从设计角度分析掺烧煤气对CFB锅炉的影响

发布时间：2022-03-15 15:00:56 浏览数：次

(包头市供暖经营管理处，内蒙古包头 014000)
摘要：文章介绍了掺烧煤气会对循环流化床锅炉产生的影响，并且在锅炉的整体设计中给予考虑并予以消除。
关键词：循环流化床锅炉；煤气；燃烧方式；设计
中图分类号：TK227.1 文献标识码：A 文章编号：1007—6921(2009)03—0300—01

高炉、焦炉煤气因其CO、N₂含量不符合城市燃气标准(热值低)，从充分利用能源和保护环境的要求出发，适于直接在锅炉中掺烧。循环流化床锅炉掺烧煤气是能源利用和环境保护很好的结合方式。这种混燃锅炉采用循环流化床燃烧方式，煤种适应性好，燃烧效率可达98% ，尤其可燃用含硫较高的燃料，通过向炉内添加石灰石，能显著降低SO2和NOX的排放，降低硫对设备的腐蚀和烟气对环境的污染。本文以1台50tPh新型循环流化床混燃锅炉为例，讨论了掺烧高炉、焦炉煤气，对按纯燃煤设计的锅炉产生的影响，心脏在锅炉设计中采取的有针对性的措施。该锅炉是一种自然循环的水管锅炉，采用由蜗壳式旋风分离器组成的循环燃烧系统，炉膛为膜式水冷壁结构，过热器分高、低两级过热器，中间设喷水减温器。尾部设一组蒸发器、二级省煤器和一二次风预热器。其主要参数如下：

额定蒸发量：50tPh；额定蒸汽压力：5 129MPa；额定蒸汽温度：485℃；给水温度：150℃ ；排烟温度：150℃；设计燃料：烟煤＋30%煤气；设计热效率：88%；设计脱硫效率：90%；分离器分离效率：9915%；烟煤应用基低位发热量：20 020kJP/kg；煤气应用低位发热量：5 609kJP/kg。
1 燃料特性

纯燃煤循环流化床锅炉如果不改变结构，掺烧煤气会对锅炉产生以下不利的影响：
1.1 炉膛稀相区传热系数降低

掺烧煤气引起炉膛稀相区气流增加，气体流速增大，固体颗料浓度降低。从炉膛到受热面的传热系数受床料影响十分强烈，在相同颗粒条件下，炉膛与受热面之间的传热系数随气流中固体颗粒的试验数据并进行了理论分析后认为，传热系数和截面平均颗粒浓度的0.5次方成正比，颗粒浓度越低，传热系数越小。混合煤气热值低，含有大量废气(N₂%＞40%)，也会降低炉膛稀相区的传热系数。炉膛稀相区传热系数低、烟焓高、烟气量大，过量的热量带到尾部，尾部受热面吸热量增加，蒸汽温度升高，省煤器沸腾度超标，工作条件恶化，使用寿命缩短。锅炉排烟温度升高，热效率降低。
1.2 旋风分离器分离效率降低，脱硫效率降低，尾部受热面磨损严重

炉膛中掺烧煤气，则进入旋风分离器的气流量增大，切向进口风速明显增加。进口气速过高，气流湍流度增加，颗粒反弹加剧，二次夹带严重，分离效率反而降低。同时，随着固体浓度的减小粉尘的凝聚与团聚性能下降，使得较小尘粒分散，不易捕集，大颗粒对小颗粒的携带作用减弱，从而使分离效率减弱。另外，进口气速过高，压力损失大大增加，能量损耗太大，加速了分离器本体的磨损，使运行寿命缩短。加入炉膛中的石灰石颗粒被二次夹带，与大量的同粒径的颗粒一起进入尾部。脱硫剂损失，脱硫效率下降。同时，大量大粒径颗料随高速烟气在尾部冲刷受热面，造成严重磨损。
2 设计应对措施
2.1 锅炉各受热面按掺烧最大设计量混煤气计算、布置

炉膛高于纯燃煤炉膛，弥补炉膛稀相区传热系数降低，保证蒸发受热面充足。选取中等烟速，消除因掺烧混合煤气废气量大、烟气速度高而带来的尾部受热面的额外磨损。
2.2 过热器减温手段采用喷水减温器

减温幅度大，减温敏感，且减温水量大，两个减温器喷水量均为0～6tPh，可以更好地调控汽温。
2.3 采用蜗壳水冷旋风分离器

蜗壳进口结构复杂，但使气固混合物平滑进入分离器，减弱了气固混合物对筒体内气流撞击和干扰，因此，分离效率较高而阻力损失相对较小。本分离器工作范围比较大，在掺烧煤气和纯燃的情况下均能正常工作，分离高，切割粒径为50μm，能分离大多数石灰石，保证脱硫效率。同时，由于水冷受热面未计入受热面中，本分离器弥补了一部分因掺烧造成受热面不足的问题。
2.4 在尾部竖井内布置一组自然循环的螺旋肋片管蒸发器，错列、逆流布置

由于布置在省煤器之前，一方面可保护省煤器，使省煤器内的工作介质不沸腾，或在安全范围之内沸腾。另一方面对过热蒸汽汽温起到延滞调节作用。锅炉汽温超温时，进入蒸发器的热量也增多，蒸发器的蒸发量随之升高，炉内水冷蒸发量降低，这时给煤量也相应减少，受热面中烟气流速减小，传热系数变小，汽温时滞后变成正常，反之亦然。这是一个内部热量平衡调节的过程。
3 结论

由于采取了以上措施，煤气的掺烧范围为0%～30%(热量含量)。燃煤时锅炉负荷调整范围为40%～125%，但尾部受热面布置比例大，排烟温度略低于150℃。掺烧煤气对循环流化床的影响主要是对旋风分离器分离效率的影响和受热面布置的影响。设计中如能保证旋风分离器的分离效率，适当调整受热面的布置，可以实现混燃锅炉的良好运行。实践证明，采取这样的设计方案是可行的，目前已有类似结构的锅炉投入运行，并且锅炉的运行状况良好，取得了很好的经济效益和社会效益。
［参考文献］
［1］岑可法，等.循环流化床锅炉理论设计与运行［M］.北京：中国电力出版社，1 998.

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