提高循环流化床锅炉热效率的措施

提高循环流化床锅炉热效率的措施华中科技大学煤燃烧国家重点实验室2/6/20231CFB锅炉的优点

燃料适应性特别好燃烧效率高负荷调节性能好灰渣综合利用环境性能特别好：能脱除SO2,NOX和CO22/6/20232锅炉厂生产的CFB锅炉业绩表（--2007年3月）300MW135MW200MW100MW等级50MW等级哈锅74731044东锅5401725上锅822618济锅655159武锅617无锅1874杭锅125太锅24总数2014214363262/6/20233受热面磨损、爆管。耐热防磨层磨损、破裂。风帽磨损与漏灰。冷渣器堵塞与结渣。燃烧分层。燃烧脉动。燃烧爆炸。大型CFB锅炉运行中的主要问题2/6/20234某台135MWCFB锅炉热效率和各项热损失热效率碳未完全燃烧热损失q4化学未完全燃烧热损失q3排烟热损失q2散热损失q5灰渣物理热损失q690.282.9305.670.530.59影响循环流化床锅炉热效率的主要因素有：燃烧温度、燃煤种类、飞灰含碳量、炉渣含碳量、和排烟温度。过剩空气系数，燃煤粒度及分布，脱硫，一、二次风比率，给煤方式及灰渣物理热损失。2/6/20235提高循环流化床锅炉热效率的技术措施

适当提高燃烧温度2/6/20236其中:τp为碳粒子的燃烬时间，s；Tb为燃烧温度，℃；dp为碳粒子直径，cm。碳粒子的燃烬时间与燃烧温度有关，提高燃烧温度能明显的缩短碳粒子的燃烬时间。燃烧温度2/6/20237不同粗碳粒子的燃烬时间随燃烧温度的变化

煤粒径

165.47127.73.74.0557.1640.9425.5811.4580089.4267.4939.1230.2021.1313.516.0585046.1935.6620.6715.6911.437.143.2090024.4318.8010.928.436.033.771.6995010.08.05.04.03.02.01.0

(mm)T(℃)(min)2/6/20238细碳粒子燃烬时间随燃烧温度的变化煤粒径

T(℃)(s)0.0080.020.050.080.100.200.500.809500.371.083.145.417.0115.6645.3378.209000.712.055.9410.2413.2629.6485.80148.018501.343.8811.2419.3825.1156.10162.40280.148002.547.3521.2736.6847.52106.18307.38530.21mm当从800℃升高到950℃时，碳粒子的燃烬时间缩短6倍左右2/6/20239温度颗粒粒径燃尽时间2/6/202310燃烧温度（℃）当燃烧温度从870℃提高到920℃，燃烧温度增加50℃时，锅炉燃烧效率提高了2个百分点左右

2/6/202311提高循环流化床锅炉热效率的技术措施降低飞灰含碳量提高锅炉燃烧效率

2/6/202312影响飞灰含碳量的主要因素燃烧温度煤的种类分离飞灰的循环倍率燃烧室上部燃烧偏斜燃烧氧量的供给分离器的分离效率除尘灰再循环燃烧2/6/202313(1)提高燃烧温度当燃烧温度从900℃提高到950℃时，飞灰含碳量从22.5%降到10%左右，降低了12.5个百分点。燃烧温度提高1℃，飞灰含碳量降低0.25个百分点。

2/6/202314当燃烧温度从900℃提高到950℃时，飞灰含碳量从22.5%降到15%，降低了7.5个百分点。燃烧温度提高1℃，飞灰含碳量降低了0.15个百分点。与煤种1相比,影响程度的不同是由煤的燃烧反应性差异所决定的。2/6/202315(2)煤种的影响

挥发分低的难燃煤种，如福建龙岩的无烟煤飞灰含碳量较高；挥发分高的易燃煤种，如烟煤，褐煤等，飞灰含碳量较低。一般无烟煤的飞灰含碳量比烟煤要高5-10个百分点。

2/6/202316(3)分离灰循环倍率的影响2/6/202317分离灰循环倍率为5时，飞灰含碳量为12.5%左右。分离灰循环倍率从3提高到4，飞灰含碳量降低约2.5个百分点。从7提高到8时，降低了1个百分点。从14提高到18时，只降低了0.5个百分点。分离灰循环倍率在2-6之间变化，对飞灰含碳量的影响是最有效的。分离灰循环倍率为7时，飞灰含碳量为11%，为进一步降低飞灰含碳量宜采用尾部降尘灰再循环燃烧。2/6/202318(4)燃烧偏斜的影响某135MWCFB锅炉燃烧偏斜特征2/6/202319左侧分离器进口烟气温度为923℃，返料温度为867℃，经分离器后温度降低了56℃。右侧分离器进口烟气温度为889℃，返料温度为956℃，经分离器后温度升高了67℃。这时Cf=11%。若消除了燃烧室上部的燃烧偏斜，飞灰含碳量Cf

8%是有可能的。

2/6/202320燃烧室深度(m)(左为前墙方向)(5)燃烧氧量供给的影响高坝电厂410t/hCFB锅炉燃烧室深度方向烟气含氧量分布：

靠前墙2m之内含氧量较低，在3%-6%范围内；靠后墙1.5m之内含氧量较高，在6%-10%之间；在燃烧室中心区2.5m范围内，含氧量最低，接近于零。2/6/202321原因：前墙缺氧：回料管给煤，煤燃烧消耗了氧气；后墙富氧：燃烧少耗氧少；中心区缺氧：二次风穿透能力弱，送不到中心区，引起了供氧不足。2/6/202322调整后高坝410t/hCFB锅炉燃烧室深度方向烟气含氧量分布调整燃烧室前后墙的二次风量，增加前部供风量，减少后部供风量，和加强二次风的穿透能力。在燃烧室出口烟气含氧量为3%-4%的情况下，燃烧室中心区烟气含氧量从原来的零提高到了3%左右，后墙区含氧量从9%降到了7%。

2/6/202323(6)提高分离器分离效率分离器的分离效率与分离灰循环倍率的关系：m为分离灰循环倍率，ηc为分离器分离效率，Ay为燃煤灰分含量，为飞灰份额。分离效率高，分离灰循环倍率大；煤中灰份含量高，分离灰循环倍率大；燃烧室出口飞灰份额大，分离灰循环倍率高。

2/6/202324分离效率与循环倍率的关系2/6/202325为保证分离灰循环倍率为9对热值为22.212MJ/kg的III类烟煤，要求分离器的分离效率为98%；对热值为9.308MJ/kg的Ⅱ类煤矸石，要求分离效率为96%。

2/6/202326高坝410t/hCFB锅炉飞灰含碳量与粒径的关系

<50m的灰粒占总飞量的96%左右;>37m的灰粒，Cf为1%左右6-18m的灰粒，Cf=~28%。降低6-18m灰粒的Cf是提高燃烧效率的关键2/6/202327偏心排气管旋风分离器

480t/hCFB锅炉：·偏心556mm；·加速段，向下倾斜10º；·倒锥形，锐角取5.2º。2/6/202328分离器改造前后对比改造后的分离器的dc50，从180

m降为80

m，分离效率明显提高、飞灰含碳量明显降低。同样的脱硫效率，改造后的Ca/S下降40%。2/6/202329(7)除尘灰再循环燃烧

R=0.3，Cf从23%降到13%R=0.6，Cf从23%降低到4%高坝410t/hCFB锅炉第一电场除尘灰再循环燃烧，Cf从28%降到13%，ηc达到设计值97.2%。

2/6/202330石家庄永泰热电厂75t/hCFB锅炉

锅炉改造前后飞灰含碳量和热效率比较序号项目3号锅炉4号锅炉改造前改造后改造前改造后1飞灰含碳量（%）42.52043.321.82正平衡热效率（%）76.28680852/6/202331镇海220t/hCFB锅炉改造前后飞灰含碳量比较

电场改造前（%）改造后（%）一电场4318.0二电场54.745.7三电场45.640.22/6/202332提高循环流化床锅炉热效率的技术措施3.降低床底渣含碳量2/6/202333粗粒子在浓相床内的停留时间：Hb--静止床料高度，m；Fd--布风板面积，m2；ρb--静止床料的堆积密度，kg/m3；B为燃煤消耗量，kg/h；δ为燃煤中粗粒子的份额。2/6/202334粗粒子在浓相床内的停留时间（75t/hCFB锅炉）煤热值（MJ/kg）4.188.3612.5416.7220.9025.08煤耗（kg/h）660003300022000165001320011000粗粒子份额（δ）0.50.4停留时间τr（min）6.212.418.619.824.829.82/6/202335热值为25.08MJ/kg的高热值优质煤，为29.8min；热值为4.18MJ/kg的低热值煤，为6.2min。高热值煤的停留时间为低热值煤的5倍。这就是CFB锅炉烧低热值煤床底渣含碳量高的原因。

2/6/202336对于75t/hCFB锅炉（比较前面的数据）烧热值16.72MJ/kg煤：在950℃的燃烧温度下，所有粗粒子的停留时间大于燃烬时间，床底渣烧透；当燃烧温度为900℃时，大于4mm的粗粒子停留时间小于燃烬时间，存在夹碳损失；当燃烧温度为850℃，大于2mm的粒子停留时间小于燃烬时间，存在夹碳损失；当燃烧温度为800℃时，大于1mm的粒子停留时间小于燃烬时间，存在夹碳损失；2/6/202337烧热值低于12.54MJ/kg的劣质煤，燃烧温度小于900℃时，所有大粒子的燃烬时间大于其停留时间，床底渣均有夹碳损失。

2/6/202338降低床底渣含碳量的技术措施设计锅炉时：保证粗粒子在浓相床内的停留时间大于其燃烬时间。烧劣质煤时，宜将床截面积大一些，流化速度取低一点，料层厚度设计厚一些。锅炉运行时：维持合理燃烧温度，适当提高料层厚度。制备合适粒度及大小分布的燃煤，防止燃烧分层。

2/6/202339135MWCFB锅炉燃烧室的截面燃烧温度的分布后墙904.8℃875.7℃839.5903.0878.7709.5747.7883.0939.1693.5380.5186.2190.0329.6799.2576.9277.5A侧B侧834.9581.2789.8309.9163.2281.2619.9349.8217.8239.3209.3611.1246.6248.5271.1315.2199.1209.473.32190.5222.7218.1863.1℃855.3℃232.7225.0151.1210.2238.2236.4左炉膛出口前墙左炉膛出口800．5℃786.4℃2/6/202340图中部43个温度测点离布风板300mm，温度相差大（151.1-939.1

℃）；占燃烧室截面积的5/6，高度估计有300mm到500mm的区域，温度低于790℃，发生燃烧分层；估计1/3的浓相床区域发生了燃烧分层，粗粒子在浓相床内停留时间减少了约1/3；

2/6/202341135MWCFB分层燃烧发生的原因

排渣出口从4个改为2个排渣口布置不均匀风帽出口小孔风速偏低(25m/s)消除分层燃烧现象，将床底渣含碳量从4%降到2%以下是有可能的。2/6/202342提高循环流化床锅炉热效率的技术措施4.降低排烟温度，减少排烟热损失2/6/202343影响排烟热损失的主要两个因素排烟温度(130℃~140℃)过剩空气系数(1.35~1.40)2/6/202344降低排烟温度的技术措施将光管省煤器改为螺旋管省煤器，增加受热面;定期吹灰，清理受热面；降低排烟温度，排烟温度降低15℃，锅炉热效率提高约1%。2/6/202345提高循环流化床锅炉热效率的技术措施1、根据燃煤性质，设计CFB锅炉技术路线，包括煤制备系统、炉膛结构、分离器型式等，制定恰当的运行策略；2、适当提高炉膛燃烧温度；3、通过提高燃烧温度、分离器效率、保证炉膛中心区氧量供应、避免燃烧偏斜、电除尘灰再循环等措施降低飞灰含碳量4、布置适量排渣口、保证布风质量和燃煤级配，通过运行调整，避免燃烧分层，降低炉渣含碳量；5、适当降低排烟温度（130-140℃）。2/6/202346提高循环流化床锅炉热效率的技术措施5.

优化燃烧调整和控制

2/6/202347优化燃烧提高燃烧效果，900℃-950℃改善脱硫效果，830℃-880℃控制NOX的生成量200mg/Nm3-400mg/Nm3之间，(830℃-930℃)2/6/202348烟气成分检测烟气成分包括O2、NO2（NO）、N2O、SO2（SO3）、CO2、CO、N2等。根据O2，CO和CO2含量控制空气量根据SO2含量控制石灰石加入量根据NOX含量控制燃烧温度

2/6/202349雷曼激光气体分析仪

可同时多