提高CFB锅炉燃烧效率的技术措施

1、止於至善提高CFB锅炉机组效率的技术措施东南大学热能工程研究所赵长遂 陈晓平 段钰锋 吴 新全国CFB机组技术、设备改造及节能技术经验交流会2022/7/251一、循环流化床锅炉发展概况及存在的问题 二、提高CFB锅炉燃烧效率的主要技术措施提高燃烧效率是提高锅炉热效率的关键提高CFB锅炉燃烧效率的主要技术措施 飞灰回燃对提高CFB锅炉燃烧效率的作用三、强化传热在CFB锅炉中的应用降低排烟热损失是提高锅炉热效率的重要途径螺旋槽管替代光管在CFB锅炉中的应用前景强化传热（螺旋槽管和螺旋肋片管联合应用）降低排烟温度和尾部烟道布置空间内容提要2022/7/252一、循环流化床锅炉发展概况CFB成为实用

2、化进程最为成功的洁净燃烧技术，目前在电力行业正向产业化、大型化方向迅速发展迄今，我国共有35t/h以上CFB锅炉2100多台、发电功率25000MW，其中440480t/h的150台国外引进的300MWCFB锅炉机组已通过168试运行，6台国产300MWCFB锅炉即将调试在建和已获得批准的200MW和300MW机组约40多台 2022/7/253一、循环流化床锅炉发展概况上世纪末，世界上已投运最大的CFB锅炉是普罗旺斯电厂250MWe CFB锅炉 本世纪已投运的最大容量CFB锅炉是安装于美国佛罗里达州Jacksonville的JEA电厂两台300MWe锅炉 在CFB锅炉大型化的进程中，以超临界

3、参数为标志的第二代循环流化床锅炉以其优越的性能而引人注目 法国Alstom公司已完成600MWeCFB锅炉的方案设计 美国FW公司已于2002年底和波兰PKE电力公司签订了460MWe超临界参数的CFB直流锅炉合同， 2003年3月开始工程设计，预计将于今年9月底投入商业运行 我国“十一五”科技发展规划中，也把自主开发600MWe等级的超临界参数CFB锅炉列为战略目标和开发重点2022/7/2542022/7/255紧凑型波兰 agisza 460 MWe 超临界 CFB直流锅炉的设计 用户: Poludniowy Koncern Energetyczny (PKE) 地点: 波兰南部 agi

4、sza 发电厂 合同签定于: 2002年12月30日 工厂设计开始于: 2003年3月1日 商业运行时间: 2006年9月30日SO2NOx( NO2)CODustmg/Nm3mg/Nm3mg/Nm3mg/Nm3200200 30200 排放值 (6% O2, 干) (遵循欧盟标准)蒸汽参数出力MWe460蒸汽流量 kg/s (过热/再热)360/313蒸汽压力 bar (过热/再热)275/50蒸汽温度 C (过热/再热)565/580电厂净效率 %43.3燃料 (收到基)煤硫分灰分水分低位热值% wtMJ/kg1.2231220% wt% wt设计煤种范围 0.6 1.4 10-25 6-

5、23 18-23 煤浆 (最大. 30 %) 范围 0.6 1.6 28-65 27-45 7-17波兰460 MWe 超临界 CFB直流锅炉2022/7/257循环流化床锅炉目前存在的问题 目前135MW容量等级循环流化床锅炉存在的主要问题表现在可靠性、可用率、环保特性和经济性几方面即锅炉系统故障频繁、连续运行天数短锅炉热效率低、经济性不佳厂用电率高低成本脱硫的优越环保特性尚未显现2022/7/258循环流化床锅炉目前存在的问题问题1：冷渣器不能正常冷渣、排渣风水联合冷却选择性排灰流化床冷渣器，由于燃用煤种灰分高且变化幅度大，冷渣器无法将排渣冷却到合适温度；或由于煤的破碎系统问题、不能控制破

6、碎后入炉煤粒度要求，造成大量粗颗粒底渣在冷渣器内无法流化、排出，导致锅炉无法正常运行。对策：改用水冷滚筒式冷渣器、钢带式冷渣器降低风水流化床冷渣器隔墙高度、采用定向风帽2022/7/259循环流化床锅炉目前存在的问题问题2：炉膛受热面磨损严重 集中表现为炉膛下部耐磨浇铸料（耐磨可塑料）和水冷壁交接处管子磨损以及旋风分离器对策：采用合理的水冷壁让管方式、交接处管外喷涂、敷设合理高度和厚度的耐磨可塑料控制合适的一次风量2022/7/2510循环流化床锅炉目前存在的问题问题3：风帽磨损与漏渣 锅炉无法正常运行、导致被迫停炉对策：改进型钟罩式风帽剑形风帽内嵌形风帽 2022/7/2511钟罩式风帽20

7、22/7/2512内嵌形风帽2022/7/2513循环流化床锅炉目前存在的问题问题4：耐火材料的选择与施工不当 耐火材料开裂、磨损和脱落，导致锅炉爆管被迫停炉对策：耐火材料的结构形式选用合适的材料、厚度采取合理的施工方式 2022/7/2514循环流化床锅炉目前存在的问题问题5：过热/再热蒸汽温度调节特性差 用喷水调节再热蒸汽温度将降低电厂循环效率对策：在炉膛和尾部竖井双烟道内合理布置水冷屏、屏式过热器、过热器和再热器，改善其辐射/对流传热特性，从而改善过热蒸汽和再热蒸汽的调节特性尾部烟道烟气挡板也是调节气温的可靠手段 2022/7/2515循环流化床锅炉目前存在的问题问题6：锅炉点火耗油量大

8、 锅炉运行成本高，经济性差对策：采用床下热烟气点火或以床下点火为主结合床上油枪点火方式，既可较大幅度地减小点火耗油量，又可适当缩短启动时间 2022/7/2516循环流化床锅炉目前存在的问题问题7：飞灰含碳量高，锅炉燃烧效率/热效率低 贫煤和无烟煤CFB锅炉飞灰含碳量高，达到20以上，甚至30以上 135MWe等级CFB锅炉的燃烧效率和热效率比煤粉锅炉低13 对策：采取多方面综合措施飞灰底饲/密相区回燃 2022/7/2517循环流化床锅炉目前存在的问题问题8：锅炉辅机故障多、厂用电率高煤破碎系统易磨损、不能保证燃料达到设计的颗粒度和尺寸分布给煤系统常堵塞风机容量余量过大，厂用电率达1011或

9、更高 对策：采用煤筛分/破碎系统，减少合格细煤粒进入碎煤机，避免发生过磨现象及时更换破损的筛网控制给煤水分，炉前给煤，简化给煤系统控制风机余量在合适范围2022/7/2518炉前给煤系统2022/7/2519二、提高CFB锅炉燃烧效率的主要技术措施提高CFB经济性已成为当务之急q2和q4是影响锅炉热效率的主要因素b100（q2+q3+q4+q5+q6）， 表1 某台135MWeCFB锅炉计算热效率和各项热损失，排烟热损失q2化学未完全燃烧热损失q3机械未完全燃烧热损失q4散热损失q5灰渣物理热损失q6锅炉热效率b5.6702.930.530.5991.022022/7/2520, 从降低锅炉排

10、烟温度和排烟过剩空气系数角度入手降低排烟热损失是提高锅炉热效率的重要途径二、提高CFB锅炉燃烧效率的主要技术措施2022/7/2521提高燃烧效率是提高锅炉热效率的关键c100（q3+q4）， , 二、提高CFB锅炉燃烧效率的主要技术措施2022/7/2522影响循环流化床燃烧的主要因素 1、燃料特性煤的挥发分和固定碳含量反映煤反应活性的活化能E和频率因子A 煤的粒径分布PSD煤的成灰特性 2022/7/2523影响循环流化床燃烧的主要因素 1.1 衡量煤反应活性的特征煤指数（coal index）即干燥无灰基挥发分与低位发热量之比值，煤指数越高，活性越好，越容易燃尽燃料比（fuel rati

11、o）即燃料固定碳与挥发分之比，燃料比越大，即燃料的挥发分含量越少、固定碳含量越高，燃料的反应性越差，也越难燃尽 2022/7/2524提高CFB锅炉燃烧效率的技术措施挥发分析出模型为 式中，f(E)假定是平均活化能E和标准偏差的高斯函数分布，即 2022/7/2525提高CFB锅炉燃烧效率的技术措施煤燃烧反应速率常数k与反应温度T之间的关系可用 著名的Arrhenius公式表示式中， A频率因子，s-1 E活化能，KJmol-1 R气体常数，8.31J(Kmol)-1 T反应温度，K2022/7/2526几种典型煤种成分分析和燃烧工况典型煤种飞灰SEM分析2022/7/2527广西合山劣质烟煤

12、飞灰SEM图大部分是密实的灰块，表面不光滑，没有熔融的玻璃体形态存在，孔隙率小少量球状空心煤胞，孔隙率也不大，壁面较厚，表面粗糙2022/7/2528密实的灰块（劣质烟煤） 2022/7/2529少孔球状煤胞（劣烟煤） 2022/7/2530多孔球状煤胞（劣烟煤） 2022/7/2531福建龙岩无烟煤飞灰SEM图(Var=4.26% )生成的球状煤胞中绝大多数为无孔或少孔 表面很光滑，有熔融的玻璃体形态存在，对燃尽极为不利多孔薄壁球状煤胞，但数量极少 2022/7/2532无孔球状煤胞（无烟煤）2022/7/2533少孔球状煤胞（无烟煤）2022/7/2534多孔球状煤胞（无烟煤） 2022/

13、7/2535山西大同烟煤 SEM图绝大部分为多孔的疏松空心煤胞和骨质状疏松结构煤胞 孔隙率很大，除30100m的大孔洞外，还有许多直径为5m左右的小孔洞遍及整个煤胞，而在这些小孔洞周围有更多的直径为0. 5m以下的细孔。这些大大小小的孔洞把煤胞支离分割，形成了很大的反应表面积，对煤粉的燃尽十分有利 极少部分为少孔的密实球状煤胞 2022/7/2536多孔疏松球状煤胞（烟煤） 2022/7/2537骨质状疏松结构煤胞（烟煤） 2022/7/2538影响循环流化床燃烧的主要因素 1.2 严格控制入炉煤的颗粒度煤粒太细，不能被分离器捕集分离而逃逸出去的细颗粒多，对燃尽不利而煤颗粒过粗，一方面床层流化

14、不好，另一方面比表面积小，煤粒的扩散阻力大，导致反应面积小，颗粒中心的碳粒无法燃尽而出现黑芯煤的筛分、破碎等预处理十分重要，一定要保证入炉煤粒径分布呈合理的级配2022/7/2539影响循环流化床燃烧的主要因素 2、给煤方式将煤可靠、稳定添加到密相区内并均匀地散布在布风板上方是获得理想燃烧效果的先决条件采用系统简单的前墙给煤方式代替炉后返料腿加煤方式以减少堵煤事故率高、燃烧效果不理想的现状设置数量合适的给煤点并采取相应的风力播煤措施，将煤在整个床层内播撒开来 2022/7/2540影响循环流化床燃烧的主要因素 3、床层流化状态良好的流化状态对获得理想的燃烧效果无疑是十分关键的，它直接决定了密相

15、区内气固两相流流动、扩散和混合，以及物料循环量的大小流化速度的大小、风帽的结构形式和布置方式都须认真考虑和选择 2022/7/2541影响循环流化床燃烧的主要因素 4、运行参数 影响流化床运行最重要的参数有：床层温度过剩空气系数停留时间 2022/7/2542影响循环流化床燃烧的主要因素 5、一二次风比和二次风速循环流化床必须选取合适的一二次风量比使密相区处于还原气氛才能将密相区控制合适温度范围不同的煤种挥发分含量不同，合适的一二次风量比也不相同 不二次风仅风量要合适，风速至关重要，必须使二次风具有足够的动量，能穿过高粘度的烟气层到达炉膛最缺氧的核心区，并造成强烈的湍流脉动、增强扩散 2022

16、/7/2543飞灰回燃对提高CFB锅炉燃烧效率的作用飞灰回燃是提高CFB锅炉燃烧效率的大势所趋高霸电厂引进410t/hCFB锅炉IRCFB锅炉FW公司为中石化供货的燃石油焦CFB锅炉东南大学为新建或改造锅炉配套2022/7/25442022/7/2545底饲回燃技术特点 飞灰底饲回燃系统示意图 底饲喷嘴 2. 耐磨弯头 3. 疏堵装置 4. 飞灰分离装置 5. 飞灰给料装置 6. 输送气源. 7. 喷射装置2022/7/2546飞灰底饲回燃符合燃烧 “3T”原则 Temperature（高燃烧温度）Time （长停留时间）Turbulence （强烈的扰动）2022/7/2547飞灰底饲回燃与

17、面饲回燃效果比较2022/7/2548飞灰底饲回燃与面饲回燃效果比较2022/7/2549飞灰底饲/密相回燃技术优越性对减轻受热面磨损：飞灰返回炉内循环一次对提高飞灰残碳燃尽度作用非常显著，获得同样的燃尽效果底饲回燃所需的循环量（循环倍率）要比常规面饲循环低得多增加循环量，使不能正常运行的锅炉恢复正常循环次数少，减小石墨化影响尾部除尘器回燃时，对除尘效果影响小2022/7/2550飞灰底饲回燃应用方式设计无烟煤、贫煤CFB锅炉时采用除尘器飞灰回燃原有无烟煤、贫煤CFB锅炉添加飞灰底饲/密相区回燃原有中温分离器飞灰改用飞灰底饲/密相区回燃原鼓泡流化床锅炉增加分离器和飞灰底饲/密相区回燃2022/

18、7/2551广东阳山发电厂130T/H锅炉燃用当地无烟煤时，锅炉热效率提高23个百分点发电标煤耗下降了三分之一，由原来的1000多g/kw.h降低到650g/kw.h 应用效果2022/7/2552镇海炼化220 t/hCFB锅炉燃用石油焦CFB锅炉的采用效果：锅炉汽焦比由10.98t/h提高到11.31t/h锅炉热效率提高了2.7个百分点 电场序号改造前含碳量(wt,%)灰量（t/h）改造后含碳量(wt,%)灰量（t/h）一电场43.0612018.04110二电场54.672445.7321三电场45.55640.205锅炉改造前后飞灰含碳量 2022/7/25532022/7/25541

19、、CFB锅炉尾部受热面布置空间明显不足 考虑到CFB锅炉炉内受热面磨损问题，在炉膛上部不能像煤粉炉那样布置很多辐射或半辐射式过热器（或再热器）受热面；在炉膛出口处一般也不设水平烟道，过热器和再热器大部分受热面要布置在分离器出口的下行尾部烟道内；CFB锅炉炉膛温度水平较低，炉内吸热量比同容量煤粉炉小，因此尾部烟道内所需布置的省煤器受热面也比煤粉炉多；为减轻对流受热面的磨损，尾部烟道的过热器、再热器、省煤器和空气预热器均采用顺列排列的布置方式，与错列布置方式相比，传热能力差很多，所需布置的受热面面积和布置空间相应增大。三、强化传热在CFB锅炉中的应用分析2022/7/25552、尾部受热面采用传热强化技术解决CFB锅炉尾部空间不足 对低温级过热器、低温级