燃用福建无烟煤并掺烧低热值煤矸石循环流化床锅炉的设计研究

摘要：介绍了一例针对燃用劣质福建无烟煤并掺烧低热值煤矸石的循环流化床锅炉的特殊优化设计，它克服了劣质煤种循环燃烧所产生的不良影响。
关键词：福建无烟煤；循环流化床；设计
福建无烟煤具有着火点高、挥发分低、灰熔点低及燃烧爆裂、细颗粒含量多,后燃现象严重等特点，而煤矸石热值低,碳化程度深,极难燃烬。循环流化床燃烧作为一种新型的洁净和高效的燃烧方式，其在电站锅炉中的前景是非常广阔的。但是， 常规循环流化床锅炉燃用福建无烟煤并掺烧低热值的煤矸石，会对循环流化床锅炉稳定运行产生很大的影响，因此必须采取可靠的技术措施，才能保证锅炉的稳定运行。为此，我们在循环流化床锅炉成熟技术的基础上，针对福建无烟煤掺烧煤矸石这一特殊要求进行了特殊设计。
一、 设计燃料的特性：
设计燃料为II类福建劣质无烟煤(45%)+煤矸石（55%），其煤质分析为：
煤种 含碳量 含氢量 含氧量 含氮量 含硫量 含灰量 水分 挥发分 低位发热量
Car % Har % Oar % Nar % Sar % Aar % War % Var % Qnet,ar (KJ/Kg)
35．77 0.31 3.64 0.13 0.21 56.6 3.34 4.19 12066.2
由煤质分析报告可以看出，此类燃料灰分大，挥发分低，燃料灰熔点低，因此易出现结渣现象，此外燃料不易燃尽，燃烧不够充分，以及炉内磨损等问题都应在设计中加以克服。
二、设计思路：
该炉为设计燃用II类福建劣质无烟煤+煤矸石[无烟煤(45%)+煤矸石（55%）]的220T/H高温高压循环流化床锅炉。采用循环流化床燃烧方式，通过炉内加石灰石脱硫.锅炉汽水系统采用循环，炉膛外集中下降管结构。过热蒸汽采用三级加热，两级喷水减温方式，使过热蒸汽温度有很大的调节余量，以保证锅炉蒸汽参数.
三、 采取的技术优化措施：
  为克服劣质福建无烟煤对循环流化床燃烧的不利影响并达到设计要求，我们做了针对性的设计，在设计中采取了如下措施：
（1）针对福建无烟煤具有着火点高、挥发分低、灰熔点低及燃烧爆裂、细颗粒含量多等特性, 设计中考虑到了燃用矸石具有入炉煤量大，吸热量多，大渣、飞灰排量大，燃烧不充分，采用常规设计肯定无法保证锅炉燃烧效率，因此设计中采取了大比例提高物料热惰性的方法，将床面料层加大，一、二次风比例提高为7比3，但仍保持原流化速率，这样即保持了循环流化床锅炉的特点，同时延长了入炉煤在炉内的燃烧时间，使掺烧比例较大的煤矸石得到充分的燃烧。
（2）采用成熟的高温旋风分离技术，实践证明，高温旋风分离是建立明显的热灰循环系统、提高锅炉燃烧效率的最好分离手段。设计中采用了以汽冷为介质的蜗壳膜式结构，立管及U型返料器采用自然循环的水冷型式,解决了无烟煤后燃带来的返料温度过高问题.安全性能提高。采用汽冷和水冷相结合的蜗壳式旋风分离器，由管子组成骨架支撑结构浇注高强度耐磨材料，保证了炉墙安全耐用性，防止了炉墙损坏、倒塌等运行中的故障问题，提高了锅炉的运行周期。
•（3）设计中考虑到福建无烟煤掺烧煤矸石后,炉膛灰浓度增大，流化速率高，炉内布置过多受热面容易造成局部磨损，因此，设计中撤消了炉内过热水冷屏，改为在过热器后、省煤器前布置一组对流换热自然循环方式的螺旋肋片管蒸发器，在过热器与省煤器之间布置自然循环的蒸发器，除起到增加水冷受热面的作用外，还能在负荷波动烟气超温时防止省煤器沸腾度超标，起到保护省煤器的作用。
•（4）为确保过热器的安全运行，过热蒸汽系统采用了双级喷水减温方式，从低温过热器来的过热蒸汽首先进入炉前的两个立置式喷水减温器，调整汽温后进入屏式过热器，从屏式过热器出来的过热蒸汽进入高温过热器的左右段，过热后再分别进入两个水平布置的喷水减温器进行温度调整，然后进入高温过热器的中间管系，合格的过热蒸汽由集汽集箱输出,减温器均考虑到了检修方便。
•（5）设计中考虑到燃用福建无烟煤及掺烧煤矸石时,炉膛灰浓度增大，内循环灰量大，贴壁回流灰会对水冷壁和流化室耐火材料结合部加剧造成磨损，因此设计中采用了三种防磨措施：1、采取水冷壁管子让弯技术，在四面水冷壁与耐火材料结合处 使管子向外让开一定距离，使管子避开磨损区域。2、在让弯区下的耐火材料部位沿炉膛四周浇注一道防磨圈梁。3、对磨损部位仍采取超音速喷涂耐磨合金材料。这样三项防磨措施共用，确保了水冷壁的长期安全运行。
•（6）尾部水平烟道高温区采用水冷，汽冷包覆结构，既充分吸收热量，提高了热效率，又避免了高温烟气烧坏炉内砌筑部件，延长了锅炉寿命，同时使用户砌筑炉墙变的简单、。
•（7）炉膛比常规燃用别的煤种的锅炉高3m,且把炉膛空截面流速降低,使小于旋风分离器最低切向旋转粒径（50微米）的碳粒子,在炉膛内的停留时间超过6.5s，.在930℃的均匀温度场中足以燃烬。
•（8）返料风采用抽引风机后的乏氧烟气作返料风，以降低返料室的温度，保证返料通畅，如旋风分离器采用水冷形式，返料室及整个料腿作成水冷形式，更有利于保证返料通畅。
四、经济效益及社会意义
（1）本锅炉是以燃用低热值燃料为基础所设计的炉型，为劣质福建无烟煤的充分利用开辟了广阔的前景，除燃烧煤矸石、劣质煤、混煤以外，还可以在此设计基础上变更掺烧其它低热植废弃物、生活垃圾、生物燃料（农作物秸杆等）以及低热值的气体燃料，因此经济使用价值非常高，可创造明显的经济效益。
（2）循环流化床锅炉采取高温燃烧技术，其排出的大渣、飞灰含碳量低活性好，是良好的制造水泥的添加材料，也可用作建筑、水泥制品及筑路材料，因此综合利用，可为企业客观经济效益。
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