论文-关于循环流化床锅炉的给煤问题.pdf

1 关于循环流化床锅炉的给煤问题 吕俊复 １ 岳光溪 １ 张建胜 １ 刘青 １ 于龙 ２ 杨仲明 ２ 姜义道 ２ 张彦军 ２ （1清华大学热能工程系驶，100084，2哈尔滨锅炉有限责任公司，150046） 摘 要分析了循环流化床锅炉中燃烧过程及给煤地混合过程，探讨了系统简化性能可靠的前墙给 煤的可行性，研究了这一变化对燃烧效率的影响。认为前墙给煤可靠性提高，便于操作，对燃烧效 率的影响较 。 关键词循环流化床 给煤系统 能源与环境是目前我国的两个的重大问题，而能源生产过程是环境污染的主要来源之一。我国 是世界上最大的煤生产与消耗国，主要用作燃料，在我国一次能源构成中占据着绝对主要的地位； 在可以预见的未来，煤炭仍将占到主导地位。煤在燃烧过程中将产生大量的灰渣、SO 2 、NO x 等污 染物，严重污染生态环境。因此煤的高效率低污染燃烧技术对于社会的可持续发展具有重要的意义。 循环流 燃烧技术是最 来发展 来的 煤燃烧技术， 是是目前 程 最 的 煤燃烧技术，发展 。 是燃用高灰 低 发 高 等 燃烧 以 的 燃料 以低⁄要ƒ高的currency1“⁄‹›ƒ大的fi fl中，循环流 –是最†‡ ，是 前的燃煤技术的重大‚„，”到世界国‰重 。我国是世界上 个以煤主 要能源的国ˆ之一，发展高效、 的循环流 –，具有˜的˘˙意义。 大 是 前循环流 –的主要发展 ，˚，Foster Wheeler、EVT、AEE、 国的 Alsthom、ABB-CE等˝˛能ˇ 的 大 率100MW以上循环流 –发 。 国Provence于1995 成 700t/h 率250MW循环流 –；世界上最大的300MWe 循环流 – 在 的 JEA ；‹的 Turow 成 3 225MWe 3 266MWe循环流 –，成世界上 量最大的循环流 “。 Ł460MWeŒ界 的循环流 – 。 我国于 中ı 量 łœ循环流 燃烧技术的 发， 快。目前， 国产发量220t/h以下 量的循环流 – 实现 。同时， –“引 技术，主要用 于再热高压循环流 –， 有 余 订货，440t/h高压一次再热循环流 – 。拥有fi主知识产权的国产技术 200MWe 循环流 –示范工程 正在 ł策划 之中，引 技术的 300MWe 循环流 –的工作 展。我国的循环流 燃烧技术 的来fi于fi主 发、国外引 、引 技术的消 吸收三个主要来源。上世纪 以来，我国循 环流 – 量单 量逐 增加。据不完 统计，现有 千 35460t/hCFB –热 水 –在 、安 、 订货；平均单 量 37.41t/h上升Ł178.86t/h，见图1； 中 压、次高压、高压发展到高压，单 量 发展到670t/h，见图2 [1] 。 2 0 50 100 150 200 1987 1990 1993 1996 1999 2002 订货 、 平均 量 D/t .h -1 订货 平均 量 0 100 200 300 400 500 600 700 1987 1990 1993 1996 1999 2002 最大 单 量 D/ t. h -1 670t/h正在 中 图1 中国CFB –订货平均 量的变 图2 中国CFB –单 量的发展 循环流 燃烧技术 被 实践证明是可靠的 净煤燃烧技术。它具有燃料的灵活性、低的 污染物排放等优点。 燃料可以广泛的 用于循环流 –。低温分级燃烧使未处理的烟气直 接排放 NO X 可以满足严格的环保要。–内添加石灰石燃烧过程中脱 ，有效地降低 SO X 排 放，低成本满足 SO X 排放要。灰渣具有良 的活性，作水泥以 种水泥的添加剂，具有良 的社会效益、环保效益 济效益。 但是目前大循环流 –100MWe 以上的 验并不 ，本体的 计 基本可 以满足 生产的需要，尚存在一些问题 循环流 – 的 体可靠性 济性。 1 循环流化床锅炉中煤的燃烧过程 一 分的煤 流 中燃烧，是一个 的过程， ”燃料本 性 发 量、 活性、 分 外， ”到流 态、 气 、温 等 因 的 。 最„的 明，循环流 中的单 与 流 的单 燃烧的 是 有 大的 。 但对于 体而，燃料 并⁄燃烧，而是与 料ƒ成体，currency1种气/两“流的燃烧与气/ 两“流流›具有明的‹›。 分fi燃料的燃烧过程，煤 fl 燃烧 中， – 一个†续过程；加热‡ 过程； 发 fi 发 燃烧；‚一次„”些的煤；‰炭燃烧、 次„” 耗。在流 中 的„煤被加热 快，煤中 发 fi。一次ˆ fi过程在500600℃， 次 ˆ fi过程在 8001000℃，˜工 分fiˇ 发 的˘计˙，但实上 发 的产生 成”到 因 的 ，˚ 加热 、 温 、加热时˝、燃料ƒ ˛ˇ、煤种、 环境压 等。 发 的燃烧与fi是同 的， 发 在 未燃 发 界处的 中燃 烧。currency1种燃烧与 的位 的 率 发 的 放有‹。 的 明， 发 的 放主要是在 “ ，而 发 的燃烧 在 “ 一 分，对于 发 量ƒ高的燃料， 发 的燃烧是在 个燃烧 Ł分 中完成的。‰炭的燃烧 于 发 fi之 ， 是重的 [2] 。 一 的，‰炭的燃烧 于燃烧 率 气 率， Ł作用 个燃烧 [3] 。Œ据燃烧 率 气 率作用程 不同，单地分› 、› 、 3 三种 。› 主要是 ƒ大 的‰炭，燃烧温 ƒ低、气体 界 ƒ的 。 此时 气不但 到‰炭 ， Ł到 ‰炭内 ， ı 于 。currency1种燃 烧工 发生在900℃ ł的 œ fl 有 的 fl中。› 是 中等‰炭 的 ，fi 降 ˚大 ， ı 与 大 “同。 ，流 中的‰炭 的燃烧主要在currency1一 域， Ł包括 的燃烧 是 此。 径的 的燃 烧在循环流 温 下接 › ，但 于循环流 内 ƒ成 团， fi 降 不能用单 来计算， 气 ‰炭 的 不†，处于› 。对ƒ的 ，温 ƒ高时， ı 率ƒ高， 过“对慢的传 过程而到 的有限的 ，在 之前就 被消耗掉。currency1种的燃烧 的燃烧。 在燃烧过程中， 的„” 耗使大的煤 减 ，currency1在循环流 –中对燃烧过程有ƒ大 的 。中等程 结‰的煤， „”是在 发 fi过程中发生，在 发 fi前， 最 。 气体 煤 放 ，它 „”，currency1种现象叫做一次„”，煤 „”成˚原来 的块。 炭燃烧时，‰炭 增大，炭 联结内 结构的桥变稀，在炭 fl上的桥 变稀， 气› 的作用，它ƒ成松 ”纹，currency1一过程叫 次„”。 次„”产生于 发 fi以 的燃烧 过程。 果煤在工 I的 态下燃烧，即 个炭均匀燃烧，所有内 的 ı键急剧瓦解断”，导 次„”，称渗透„”。煤的碎”燃烧过程对给煤的位 有‹ [4] 。 尽快使煤 –膛 被加热燃烧，返料阀中回灰管给煤是有道理的，因此到‰采用。 2 给煤系统的问题 – 来看，煤斗的œ故率 高，煤斗的堵塞时有发生，分fi 原因，大 “ˆ˛是 照链 – 计˜ ƒ的煤斗，而 有考虑到流 本 燃料 的具体 。按 门目前的 计要，成 煤仓的 能满足 –满 时 8h 以上的贮煤量的需。成 煤堆 在锥ƒ煤仓 内”到煤的挤压，使煤 之˝、煤 与煤仓壁之˝产生摩擦 ，越接 下煤口， 摩擦 挤压 越大。 中，煤 ˝的摩擦 呈双曲线ƒ增大。所以在靠 下煤口约 1m处的煤 搭桥。另外 水 越大，煤 ˝的粘着 越大。但 水分过一ł限˙时，粘着 会减。煤 ˝的粘着 以单个 ˝的粘附 基础。 越 ，单位 量煤 的 增大，煤 ˝的粘附 增加， 使煤的流›性恶 。 减 成 煤与仓壁˝的摩擦 ，可以采用一些措施， ， 计时成 煤仓四壁与水平的倾 斜角70；减煤 与仓壁之˝的摩擦 ，在仓壁内衬不锈钢板 高分fl塑料板－聚氯乙稀 PVC板；原煤仓的 减 ， 德国大 “在燃用高水 褐煤时，存煤量按24h 计， currency1 煤斗结构的理 计‚ 有 ，同时煤在仓内 的时˝ ，煤 ”上煤 的重 压时˝ ，在下煤口处可以减 搭桥等堵煤现象；下煤口越 ，越 堵煤，德国要下煤 口 在煤用烟煤大于等于 1000mm，燃用褐煤时大于等于 1200mm，下煤口˜ 于等于 1200mm，煤仓与给煤 “联接 分的 斗加工成双曲线ƒ。 实上，煤仓下煤口的˛ˇ˚ƒ ，加上成 煤 碎 ，在下煤口处发生搭桥、不下煤是 发生的故 。严重的 到循环流 –的正 。currency1种 –煤 –内 “ 的给煤 4 ， 来 煤在 –口处被高温高压的热烟气堵 的问题， 煤 快将下煤管堵 。而 成 煤 时，在下 过程中被高温烟气加热 发的水气 上升 在下料口， 处的 气 大， 使 煤粘结不下煤。 来， 给煤 到大量 用。 给煤 同时可以单个给煤口给煤量的计 量。 用 给煤 主要 意给煤口不 正压， 高温烟气 可能烧 。 看， 给煤 ˚ 板给煤 的可靠 性 。 煤仓˝ 在 –前 ，‰采用的 回料阀给煤一 要采用三级给煤。一级给煤 采用称重 ； 级给煤 采用 板 ，将煤 到 Z 2 -Z 3 ⁄；三级采用 ，将煤 到 料阀上 ， 过ƒ气 之 的 靠重 下 到返料管。currency1一›统中， 于给 煤 回料管处是正压，因此给煤›统均处于正压， 有一 压 的currency1，以持压 ˆ 。见图 3。 点是“ 采用 板给煤 ，›统单， 低， 但存在可靠性‹灵活性 等问题。› 是发生下 煤管堵煤时，正压使fi工fl 。另外， 于给煤 过的环‹˚ƒ ， 是 板 的 – †量ƒ大， 的可靠性。 ˇ高给煤的可靠性， 理降低给煤›统的 性。 果采用前 给煤，可以大大 ，采 用一级给煤即可， 图4。 前的分fi可知，给煤的位 煤 的‡过程， 而 燃烧过程，因此fi ‹ 给煤位 对燃烧效率的 。大量的 发现，currency1一 的 是存在的。 3 给煤位置对混和的影响 循环流 –中的给煤、回灰、给石灰石、 次currency1等均单“物 在气两“流中 过程。 ‡不分将导 物的分 不均 的不同。‚着 量的增加， 增大，„个 给料currency1点流量增加，currency1种 加”。 本 是 使燃料、回灰、石灰石以 次currency1时 到“ 的 上，以保持可燃物‰ 均匀分 的问题。 在循环流 中， 会聚 成 团， 团在 内上下 ›，ƒ成体 在 的返‡； 体 会在 内径 ›，ƒ成体 的径 ‡。在循环流 的 “ ， 流态于 ， 是在 分的循环流 的 “ ， 内气 的 ›会 成体 在 径 的 ‡。 于循环流 中 的‡是一个 的现象， 是有‹ “ 体‡， 引 2 计量 1 计量 – 前 Z3 2 板 Z2 Z1 Z0 1 板 –膛 料 2 煤仓 1 煤仓 图3 回料阀 给煤›统 – 前 Z2 Z1 Z0 前 –膛 4 计量 1 计量 1 煤仓 2 煤仓 图4 前 给煤›统 5 fi的‹ 。 的‡ ，一 采用 示、 分 ˆ ˜计算等 。最 用的是示 fl 。示技术主要有 ı性 分、放性 fl、˘性 fl、升˙热 fl种 。 体来 ，currency1些 有优˚点。 在循环流 内的 ‡，主要是 于 聚 ，以在 壁 下流›所 成的。图 5 是 分 › 的结果 [5, 6] ，可见 › ” 循环 率的 ƒ 。最 的 发现‚ 径的增加， currency1˙降低，˝˛ 变˜。在 口 域， 的‡ 与 性 ‹ [7] 。 的径 ‡主要是 于气流›径 的 不均匀性中 “对稀 与 壁 之˝的 flˇ所 成的。Van Zoonen 稀“ 内 的径 › 与气体 › 具有同一 量级 [8] ， 径 › D sr 3010cm 2 /s。在 存量一 的 下， 等fiˆ › D sr 20m 2 /s，发现流 currency1 对 › 不大，而增加 料量将导 › 的 增大 [9] 。 对 “ 内 的 发现， “ 的‡在 上大于上 域 [10] 。不同流 currency1 下的 › 的实验 结果见图6。图中可以看， › D sr ‚着流 currency1 的增加而增大， ˝曲线斜率基本上“同。流 currency1 不变时，D sr ‚ 高增加而增大，见图7 [11] 。 16 18 20 22 24 26 100 U g 2m/s 40 U g 3m/s 80 U g 3.6m/s 60 D sr cm 2 /s H cm 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 100 H17.5cm H25cm 80 60 H22.5cm 40 D sr c m 2 /s U g m/s 图6 流 “ › 的 图7 高对 “ › 的 currency1些 实验的角 明， “ 的体‡ ˚ƒ高，› 是在实 –上流 currency1 在 5m/s，‡ 高。因此 要有足 的给煤点，前 给煤是完 可以满足燃烧需要的。 ， 分考虑燃烧效率问题。而œ实上，给煤 是 燃烧效率的因 之一，目 前尚不能 currency1一 因 的 程 。 ˚ƒ 。 D a , m 2 /s u 0 , m/s 据来源 Van Zonnen Arena Patience 图5 稀“ 内 › ‚currency1 的变 图中 示循环流率Gs, kg/m2.s 6 4 循环流化床燃烧效率问题 在循环流 –中， 于物料在 –膛口 气分 回 构不断回 ， 炭 的燃烧ˇ良 的燃烧 。但在国内， 燃烧 煤以 物等的循环流 CFB –的实 灰 量 高，大大过预ˆ 计˙，导 –燃烧效率降低。 1 2分 国内 循环流 –所用燃料的性 、 灰中的 量 。 1 220t/h循环流 – 灰 量 –膛温 ℃ –膛口过量 气› 灰 量 流 currency1 m/s 燃烧 高 m A 880905 1.21 17.17 5.19 29.4 B 880905 1.23 13.74 5.23 29.4 C 860890 1.23 8.91 5.05 29.7 D 880910 1.22 7.05 4.75 28.8 E 892915 1.21 8.72 4.22 29.5 F 900915 1.26 22.20 4.75 29.5 G 885900 1.31 8.38 3.94 30.2 H 900910 1.24 6.79 3.94 28.5 I 890900 1.25 6.91 4.21 28.5 J 890920 1.28 8.72 4.25 29.5 K 875885 1.32 6.30 4.85 29.5 L 880900 1.26 5.61 4.85 28.6 M 890915 1.26 5.30 4.93 29.4 N 880900 1.26 18.01 5.12 29.4 O 875895 1.26 5.01 5.08 29.4 P 900930 1.25 27.12 4.89 29.2 Q 860890 1.26 16.31 5.07 30.2 2 –燃用煤种的工 分fi 分fi C ar H ar O ar N ar S ar A ar M ar V daf Q ar,net,p MJ/kg A 61.50 3.06 7.39 0.67 0.66 14.30 12.42 21.49 22.76 B 54.75 2.73 6.58 0.60 0.82 16.32 18.20 20.55 20.52 C 52.91 3.33 7.20 0.81 0.84 9.00 25.91 22.51 19.83 D 53.25 2.82 5.74 1.04 0.65 30.59 5.92 28.88 20.80 E 49.45 2.82 6.30 1.00 0.55 32.38 7.50 30.52 19.87 F 55.11 2.90 5.61 1.11 0.61 26.27 8.42 11.25 21.00 G 52.75 2.74 6.07 0.99 0.73 28.02 8.70 27.79 20.10 H 43.68 3.64 5.80 2.24 0.51 32.91 11.24 35.54 18.00 I 44.29 2.82 6.30 1.00 0.55 37.85 7.19 46.65 17.10 J 49.45 2.82 6.30 1.00 0.55 32.38 7.50 30.52 18.84 K 47.82 2.91 4.54 0.95 0.56 35.25 7.97 29.93 18.82 L 44.15 3.85 7.45 1.01 1.13 34.59 7.82 40.58 18.00 M 31.28 3.49 8.18 0.44 0.10 48.03 8.48 45.58 13.13 N 58.49 2.97 4.46 0.66 0.58 25.23 7.61 13.00 21.56 O 38.48 3.57 7.79 0.55 0.21 43.82 5.58 49.59 15.90 P 61.71 1.33 1.81 0.44 0.72 28.82 5.17 5.98 21.39 Q 60.37 2.90 7.32 0.66 0.75 11.34 16.66 19.28 22.70 7 单 等径 ˜计算发现，‰炭 fl的燃尽时˝‚ 径变 曲线呈currency1˙ ，4050m的 “对 燃尽 [12] 。燃料本 燃烧 活性对 灰 量有重要 [13] 。不同煤种对 的 灰 量分 有 [14] 。ƒ高的 温 ƒ高的–膛高 有 于降低 灰 量 [15, 16] 。大量的 实验 现Łˆ 工作 明， 循环流 燃烧过程中 Œ的主要因 有个 。 中 最主要的地是原煤的性 ，因 本 的 时˝；燃料本 的 活性 本 率，目前 分 的135MWeCFBfl在燃烧煤时 灰可燃物 量ƒ高 明 currency1一点。 而燃烧过程中 的 格会发生石 的排 重 [17] ， 证明 ‰ 在流 燃烧温 下 存 在着 性下降的现象 [18] ，图8 热处理过程中‰炭 性降低与温 的‹›。在循环流 燃烧900 ℃ 下，使‰炭明Œ活的时˝10 30分。对–膛中的ƒ的煤 来 ， 于 时˝不 ，不会明Œ活，所以活性 分来源于在–膛中 时˝ƒ˜的大‰炭 。并˝ 于大 的温 ˚–膛温 要高50 200℃，currency1就使 性下降程 大。对循环流 – 灰未燃 的XRDˆ量证明 格 程 的加 与活性降低的œ实。因此，对currency1 分 灰 即使再 增加 在循环流 内 时˝，燃尽仍有 。因此一次燃尽 –未完 燃烧Œ。currency1 是大量的 分 效率 在减 灰可燃物 量 效果实上˚ƒ有限的原因。 另一个重要的因 是气‡。对 –ı 的 ‰ ˆ量示，–膛 次currency1上 有一个 图9所示的 [19] ，currency1是 于 次currency1的 透 效果不†而使 气不能到 –膛中 的 结果，currency1对于 的燃烧产生 。 次currency1 次currency1 图8 不同温 下‰炭Œ活 图9 循环流 –中的 œ实上，‰炭 的碎” 性对循环流 –的 灰可燃 量的 大 [20, 21] 。而煤 的 ” 性在 大程 上 于煤的成分、 大 、 ƒ 温 。 耗所产生的 的ƒ态活性对 灰ł 的生成有重要 。 8 5 结论 过对循环流 –煤燃烧过程的分fi， – 回料阀给煤 –前给煤，以 ›统， ˇ高给煤的可靠性。 要保持 的给煤点 量，对燃烧效率 有 大 。对燃烧效率 最大 的 原煤的性 之外主要是 次currency1的‡。 参考文献 [1] œ , , 溪. 循环流 燃烧技术的发展 若 问题。 2002 中国西安 –技术讨会论 文 , 2002 7081 [2] Weib V., J. 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