（热能工程专业论文）引进410thcfb锅炉流化床冷渣器运行特性试验研究.pdf

重庆大学硕士学位论文 中文摘要 中文摘要 作者在本论文中，针对引进4 1 0 t h c f b 锅炉流化床冷渣器的结构特点 和运行过程中出现的结焦堵塞和排渣超温问题，在自行设计的一个冷态试 验台上，对循环床和鼓泡床并联运行条件下的床料流动规律进行了系统的 试验研究。研究表明，并联运行时循环床和鼓泡床之间的颗粒流动方向和 鼓泡床中的床料量，主要受排渣口和返料口之间的压差影响。升高循环床 一侧排渣口和返料口之间的压降，会使循环床中的床料向鼓泡床中流动， 并使鼓泡床中的床料量增多。升高鼓泡床一侧的压降，则会使鼓泡床中的 床料量减少。 在上述试验基础上，作者在引进4 1 0 t h c f b 锅炉现场，进行了冷渣器、 炉膛布风板及二次风冷态试验。确定了冷渣器和炉膛的冷态流化风速和二 次风的配风均匀性。并在热态运行条件下对引进4 1 0 t h c f b 锅炉流化床冷 行上也有一些值得改进之处。 最后，通过以上试验研究与理论分析，x 暇l 进4 1 0 t h c f b 锅炉冷渣器 的结构改进和运行优化提出了些有益的建议。) r 7 7 关键词；锅炉流化床冷渣器 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 a b s t r a c t i nt h i s p a p e r , c o n t r a p o s i n g t h ef l u i d i z e db e db o t t o ma s hc o o l e r s f l a m ec h a r a c t e r i s t i c so f i m p o r t e d 4 1 0 h c f bb o i l e ra n d q u e s t i o n s o f c o k i n g ，j a m i n g a n dt h ed i s c h a r g i n gb o t t o ma s h o v e r t e m p e r a t u r ed u r i n g o p e r a t i o n , e x p e r i m e n t s a b o u tb e dm a t e i i a l s f l o w i n gd i s c i p l i n a r i a n u n d e ra c i r c d a t i n g 丑u i d i z e d b e da n da b u b b l e b e d o p e r a t i n g p a r a l l e l y o i l ac o l d p o s i t i o ne x p e r i m e n t d e v i c ew h i c hw a sd e s i g n e d b y o u r s e l fh a db e e nc a r r i e do u t b y a u t h o r r e s e a r c hi u u s l r a t e d t h e f l o w i n g d i r e c d o no f p a r t i c i e s a n dt h eb e dm a t e r i a l s q u a n d t y i nt h eb u b b l eb e dw e 犯i n f l u e n c e d b y d i f f e r e n t i a l p r e s s u r eb e t w e e n d i s c h a r g e h o l ea n dr e t u r nh o l e i m p r o v i n g t h ec f bd i f f e r e n t i a l p r e s s u r e b e t w e e n d i s c l 避e h o l e a n d r e t u r nh o l ec o u l dc a u s eb e d m a t e r i a li nt h ec f bf l o wt ob u b b l e b e d , a n dm a d e b e d m a t e r i a l s q u a n t i t y i nt h eb u b b l eb e di n c r e a s e i m p r o v i n g d i f f e r e n t i a l p r e s s u r e o f t h eb u b b l eb e d w o u l dc a u s ei t sb e d m a t e r i a ld e c r e a s e o nt h eb a s eo fa b o v er e s e a r c h ， e x p e r i m e n t sa b o u tt h e b o t t o m a s hc o o l e r s ，t h ef l l m a c e d i s t r i b u f i o nb o a r da n dt h es e c o n dw i n d h a db e e n c a r r i e do u t b y a u t h o r i n p r e s e r l t o f i m p o r t e d 4 1 0 t j h c f bb o i l e r n l eb o t t o ma s hc o o l e r sa n d t h ef u r n a c e sc o l d p o s i t i o n f l u i d i z e d v e l o c i t y a n dt h es e c o n dw i n d s u n i f o r m i t y h a db e e n a s c e r t a i n e d , a tt h e 裁i i n e6 n 坶t h eb o t t o m a s h c o o l e r s c o o l i n g c a p a c i t yo f t l e4 i o t mc f bb o i l e r a n do t h e r o p e r a t i o np a r a m e t e r s ( s u c h a s f l u i d i z i n gg a s q u a n t i t y , c o o l i n g w a t e r q u a n t i t y ，p u l s e v a l v e s s w i t c h t i m e , b o t t o m a s h c o o l e r s p r e s s u r e ) r e l a t i o n sh a db e e ns t u d i e d a n d a n a l y z e d n l e r e s u l t si n d i c a t e dt h e r ew e r e s o m ed e f e c t si nt h e b o t t o ma s h c o o l e r s d e s i g n , l h ec o o l i n g w a t e rt u b e s h a r d l y e x e r t r o l e ，t h e r ew 啪s o r t i ea m e u o t a t i o mi n r n ef a c e t so f o p e r a t i o n a t l a s t , t h r o u g h a b o v e e x p e r i m e n t s r e s e a r c ha n dt h e o r e s t i e a n a l y s i s ，s o m e w e l l p r o p o s i t i o n s a b o u tf l a m e a n d o p e r a t i o n o ft h e 4 1 0 仉l c f b b o i l e r sb o t t o ma s hc o o l e r sh a db e e n 1 ) r o u g h t f o r w a r d 重庆大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1引言 随着我国工农业生产的迅速发展和对环境保护的日益重视，目前迫切 需要研究、推广一种新的低污染洁净燃烧技术一循环流化床燃烧技术， 以替代传统的、对环境污染较重的燃煤技术。循环流化床锅炉( 以下亦简 称c f b 锅炉) 是目前世界上唯一实现了大型化和商品化的洁净煤燃烧锅 炉。由于它具有煤种适应广、燃烧效率高、脱硫方便、n o x 排放低、负荷 调节性能好等诸多优点，因此它在国外主要工业国家都得到了大力发展和 推广应用。 国内引进的最大容量循环流化床锅炉- 4 1 0 t h 循环流化床锅炉已于 1 9 9 6 年在四川高坝电厂投入运行。为迸一步提高该锅炉的运行性能，同 时也为了学习国外的先进技术，实现大型循环流化床锅炉的国产化，作者 参加了由原电力部科技司组织的“引进4 1 0 t h 循环流化床锅炉运行优化” 研究工作。本文对作者所作的研究工作进行了论述。 1 2循环流化床锅炉燃烧系统的特点及其组成 1 2 1 循环流化床锅炉燃烧系统的特点 循环流化床燃烧是介于鼓泡床燃烧和悬浮燃烧之间的一种燃烧方式。它 具有煤粒加热迅速、燃烧时间长和风煤相对速度高等的特点。因此，与其 它锅炉相比，循环流化床锅炉有如下主要优点： ( 1 )对燃料的适应性强，能燃煤矸石、煤焦油、废木材等劣质燃料。 ( 2 ) 燃烧效率高，能与煤粉炉媲美。 ( 3 ) 炉内燃烧强度高。 ( 4 ) 用石灰石作添加剂，实现炉内脱硫。钙硫比为1 5 2 5 时，脱硫率可 达8 5 - 9 0 ，石灰石的芹q 用率比鼓泡床提高近l 倍，与煤粉锅炉相比， 不需要烟气脱硫装置，电厂初投资和运行费用大为降低。 ( 5 ) 低温分段燃烧，n o 。生成量显著减少。 ( 6 ) 负荷调节范围宽，调节范围可低至3 0 ，负荷调节性能好，负荷变 化速率达5 1 0 0 d m i n 。 ( 7 ) 制煤系统简单，给煤点数量少。 ( 8 )炉内无埋管，所以不存在埋管的磨损和腐蚀问题。 ( 9 ) 启动、停炉、结渣处理方便。长时间压火之后，仍可启动。 重庆大学硕士学位论文绪论 0 0 ) 底渣含碳量低，一般为0 5 1 ，最大为3 ，有利于灰渣综合利 用。 0 1 )绝大部分未燃烬的细小煤颗粒被分离作为循环灰通过回料阀再次 回到炉膛，减小了碳损失，提高了燃烧效率。 限于目前的技术水平，循环流化床锅炉还存在如下一些不足之处： ( 1 )风机电耗高。 ( 2 )受热面、耐火材料的磨损严重。 ( 3 )耐火材料厚度大，锅炉启动时间长。 ( 4 ) 在煤质和燃煤筛分尺寸变化很大时，要稳定燃烧并达到设计蒸发 量也是困难的。 ( 5 ) 燃烧过程中生成的n ，0 比煤粉燃烧方式高许多倍。 ( 6 ) 循环流化床锅炉在大型化方面，还未达到传统煤粉锅炉的容量。 1 2 2 循环流化床锅炉燃烧系统的组成 循环流化床锅炉燃烧系统由燃烧室、飞灰分离器和回料装置组成，有 的还设有外部低速流化床热交换器。 i 燃烧室 循环流化床燃烧室大多为矩形截面，在四边炉壁上敷有膜式水冷壁。 有的循环床锅炉还在燃烧室里布置翼墙式水冷壁、省煤器、过热器管束。 燃烧室分两个区，二次风喷口下部为还原区，上部为氧化区。还原区 由燃料、石灰石和灰渣组成，布置有循环灰进口和启动油枪安装孔。两区 交界处布置二次风口。还原区为正压燃烧区，颗粒浓度大，磨损严重，所 以炉壁敷有耐火耐磨材料。 1 1分离器 循环流化床锅炉的物料分离常用旋风分离和惯性分离两种，旋风分离效 率较高，但其敷的耐火层和保温层较厚，故锅炉启动时间长。旋风分离器 的中心简在高温烟气的冲刷下，容易变形移位，而且旋风分离器的尺寸不 能做得太大，否则会降低分离效率。惯性分离就是靠撞击的方式使颗粒分 离下来，其优点在于容易布置和拆换，缺点是分离效率低。 i i i回料装置 回料装置有l 阀、j 阀、换向阀、虹吸式阀和流化床式阀等多种。前 三种属于阀型回料装置，它们的作用是将收集到的飞灰送回炉膛，并防止 燃烧室的烟气旁通、短路进入分离器，破坏燃烧系统的正常运行。后两种 常甩在大容量的循环床上，利用立管和炉膛压差将循环灰回送到炉膛。 外部低速流化床热交换器 外部低速流化床热交换器实质上是一个细颗粒敲泡床冷却器，用来将再 重庆大学硕士学位论文 绪论 循环灰从9 0 0 c 左右冷却到5 0 0 c 左右，然后送入床内再燃烧。设计流化 速度为o 3 0 4 5 m s 。它由几个分床组成，省煤器、蒸发器和过热器布置在 不同的分床内。 1 3国外c f b 锅炉技术发展现状1 3 6 q 1 3 1 】 循环流化床燃烧技术自问世以来得到迅速发展。德国鲁奇( l u r g i ) 和芬 兰( a h i s t r o m ) 是研究开发循环流化床燃烧技术较早的公司，以后又相 继出现各种形式的循环流化床，如f o s t e r w h e e l 型、c i r c o f l u i d 型、 它们的特点如下。 p y r o f l o w 型循环流化床锅炉 奥斯龙公司研制开发的p y r o f l o w 型循环流化床锅炉从1 9 7 9 年投运第 一台商业循环流化床锅炉至今已生产了1 5 0 多台。目前p y r o f l o w 型循环 流化床运行中的最大容量为1 8 0 m w ，设计中的最大容量为3 0 0 m w ，形 成独具特色的循环流化床锅炉技术。 如图1 1 所示，p y r o f l o w 型循环流化床锅炉由燃烧室、高温旋风分离 器、回料装置及对流烟道等组成。炉膛上部布置膜式水冷壁、屏式受热面， 二次风口以下为耐火砖衬结构，炉温由受热面、风量和循环灰量调节。高 温旋风分离器进1 2 1 温度8 0 0 多度，阻力约为l k p a 。燃料和石灰石可从分 离器下的回料管送入，也可直接从炉墙靠风力和物料自重送入。根据负荷 变化，可进行循环床和鼓泡床互换的运行方式。除此之外，p y r o f l o w 型循 环流化床还具有系统简单、结构紧凑、厂用电较低等优点，锅炉出力、参 数、热效率、燃料适应性、操作控制和排放水平都能达到令人满意的效果， 可用率高达9 8 。 1 燃烧室2 分离器3 省煤器 4 过热器5 空预器6 煤仓 7 石灰石仓8 息除尘器 国1 1 p y r o f l o w 型c f b 锅炉 重庆大学硕士学位论文 绪论 鲁奇( l u r g i ) 型循环流化床锅炉 首台大容量2 7 0 t h l u r g i 型循环流化床机组( 德国b a b c o c k 公司制造) ，1 9 9 5 年在德国d u i s b u r g 电站投运。1 9 9 0 年由美国a b b c e 公司生产的 5 0 0 t h ( 1 5 0 m w ) l u r g i 型循环流化床在美国t e x m e x 电厂投运。t 9 9 5 年由 法国s t e i n 公司生产的7 0 0 t h ( 2 5 0 m w ) l u r g i 型循环流化床锅炉在法国 o a r d r m e 电厂投运，这是目前世界上运行的最大容量循环流化床锅炉。 如图1 2 所示，l u r g i 型循环流化床锅炉的燃烧系统由燃烧室、高温热 旋风分离器、外置式低速流化床热交换器( e x e ) 和机械分流回灰阀组成。 l u r g i 型循环流化床锅炉将燃烧与传热基本分离，负荷调节，床温控制灵 活性大，燃料适应性好，燃烧、脱硫效率高。由于在外置式换热器中布置 了相当多的受热面，克服了由于锅炉容量增大而出现的炉膛受热面不足的 矛盾，有利于大型化。l u r g i 型循环流化床锅炉流化风速较高，介于4 9 9 m s ，循环倍率约为4 0 ，炉膛截面热强度大，燃烧室出口烟温约为8 5 0 ， 燃烧室内不布置水冷壁。仅布置少量的屏式受热面。部分过热器、部分或 全部再热器布置在外置低速流化床内，汽温调节可不受锅炉负荷的影响。 1 燃烧室2 分离器3 t 夕h 部低速流 化床热交换器4 流化风5 气包 6 二次风7 一次风8 排灰点9 至 炉膛1 0 给水1 1 ，至尾部烟道1 2 至级过热器1 3 下降管1 4 上升 管1 5 肖煤1 6 至炉膛1 7 至外部 热交换器 图1 2l u r g i 型c f b 锅炉 c i r c o f l u i d 型循环流化床锅炉 由德国b a b c o c k 和v k w 公司开发的c i r c o f l u i d 型循环流化床锅炉属于 高膨胀湍流床，或称低倍率循环流化床锅炉，它能较好地保持鼓泡床和高倍 率循环流化床锅炉的优点，并且部分克服了它们缺点，形成了典型的中温分 离循环流化床锅炉，其投运的最大容量机组为安装在德国g o l d e n b e r g 电厂 的2 9 0 t h 锅炉。 4 重庆大学硕士学位论文 绪论 c i r c o f l u i d 型与其它类型循环流化床锅炉的主要区别在燃烧室和循环系 统的设计如图1 3 所示，燃烧室下部为膨胀高度约为1 6 m 湍流床，对流 受热面布置在燃烧室上方形成半塔式布置，采用中温旋风分离器，回料采用 f l u o s e a l 非机械密封阀。靠中温回料及烟气再循环控制床温。c i r c o f l u i d 型循 环流化床锅炉二次风口以上布置屏式过热器、管束过热器和蒸发受热面、 省煤器等，炉膛出口烟温约4 0 0 左右。采用中温旋风分离器简单紧凑， 没有床料在分离器里发生燃烧的危险，缩短了锅炉的启动时间。c i r c o f l u i d 型循环流化床锅炉的流化风速较低( 2 5 m s ) ，低负荷时过渡到鼓泡床运 行方式。 m s f b 型循环流化床锅炉 1 大粒子床2 ，j 、粒子床3 对流受热 面4 二次风5 分离器6 回料阀7 废热锅炉8 冷空气9 再循环烟气 l o 再循环飞灰1 1 煤仓1 2 石灰石 仓1 3 排灰点1 4 除尘器1 5 烟囱 图1 3c i r c o f l u i d 型c f b 锅炉 m s f b 型循环流化床锅炉由美国b a t t e l l e 研究中心开发设计。如 图1 4 所示，燃烧室由一个大粒子浓相床和加在其上面的细颗粒夹带床组 成。一种密度大的红铁矿作为床料，它的 化学稳定性好，磨损小，粒径为0 - 5 0 m m 的煤粒和较细的石灰石加入浓相床内。 m s f b 型循环流化床锅炉运行风速高达 7 6 1 2 m s ，给料点数少，紊流度大，回料采 用一个热循环和一个冷循环，热循环系统 不布置受热面，冷循环回料量对床温的影 响比风量及床料储量更显著和快速，采用 外部低速流化床热交换器将燃烧和传热分 开，负荷变化率大。 l 大粒子床2 小粒子床3 布风板4 燃烧室5 分离 器6 至对流受热面7 外部低速流化床热交换器8 流化空气9 给煤口1 0 二次风】1 l 阀送获器 图1 4m s f b 型c f b 锅炉 重庆大学硕士学位论文 绪论 s u d s v i k 型循环流化床锅炉 瑞典s u d s v i k 工程公司设计的循环流化床锅炉的最大特点是不用高温 或中温旋风分离器分离物料，而是用迷宫式惯性分离器分离物料，如图1 5 所示，由于惯性分离器布置在燃烧室出口，与水平烟道融为一体，锅炉整体 布置似俄文字母兀，故称兀布置型布置循环流化床。其结构运行特点有： a由于不采用高温旋风分离器，整体设备尺寸紧凑，便于大型化。 b由于没有很厚的耐火层，启动时间大为缩短。 c全部受热面均布置在锅炉本体内，没有外置热交换器。 d 总体结构简单，调节灵活，造价低。 其它形式的循环流化床锅炉 1 燃烧室2 惯性分离器3 粒子仓 4 过热器5 省煤器6 l 阀7 排 灰口8 煤斗 图1 5s u d s v i k 型c f b 锅炉 德国l l b 公司由l u r g i 、l e n t j e s 、b a b c o c k 三家公司的循环流化床锅 炉设计： ；造部门联合组成，专门从事循环流化床锅炉的开发与工程应用 拥有l u r g i 型和c i r c o f l u i d 型循环流化床燃烧技术。 法国通用电气阿尔斯通s t e i n 公司采用l u r g i 技术，从发展大型化出发 提出了内置换热器技术，并在2 5 0 m w 机组上做了试验，准备把循环流化 床锅炉推向更高参数、更大容量。 美国a b b - c e 公司采用l u r g i 循环流化床技术，早在1 9 9 1 年就在美国 德克萨斯投运了1 5 0 m w 循环流化床锅炉，1 9 9 7 年在美国a e sw a r r i o r r u n 电厂投运了2 0 8 m w 循环流化床锅炉。a b b c e 型c f b 锅炉本体结构如 图1 6 。 美国e w 公司把循环流化床锅炉的外部流化床热交换器向燃烧室靠拢 合并为体形成了颇具特色的i n t r e x 式循环流化床燃烧技术。1 9 9 5 年1 0 一6 - 重庆大学硕士学位论文 绪论 月，f w 公司收购了a h l s t r o m 公司专门从事p y r o f l o w 型循环流亿床锅炉 研制的p y r o p o w e r 公司，组成了f w p i 公司，成为目前世界上最大的循环 流化床锅炉供贷商。1 9 9 3 年1 8 0 m w 循环流化床锅炉在加拿大n o v a s c o t i a 动力公司投运，该公司制造的2 3 5 m w 循环流化床锅炉正在波兰t u r o w 电厂安装。e w 公司设计的3 0 0 m w 循环流化锅炉如图1 7 所示。 此外，面对日益增长的循环流化床锅炉市场，世界各国的锅炉设计制 造厂商纷纷以技术转让、自行研制等不同方式制造循环流化床锅炉来满足 市场需要，这样的公司很多，如：英国b a b c o c k 、美国f n 、b & w 、c p c 、 德国e v t 、日本三井等公司都为循环流化床锅炉的发展做出了一定的贡 献。 1 燃烧室2 分离器3 送灰器4 夕p 部流化床热交换器5 过热器、再 热器6 省煤器7 空预器8 冷渣 器9 煤仓1 0 播煤风1 1 鼓风机 1 2 至引风机1 3 风控制阀 图1 6 a b b c e 型c f b 锅炉 图1 7 f w 公司设计的3 0 0 m w c f b 锅炉 重庆大学硕士学位论文 绪论 各种形式循环流化床锅炉主要指标的比较如表1 所示 表1 各种形式循环流化床锅炉的主要指标 p y r o f l o wl u 哂 m s f bc i r c o f l u i ds t u d s v i k 燃烧效率 9 7 9 09 9 - - 9 99 7 ( ) 9 9 59 9 7 脱硫率9 0 时 1 81 51 71 5 , - - 2 0 c a s 摩尔比 2 0 锅炉热效率( ) 9 09 0 8 7 5 9 2 循环倍率 2 54 03 0 l 4 01 5 炉内过剩空气系 1 21 1 5 1 1 81 2 1 2 数 1 21 2 5 流化风速( m s ) 3 5 7 6 2 1 091 25 炉膛温度( ) 7 0 0 8 5 08 1 5 8 5 08 5 0 1 0 0 09 5 0 吸热份额( ) ( 1 ) ( 1 ) 4 5 ( 1 ) 2 5( 1 ) 2 2 ( 1 ) 4 0 - -( 1 ) 4 0 炉膛，( 2 ) 对流，( 3 ) 5 0 ( 2 ) 4 5 2 74 54 5 外部热交换器 ( 2 ) 5 吐 5 5 ( 2 ) 4 3 ( 2 ) 5 5 ( 2 ) 5 5 5 5 ( 3 ) 2 0 4 86 06 0 3 0 ( 3 ) 3 0 一、二次风比 5 0 ，4 84 0 6 04 0 6 06 0 ，4 0 4 5 5 5 ( ) 冷态启动时间 乱8 833 ( 小时) 81 0 5 燃料颗粒度 1 0 7 3 0 5 2 5 ( m m ) 最低负荷满负 1 31 3 1 4 荷 1 4 变负荷速率 7 1 055 ( o d m i n ) - 8 重庆大学硕士学位论文 绪论 1 4国内c f b 锅炉技术发展和应用状况 1 4 1国内c f b 锅炉技术现状 3 1 【4 7 1 我国是开发应用流化床燃烧技术较早的国家，从六十年代开始，一些 中小型锅炉厂与高等院校及科研院所合作开发研制2 t l h 至1 3 0 t h 容量的 流化床锅炉，积累了大量的设计、肯4 造、调试、运行经验，对后来的循环 流化床锅炉发展有很大的帮助。 我国最早开始循环流化床燃烧技术的开发应用是在八十年代初，与国 外稍有不同的是，国外发展循环流化床燃烧技术的主要原因是其污染物排 放低，有利于环境保护，而国内发展循环流化床是出于其燃烧条件优越考 虑的。目前许多单位都在从事循环流化床燃烧技术的研究。这些研制单位 及其所研制的炉型特点如下： 中科院工程热物理所与济南锅炉厂合作研制3 5 t h 、7 5 t h 循环流化 床锅炉，其炉型比较接近奥斯龙p y r o f l o w 型循环流化床锅炉，不同的是 在高温旋风分离器前增加级惯性分离器。 清华大学与四川锅炉厂合作研制3 5 讹、7 5 忱循环流化床锅炉。如 图1 ，8 所示，它采用两级高温分离，第一级为槽形板分离器，第二级为颇具 特色的砌筑平面流分离器。这种炉型第一台7 5 讹循环流化床锅炉9 1 年1 0 月投运于辽宁鞍山第二热电厂。九七年推出第二代炉型，其特点是采用高 温水冷异型分离器，第一台安装在四川湔江，并且运行良好。 1 主床2 灰床3 平面流式 分离器4 。灰斗5 l 阀送灰 器6 过热器7 省煤器8 空预器9 给煤装置 图1 8 清华大学平面 式除尘器c f b 锅炉 中科院工程热物理所与杭州锅炉厂、无锡锅炉厂合作研制7 5 f f h 循 环流化床锅炉，其特点是采用两级分离，第一级为百叶窗高温分离器，第 - 9 重庆大学硕士学位论文绪论 二级为布置在省煤器后的旋风分离器。第一台7 5 讹循环流化床锅炉安装 在嵊县。 哈尔滨工业大学与北京巴威公司及哈尔滨锅炉厂等分别研制3 5 沈、 7 5 恤低倍率循环流化床，其特点是在燃烧室下部床内布置埋管受热面， 采用中温槽形分离器。 北京锅炉厂与美国硒l e ys t o k e r 公司合作引进德国b a b c o c k 公司技 术制造c k c o f l u i d 型循环流化床锅炉，其特点是塔式布置，采用中温分离 器。 清华大学与梧州锅炉厂合作研制的内循环流化床，其特点是采用高 温卧式内分离器。 上海发电设备成套所与鞍山锅炉厂合作研制的低倍率循环流化床 锅炉，其特点是锅炉床内布置埋管受热面，采用高温迷宫分离器。 华中理工大学推出的i i 型布置循环流化床锅炉如图1 9 所示，它的特 点是采用了一神下排气的中温旋风子分离器收集飞灰，装在过热器后水平 烟道与尾部烟道相连接的换向室内，构成了典型的型锅炉布置。 1 风箱2 燃烧室3 送灰器4 下排气旋 风分离器5 过热器 6 省煤器、空预器7 至除尘器8 送灰风 9 流化空气 图1 9 华中理工大学型布置 c f b 锅炉 西安热工研究院与四川锅炉厂合作在小容量循环流化床方面取得了 可喜的成绩，设计出的循环床运行良好。 重庆大学热能工程学院锅炉燃烧研究室自7 0 年代开始进行流化床 燃烧技术及其工程应用的试验研究和技术开发。9 0 年代中期开始进行有 关大型循环流化床锅炉工程技术的研究。目前的研究工作集中在循环流化 床锅炉高温循环灰在线测量技术、引进5 0 m w 和1 0 0 m w c f b 锅炉运行 优化、引进3 0 0 m w c f b 锅炉灰渣综合利用、1 0 0 m w c f b 锅炉国产化等 方面。 1 0 重庆大学硕士学位论文 绪论 1 4 2 发展前景 经过国内各大专院校、科研单位、锅炉制造厂家以及c f b 锅炉用户 的共同努力，通过自行研究开发、技术引进等多种方式，目前我国己完全 能够自行设计、建造7 5 t h 及其以下容量的c f b 锅炉；并成功运行了一台 引进4 1 0 t h c f b 锅炉。与此同时，在引进技术的基础上，国内还投运了多 台2 2 0 t h c f b 锅炉，并正在设计制造国产4 1 0 t hc f b 和1 2 5 m w 中间再热 c f b 锅炉。国内2 2 0 t h 及以上容量锅炉投运f 青况见表2 所示。 此外，近期国家计委已立项在四川内江白马电厂引进一台3 0 0 m w c f b 锅炉。由此可见，在能源构成以燃煤为主、火力发电以劣质煤为主的我国， 循环流化床锅炉确实有着较广阔的发展空间。 表2 国内投运及在建的2 2 0 t h 及4 1 0 t h 循环流化床锅炉 序号用户名称台数额定蒸发主蒸汽压主蒸汽备注 量( t h ) 力( m p a ) 温度 ( ) 1大连化学工业公司热电厂22 2 09 85 4 0 奥斯龙 2杭州协联热电厂 l2 2 09 85 4 0 p y r o f l o w 技术 3 大连香海熟电厂 22 2 09 85 4 0 4 辽宁辽河化肥厂热电厂 12 2 09 85 4 0 同上 5广东茂名石化热电厂22 2 09 85 4 0芬兰奥斯龙 6 四川内江高坝热电厂 l4 1 09 85 4 0 p y v o f l o w c f b 7 江苏常熟纸厂 22 4 01 2 75 4 0 技术 8宁波中华纸厂 2 2 2 0 9 85 4 0 奥地利 a e ep y r o l l o w 9 浙江镇海石化 22 2 09 85 4 0 美国f o s t e r l o重庆南川爱溪电厂12 2 09 85 4 0 w i i e e l e r c f b 技术 虽然我国在近十余年间，在大型循环流化床锅炉制造及运行方面取得 了长足的进步，走过了国外工业发达国家花了三十年才走完的路。但应看 到，我国自行制造的循环流化床锅炉机组与国外进口机组之间还存在较大 的差距。这些差距一是表现在设计水平、制造工艺和安装质量方面；二是 表现在配套辅机方面，如冷渣器、商压风机、碎石机、输石系统等。底渣 处理系统经常出问题，影响了锅炉的正常运行，所以有必要对底渣系统特 别是冷渣器进行研究。 重庆大学硕士学位论文 国内外c f b 锅炉冷渣器发展现状 第二章国内外c f b 锅炉冷渣器发展现状 2 1c f b 锅炉设置冷渣器的必要性 从循环流化床锅炉中排除的高温灰渣带走了大量的物理热，对灰分高 于3 0 的中低热值燃料，如果灰渣不经冷却，灰渣物理热损失可达2 以上， 这一部分热量通过适当的传热装置是可以回收利用的。另一方面，炽热灰 渣的处理和运输十分麻烦，不利于机械化操作，一般的灰处理机械可承受 的温度上限大多在1 5 0 、3 0 0 之间，故灰渣冷却是必需的。而循环流化床 锅炉没有溢流渣，主要以底渣形式放渣。这样为了控制炉膛床压，防止大 渣沉积，保持良好流化条件，避免结焦，就必须适时地放渣。此外，底渣 中的细颗粒床料，对炉内热量传递极为有利，为进一步提高燃烧和脱硫效 率有必要使这部分细颗粒返回炉膛。冷渣器作为底渣的冷却装置就是出 于冷却底渣、便于输送，回收余热和细颗粒几个方面考虑设计的。 在实际应用中，有多种结构型式的冷渣器。在不同的场合，这些冷渣 器分别具有以下部分作用： 加热给水，起省煤器的作用。 加热空气，起空预器的作用。 作烘煤装置。 同时加热水和空气。 维持炉膛床压，保证良好流化。 细颗粒分选回送，提高燃烧效率和脱硫效率。 冷却高温底渣，以便实现机械化排渣。 毫无疑问，冷渣器是保证锅炉安全高效运行的重要部件。冷渣器不正 常工作是导致被迫停炉和减负荷运行的主要原因之一。值得深入、系统地 研究。 2 2冷渣器分类 冷渣器可按多种方式分类。 按操作方式分类，冷渣器也可以分为间歇和连续工作两种操作方式， 对低灰分煤或木块等灰渣量较少或可能有大块残留的燃料，一般采用间歇 操作，而对高灰分煤，则推荐采用连续操作方式。 按高温灰渣与冷却介质之间的相互流动方式来分类。可分为顺流、逆 重庆大学硕士学位论文国内外c f b 锅炉冷渣器发展现状 流、交叉流和混合流动方式等。 按照热交换方式来分，有间接式和接触式两种，前者指高温物料与冷 却介质在不同流道中流动，通过间接方式进行换热，而后者则指两者直接 混合进行换热，一般用空气作为冷却介质，也有用烟气作冷却介质的。 2 2 1 间接式冷渣装置 间接式冷渣装置的具体结构形式很多，综合起来大致有以下几种： ( 1 ) 管式冷渣器 图2 1 为最简单的单管式冷渣器，高温灰渣在管内流动，而水在管外 做逆流流动，二者通过管壁交换热量。图2 2 为搁管式冷渣器，灰渣在搁 管间从上向下流动，水在管内流动，两种介质的流程为逆流和交叉流的混 合形式。 图2 1 单管式冷渣器 水 ( 2 ) 流化床式省煤器 图2 3 所示，在流化床内布置许多埋管，流 化的灰渣层与水通过壁面交换热量。由于流化床 具有优良的传热特性，故效果较好。 ( 3 ) 绞笼式冷渣器 热灰沿着绞笼流道前进，水在绞笼外的水冷 套内流动，当然也可在绞笼螺片或主轴的水夹套 内流动，两种介质为逆向流动。由于单轴绞笼所 能提供的传热丽积有限，为强化冷却效果，还可 采用双联绞笼，这样可以在同样的出渣量下使水 冷面积增加近倍。 2 2 2 直接式冷渣装置 净采睁且 图2 3 流化床式冷渣器 重庆大学硕士学位论文国内外c f b 锅炉冷渣器发展现状 直接式灰渣冷却装置的特点是灰渣与冷却介质直接接触，为了不破坏 灰渣的物理化学性质，同时也为了不产生污水，冷却介质通常是烟气或空 气。这种系统目前有如下几种形式： ( 1 ) 流化床式冷渣器 即通过风渣直接接触换热使底渣冷却下来。 ( 2 ) 气力输送式冷渣器 高温灰渣借助与冷渣系统尾部的鼓风机所形成的入口真空与冷风一 起吸入输渣管，在管内气固两相混合传热，达到冷却底渣的目的。在输渣 管的出口处有气固分离装置，冷渣排出，热风则进入鼓风机。 ( 3 ) 移动床式冷渣器 其结构多样化，不仅有密相移动床， 也有稀相气流床。由此开发出了各种分段 风冷式冷渣器。如东南大学研制的多层送 风冷渣器( 如图2 4 所示) 等。 ( 4 ) 流化移动叠置式冷渣器 其原理如图2 5 所示，它将流化床和移 动床各自的优点结合起来，实行多层次的 逆流冷却。冷却风分若干层进入冷却床， 并使上部床层流化而下部床层处于移动床 图2 4 多层送风移动床冷渣器 工况。热渣首先进入流化床，利用其传热好的特点迅速冷却至3 0 0 。c 左右 较具典型的形式来分析。图2 5 流化移动叠置式冷渣器 2 3 2 3 1 几种典型的冷渣器 流化床式冷渣器 1 4 胃b 叫厂l 特，作 了种。开一 鲋小可 洚多点都择 热失仍 蜀了缺己选 传损后 鹚用翔自面 流力热 棚利有户下 其床步 静综点和器 用动初 键器优商渣 硎谚飚 譬糙碱盯撇 床由冷 坝多，制式 赫岫黔 觎够瓦州腻 重庆大学硕士学位论文国内外c f b 锅炉冷渣器发展现状 流化床冷渣器可以是风冷的，也可以兼具风冷和水( 蒸汽) 冷却。 沸腾接触式冷渣器 如图2 6 所示，灰渣由冷风流化，并将热量带给冷风冷却后的灰渣通过 渣封室排出，当然有其它的出渣方式，布风方式也是多种多样，如采用定 向风帽、倾斜布风板等。这种形式的冷渣器与炉膛既可并联，也可叠置衔 接。由于单一流化床只能将热渣冷却至风渣平衡温度，且灰渣停留时间分 布接近全混流时的情形，故单一流化床冷渣能力有限，并较易出现尚未充 分冷却的红渣。为此人们对这种形式的冷渣器进行了改进，如多流化床串 联式冷渣器，高温底渣依此流经各分床，因为各分床是单独送风，所以底渣 能被冷却到较低的温度。图2 7 所示为多层流化床冷渣器，其特点是沿高 度方向布置多层布风板，这样冷渣器的流化风速比较大，风渣混合强烈， 而且底渣的停留时间延长了。但是这种冷渣器阻力大，所以风机压头高， 电耗大。 图2 6 沸腾接触式冷渣器 图2 7 多层流化床冷渣器 选择性排灰冷渣器 图2 8 所示为f o s t e rw h e d e r 公司开发的多流化床分选冷渣器， 它由一个分选床、一或两个传热床 和一个放渣床组成。多床串联的优 点是可以制造气固逆向流特性，从 而保证每一级都有较大的传热温 差，可以使出口渣温比出口风温 更低。该流化床冷渣器还可以担负 灰渣分选、细颗粒回炉等工作，故 又叫作流化床分选冷渣器。由于其 害 囱塑 图2 8 选择性排灰冷渣嚣 重庆大学硕士学位论文国内外c f b 锅炉冷渣器发展现状 中布置有省煤器埋管组，故也视为一种特殊的外置式换热器，不过有些不 同，因为外置式换热器并非作为专门的锅炉出渣装置，它所处理的是细的 循环物料，而本装置主要是处理锅炉炉膛排出的底渣，两者的颗粒粒径不 同，物性及组成也有差异。故两种设备的操作及控制方式不同。另外在作 为空气预热器和省煤器时，锅炉的尾部受热面布置要作相应改变。 这种冷渣器的每个冷却床是单独配风的，分选床的风速最高，以便将 细颗粒吹送回炉膛里。返回口般位于二次风口高度之上，那里炉膛风压 低，这样的设计可以节省冷渣器的风机压头。各床间的物料流通是通过分 床间的隔墙下部开口进行的，为了防止大渣沉积和结焦，采用单孔定向风 帽。该冷渣器可以有间歇和连续两种运行方式，对可能有大块残存的燃料， 一般采用间歇运行方式，反之则采用连续运行方式。在间歇运行时，当分 选床中的渣温低于1 5 0 3 0 0 。c 时即放空各床。渣温监控和放渣是程控的， 通常一次充放周期约为3 0 m i n ，并且与煤种无关。 目前，流化床分选冷渣器在国内外都有应用，据报道对烟煤、石油焦、 煤矸石等不同煤种，实际累计运行时间已超过1 2 万小时i ”。但自其首次 安装的1 4 年间，也出现过许多问题。主要有： a 灰渣复燃结焦。 b 处理大块底渣的能力不足，有时会出现堵塞。 c 热风管道堵塞，这是因为夹带的细灰未能有效地分离下来， 或出口风管设计方面的缺陷。 d 床内埋管磨损，由于冷渣器处理的是宽筛分灰渣，故流化风 速不可能降至外置换热器那么低，这样，为解决埋管磨损问 题，需采取有效的防磨措施。 e 送风系统设计上的不足，这种问题在与次风共用时较容易 发生，造成调节困难。 f 冷渣器的调节性能有待于提高。 尽管如此，这种冷渣器仍获得较广的应用。 z 型和塔型冷渣器 华中理工大学开发的z 型冷渣器( 如图2 9 所式) 和塔型冷渣器( 如 图2 1 0 所式) 都是出于加强风渣混合考虑的。其特点是在浅床上部增加 了曲折通道，这样不仅增加了颗粒的停留时间，而且曲折通道内气流扰动 加强，传热系数较大，因而可提高冷却效果。这种方案很适合于具有较高 溢流口的场合，因而整个冷渣器较高，它将流化床的悬浮段加以利用。但 是它占的空间较大。试验和运行数据表明，它能在0 5 。1 5 的风渣比下运 行将热渣从8 0 0 。c 冷却至2 5 0 - - - 3 0 0 c ，并将热风加热至3 0 0 - - 4 0 0 1 2 ，由于底 部流化床很浅，风压损失小于3 0 0 0 p a 。p l 1 6 重庆大学硕士学位论文国内外c f b 锅炉冷渣器发展现状 图2 9z 型冷渣器 图2 1 0 塔型冷渣器 l 一笛蓐臂l2 一矗度蠢点：3 一迸鼠管，i 一抟菠警5 一风窒 s 一布r 援i 卜一斑证庠琦却器i8 - 1 i 车，9 一 口菠墨翻点 i o 一誊斑臂i 儿一保沮展i1 2 一沮理删点；1 3 一挡蕾扳 i 一自由空j 司 l5 一出甄臂1 6 出口风丑测点；1 7 一 进篮管l s - - q t l 扳f19 - - 1 3 盛畦器点 振动式流化床冷渣器 图2 1 1 是东南大学开发的振动式流化床冷 渣器，该种冷渣器类似于沸腾接触式冷渣器，加 热后的热风可作为炉膛二次风或播煤风，或是 混入锅炉主风道参加燃烧。其特点在于布风板 是倾斜的，且两侧装有振动电机，它产生倾斜 向上的直线往复运动，促使颗粒在激振力和重 力作用下呈跳跃式前进。 2 3 2 气力输送式灰渣冷却器 进风 图2 1 l 振动式流化床冷渣器 图2 1 2 所式为一种气力输送式冷渣器。灰渣出炉后，利用鼓风机进 口形成的真空将灰渣与冷却空气一起抽入一根输渣冷却管，渣被风带到水 重庆大学硕士学位论文国内外c f b 锅炉冷渣器发展现状 封重力沉降室或旋风分离器内分离下来，而热风则通过鼓风机送入炉膛。 该装置输渣管内风速一般为1 2 2 0 m s ，渣的输送浓度为o 2 k g k g ( 渣气) 左右，即风渣比约为4 5 一一5 0 ，输渣管长度根据冷渣量一般为7 m 以上。运 行数据表明，该装置自锵9 0 0 c 左右的渣冷却至1 2 0 - , , 1 4 0 。c ，而风被加热 到1 2 0 左右。实测的压力损失不超过5 0 0 p a 。 气力输送冷渣器的冷却效果较好，且阻力低，无需人工操作即可自行 运行，本体检修割氐。由于气力输送冷渣器所需冷却风量大，故常作为锅 炉一次风，加热风温一般不超过1 5 0 ，但这会使送风机磨损严重，为此 在热风进入鼓风机前必须将其中 灰渣有效分离下来。水封是种 简单且阻力小的方式，但热风通 过水封时约有4 0 - - 5 0 的回收 热量重新散失，并且使灰渣带有 很大的湿度，这样未分离的湿渣 的弱碱性还会