35t/h循环流化床锅炉的研制与推广 中国科学院工程热物理研究所 张亚夫 姜鸿安 包绍麟 王达三一、前言 35吨／时循环流化床发电锅炉的研究，开发和定型推广，是中国科学院工程热物理研究所牵头承担的国家七五科技攻关任务，它被列入七五国家重点科技攻关计划重点项目的四百项新产品中，由济南锅炉厂进行施工设计和加工制造，安装在明水热电厂的35T／H循环流化床锅炉4号炉於1989年12月通过了部级技术鉴定，它是我国第一台并网发电的循环流化床锅炉，填补了国内发电锅炉应用循环流化床技术的空白不少单位到明水参观，实习，这台锅炉的运行对促进循环流化床技术在中国的发展和推广起到一定作用目前国内已有数十家研究单位和制造厂进行循环流化床锅炉的研制和技术开发，已有多种型投入运行，两种结构的75T／H分级循环流化床锅炉通过了部级产品鉴定，由中国科学院承担的国家八五攻关课题研究220T／H循环流化床电站锅炉的任务在顺利实施中 二、35T／H循环流化床发电锅炉 1、 背景 1986年工程热物理研究所与煤炭部科技司签定了承担研制35T／H循环流化床发电锅炉的“七五”科技攻关合同，经过一段时间的酝酿和组织，工程热物理所分别与济南锅炉厂、明水热电厂、中科院沈阳金属研究所、广州能源研究所、自动化研究所、化工冶金子专题合同，明确了各单位承担的任务根据安排由工程热物理所提出的锅炉总体技术方案，在该所参与下济南锅炉厂负责设计和加工制造。
经过调查研究和总结2．8MW循环流化床燃烧装置的试验结果及10T／H循环流化床锅炉的设计的经验，提出了采用分级循环的流化床燃烧系统的35T／H炉的设计方案 2、 分级循环流化床燃烧系统 循环流化床燃烧系统中由于快速运动的物料颗粒与壁面相碰撞，使得壁面材料受到磨损，物料自身经受粉化，磨损率M除了与碰撞材料的物性等因素有关外，相碰时的速度V和物料粒径DP是两个重要因素，近似有MCPP2V3灵了减轻发生的磨损和粉化，对循环物料按其粒径粗细进行分离收集和返料是一个途径即可以先通过一个低速的惯性分离室，由于速度比较低，其磨损和粉化可显著减为了得到必要的循环物料量和较好的燃尽，再用一个旋风分离器来分离收集更细的物料，使其循环再燃，因为这里是细颗粒，磨损和损化也较轻微，构想的这种物料分级循环的燃烧系统，应用于35T／H循环流化床锅炉，取得了较好的效果惯性分离器的分离效率ηX为旋风分离器的效率为ηX因而分级循环燃烧系统的分离效率为η＝ηg＋（1－ηg）ηX分离效率得到提高，物料的循环量有加大的可能，由于粉化情况的改善，使燃烬状况变好，锅炉原始排放浓度降低 表征循环流化床燃烧性能的一年重要参数是循环倍率R＝MS／MF，它是循环物料质量流率MS和加煤率INF的比值。
在同样的循环物料量MS条件下，随煤种和煤的发热量不同，给煤量MF有很大差异，则循环倍率也发生很大变化，测量R值又比较困难，尤其是在热态条件下就更不容易了，反应炉膛换热情况的应是炉膛内烟气中携带的固体物料的平均浓度图1 炉膛上部换热系数P图1是在2．8MW试验装置上实测的物料浓度于换热系数的关系，随着炉膛内固体物料浓度的增高，换热加强目前在循环流化床锅炉设计中，由于对其工作过程的认识尚不够深入，没有制定设计计算方法，一般根据试验数据凭经验选取传热系数，来确定水冷壁受热面，若传热系数选得低了，炉膛受热面必然增加，流速一定时必然使炉体加高，增加设备投资和厂房的基建费若传热系数选得高了，则炉内物料必须到很高的浓度才能达到额定出力如果燃料中含灰量少，又分离器效率不高时，将发生达不到予期的较高的物料浓度，发生锅炉出力不足，或运行中需不断向炉内加炉渣或加砂，这会导致炉内磨损加剧，因而在燃烧系统设计时，选取适当的传热系数是至关重要的 3、 锅炉结构 该锅炉是中温中压发电锅炉，单汽包自然循环，其结构如图2所示燃烧室下部采用风帽结构的矩形布风板，中心略微陷，以利于排渣，布风板上方约2米处，炉膛逐渐扩大，燃烧室上部四周为膜式水冷壁受面。
挟带固体颗粒的烟气，经炉膛出口烟窗先进入第一级分离器――惯性分离器，使较大颗粒的物粒度收集下来，过返料器且送到燃烧室，通过惯性分离器的烟气再进入旋风分离器，这里收集到的较细物料，经过返料器送回流化床底部循环再燃，返料器为U型阀结构，该锅炉的对流受热面与常规锅炉相同，即有高温过热器，面式减温器，低温过热器，省煤器和两级空气予热器燃烧空气分一、二次风分级供应，一次风通过布风板进入燃烧室，供物料的流化和燃烧二次风在布风板上都不同高度的8个，135风管引入其风量各占约50％这样扩展了负荷调节范围，也减少了风机电耗燃烧系统设置了观察窗、测温、测压点以便对炉内燃烧状况进行鉴测和控制考虑到意外事故发生，在惯性分离器处设置了防爆门 4、 锅炉的调试与运 明水热电厂的4号炉于1988年11月3日一次点火成功，在试运过程中出现的主要故障与问题如表一所示它是设计，安装施工材料等方面存在问题总暴露经多次分析研究、现场考察、向相关技术的专家请教，找出了故障原因和解决办法，经完善性大修和操作人员运行经验的积累，从开始的时断续中，小负荷运行到能够连续稳定的大负荷运行，经过了艰难曲折的路程 表一锅炉出现的故障及处理 故障与现象 原因 处理 1 炉顶混凝土掉落 堵住放渣口无法排渣 耐火混凝土不合标准，又未严格按工艺要求施工 购买合格材料，化验其理化指标，严格施工工艺。
加备用放渣口 2 流化室炉墙面炉内凸出,随停炉次数增 加越来越严重 墙体单薄，呈V型，稳定性差，矩形墙体四角的膨胀缝挤满了床料，不能沿墙体膨胀，而向炉内挤，使墙体内凸 流化室的墙壁改成坝型，矩形墙体四角不设膨胀缝，改成圆弧连接直墙段改成微向外凸的弧形 3 流化室局部结焦 流化室大面积结焦 进煤粒度过大，流不良 缺少运行经验，当床温降低时，误认为缺煤而加大给煤量，使得床温更底，停止给煤后，床温急剧上升，而大面积结焦 加强管理，控制燃料粒度 精心操作，当床温变化时，兼看含氧量和炉膛压差料层差压，以确定该如何调节 4 返料口结焦 旋风筒堵灰 烧矸石和劣质煤时，细粉太多，后燃使返料器温度过高， 返料器没有按图施工，尺寸不对，有死区 返料器布风管变形，破坏了布风， 流化不良，局部结焦，返料不畅，造成旋风筒堵灰 控制给煤粒度，烧劣质煤时的细粉不宜太多 按图重新砌筑返料器 改成风帽结构布风，按制入烊处，返量处风量，使其顺利返料 6 卫燃带上面膜式水冷壁根部磨损 物料下落遇到混凝土台阶，弹起时，对管道壁造成磨损 不冷壁根部热喷涂耐磨材料 焊防磨片 设置防磨圈 7 引风和阀门全开，仍达到不额定出力 炉顶，各穿墙管大量漏风，空气予热器中高压空气向烟道漏 检查出各个漏风点，设法堵住 8 排烟温度高 对受热面的积灰的严重性估计不足。
局部受热面烟气冲刷不好 加装吹灰器 改进设计，加一组省煤器 9 带负荷困难 分离器效率下降 料腿漏风，返料器窜风 给煤粒度大， 炉膛上部物料浓度不高 适当调节返料风,堵住料腿和返料器漏风处 控制给煤粒度 5、热工测试与污染物排放 于1989年9月23－27日由上海发电设备成套设计研究所按国家标准GB10184－88，对明水4号炉进行了热工测试经过改进的YG－35／3．82－M3型循环流化床锅炉，在河南焦窑矿电厂和河击滑县热电厂也分别进行了热工测试，锅炉的总体性能如表二，其燃煤的煤质分折见表三明水4号炉在燃用高硫烟煤时，热效率为86．3％达到了攻关指标，滑县热电厂的YG－35／3．82－M，炉燃用贫煤时，热效率提高到89．2％焦窑矿电厂燃用劣质无烟煤时热效率达到80．4％在明水的4号炉上还进行了锅炉的变负荷性能测试，负荷从50－110％变化，锅炉实测热效率大于83％，燃烧稳定，蒸汽参数满足汽机要求 表二YG－35／3．82－M3锅炉的总体性能 名称 明水热电厂烟煤 明水热电厂渣煤 焦窑矿电厂 滑焦热电厂 锅炉出力T／H 35．58 34．25 27 31 锅炉热效率％ 86．3 76．2 80．4 89．2 测试日期 89年9月23－24 89年9月27日 91年6月 93年4月8～10日 测试单位 上海发电设备成套设计所 上海发电设备成套设计厂 西安热工所 河南中试所 表三 热工测试用煤 项目名称 符号 单位 明水热电厂 明水热电厂 焦窑电厂 滑县热电厂 应用基碳 CY ％ 60．42 38．66 － 67．72 应用基氢 HY ％ 3．95 1．85 － 3．19 应用基氧 OY ％ 6．72 3．90 － 3．11 应用基氮 NY ％ 0．86 0．42 － 1．21 应用基硫 SY ％ 3．09 1．83 － 0．46 应用基灰份 AY ％ 19．46 46．04 38．51 18．19 应用基水份 WY ％ 5．5 7．3 5．8 6．12 可燃基挥发份 VR ％ 31．8 13．04 6．07 15．56 低位热值 QYDW MJ／KG 25．042 15．061 17．690 25．740 明水4号炉尾部配有文丘里水膜除尘器，由济南市环保监测站对除尘器效率、烟尘排放进行了测试，其结果示于表四，在燃用烟煤时，满负荷运行时，烟尘排放浓度为360．4mg/NM3；脱硫试验结果见表五，当CA／S＝1．9时脱硫效率为82．16％，当床温900℃时NOX排放为391．1mg/NM3（a=1.8时），可见循环流化床锅炉为高效低污染的燃烧设备。
表四 烟尘测试结果 燃料品种 烟煤 贫煤 锅炉运行负荷吨／时 35．46 32．8 除尘器前烟尘浓度mg/nm3 6405 16958 除尘器前烟尘器mg/h 417．1 934．6 除尘器后烟尘浓度mg/mm3 360．6 683．6 除尘器后烟尘量kg/h 23．5 37．7 除尘器阻力mmhw 89．6 78．1 除尘器效率％ 94．4 96．0 烟囱高度m 80 80 表五 石灰石脱硫 项目 加入石灰石CA／S 锅炉出力T／H床温℃ SO2排放MG／NM3 脱硫效率％ CA／S＝0 CA／S＝1．6 CA／S＝1．9 27．5 900 5259．2 － 25．16 890 960．9 81．73 26．10 895 938．1 82．16 三、技术经济状况 35吨／时循环流化床锅炉的运行和推广表明，这种炉型在技术上是可行的，燃烧经济性好，目前我国供应的煤质量多变又多碎屑，采用这种炉型是很适宜的，在脱硫和降低NOX方面较链条炉和煤粉炉优越与同容量锅炉相比，金属耗量相当，造价相差不多，但优质抗磨耐火材料用量多，安装费用较高。
下面我们通过几个方面进行技术经济分析 1．锅炉自身电耗 流化床锅炉电耗高是众所周知的35吨／时循环流化床锅炉采用分级送风，一次风机电机功率为135KW二资风机电机攻率为55kW，引风机和给煤机与鼓泡相当，而鼓泡床锅炉只有一次风机，电机功率约400kw，所以，35吨／时循环流化床锅炉比同容量的鼓泡床锅炉电耗要少的多，明水热工测试满负荷运行时，实测锅炉自用电－4％（不包括水泵用电），比链条炉电耗高，但热效率提高1％就可以补偿 2．烟尘排放浓度 热工测试燃用烟煤时，锅炉了口含尘小于10克／标米3，而燃有贫煤时，则含尘－17克标米3，比链条炉排炉尘浓度高，但低于煤粉炉，若初投资经费允许，可选用静电除尘器或袋式除尘器 3．煤种适应性 循环流化床锅炉煤种适应性好，效率高，使用户得到很好的经济效益明水热电厂的35吨／时循环流化床锅炉从投运到92年6月已燃用约6万吨炉渣和3万吨矸石，该炉排出的炉渣又全部作为水泥的掺合料加以利用，节省燃料费约360万元河北焦窑坑口电厂安装了两台35吨／时循环流休床锅炉，燃用本矿自产的无烟煤没有销售市场堆积如山锅炉热效率达到80％，两台炉年运行均在七千小时以上，年盈利约89％河南滑县热电厂安装的循环流化床锅炉运行稳定环境洁净锅炉热效率达8％与该厂的链条炉相比，每天可节省煤原40吨，是国内目前循环流化锅炉运行最好的一例。
济南锅炉厂已签定销售合同约50吨，有十多台已投入运行多数用户因选用循环流化床锅炉而取得较好的效益由于多种原因有些循环流化床锅炉末能达到较好的运行状态，相信随着设计、安装、运行、管理经验的积累和水平的提高，问题会得到逐步解决的 四、结语 国家“七五”科技攻关研制35吨／时循环流化床锅炉的任务，经三年多的努力，达到了预定的攻关目标和性能指标，得到一定的推广应用，取得了较好的社会效益和经济效益，这一技术具有广阔的应用前途 第 6 页 共 6 页。