美国燃烧动力公司细粒子循环流化床燃烧

1、美国燃烧动力公司细粒子循环流化床燃烧技术分析及在我国的应用冯晓强中国五环化学工程公司内容摘要 本文分析美国燃烧动力公司细粒子循环流化床燃烧技术的主要特点及在我国应用前景关 键 词 细粒子循环流化床 技术 应用一、序循环流化床燃烧技术是近年才发展起来的清净燃烧新技术。60年代末，西方主要工业国家开始进行理论研究和实验室模型试验研究，在进行了床层动力学，床内传热、气固分离、下灰回送、床内脱硫等大量研究后，于70年代末进行工业试验，并在80年代中期进入商业市场，目前已处于成熟运行阶段。我国的循环流化床燃烧技术的研制开发以及使用相对较晚，80年代中期开始研制，直到90年代初才在全国推广，由于国内在研制

2、循环流休床锅炉方面时间不长，技术有限，加之经费投入不足等原因，使国内循环流化床锅炉不同程度地存在着运行周期短、事故频繁等现象。制约着循环流化床锅炉这一洁净、燃烧效率高的燃烧技术广泛推广，影响着国内的能源合理利用。国家机械工业部GEF项目选定的美国燃烧动力公司细粒子循环燃烧技术作为国内循环流化床锅炉的示范技术，具有系统简单、运行可靠、技术成熟等优点，尤其适合燃用中国的含硫劣质燃料。现已有三台该技术循环流化床锅炉在河南省安阳化肥厂选用，其中两台已投入正常运行，另一台正抓紧安装中。准备今年年底由世界银行及国家机械工业部组织验收。了解国外在循环流化床锅炉方面的先进思想、先进技术，这对提高我国循环流休床

3、锅炉整体技术应有很大的帮助。二、CPC公司细粒子循环流化床锅炉主要技术特点该细粒子循环流化系统，具有高效气固分离，高温颗粒再循环和在密相床内低速流化并进行高效燃烧换热的系统。这使得燃料颗粒在燃烧室内停留时间较长，燃烧得更完全。其主要技术特点如下：1. 标准模块设计：该炉整体设计采用与国内设计不同的模块设计方式，燃烧室由多个相同的模块组成，每一模块由旋风分离器、回料管、床内蒸发受热面和布风系统组成。组合锅炉时可根据用户要求及锅炉容量大小，采用不同型式的模块组合，以满足锅炉出力的要求。这种标准化设计使得每一模块的实际燃烧工况都能达到预期目的，有利于组织生产，减少在工地的安装工作量，并有效地保证安装

4、质量，使锅炉整体性能得到保证。见 图一：再循环分离器 分离器上升管带耐火材料衬里的自由空间细颗粒重力回料管床上燃料及石灰石给进可拆除蒸发管束定向流动风帽水冷布风板 风室图1 大模块2. 布风系统循环流化床的风帽是燃烧设备中的重要另部件，其结构特性直接关系到锅炉燃烧配风的合理性。该技术采用平板定向流动风帽，焊在水冷支架上，下部与一次风室连通，平板定向流动风帽开口处风速在60-90m/s范围，出口气流与水平有微小夹角，而整个布风板是由一定数量的风帽按照不同的出风口方向排列组合而成。这种布风系统使得空气在炉内可按设计者意图固定流动。当一次风由炉膛底部通过布风系统引入炉内时，在密相区底部形成了床料的高

5、速横向扰动，形成紊流层，利于燃料与空气以及石灰石的充分混合与接触，保证了燃料充分燃烧和高效脱硫。由于风帽出口方向是按一定角度组合，所以又能使燃尽灰渣按一定线路排出。这样避免了国内一些锅炉在密相区内发生床料堆积结焦问题。见图二、图三：3流化风速及燃料适应性燃料的充分燃烧取决于燃料在炉内的停留时间及化学反应的强烈程度。该流化床采用截面积较大的长方形燃烧室，燃烧空气进入床内后，在密相区与床料充分混合，由于燃烧室的载面积较大，使得床内的流化上升速度仅为1.5m/s左右，这样延长了燃料在炉内的停留时间，使燃料在炉内能燃尽。由于该炉的此种特性，使得进入炉内的燃料的选择范围更广，低挥发份无烟煤或化肥厂造气炉

6、的造气炉渣均能在炉内很好燃烧。燃尽的细粒子只有小于400um以下才能随低速流化风排出炉堂。此种燃烧方式对于化肥企业尤为适合，大量的造气炉渣通过燃烧后，一方面减轻了造气炉渣对环境的污染，另一方面又合理利用了炉渣中残碳节省了能源，同时，由于流化上升速度较低，减轻了由于高速流化风引起的耐火材料及床内受热面的磨损。4. 分离装置循环流化床技术好坏的关键部分是分离装置，如分离效果差则使整个系统能耗高，且会因烟尘中粉尘的粒径较大而对尾部热面造成磨损。CPC公司锅炉在燃烧室顶部设置了多个小直径高效旋风分离器，按照旋风分离原理：分离器的内径越小，其分离效率越高。该种炉型在炉顶上设置的多个小直径分离器，在切割粒

7、径dp50=15um时，其分离效率可达99%。通过燃烧室上部自由段烟气所携带出去的床料进入旋风分离器后未燃尽颗粒被分离下来，然后通过直接布置在炉内的重力回料管返回到密相区中。该 炉分离器布置在炉顶，回料管出口在燃烧室密相区底部，不设“L”式“U”型回料阀，依靠床料重力在回料管内形成与炉膛上下部分间压差相平衡的床料高度，在锅炉运行中自动维持被分离的床料高度并使多余床料返回炉膛密相区内，形成炉内物料的正常循环。5. 负荷调节系统该炉设有独特的负荷调节系统，由床上高位排渣口，热床料仓及气力输送管路及高压风机组成。当锅炉负荷波动较小时，只须通过调节锅炉给煤量即可完成。而当锅炉负荷作大幅度降低或升高时，

8、即可由该负荷调节系统来调节：即当锅炉负荷作大幅度降底时，把密相区内的床料通过气力输送系统送入热床料仓内储存起来，由于炉内床料量的减少，使锅炉受热面相对减小，锅炉负荷即降低；而当锅炉需快速增大负荷时，适当将热床料仓内储存的床料送回炉内，使锅炉受热面相对增加，锅炉负荷即增大。通过以上操作，可以快速调节锅炉负荷，此系统很适合需要锅炉负荷变化频繁的用户，能很快地满足用户对锅炉负荷的要求。见图四：图 46. NOX及SO2的排放由于该种炉型燃烧室大、参与炉内循环的床料很细、循环利用率高、燃料在燃烧室内的停留时间较长、加之炉温为800850，适宜于炉内的氧化反应，有利于石灰石的分解和与硫的化学反应，且不利

9、用于氮氧化物的生成。在美国的用户实例：当Ca/S=1.8时，其脱硫率可达95%以上，由于其特殊的结构使石灰石耗量低于其它循环流化床锅炉。（下转第182页）（上接第242页）三、CPC细粒子循环流化床技术在国内的应用前景中国是一个发展中大国，但资源却相对贫乏，因燃烧技术落后、使环境状况恶化，应利用先进的技术使国内贫乏的资源得到充分利用。所以CPC细子循环流化床技术因以下原因在国内应有很好的发展前景。1. 技术方面中国是一个发展中国家，锅炉技术的发展特别在循环流化床锅炉技术方面的发展落后国外许多年，目前国内虽然有许多锅炉厂在生产循环流化床锅炉，但大部分技术含量很低，没有吃透循环流化床的主要技术，就

10、匆匆上马。属于低层次，重复发展，既浪费国家的宝贵资源，又使用户不能很好地利用它为企业增效。所以适当借鉴国外的先进技术可以起到引导作用，以提高国内循环流化床技术的整体水平。2. 环境保护方面我国能源是以煤炭为主的国家,一次能源消费结构中煤炭占75%,且低质、含硫煤占有很大比例。煤炭产生的SO2约占我国大气污染总量的90%、CO：71%、NOX：70%、灰尘微粒：60%，1994年SO2排放引起的酸面积已达国土面积的30%以上。采用CPC循细粒子循环流化床技术后，由于燃烧完全使总耗煤量将减少。炉内的低温燃烧及加入适量CaCO3后，其排烟含硫将减少95%，NOX排放量将减少50%。锅炉除尘系统中采用长袋脉冲布袋除尘器，其烟尘排放量小于100mg/Nm3，只有国家允许排放量的几分之一。这将使我国能耗降低，环境得到很好的改善。3. 能源政策由于我国的煤炭资源不丰富，且高质量的煤炭都为工业用煤，燃料煤均为低质、高硫煤。一般锅炉较难以完全燃烧，便锅炉排出的灰、渣残碳高达2030%以上，严重浪费能源，高残碳灰渣不好处理，又成为新的环境污染。CPC锅炉技术由于采用大炉膛，低上升速度，使燃料能在炉内燃尽，灰渣残碳小于2%，特别是化工企业中的造气炉渣，由于挥发份为零，硬度很硬，一般锅炉甚至国内循环流化床对它都难以处