河南銀龍鍋爐科技有限公司
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一、循環(huán)流化床燃煤鍋爐爐內(nèi)工作原理
循環(huán)流化床燃煤鍋爐基于循環(huán)流態(tài)化的原理組織煤的燃燒過(guò)程，以攜帶燃料的大量高溫固體顆粒物料的循環(huán)燃燒為主要特征。固體顆粒充滿整個(gè)爐膛，處于懸浮并強(qiáng)烈摻混的燃燒 方式。但與常規(guī)煤粉爐中發(fā)生的單純懸浮燃燒過(guò)程相比，顳粒在循環(huán)流化床燃燒室內(nèi)的濃度 遠(yuǎn)大于煤粉爐，并且存在顯著的揪粒成閉和床料的顆粒間混，顆粒與氣體間的相對(duì)速度大， 這一點(diǎn)顯然與基于氣力輸送方式的煤粉懸浮燃燒過(guò)程完全不同。
循環(huán)流化床鍋爐的燃燒與煙風(fēng)流程示意見圖 6-1。
預(yù)熱后的一次風(fēng)(流化風(fēng))經(jīng)風(fēng)室由爐膛底部穿過(guò)布風(fēng)板送入，使?fàn)t膛內(nèi)的物料處于快速流化狀態(tài)，燃料在充滿整個(gè)爐膛的惰件床料中燃燒。 較細(xì)小的顆粒被氣流夾帶飛出爐膛，并由K灰分 離裝置分離收糶，通過(guò)分離器下的回料管與飛灰 回送器(返料器)送W爐膛循壞燃燒;燃料在燃 燒系統(tǒng)內(nèi)完成燃燒和卨溫?zé)煔庀騒質(zhì)的部分熱M 傳遞過(guò)程。煙氣和未被分離器捕集的細(xì)顆粒排入 圖s-i擁環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)燃燒與煙風(fēng)系統(tǒng)尾部煙逬，繼續(xù)受熱曲?進(jìn)行對(duì)流換熱，最后排出鍋爐。
在這種燃燒方式下，燃燒室密相區(qū)的濕度水T受到燃煤過(guò)稈中的高溫結(jié)液、低溫結(jié)焦和 最佳脫硫溫度的限制，一般維持在850℃左右，這一溫度范圍也恰與垃圾脫硫溫度吻合。由 于循環(huán)流化床鍋爐較煤粉爐爐膛的溫度水平低的特點(diǎn)，帶來(lái)低污染物排放和避免燃煤過(guò)程 中結(jié)渣等問題的優(yōu)越性。
圖6-2為典型電站用循環(huán)流化床鍋爐的工作系統(tǒng)，其基本工作過(guò)程如下：煤由煤場(chǎng)經(jīng)抓斗和運(yùn)煤皮帶等傳輸設(shè)備被送入煤倉(cāng)，然后由煤倉(cāng)進(jìn)入破碎機(jī)被破碎成粒徑小于10mm 的煤粒后送入爐膛。與此同時(shí)，用于燃燒脫硫的脫硫劑石灰石也由石灰石倉(cāng)送入爐膛，參與煤粒燃燒反應(yīng)。此后，隨煙氣流出爐膛的大量顆粒在旋風(fēng)分離器中與煙氣分離。分離出來(lái)的顆?？梢灾苯踊氐綘t膛，也可經(jīng)外置式換熱器辦進(jìn)入爐膛參與燃燒過(guò)程。由旋風(fēng)分離器分離出來(lái)的煙氣則被引入鍋爐尾部煙道，對(duì)布置在尾部煙道中的過(guò)熱器、省煤器和空氣預(yù)熱器中的工質(zhì)進(jìn)行加熱，從空氣預(yù)熱器出口流出的煙氣經(jīng)布袋除塵器除塵后，由引風(fēng)機(jī)排入煙囪，排向大氣。
在汽水系統(tǒng)方面，循環(huán)流化床鍋爐和煤粉爐基本相似。給水由給水泵壓入省煤器，吸熱后流入汽包，經(jīng)下降管和下聯(lián)箱匯集，重新分配給布置在爐膛四周的水冷壁管中。工質(zhì)在水冷壁管中吸熱汽化后再返回汽包，在汽包內(nèi)進(jìn)行汽水分離，飽和蒸汽流入位于對(duì)流煙道的過(guò)熱器，并在其中進(jìn)一步被煙氣加熱到規(guī)定的溫度和壓力的過(guò)熱蒸汽。隨后，過(guò)熱蒸汽流入汽輪機(jī)，推動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。并帶動(dòng)同軸的發(fā)電機(jī)組發(fā)電。
圖6-2典型電站用循環(huán)流化床鍋爐的工作系統(tǒng)
1-煤場(chǎng);2-燃料倉(cāng);3-燃料破碎機(jī);4-石灰石倉(cāng);5-水冷壁;6-布風(fēng)板下的空氣入口;7-旋風(fēng)分離器;8-鍋爐尾部煙道;9-外置式換熱器的被加熱工質(zhì)入口;10-布袋除塵器;11-汽輪機(jī);12-煙囪;13-二次風(fēng)入口;14-排渣管;15-省煤器;16-過(guò)熱器;17-引風(fēng)機(jī);
外置式換熱器中的被加熱工質(zhì)可以是給水或蒸汽。這些工質(zhì)在外置式換熱器中吸熱后仍回到鍋爐的汽水系統(tǒng)。
燃燒及布風(fēng)需要的一次風(fēng)和二次風(fēng)通常由冷空氣在空氣預(yù)熱器(布置在后部煙道的省煤器后面，圖中未示出)中預(yù)熱后分別從爐膛底部及爐膛側(cè)墻送入。
循壞流化床鍋爐的循環(huán)流化燃燒方式與其他燃燒方式的鍋爐相比具有以下特點(diǎn)。
循環(huán)流化床鍋爐爐膛中存在大量由固體顆粒構(gòu)成的床料。這些熾熱的固體顆?？梢允巧匙印⒌[石、石灰石及煤灰。加入的燃料按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算只占床料總量的1%?3%。
循環(huán)流化床是快速床，在爐膛形成一個(gè)中心區(qū)氣流與細(xì)顆粒向上運(yùn)動(dòng)而四周近壁環(huán)形區(qū)顆粒團(tuán)向下沉降的強(qiáng)烈內(nèi)循壞運(yùn)動(dòng)。加上隨煙氣流出爐膛的高溫固體顆粒被分離捕集后再次送回爐膛的外循環(huán)作用，使?fàn)t膛內(nèi)傳熱和傳質(zhì)過(guò)程得到顯著強(qiáng)化。爐膛內(nèi)溫度能均勻地保持在850℃左右，加入爐膛的燃枓顆粒迅速加熱到爐膛溫度并著火燃燒。因而循環(huán)流化床鍋爐可以不需輔助燃料，而燃用各種固體燃料，從低揮發(fā)分的無(wú)煙煤到高硫煙煤乃至灰分含量高達(dá)40%?60%的高灰煤均可滿意地燃燒。此外，這種鍋爐還能燃用石油焦、頁(yè)巖等其他固體燃料，其燃料適用范闈十分寬廣。
循環(huán)流化床燃燒時(shí)，雖然其燃料顆粒比煤粉粗?jǐn)?shù)十倍乃至上百倍，但在設(shè)計(jì)和運(yùn)行良好的情況下，其燃燒效率可以達(dá)到煤粉爐的水平。
循環(huán)流化床鍋爐能保持燃燒效率高的主要原因如下：首先新鮮燃料顆粒進(jìn)入爐膛迅速與大量熾熱床料混合，可立即著火燃燒，而且爐內(nèi)氣固混合強(qiáng)烈，燃燒速率高;此外，在這種鍋爐中，燃燒區(qū)域擴(kuò)散到整個(gè)爐膛。隨氣流流出爐膛的未燃盡顆粒會(huì)被旋風(fēng)分離器分離后再送回爐膛循環(huán)燃燒。因而使燃料燃燒時(shí)間大為延長(zhǎng)，有利于燃料燃盡;當(dāng)然，也有一些細(xì)顆粒未被旋風(fēng)分離器收集，并隨煙氣流入鍋爐尾部受熱面煙道，造成一些不完全燃燒損失。為了降低這部分燃燒損失，可以在鍋爐尾部煙道底部收集這些細(xì)顆粒并送回爐膛參加燃燒。
煤粉爐的主要缺點(diǎn)之一即為排煙中含有在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的大量SO2氣體。含有SO2 的煙氣排入大氣后將嚴(yán)重污染環(huán)境。為了減少煙氣中的SO2含墾，并使之達(dá)到環(huán)保要求，往往需要采用價(jià)格昂貴的煙氣脫硫裝置，或在燃燒過(guò)程中加入脫硫劑(吸收劑)脫硫。常用的脫硫劑為石灰石(CaCO3j)和白云石(CaCO3 ? MgCO3)
在循環(huán)流化床鍋爐中，脫硫劑在爐膛中是在最佳反應(yīng)溫度下進(jìn)行脫硫，爐膛中燃料和物料的內(nèi)循環(huán)和分離設(shè)備、回送設(shè)備造成的外部循環(huán)使脫硫劑在爐膛內(nèi)平均停留時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)數(shù)十分鐘。因而，脫硫過(guò)程可充分進(jìn)行。在采用石灰石作脫硫劑Ca/S=2的情況下，其脫硫效率可高達(dá)90%以上，脫琉劑利用率可達(dá)50%以上，排入大氣的煙氣中SO2含量(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))小于200mg/m3，符合國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，可不必采用昂貴的煙氣脫硫裝置。
鍋爐排煙中另一種危害環(huán)境的物質(zhì)為氮氧化物NOx煙氣中的NOx按其生成機(jī)理可分為熱力型NOx、快速型NOx和燃料型NOx三類。
熱力型NOx是燃燒用空氣中所含的N2在高溫時(shí)氧化生成的;快速型NOx，是燃料燃燒分解時(shí)所產(chǎn)生的中間產(chǎn)物與N2反應(yīng)生成的;燃料型NOx是燃料中所含有機(jī)氧化合物在燃燒時(shí)氧化生成的。
在燃煤鍋爐中，快速型NOx占總NOx含量的比例較少，一般在5%以下，因此排煙中氮氧化物主要為熱力型NOx和燃料型NOx研究表明，燃料型NOx和熱力型NOx均與燃燒溫度密切相關(guān)。燃燒溫度愈高則這兩種類型的NOx含量愈大，反之則愈小。特別是熱力型NOx，受燃燒溫度影響更明顯。循環(huán)流化床鍋爐的爐膛溫度為850℃左右，此時(shí)熱力型NOx生成量已較少，一般只占NOx總排放量的10%以下。加上循環(huán)流化床鍋爐燃燒所需空氣采用分段給入方式。一次風(fēng)從布風(fēng)板下送入，其量低于燃燒所需氧量，因而析出的燃料氮不能充分與氧反應(yīng)生成氧化氮。二次風(fēng)在爐膛下部還原區(qū)以上送入爐膛，此時(shí)燃料析出的氮已成為分子氮，因而也不易形成NOx由于合理組織了分段送風(fēng)和分段燃燒，可以有效地減少燃料型NOx的生成。因而循環(huán)流化床鍋爐煙氣中的NOx排放范圍為(50?150) ppm，可以滿足各國(guó)的環(huán)保法規(guī)要求。
循環(huán)流化床鍋爐的爐膛內(nèi)氣流速度是鼓泡流化床鍋爐的3?5倍，爐內(nèi)混合強(qiáng)、傳熱快， 其爐膛截面熱負(fù)荷也遠(yuǎn)大于鼓泡流化床鍋爐，一般為3?5MW/m2，可達(dá)到與煤粉鍋爐相當(dāng)?shù)乃健?/span>
在循環(huán)流化床鍋爐中，可以通過(guò)減少進(jìn)入外置式換熱器的循環(huán)量使?fàn)t溫升高。這樣，就可補(bǔ)償在低負(fù)荷時(shí)，因燃料量和空氣量的下降而引起的爐溫降低，使?fàn)t溫仍保持在最佳爐溫運(yùn)行工況。因而可使鍋爐出力調(diào)節(jié)范圍較寬，一般在鍋爐正常出力的25%?30%下仍可穩(wěn)定運(yùn)行。此外，由于爐膛氣速高、傳熱快，因而其出力調(diào)節(jié)速率較快，可達(dá)到4%/min的程度。
由于低溫燃燒和燃燒效率高，使循環(huán)流化床鍋爐排出的灰渣未經(jīng)熔化過(guò)程且含碳量小。但由于采用加入脫硫料的爐內(nèi)脫硫技術(shù)，其固體灰渣排出最一般是同容量煤粉鍋爐的1.5?2倍。并且灰渣中含有大量的氧化鈣和硫酸鈣，不像煤粉鍋爐灰渣以氧化硅為主。其灰渣可用于水泥摻和料、建筑材料和磚瓦生產(chǎn)等方面的綜合利用。
循環(huán)流化床鍋爐的一系列特點(diǎn)已使其逐漸發(fā)展為一種適用燃料范圍廣、高效低污染的燃煤鍋爐，不僅適用于工業(yè)鍋爐，也適用于大型電站鍋爐，具有寬廣的應(yīng)用和發(fā)展前景。