循環雙流化床燃燒技術在小型循環流化床鍋爐改造上的應用

毛奇洲

(福建省東鍋節能科技有限公司，福州 350003)

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循環雙流化床燃燒技術在小型循環流化床鍋爐改造上的應用

毛奇洲

(福建省東鍋節能科技有限公司，福州 350003)

摘要：為了進一步提高燃用福建無煙煤的小型循環流化床鍋爐的燃燒效率，將循環雙流化床燃燒技術應用于DGJ35/3.82-Ⅱ1型循環流化床鍋爐的改造。改造后，鍋爐運行情況明顯改觀，鍋爐效率提升16.7%，取得了良好的節能環保提效效果，對小型流化床鍋爐燃燒效率提升改造有一定的借鑒作用。

關鍵詞：循環雙流化床；福建無煙煤；改造；節能;減排

0引言

福建省無煙煤儲量大，具有揮發分含量極低、細粉含量很高和灰熔點低等三大特點，屬特別難燃的煤種。燃用福建無煙煤的循環流化床(簡稱CFB)鍋爐普遍存在飛灰含碳量高和爐內、分離器及返料器易結焦等問題，小型CFB鍋爐(指35 t/h以下)尤其明顯，飛灰含碳量通常都在20%~30%，甚至超過40%。為實現節約能源，改善環境，提高能源利用率，達到節能降耗增效的目的，文中介紹了循環雙流化床燃燒技術應用于小型CFB鍋爐提高燃燒效率的改造實例。

1循環雙流化床鍋爐的特點

循環雙流化床(簡稱CFDB)鍋爐是東方鍋爐為了中小型工業用戶的需要，在吸取CFB鍋爐優點的基礎上而開發出的一種CFB改進爐型。CFDB鍋爐技術自1989年獲國家專利，現已有6、10、15、20、25、35、45、50、65 t/h各種參數系列的蒸汽鍋爐產品，正在運行的有200余臺，性能良好、運行經濟效益十分顯著。用CFDB技術改造的各型鍋爐也有幾十臺，改造后的效果十分顯著，在出力、熱效率、可靠性、環境等方面都能達到設計要求。

1.1CFDB鍋爐與一般流化床鍋爐的區別

①主床；②懸浮室Ⅰ；③懸浮室Ⅱ；④副床；⑤燃燼室圖1　循環雙流化床鍋爐

圖2　常規循環流化床鍋爐

(1)有兩只流化床，一只主床燒煤，床內沒有埋管，其結構與循環流化床相同，粗顆粒煤在主床內燃燒完全。

(2)另設一只副床，專燒飛灰，副床灰有兩部分來源，一是煙氣從懸浮室轉向到燃燼室時，粗顆粒飛灰被分離，直接進入副床；二是煙氣經過外置旋風分離器時分離下來的細灰，經氣力輸送裝置送回副床。設置副床的目的有三個：一是副床是低速床，飛灰在副床內可以燃燒完全，副床灰的含碳量低于6%；二是一部分飛灰從副床內以放渣的形式，從底部排除，減少了飛灰份額與原始排塵量；三是減少了爐內飛灰循環量，有利于保護尾部受熱面，減少磨損。

(3)爐膛成“N”字形折疊式，在不增加爐膛高度的情況下，有效延長煙氣流程，滿足了分離器不能分離的細灰較長燃燒時間要求，而且煙氣多次轉向造成的擾動，使煙氣與顆粒混合良好，增強了擾動效果，利于煤的充分燃燒。

1.2利用CFDB技術改造后的鍋爐特性

(1)可以使用8 000~24 000 kJ/kg的各種燃料，包括各類煙煤、貧煤、無煙煤、褐煤、油頁巖、煤矸石、爐渣等，有利于用戶根據當地資源情況組織燃料供應，降低成本。

(2)爐膛出口前整個煙氣流程都保證煙氣溫度在800 ℃以上，使得煤粒子能夠充分燃燒。

(3)不僅主床放渣，副床也要放渣，渣多則飛灰份額低，此類鍋爐飛灰僅為同類鍋爐的一半，即使飛灰含碳量相同，飛灰熱損失也會減少50%。

(4)由于循環灰回副床，爐內飛灰濃度大幅度降低，只有CFB鍋爐的五十分之一，因此受熱面的磨損極其輕微，鍋爐使用壽命長，年運行時間可達8 000 h。

2武夷味精有限公司CFDB改造實例

2.1改造前鍋爐情況

福建省建陽武夷味精有限公司2#鍋爐(DGJ35/3.82-Ⅱ1型CFB)為單汽包自然循環、膜式壁輕型爐墻、中溫旋風分離鍋爐，燃燒室由上下兩部分組成，下部為絕熱材料包覆而成的沸騰層，并布置豎埋管，上部四周布置膜式水冷壁，爐膛出口水平煙道內布置橫向沖刷的過熱器，然后分成兩個煙道進入上排氣式旋風分離器，分離出的未燃燼的灰粒由回料器送回沸騰層循環燃燒，相對潔凈的煙氣進入尾部煙道，沖刷尾部受熱面。

改造前設計參數

額定蒸發量：35 t/h

額定壓力：3.82 MPa

額定溫度：450 ℃

給水溫度：104 ℃

鍋爐設計熱效率：83.83%

設計煤種：Ⅱ類無煙煤，固定碳：52%，灰分：37.2%，全水分：8%，揮發分：2.8%。低位發熱量：18 010 kJ/kg。

鍋爐自投入運行以來，主要存在以下問題：

(1)鍋爐爐膛容積小，煙氣流程短，煤燃燒時間短，特別是燒難燃的福建無煙煤。

(2)鍋爐燃燒效率極低，飛灰含碳量高，煤耗很高。

(3)流化速度高，埋管磨損大，飛灰攜帶量大。

(4)爐膛出口煙氣中飛灰量大，過熱器磨損大。

由于鍋爐存在以上問題，造成該鍋爐埋管、過熱器管維修工作量大，連續運行時間短，同時鍋爐燃燒效率低，飛灰中含有大量可燃物，造成鍋爐煤耗居高不下。

根據對2#鍋爐熱效率的測試結果，飛灰含碳量超過30%，鍋爐運行實際效率僅為70.3%。

2.2鍋爐改造指導思想

鍋爐改造要結合福建無煙煤燃燒的特性，一是福建無煙煤揮發份很低，煤粒著火溫度高，燃燒時不會產生爆裂或空隙；二是福建無煙煤的顆粒十分致密，只能由外到里一層一層燃燒；三是福建無煙煤外層燃燒所產生的致密灰層會將里層的碳包裹，阻礙碳與氧氣接觸，使燃燒不能繼續進行，形成碳核。正是由于福建無煙煤燃燒的特性，常規的循環流化床鍋爐飛灰含碳量高，機械不完全燃燒損失大。要使鍋爐燃燒效率高，煤耗低，就必須針對燃料的這些特點，讓鍋爐來適應它。

鍋爐改造的總體原則為增加燃料在爐膛內的燃燒時間和行程，減少煙氣攜帶出爐膛的飛灰量，同時延長煤粒在床內的燃燒時間，增強擾動，使顆粒外層的灰層能夠脫落，使燃燒更徹底。通過對現有的運行狀況和鍋爐結構形式的研究，根據福建無煙煤的煤質特點，結合東鍋CFDB在福建地區的使用情況，確定改造為中溫分離CFDB鍋爐。

2.3改造的主要內容

鍋爐改造后主蒸汽參數不變，整體布置基本保持原形式，單鍋筒橫向布置自然循環水管鍋爐。新增立柱，將爐膛向爐左側擴寬~7 m，鍋爐深度不變，并在爐膛中設置兩道由光管水冷壁及掛管磚構成的隔墻，使整個爐膛分隔為三個室：懸浮上升室(主爐膛)、懸浮下降室、燃燼室(副爐膛)，即將原鍋爐的爐膛由單床改造為雙床。旋風分離器及鍋爐尾部豎井煙道保持原結構不變。改造如圖3所示。

圖3　鍋爐改造示意圖

改造后燃料在主爐膛中燃燒，煙氣由下往上經懸浮室Ⅰ段，經前隔墻轉向進入懸浮下降室(懸浮室Ⅱ)，在下降室中又自上而下流動，再經后隔墻轉向進入燃燼室，轉向時大顆粒的灰渣自然沉降落入副床繼續燃燒，煙氣至爐膛出口經高、低溫過熱器吸熱后進入旋風分離器進行第二次分離，分離下來的細灰返回副床繼續燃燒。

2.4改造后運行情況

(1)爐膛溫度場合理

鍋爐改造為循環雙流化床鍋爐后，整個爐膛溫度場合理，鍋爐運行的溫度場見表1。

表1　循環雙流化床鍋爐溫度場分布

從上表可以看出，鍋爐爐膛燃燒溫度均大于800 ℃，有利于煤粒子的燃燼，在延長煤粒子的燃燒時間的同時，保證了燃燒的溫度，提升了鍋爐的燃燒效率。

(2)機械不完全燃燒損失降低明顯

根據化驗結果顯示，鍋爐出口飛灰含碳量為12%，較改造前的30%大幅降低，副床灰含碳量為3%。另外鍋爐出口煙氣含塵濃度僅為6 g/Nm3，與改造前的15 g/Nm3相比，降低明顯，大部分的灰通過副床排出，有效降低機械不完全燃燒熱損失。

(3)過熱器的磨損減輕

鍋爐出口煙氣含塵濃度為6 g/Nm3，大大降低了對過熱器的磨損。鍋爐自2013年5月改造完成至今，鍋爐未出現由于受熱面磨損而出現的故障。

(4)環保初始排放指標明顯改善

采用循環雙流化床后，煙氣污染物初始排放降低。一是煙塵排放降低，從15 g/Nm3降低到6 g/Nm3，減輕了鍋爐尾部除塵的壓力。二是NOx排放降低，循環雙流化床鍋爐類似于分級配風，在懸浮室Ⅰ段(主床)及懸浮室Ⅱ段形成還原性氛圍，抑制NOx的產生，在副床再鼓風燃燒，有效降低NOx的排放，根據監測結果，改造后NOx含量在200 mg/Nm3左右，與改造前相比降低約100 mg/Nm3。

2.5改造經濟效益分析

鍋爐改造前熱效率為70.3%，改造后熱效率為85.5%。按年運行7 200 h計，年節約標煤6 338 t，折合人民幣443.6萬元，項目經濟效益可觀。

3結束語

循環雙流化床燃燒技術所具有的高燃燒效率、低磨損、低排放等特點，在此改造項目中均得到驗證。目前，在國家大力倡導節能減排的方針政策下，將循環雙流化床燃燒技術應用于小型CFB鍋爐，能為國家節約更多能源，提高企業市場競爭力，具有良好的經濟效益、環保效益及社會效益。

參考文獻

[1]岑可法，倪明江，駱仲泱，等．循環流化床鍋爐理論設計與運行[M]．北京:中國電力出版社，1998(5)：17-20.

[2]陳桂昌.循環流化床鍋爐提效節能改造探討[J].應用能源技術，2015，4(7)：25-28.

Cyclic Fluidized Double Bed Combustion Technology Applies to theTransformation of Small-sized Cyclic Fluidized Bed Boiler

MAO Qi-zhou

(FuJian DongGuo Energer Saving Technology Co., Ltd, Fuzhou 350003, China)

Abstract:Cyclic fluidized double bed combustion technology applies to the transformation of DGJ35/3.82 Ⅱ 1 type cyclic fluidized bed boiler,in order to increae the combustin efficiency of the small circulating fluidized bed boiler which burns fujian anthracit coal. The boiler efficiency significantly increases by 16.7% after modification, and the boiler has obtained the good effect of energy conservation and environmental protection, It has certain reference significance for small-sized fluidized bed boiler combustion efficiency modification

Key words:Circular fluidized double bed; Fujian anthracite coal; Transformation; Energy saving; Emissions reduction.

中圖分類號：TK229.4

文獻標志碼：B

文章編號：1009-3230(2016)03-0030-04

作者簡介：毛奇洲(1983-)，男，工程師，本科學歷，主要從事熱電聯產、余熱發電咨詢與工程設計。

收稿日期：2016-02-09

修訂日期：2016-02-21

doi:10.3969/j.issn.1009-3230.2016.03.008