国外循环流化床锅炉的技术特点分析比较

国外循环流化床锅炉的技术特点分析比较

概述

国外自70年代石油危机以来，能源研究的重点就转到节约能源和广泛利用各种燃料方面。这一时期西方国家对环境治理提出了更高的强制的要求。而为解决燃烧电厂脱硫建造的全脱硫装置有着与电厂本体相近的价格，在建种情形下，各种流化床燃烧技术得以迅速发展。循环流化床锅炉具有适应多种燃料，低温燃烧控制NOX和燃烧加入石灰石脱硫等优点，这是传统煤粉炉和链条炉所达不到的。

目前世界上循环流化床锅炉有两种流派，第一种是在传统锅炉基础上发展，代表厂家有AHLSTOM和FW等，另一种是将锅炉作为一种燃烧工况尽善尽美的燃烧装置来设计，代表厂家有鲁奇（LURGI），美国拜特尔实验室等（日本三井公司利用其专利生产的MSFB炉），后者的主要特点是设计有外部热交换器（EHE），三井的MSFB炉80％多的蒸发量在EHE 内完成。国内锅炉类似于第一类，因此本文只分绍AHLSTROM和FW的特点。

（1）AHLSTOM于1975年开发流化床锅炉，1976年建起中间试验厂，1979年第一台商业化锅炉出厂，92年其在世界市场上按蒸发量计占45％。

AHLSTOM的百炉宝系统（PYROFLOW）具有尖炉底，膜式水冷壁，炉膛中部布置有Л管过热器，炉膛出口连接旋风分离器9CYCLONE）分离出的物料通过J型阀与加煤及石灰石一同返回炉膛，使得物料和床料很快混合燃烧并脱硫。

一次风由流化格板送入燃烧室，同帽出口风压8000PA,二次风由不同高度送入燃烧室，炉膛风速310M／S正常5M／S风温1960C。

CYCLONE 排出的热烟气径对流尾部受热面排出，尾部布置有过热器，省煤和空气预热器，排烟温度140℃。炉底排灰使用风冷却热回收装置，锅炉底灰温度250℃，底部，尾部烟道和除尘器的排灰比例35：30：35，锅炉效率90．6％。

2）FW公司在1979年运行了第一台流化床锅炉，该公司的技术是在长期制造鼓泡的经验上发展起来的，到目前已生产了四十多台我鼓泡床及十多台循环流化床锅炉。

FW的锅炉炉膛为平底，用蒸发水管围成风箱，配定向风帽，膜式水冷壁。炉膛出口接蒸汽管旋风分离器，其又作为第一级过热器分离出的物料通过J型阀返回到炉膛给煤及石灰石在炉前由热风送入，便于扩散开和烧湿煤一次风由燃烧底部送入，炉膛风速4M／S，二次风在炉膛中部加入，此处炉膛风速5－6M／S。

旋风分离器排出的热烟气经过对流尾部受热面排出，尾部布置有过热器，省煤器及空气预热器，排烟温度1490C锅炉效率90％。锅炉底部和除尘器的排灰比例为80：20。炉底排灰应用了灰冷却器（STRLPPER COOLER）其中由水冷壁构成的灰箱，锅炉主给水引出一分支来冷却，出水再并入主给水，底部进风将炉膛排入的灰流化，使用定向喷嘴将粗粒排出，细灰返回炉膛。

两家公司的产品有一个共同点均使用外置旋风分离器，根据AHLSTROM的统计92年西方市场销售的CFB炉均为外置式旋风分离器。AHLSTROJM攻FW在其他方面的独到之处现分述如下。

2、锅炉受热面的统计根据美国拜特尔（BATTELLE）实验室的研究，无外部热交换器的CFB锅炉床温主度要由下列因素决定，1）燃料的释热率，2）燃烧中烟气带走热量，3）燃烧室中的受热面布置，主要是水冷壁，4）烟气或固体颗粒对受热面的传统系数，5）烟气或固体颗粒与燃烧室的温度差，上述各项中1）与2）随锅炉容量增大而上升，3）却不然，锅炉容量增大，总输入热量与受热面的比例倒反而下降，可采用如下方法解决，增加燃烧室高度改变长宽比，炉顶采用过热器，扩展受热面，改变循环倍率。

当锅炉设计定型后，其负荷燃烧的调整由下式决定。

Q＝H0×F0×ΔT0

Q－传热量

H0－传热率

F0－传热面积

ΔT0－传热温差

锅炉膛的面积是不变的，运行中力求ΔT稳定，因此负荷的调整主要改变H0，也就是改变一二次风，使密相区增大或减少，风速加快改变热传导率。AHLSTROM对不同负荷作出的模型如图6，满负荷时床层界线不明显，低负荷时相当于鼓泡床运行。AHLSTROM和FW公司在某项目220T／H炉的报价中具有明显的上述特征。

特征\公司名称 AHLSTROM FW

汽包中心线高度 33．7M43．7M

燃烧室截面 9．9M×4．97M 10．67M．4．27M

炉顶吸热炉膛中部布置管过热器炉膛出口布置加热蒸汽旋风分离器

扩展受热面膜式水冷壁膜式不冷壁蒸发受热面吸收排灰热量

调节负荷调节风速，改变换热率调节风速，改变换热率

3、燃料粒度的决定

国内流化床炉运行的一个问题是燃料粒度达不到要求，而按多少来设计，特别是分级的要求往往确定不准确。一般来说对燃用低灰份的煤可采用较大颗粒尺寸，燃用高灰份的煤宜采用较小的粒度。对某种AY＝38．6％的煤。AHLSTROM提出的煤粒径为0－10MM最佳的分级要求应为S型中间多，两头少，粒径大的不能多，因大粒径在炉膛底部易引起超温结焦和缺氧产生较多的CO。FW公司提出了分级曲线。从中可看出粒径＜5MM的占80％。

为了达到这一粒度，在破碎系统中选择了美国一家公司生产的环锤破碎机，一段破碎，破碎机中大于筛孔的大粒石头由机内可排出。

燃烧中加入石灰石的粒度分级是影响脱硫率的一个重要因素，但石灰石的优劣及燃烧温度也将影响CA／S和脱硫率。AHLSTROM曾对含钙（CаO）及孔隙率不同的石灰石作了试验要保证同样的脱硫率，不同质量的石灰石需要不同的CA／S。

运行时对炉内温度的控制对钙硫化的影响如图9，一般均选择CA／S＝2的数值作为额定值，但在运行中应注意石灰石质量的变化和控制炉膛温度，AHLSTROM提出的石灰石分级如图10。FW公司提出的分级要求见图11。从图中可见石灰石粒径的要求均＜1．1MM，AHLSTROM为＜0．7MM这在电厂解决是麻烦的，他们的习惯做法是买合格的石灰石粉，用气力输送到石灰石仓。

4、受热面的磨损及防止

流化床锅炉的燃烧工况中，固体颗粒对受热面的磨损是一个十分重要的问题。国外各个锅炉厂商都经历了不断改进完善的过程。目前防磨技术日趋成熟。保证了稳定运行。快速床要比慢速床磨损厉害，试验表明磨损量与烟速的三次以上成正比，目前有的制造厂在易磨损的部位应用喷涂或堆焊技术，在钢管表面加上CR或STELITE钨铬钻合金。AHLSTROM和FW公司在炉膛底部的密相区，炉膛顶烟气转弯处，旋风分离器及J阀等部位主要应用了防磨销钉和专用防磨耐火材料的技术。

有着生产鼓泡床烧劣质煤的FW公司在防磨技术上有如下特点。

(1) 炉膛设计成平底，炉膛内无突出的部件烟气流上升及大物料下落均垂直。

(2) 在炉膛底部的密相区四周水冷壁上焊接不锈钢防磨销钉，数量90－100个／M2，钉