循環(huán)流化床有機熱載體鍋爐研制

[摘 要] 文章介紹一種循環(huán)流化床有機熱載體鍋爐的結構及特點，對提高能源利用效率，減少污染物排放，推動有機熱載體鍋爐行業(yè)的發(fā)展具有現(xiàn)實意義。

[關鍵詞] 有機熱載體鍋爐；循環(huán)流化床；提高能源利用率；節(jié)能減排

[作者簡介] 沈樹云，廣州天鹿鍋爐有限公司，廣東 廣州，510000

[中圖分類號] TK229 [文獻標識碼] A [文章編號] 1007-7723（2013）04-0024-0003

有機熱載體鍋爐是以有機介質（俗稱導熱油）作為循環(huán)載熱介質供熱的熱能轉換設備，采用高溫循環(huán)泵強制導熱油進行閉路循環(huán)，在將熱能供用熱設備后，重新返回爐內加熱。有機熱載體鍋爐具有低壓高溫、無冷凝排放損失供熱（與蒸汽供熱相比）的優(yōu)點，目前在國內各相關工業(yè)領域已得到廣泛應用。隨著國民經濟的發(fā)展和環(huán)保要求的提高，有機熱載體鍋爐使用量愈來愈大。不斷開發(fā)更高熱效率的有機熱載體鍋爐，節(jié)約能源，是鍋爐行業(yè)發(fā)展的趨勢之一。

一、開發(fā)循環(huán)流化床有機熱載體鍋爐的意義

（一）常規(guī)燃煤有機熱載體鍋爐存在的不足

目前我國燃煤有機熱載體鍋爐以燃煤、油、氣等化石燃料及采用液相強制循環(huán)型式進行能量轉換的方式為主。其中燃煤有機熱載體鍋爐主要采用固定爐排和鏈條爐排兩種燃燒方式，均屬火床燃燒?；鸫踩紵┟郝矢摺⑷急M差，對煤種要求高（一般為II、III類煙煤），且需要較大的過量空氣系數(shù)，因此燃燒效率較低，一般為85%～90%，鍋爐熱效率僅為65%～75%，能耗損失較大。

（二）循環(huán)流化床鍋爐的優(yōu)點

循環(huán)流化床燃燒是一種燃燒化石燃料、廢物和各種生物質燃料的燃燒技術，它的基本原理是床料在流化狀態(tài)下進行燃燒。一般粗粒子在燃燒室下部燃燒，細粒子在燃燒室上部燃燒。被吹出燃燒室的細粒子采用各種分離器收集下來之后，送回床內循環(huán)燃燒。

循環(huán)流化床鍋爐大致具備以下優(yōu)點：

1. 對燃料的適應性特別好。飛灰再循環(huán)量的大小可改變床內的吸熱份額，只要燃料的熱值大于把燃料本身和燃燒所需空氣加熱到穩(wěn)定燃燒溫度所需的熱量，這種燃料就能在循環(huán)床內穩(wěn)定燃燒，不需使用輔助燃料助燃，就能達到高的燃燒效率。循環(huán)床鍋爐能燒優(yōu)質燃料，也能燒劣質燃料，這對一些燃料來源、種類和質量多變的鍋爐用戶，是十分適宜的。

2. 燃燒效率高。常規(guī)工業(yè)鍋爐和沸騰床鍋爐，燃燒效率為85%～90%。循環(huán)流化床鍋爐由于采用飛灰再循環(huán)燃燒，燃燒效率可達95%～99%。

3. 爐內脫硫效率高。由于飛灰的再循環(huán)燃燒過程，床料中未發(fā)生脫硫反應的石灰石能再回到床內與二氧化硫反應，同等鈣硫比相等情況下，脫硫效率比沸騰床鍋爐高20%～40%。

4. 氮氧化物排放量低。由于循環(huán)流化床鍋爐采用分級燃燒，燃燒溫度低，氮氧化物生成量顯著減少。

5. 負荷變化范圍大，調節(jié)特性好。當鍋爐負荷變化時，只需調節(jié)給煤量和流化速度就可滿足負荷的變化，負荷調節(jié)范圍可達30%～100%。

我國的煤炭資源的分布和質量差異隨地區(qū)變化大，南方劣質煤和北方煤矸石資源十分豐富，原煤入選率將不斷提高，洗煤泥越來越多。除煤以外的其他低熱值燃料也很豐富。因此，發(fā)展循環(huán)流化床有機熱載體鍋爐，因地制宜利用這些劣質燃料無疑具有十分重要的意義。加之流化床鍋爐具有燃燒過程中脫硫、脫氮的優(yōu)點，是一種低污染、低成本的燃燒技術，發(fā)展流化床鍋爐，無疑對保護生態(tài)環(huán)境有重要作用。

二、研制循環(huán)流化床有機熱載體鍋爐存在的主要問題

循環(huán)流化床燃燒是床料在流化狀態(tài)下進行燃燒，飛灰再循環(huán)量大，帶來爐膛受熱面變截面處和裸露在煙氣沖刷中的耐火材料砌筑部件的磨損。有機熱載體鍋爐的工作壓力雖然較低，但爐內介質溫度高，且是易燃易爆物質，有的還有毒性，一旦在運行過程中發(fā)生泄漏，即會引發(fā)火災、爆炸甚至人身傷亡。故克服受熱面磨損泄漏問題是循環(huán)流化床有機熱載體鍋爐要重點考慮的問題之一。

三、循環(huán)流化床有機熱載體鍋爐的研制實例及問題應對

（一）研制實例

1. 鍋爐參數(shù)

額定熱功率：7000 KW （600×104 Kcal/h）

額定供油壓力：0.9 MPa

額定供油溫度：300℃

額定回油溫度：260℃

適應燃料：各種劣質煤和垃圾廢料

2. 計算燃料（I類煙煤）元素分析

Car=38.46% Har =2. 16%

Oar=4.65% Nar=0.52%

Sar=0.61% Aar=43.1%

War=10.5% Vadf=21.91%

Qnet.ar=15450.03 kJ/kg

3. 鍋爐熱平衡計算結果（見表1）

4. 熱力計算匯總（見表2）

5. 鍋爐結構簡述

YXL-7000MA循環(huán)流化床有機熱載體爐采用由爐本體、鋼架、燃燒裝置、爐外旋風分離器、返料器、空氣預熱器、爐墻、平臺扶梯、以及輔機（給煤裝置、鼓引風機、煙風道、落灰裝置等）組成。圖1為循環(huán)流化床有機熱載體鍋爐結構示意圖。從圖1可以看到，本型循環(huán)流化床有機熱載體爐為M形結構，煤經落煤管進入爐膛燃燒，燃燒產生的高溫含灰煙氣在爐膛上部出煙口切向進入高溫分離器，煙氣中大顆粒經分離器分離后，經下部料腿進入返料器（U形閥），再返回料床繼續(xù)燃燒，顆粒小于60μm的煙氣從中心管飛出，離開旋風分離器的煙氣進入尾部煙道，進入對流管束，再經尾部空氣預熱器、除塵器、引風機、煙囪排入大氣。有機熱載體由循環(huán)泵進入進油集箱，在集箱中多次分流、匯集依次進入蛇形管對流管束、方形密排爐膛油冷壁，被加熱至所需溫度后，由出油集箱向外輸出。

鍋爐結構緊湊，各受熱面之間相互獨立，可實現(xiàn)模塊化組裝出廠，大大縮短安裝周期。另外，輻射和對流受熱面系統(tǒng)化對稱布置，既可保證各油流通道均勻一致，避免出現(xiàn)受熱偏差，防止導熱油超溫失效，又降低了流動阻力，進而可減小受熱面管子的管徑，為降低制造難度提供了有力的保證。鍋爐采用爐外高溫旋風分離器，分離效率可高達97%，燃燒效率可達95%～99%，凈含碳量小于2%，鍋爐運行熱效率大于82%。鍋爐采用分級燃燒，當鍋爐負荷變化時，只需調節(jié)給煤量和流化速度即可滿足負荷的變化，負荷調節(jié)范圍可達30%～100%。

（二）磨損泄漏問題的應對措施

1. 低循環(huán)倍率減少磨損

本鍋爐采用低流化速度及擴大爐膛、降低煙氣上升速度的雙重措施，降低循環(huán)倍率，使爐墻受熱面的磨損速度減小，飛灰的數(shù)量也有所減少，從而提高了鍋爐受熱面及爐墻的壽命，也降低了粉塵的原始濃度，為進一步減少鍋爐排放，減輕了壓力。爐膛在擴大的同時，適當增加了高度，增加了受熱面以補償循環(huán)倍率減小帶來的傳熱量減少，又延長了煙氣在爐膛的停留時間，使燃燒更加充分。

2. 分級燃燒降低流化速度

鍋爐兩級供風，二次風約占總空氣量的30%，經噴咀進入爐膛，以利于燃燒和爐溫的控制，爐溫控制在800～900℃，避免密相區(qū)在過高流化風速下進行。

3. 油冷爐外高溫旋風分離器

旋風分離器主分離區(qū)采用油冷結構可降低分離器耐火防磨涂料工作溫度，延長涂料使用時間，保證鍋爐可靠持續(xù)高效運行。另外，旋風分離器中心筒采用高強耐熱耐磨不銹鋼，也提高了使用壽命。

4. 燃燒室無埋管布置

循環(huán)流化床有機熱載體鍋爐由于飛灰再循環(huán)和床料平均粒徑較小，床下部與上部燃料燃燒釋熱較均勻，因而在燃燒室內受熱面的布置方面可取消埋管，從而消除埋管受熱面的磨損問題。

四、結 語

循環(huán)流化床有機熱載體鍋爐與其他有機熱載體鍋爐相比，具有燃料適用性廣、燃燒效率高、節(jié)約材料、降低用戶投資和運行成本等優(yōu)點，且節(jié)能環(huán)保，適合目前中國的國情。循環(huán)流化床有機熱載體鍋爐的研發(fā)有助于推動導熱油爐的發(fā)展，有利于提高企業(yè)和社會的經濟效益，對推動我國有機熱載體鍋爐行業(yè)的發(fā)展具有深遠的意義。

[參考文獻]

[1]林宗虎，徐通模.實用鍋爐手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，1999.

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