循环流化床锅炉与煤粉炉相比较的优点

循环流化床锅炉与煤粉炉相比较的优点

存在问题及解决方案

一． 循环流化床锅炉的优点

1. 对燃料的适应性强

2. 燃料的着火条件优越

3.燃烧效率高

4热强度大

5脱硫效果好

6脱NOX效果好

7负荷调节性能好

8灰，渣综合利用好

二． 存在问题及解决方案

1. 风机电耗大，厂用电率高

2. 水冷壁磨损较严重

3. 浇注料开裂，脱落，磨损

4. 对燃料粒径要求严

5. 风帽磨损，漏渣

6. 尾部受热面磨损

7. 排渣系统故障率高

8. 分离器表面温度高

循环流化床锅炉与煤粉炉相比较的优点，存在问题及解决方案

循环流化床燃烧技术作为一项高效，低成本的清洁燃烧技术，它具有接近或达到同容量煤粉炉的燃烧效率，燃料适应性强，负荷调节范围大，燃烧稳定，污染物排放少，可用石灰石作为脱硫剂，低成本实现炉内脱硫，灰渣便于综合利用，是国际上公认的商业化程度最好的洁净煤燃烧技术之一。下面对循环流化床锅炉与煤粉炉相比较的优点，存在问题与解决方案做一论述：

一．循环流化床锅炉的优点：

1. 对燃料的适应性强

在循环流化床锅炉中按重量计，燃料仅占床料的1%~3%，其余是不可燃的固体颗粒，如脱硫剂，灰渣或石英砂。液化床锅炉的特殊流体动力特性使气—固和固—固混合非常好。因此燃料进入炉膛后很快与大量热床料混合，燃料被迅速加热至高于着火温度，而同时床层温度没有明显降低。只要燃料的热值大于加热燃料本身和燃烧所需空气至着火温度所需的热量，上述特点就可以使得循环流化床锅炉不需辅助燃料而燃用任何燃料。如高灰煤，高硫煤，高水分煤，煤矸石，煤泥，以及油页岩，石油焦，尾矿，垃圾等。阜新金山煤矸石热电有限公司有4台480T/H循环流化床锅炉，燃料为内蒙褐煤和阜新煤矸石掺混，最低烧过热值为1900大卡/公斤，小时煤耗为175T，运行平稳。说明，只要燃料的粒度合适，循环流化床锅炉的燃料适应性非常广泛。

2. 燃料的着火条件优越

循环流化床锅炉的流化床料量很大，床料温度为850~950℃，床料中95%以上为惰性物质，5%左右为可燃物质。每分钟新加入的燃料为床料量的1%~3%。大量惰性热床料不与新加入的燃料争夺氧气，却为加热新燃料提供了很高的热量，使燃料迅速加热排出挥发分并着火燃烧。因此，流化床燃烧时难燃燃料（无烟煤，石油焦等）的着火不存在任何困难。这就是循环流化床锅炉既能烧易着火的燃料又能烧难着火的燃料的原因。煤粉炉的煤粉由空气运载喷入炉膛燃烧的，运载煤粉的空气必需与煤粉一起受到加热，当温度升到比煤粉着火温度还要高些的时期，煤粉才能着火。烟煤的着火温度为750~840，煤粉在炉内的停留时间为1~2秒，因此，煤粉必须在这样短的时间内基本燃尽，所以煤粉炉的着火条件不如循环流化床锅炉优越。

3. 燃烧效率高

循环流化床锅炉燃烧效率通常在97.5%~99.5%范围内，可与煤粉炉相媲美。循环流化床锅炉燃烧效率高原因为有下述特点：气-固混合良好，燃烧速率高，特别是对粗颗粒燃料，绝大部分未燃尽的燃料再循环 至炉膛。

粗颗粒煤燃尽的时间与煤粒径的关系

锅炉设计中，煤粒一次通过燃烧室的停留时间一般选定为5~6秒，高温旋风分离器对0.1mm的颗粒，分离效率为99%，煤粉炉的煤粉燃尽距离为28米，循环流化床锅炉燃烧室高度一般为30~32米，而高温旋风分离器对0.1mm分离效率为99%，所以进入尾部的灰粒已经全部燃尽，大于0.1mm的通过返料阀进入炉内循环燃烧，保证了循环流化床锅炉足够高的燃烧效率。

4. 热强度大

由于飞灰循环燃烧和流化速度高，燃烧比较均匀的发生在整个燃烧室高度内，沿燃烧室高度方向燃烧强度相差不大，从而提高了循环流化床锅炉的截面热强度和容积热强度。煤粉炉燃烧室截面热强度为1.4~4.5MN/M2，而流化床锅炉为4~6MW/M2。煤粉炉燃烧室容积热强度为0.14~0.2MW/M3，而流化床锅炉为1.5~2.0MW/M3.煤粉炉的炉膛内传热系数为40~60W/M2℃,而流化床锅炉稀相区传热系数为116~232W/M2℃。所以循环流化床锅炉燃烧热强度大，床内传热能力强，可以减小炉膛体积，节省受热面金属消耗。

5. 脱硫效果好

由于燃烧温度可控制在最佳脱硫温度及石灰石或氧化钙与so2的循环反应，当钙硫比在1.5~2.0时，脱硫效率可达90~95%。石灰石粒径一般采用1~2MM，因为颗粒在炉内的停留时间为5~6秒，大于SO2的有效反应时间3~4秒，所以流化床锅炉在炉内脱硫效果是煤粉炉不可相比的。我国广东梅县荷树园电厂为东锅300MW机组，采用在煤场上煤过程中，将石灰石直接给到输煤皮带上，经过沿途的筛分，破碎过程，使煤和石灰石掺混均匀，同点给入炉内。当煤的含硫为0.89%，负荷为300MW，钙硫比为2.4时，SO2排放量为100~200mg/nm3,达到了非常满意的脱硫效率。所以将煤中掺混石灰石作为主要供给，炉前石灰石系统作为辅助系统，两套系统互为补充，互为备用，确保SO2连续排放达标，是今后硫化床锅炉在脱硫系统最佳，最经济，最可靠的配置方式，而煤粉炉需要在炉外设置庞大的脱硫设备，系统复杂，占地面积大，投资大，电耗高。在脱硫上，循环流化床锅炉有绝对的优势。

6. 脱NOX效率好

由于循环流化床锅炉采用分级燃烧，并将燃烧温度控制在850~950范围内，只有燃料中的氮转化成NOX，空气中的氮不会生成 NOX。故循环流化床锅炉NOX排放浓度低，体积分数一般为（100~200）*10-6（100~200PPM）。而煤粉炉NOX的体积分数为（500~600）*10-6（500~~600PPM）。要从烟气脱除NOX，在技术上难度和费用方面比脱除SO2还要大得多。循环流化床锅炉NOX排放量能达到环保标准，这是循环流化床锅炉最大的优点之一。

循环流化床锅炉降低NOX的措施：

1)限制过剩空气量。

2) 床温控制在850~950

3) 分级燃烧。

煤粉炉降低NOX的措施：

1) 降低过剩空气量和氧气浓度，使煤粉在缺氧的条件下燃烧。

2) 降低燃烧温度，防止产生局部的高温。

3) 缩短烟气在高温区的停留时间

4) 采用低NOX燃烧器

但是，上述控制原则却与煤粉炉降低飞灰含碳量，提高燃尽率的原则相矛盾。所以煤粉炉在炉内实现降低NOX很难做到。

7. 负荷调节性能好

循环流化床锅炉由于采用飞灰循环燃烧和外部流化床热交换器，锅炉负荷能在25%~100%之间变化。负荷变化率为每分钟5%~10%，当负荷变化时，只需调节给煤量，给风量和床料量就可满足负荷的变化。当负荷低于30%时，视情况定需要

切断飞灰循环燃烧系统。对煤粉炉，低负荷时需要采用燃油助燃。这一优点使循环流化床锅炉作为电网调峰机组，作为热负荷变化大的热电联产机组和供热锅炉是特别适应的。

8. 灰渣综合利用好

循环流化床锅炉燃烧温度为850~950，与煤粉炉相比属低温燃烧。低温燃烧的灰渣活性好，可直接作为水泥掺合料使用。流化床锅炉灰渣的物理特性好，决定灰渣具有水泥特性的重要参数抗压强度，自由扩张强度等比较高。飞灰的抗压强度在75天100%湿度下养护可达1360*6.9KPA。阜新矿业集团采用阜新金山煤矸石热电有限公司的飞灰做为井工矿保护煤柱的充填物，效果非常明显，为国家节约大量的煤炭资源。硅酸盐水泥的主要成份为：CaO,SiO2,AlO2O3,Fe2O3

循环流化床锅炉与煤粉炉灰渣特性比较表

所以，以煤矸石做为主燃料的循环流化床锅炉灰渣活性要好于煤粉炉，综合利用价值更大，阜新金山煤矸石热电有限公司流化床锅炉排出的渣全部用于水泥掺合料，飞灰绝大部分用在阜新矿业集团井工矿的保护煤柱填充上。基本上做到了零排放。

二．存在的问题及解决方案。

1. 风机电耗大，厂用电率高

因为循环流化床锅炉所独有的布风板，分离器和炉内床料的存在，烟气部分比煤粉炉大很多，流化辅机较多，通风电耗相应较高。循环流化床锅炉厂用电高是机组供电煤耗高的一个主要原因。厂用电率降低1%，供电煤耗可降低4g/kwh。锅炉风机电耗率是随负荷的增加而变化，引风机，一、二次风机耗电率变化最大。在低负荷工况下，一、二次风机耗电率占全厂用电的30%以上。

解决方案：

1) 引风机，一、二次风机采用变频调速技术，可大大降低风机的耗电率。

2) 风帽阻力；布风板阻力主要是风帽阻力，在保证床料流化，不漏渣和防磨的条件下，减小风帽的阻力损失，锅炉厂风帽设计阻力为5~5.5KPa。.风帽阻力越大，风室压力越高，一次风机电耗越大。一次风机风压每增加1KPa，电耗增加80~100KW。所以我们建议风帽阻力设计为3.0~3.5KPa，小孔风速为40~42m/s，风帽小孔改为8*13（原为6*15）

3) 合理的料层厚度：床压越低风室压力越低，一次风机电耗越小。根据阜新金山公司1#炉实际运行数据分析，在热值为2400大卡/公斤，负荷为150MW，煤量为135T/H工况下，最佳床压为3.5~4.0KPa，风室压力为8.5~9.5KPa。二次风压为9.7~10.7KPa。

4) 合理加风，合理加风主要是控制省煤器上部的含氧量大小。煤粒小于1mm的烧尽时间为4.4秒，燃尽距离为28米，而循环流化床锅炉的炉膛高度（从风帽到炉膛出口中心线的高度）为30~32米，而且分离器的效率为d50=0.1MM。所以进入尾部的灰粒已经全部燃尽，省煤器上部的含氧量可控制在1.2~1.5%，可大大减少风机的电耗。

5) 控制燃料的粒度：燃料的粒度增大，为了保证流化可靠，就得加大一次风量，增加电耗。在燃料以煤矸石为主的循环流化床锅炉给煤最合理的粒径级配为：0.6~1mm占40%，1~3mm占20%, 3~~5mm占20%，5~8mm占15%，>8mm占5%

6) 低负荷下，停运一台引风机，一台二次风机。

7) 微正压运行方式：锅炉厂设计炉膛压力为±200Pa。采用微正压运行方式，使带出的细灰量减小，炉内循环量加大，炉膛出口烟速有所降低，减小炉膛出口顶棚管，侧面水冷壁管的磨损程度，明显的降低了引风机的电耗，炉膛压力保持在+100--150Pa.

2. 受热面磨损较严重（水冷壁管）

1) 水冷壁卫焰带浇注料过度区磨损：

解决方案：在此部位大部分锅炉厂已经采用了让管防磨技术，大大减小了对管子的磨损，因为此部位是炉内边壁流浓度最大，流速最大的部位，即便采用了让管技术也会产生磨损。新建的锅炉建议采用金属喷涂技术，喷涂高度为2~3m可保证2~3年不磨损。

2) 水冷壁安装焊缝磨损：因为安装焊缝的凸起和水冷壁管排安装时在焊缝附近的不平度，使沿管壁面下流的灰流方向改变或流速加快，造成焊缝上部发生磨损。

解决方案：将凸起的焊缝尽量打磨光滑，在焊缝上下300mm距离内进行金属喷涂。

3) 水冷壁管排四角磨损：水冷壁四角部分大部分锅炉厂已经设计成耐磨浇注料圆弧过渡防护结构，直到了一定的防磨作用。但是在浇注料过渡区经长期运行浇注料磨损破损形成不规则状况，细灰沿壁面下流时形成涡流磨损

解决方案：阜新金山公司锅炉作业自行设计的一种耐高温，耐磨，膨胀自如，结构合理的合金护瓦，安装在四角浇注料过渡区部位。经5年多运行，证明结构合理，运行可靠，无脱落，无磨损。2010年经无锡锅炉厂申报已获国家专利。

4) 水冷屏，再热屏穿墙处磨损：在水冷屏，再热屏穿墙管设计为耐磨浇注料防护，向内凸起30~50mm。细灰沿壁面下流过程中，遇到凸起的浇注料形成涡流，对此部位的前水冷壁管子造成了严重磨损。

解决办法：将此处的前水冷壁管改造为让管结构，使浇注料平滑过渡，消除产生涡流磨损的条件。

5) 后水冷壁管，侧水冷壁上部浇注料过渡区磨损：在后水冷壁和侧水冷壁上部，锅炉厂为了防止烟气在进行两侧烟道分流转向过程中发生磨损，采用了局部浇注料防磨措施，起到了一定的防磨效果。但是，经长期运行后，在浇注料过渡区，因为涡流作用发生了磨损。

解决方案：采用阜新金山公司设计的耐磨护瓦进行过渡处理，经5年运行，防磨效果非常好。

6) 水冷壁顶棚管和侧水冷壁上部磨损：在水冷壁顶棚管和侧水位壁上部因为两侧风压高，或者炉内0.6~1mm颗粒比例大于50%，造成上部烟气含灰浓度增大，烟气流速增大，使含灰烟气直接吹到顶棚管，再转向流向水平烟道，破坏了锅炉设计的空气动力场。在顶棚管附近产生了涡流，造成顶棚方和侧水冷壁上部的严重磨损。

解决方案：1.消除两侧风压高，炉膛内水平方向风压不均匀

2.经过燃烧试验，选择合适的入炉煤粒度级配和煤在炉内成灰特性的适应性（特别注意褐煤燃烧的成灰特性）

3.在顶棚管和侧水冷壁管上部安装阜新金山护瓦。

3. 浇注料开裂，磨损，脱落

1)浇注料开裂：原因为耐火材料在运行中本身体积收缩，产生裂纹，其二是耐火材料在温度出现波动的情况下，受到了挤压产生了极大的内应力，超出了耐火材料的抵御而发生疲劳裂纹。在分离器上部和返料阀发生裂纹危害极大，烧损保温层，烧坏外护板，使热灰飞出。

解决方案：1.在此部位采用耐火耐磨的可塑料施工，减小裂纹产生。

2.在可塑料施工时，膨胀缝间隙不要太大，一张普通纸即可。

3.可塑料施工加水量不能超过5%，减少材料的收缩率。

4.启停炉按规程操作，防止快启急停

2) 浇注料磨损：在水冷壁密相区，水平烟道出口处，屏式受热面下部管用刚玉耐磨浇注料。

3）浇注料脱落：因为浇注料的膨胀系数与钢材料不同，其膨胀与收缩无法与外护板同步。浇注料内部的抓钉材质耐热，搞氧化能力不够，长期在高温烟气中易发生碳化断裂，导致浇注大面积脱落。其二为抓钉设计不合理和施工质量问题，造成浇注料局部脱落。

解决方案：1.抓钉和焊条的材质应该一致，采用1Cr25Ni20Si2的抓钉，A302或A402的焊条。

2.抓钉型式为“Y”型。

3.施工前，所有抓钉涂1mm厚的沥青。

4. 对燃煤粒度要求严格

对一定的运行风速，给煤量及床料料度决定了颗粒在炉内的行为，燃烧和脱硫效果却受粒度影响，给煤粒度过大，则飞出床层的颗粒量减小，这使锅炉往往不能维持正常的返料量，造成锅炉出力不足。颗粒太小在炉内停留的时间短，通过分离器进入尾部烟道，中间尺寸的颗粒则在固体颗粒循环中循环，燃料颗粒尺寸的正确确定，对循环流化床锅炉的正常运行有着非常重大的意义。

燃料为烟煤或煤矸石的最佳级配：

0.6~1mm 占40% 1~5mm 占40% 5~8mm 占 15% >8mm占5%

褐煤的挥发份大于40%，在炉内成灰特性好，大部分为一级破碎，易造成床层薄，炉膛上部飞灰浓度大，炉温高，上部磨损严重。所以燃料为褐煤的一定要经过试烧的不断试验，选择一个合理的最大粒径和级配。

5. 风帽的磨损与漏渣

1) 风帽的磨损：风帽的磨损形成是风从小孔出来带动床料高速冲刷相邻的风帽，带来冲击和切削磨损。

解决方案：1.控制风帽小孔风流穿透深度小于风帽之间净间距。

2.选择耐磨，耐高温抗氧化烧损的合金材料，延长风帽的使用寿命。

2) 风帽漏渣与以下三个因素有关：

1. 布风板压降对流化稳定性的影响，高阻力布风板没有流化床不稳定状态发生，使流化床趋于良好的流化状态，燃烧稳定，燃烧产生的脉动压力增值始终小于布风板阻力，所以不会产生漏渣现象。当布风板阻力低于3KPa时，燃烧处于不稳定状态，燃烧脉动增加值大于布风板阴力，风帽漏渣。

2. 燃烧脉动增加值对床料漏入风室的影响：给煤颗粒径越大，锅炉负荷越高，床压越高，燃烧产生的脉动增加值越大，当脉动增加值大于布风板阴力时，漏渣产生。

3. 离心式风机对风室压力的影响：离心式风机在低负荷时，工作在主流高脉动区，风室压力波动值就增大，在风压低谷时，床压脉动大于风室压力，床料漏入风室。

4. 风室漏渣产生的危害：水冷风室布风不均匀，从两侧进风量增大，造成流化床分层燃烧，分层燃烧通过的空气和烟气量减小，而两侧空气和烟气量加大，这样造成炉膛上部两侧烟气量大，循环灰量大，含氧量小，磨损加大。出口烟压和烟气温度高，分离器内甚至发生二次燃烧。局部高氧燃烧，大部分缺氧燃烧，结果必延带来飞灰含碳量高，炉膛两侧出口烟温相关40℃，分离器返料温度大于进口温度50℃以上。

解决方案：1.减小给煤粒度，保持低床压运行，减小床压产生的静压力。

2.布风板阻力不要选择超过4KPa。否则，风机压力高，耗电大。风帽小孔风速大于40m/s即可。

3.风机尽量不要在低负荷区运行，根据工况可停运一台风机。

6. 尾部受热面的磨损

1) 省煤器吊挂管的磨损：省煤器吊挂管设计上有护瓦防护，但是在运行中因为吊挂管受热膨胀，在顶部与护瓦之间产生10~15mm的间隙，在高浓度的烟气冲刷下很快的发生磨损，解决方案是将护瓦穿过顶棚管，保证膨胀自如，这样就消除了间隙。

2) 尾部穿墙管密封不好漏风吹磨管子：流化床尾部负压较高，一但发生漏风现象，外部空气以极高的风速进入尾部，将穿墙管部位的管子快速磨损泄漏。一般尾部密封设计为金属护板密封，但在施工中不能保证做到无砂眼，无气孔，无漏焊。运行中又是负压运行，不好检验，所以，尾部穿墙管部位漏风磨损经常发生。

解决方案：在尾部穿墙管部位浇注300mm厚的石棉绒保温材料做为密封保护层。因为石棉绒具有耐高温，有一定的膨胀能力。密封性能好的特性，满足尾部穿墙部位的高温，膨胀，密封的要求。阜新金山公司采用的此工艺施工已经3年多，经过多次停炉检查，没有发现一次漏风磨损泄漏的故障。

3) 省煤器联箱密封处的磨损：省煤器联箱穿过护板，设计密封为间隙式密封。因为省煤器联箱受热膨胀，而且外护板在受热的工况下要自行膨胀，此处为双向膨胀，金属间隙密封效果不好，产生漏风现象，将省煤器管座吹磨泄漏，采取的措施为采用非金属的耐高温的柔性膨胀节，满足双向膨胀又耐高温的要求，效果很好。

7. 排渣系统故障率高：

循环流化床锅炉现在大部分的排渣方式为冷渣器，链斗机，斗提机，渣仓系统。因为排渣系统运行条件恶劣，温度高，灰量大，连续运行时间长，经常发生故障，影响了锅炉的安全稳定运行。经常发生的故障有：

1. 行走小轮进灰，轴承故障高。

解决方案：对小轮的轴承密封结构进行改造。将原密封改为橡胶密封圈结构，防止灰尘进入轴承。轴承润滑采用二硫化钼，防止高温时油脂流出。

2. 水平链斗机运行一段时间后刮斗损坏。刮碰料斗的原因是运行一段时间后，传动链板受热，磨损，膨胀伸长，产生驰度，使料斗的边缘与底部连接的槽钢产生了刮碰现象，将料斗损坏停运。

解决方案：将连接的槽钢切割掉50mm，加大了料斗与槽钢的间隙，为了保证强度，再用角铁加固槽钢一下。

3. 斜链斗机两侧链板长度不一致，咬道运行。因为传动链板加工尺寸偏差，在安装后产生长度积累误差，造成两侧链板长度不一致。

解决方案：在制作厂家进行链板预安装。两条2m长链板为一组，用1T起重机进行拉伸，两条链板长度误差不超过2mm为一组，做好标记。这样就保证了任意一段链斗机的两侧链板长度都是相等的，不会发生咬道运行现象。阜新金山公司用上述方案对4台炉的排渣系统进行了改造，3年来未发生一次排渣系统机戒故障，保证了锅炉的稳定运行

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8. 分离器外护板温度高

分离器的内部细灰温度在850℃以上，因为分离器保温材料的施工质量问题，有很多的循环流化床锅炉分离器外护板温度达100℃以上，降低了锅炉的热效率，影响锅炉厂房的环境，影响工人操作和作业。

解决方案：在分离器外护板外加一间隙为50mm金属风套，将空气预热器前一次风引入风套，冷却外护板，冷却后的风再回到一次风系统。

循环流化床燃烧技术是目前比较现实的商业化程序比较好的洁净煤发电技术。现在亚临界循环流化床锅炉无论在容量，效率和可用率方面，均已达到基本上可以和煤粉炉相比的水平。循环流化床锅炉炉膛的温度和热流比煤粉炉低很多，降低了对水冷壁冷却能力的要求。循环流化床锅炉的低温燃烧使得炉膛内的温度水平低于一般煤质的灰熔点，再加上炉膛较高的固体颗粒浓度，所以水冷壁上基本没有积灰结焦，保证了水冷壁的吸热能力。可见，循环流化床锅炉所具有的特性使其更适合超临界循环相结合。

自从循环流化床燃烧技术诞生30余年来，人们在基本研究，设计理论，设计制造，运行调试等方面取得了长足的进步，很可能是一种适合于在我国大量推广的高效洁净煤发电技术，其商业前途十分光明。