减少风道的阻力，确保鼓风机安装质量，对循环流化床锅炉运行的经济性具有重要的意义。 对于 35th新型循环流化床锅炉来说，由于采用独

11、特的燃烧系统，运行的可靠性高，使用单台鼓风机，这种配置避免了分设一、二次风机使送风系统的复杂化，比较简单，且电耗省，维修费用低。 引风机的问题主要是除尘方式引起的，有些厂家配置的除尘器为了片面追求除尘效率，锅炉运行时阻力很高，达到了30003500Pa，这使得引风机的做功大部分用于克服除尘器阻力，造成锅炉不能正常运行。目前绝大多数 35t/h循环流化床锅炉都用水膜除尘器，一次性投资少，但会引起烟气含湿量增加，造成引风机的叶片锈蚀及粘灰，当粘灰达到一定厚度后，引风机会产生明显的振动。 霍洲化肥厂25t/h循环流化床锅炉采用水浴式除尘器，锅炉额定负荷运行时除尘器阻力达到2000Pa，引风机的功率达

12、到250KW，电耗比较高，且该除尘器的事故时有发生，成为困挠25t/h锅炉运行的一个重要问题。为了扩大生产，该厂投运一合我厂制造 35t/h新型循环流化床锅炉，除尘方式采用静电除尘器，虽然一次性投资比较大，但静电除尘器为干式除尘，不会产生叶片锈蚀及粘灰，除尘效率高，不仅有利于环保，而且大大地减轻了引风机的磨损，静电除尘器阻力很小，仅为245Pa，锅炉容量增加，引风机的功率仍为 250KW，不仅大大地降低引风机的电耗，而且确保引风机有一定裕量。3.4 燃料粒径与破碎系统 选择合适的燃料粒径对循环流化床锅炉的安全经济运行是非常重要的，运行实践表明，燃料粒径控制 010mm 比较合适，粒径过大，床层

13、阻力增大，流化床的膨胀高度变低，埋管真实浸泡受热面减少，埋管受热面吸热量减少，另外飞出床层的颗粒量减少，这使锅炉往往不能维持正常的返料量，造成锅炉产汽量明显减少，同时还会增加风机的能量消耗，加剧床内的磨损，大颗粒燃烧不完全，排放冷渣含碳量增加，水泥厂利用冷渣生产水泥，因冷渣合碳高无法做水泥；粒径过小，则燃料破碎系统电耗增加，且分离器不易捕捉细灰，造成飞灰含碳量增加。 流化床锅炉因流态化燃烧，故对煤的颗粒度分布有严格要求，根据煤种不同，煤粒平均当量直径为1.52.5mm，破碎系统的设计布置一般很难满足粒径分布要求，还有不少的工作要做，破碎系统一般由破碎机，筛网，输煤皮带，煤斗等组成，目前，有些厂

14、对破碎系统的不合理布置进行改进，主要体现在选择合适筛孔尺寸，在破碎机后增加过筛工序，调整破碎机锤头的间隙等，取得了比较好的效果。破碎系统的性能与煤的水分有关，因煤的水分与粘着性有很大关系，当水分超过 10时，粘着性就会有较大的增长，在水分超过 12时，粘着性很大，很容易导致破碎系统的筛网堵塞，造成给煤不畅。煤的破碎系统可按下图设计布置 合格煤粒煤仓 皮带输送 皮带输送滚筒筛筛网原煤 皮 带 输 送破碎机不合格煤粒 皮带 输送3.5 煤斗及给煤设备 从锅炉运行来看，煤斗的事故率很高，煤斗的堵塞时有发生，分析其原因，大多数厂家都是参照链条炉设计长方形的煤斗，煤斗倾角偏小，没有考虑到循环流化床锅炉的

15、燃料粒径比链条炉小得多，当煤水分超过 12时，高水分细颗粒燃料流动性不好，煤斗倾角大于80才能保证畅流。有些厂家煤斗的倾角大于80，取得了比较好的效果，另外煤斗设计还应考虑磨损、腐蚀、锈蚀。 给煤设备用叶轮式给煤装置，其由叶轮式给煤机和落煤管组成，采用全封闭方式给煤，该装置体积小、给料量大、电耗低，磨损小、寿命长、密封性好，不漏烟尘和冷空气入炉，兼有看火、投应急料、加脱硫剂等多种功能。该系统的设计需防止落煤管落煤不畅及落煤管的烧坏，落煤管的倾角不宜小于55，落煤管的材质为1Cr18Ni9Ti，且落煤管的下部布置一股风来冷却管壁，另外采用风力助送的办法，阻止燃料的结焦，从而解决落煤管底部的堵塞。4 结束语 35t/h新型循环流化床锅炉是我厂第三代的产品，采用三回程及三级分离回送以及碟型布风板独特的燃烧系统，它的研制成功具有很强市场竞争力。参考文献：1岑可法等循环流化床锅炉理论设计与运行M北京：中国电力出版社。【作者简介】洪波（1967），工程师，毕业于哈尔滨电工学院热能工程专业，从事锅炉设计与开发工作十一年。