我国燃煤工业锅炉现状及分析
组织理论
刘建航
阵法【摘 要】In China,coal fired industrial boilers are dominated in industry.In order to provide the reference option for ur choosing appropriate boilers in the project,the technical features and application status of three different types of coal fired industrial boilers were discusd.Circulating fluidized bed boiler and pulverized coal fired industrial boiler were analyzed in terms of combustion method and technical characteristics.It was thought that fluidized combustion is the basis of circulating fluidized bed boiler technology,and den pha chamber combustion is the foundation of modem pulverized coal boiler.Relying on the huge heat capacity of den bed,circulating fluidized bed boiler is suited for processing high ash fuel;and likely,dependent on low rank,high activity,and clean pulverized coal jet combustion ignition and fast respon,pulverized coal fired industrial boiler is fit for oil (gas) boiler's backup and swapping.Therefore,circulating fluidized bed boilers and pulverized coal industrial boilers have their own scope of applica
tion,the two technologies are not trade-offs but complementary relationship.%不同类型燃煤工业锅炉具有各自的技术优势及应用范围,为了给用户在项目立项、选择锅炉时提供正确参考,阐述了3种主流燃煤工业锅炉的技术特点、应用现状,并着重针对循环流化床锅炉和现代煤粉工业锅炉,从燃烧组织方式和技术特点两方面进行了系统的技术对比分析.经分析认为,流态化燃烧组织是循环流化床锅炉的技术基础,浓相室燃燃烧组织是现代煤粉工业锅炉的技术基础.依托密相床炉料的巨大热容量,循环流化床锅炉定位于处理高灰劣质燃料;依托低变质高活性清洁煤粉快响应着火喷燃,现代煤粉工业锅炉定位于油(气)锅炉的备份及互换.因此,二者非取舍而是互为补充的关系.
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【期刊名称】《洁净煤技术》
【年(卷),期】2017(023)004
【总页数】7页(P107-113)
【关键词】燃煤工业锅炉;循环流化床锅炉;煤粉工业锅炉;链条炉排锅炉
【作 者】刘建航
【作者单位】煤科院节能技术有限公司,北京100013;煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室,北京100013;国家能源煤炭高效利用与节能减排技术装备重点实验室,北京100013
【正文语种】中 文
【中图分类】TK229.6
作为供热、供汽的重要设备，工业锅炉广泛应用于国民生产生活的各个领域。目前我国的在用工业锅炉约62万台。而其中燃煤工业锅炉约 47 万台，占工业锅炉总数的80%以上，其年消耗标准煤约4亿t，约占全国煤炭消耗总量的1/4[1]。相当一段时期内，我国能源消费结构仍会以煤为主。因此，燃煤工业锅炉在工业锅炉中占主导地位的局面，短期内不会发生改变[2]。经多年发展，我国燃煤工业锅炉主要形成3种技术形式：基于颗粒煤(lt;30 mm)移动床层状燃烧原理的链条炉排锅炉、基于粉煤(lt;10 mm)流化床(流态化)燃烧原理的循环流化床锅炉，以及近年来出现的基于高级煤粉(lt;0.1 mm)浓相气流床燃烧原理的现代煤粉工业锅炉。以上3类燃煤工业锅炉具有各自的技术优势及应用范围，因此选择何种形式的燃煤工业锅炉成为用户最为关切的问题之一。本文阐述了3类锅炉的技术特点、应用现状，并对循环流化床锅炉和现代煤粉工业锅炉进行较为系统的技术经济对比，为用户项目立项、
选择锅炉提供参考。
链条炉排锅炉已经有100多年的历史。截至目前，链条炉排锅炉仍占在用燃煤工业锅炉总数的90%以上。传统链条炉排炉运行时，煤在炉排上边移动边燃烧，单面着火，运行时燃料沿炉排长度方向燃料层有明显的分区。从燃烧反应的速度、燃烧产生的时空效率以及燃烧组织的质量和难易程度上看，层燃燃烧劣于流化床燃烧和浓相室燃燃烧。因此链条炉排工业锅炉热效率不高，为60%～70%[3-4]。腌蒜薹
一往情深是什么意思尽管近年来，链条炉排锅炉的节能改造较广泛，包括抛煤机锅炉经强化燃烧改造、前后拱改造、增加二次风甚至四角切圆三次风、应用炉内槽型分离和飞灰复燃技术等，取得了一定的节能效果，但是仍然存在燃烧效率低、漏煤严重等无法解决的问题。很多锅炉用户将链条炉排锅炉的层然燃烧方式改造为室燃燃烧，以便从根本上提高锅炉效率，但是这种改造面临诸多困难，链条炉排锅炉室燃改造尚无成熟技术路线，燃烧器的布置、炉膛结构协同设计、异型炉膛热负荷分布、辐射换热方等关键技术面临重大挑战[5-6]。
综上所述，由于环境保护、节能降耗及煤炭消费总量控制的形势所迫，低效能、高污染常规混煤(非规范化颗粒煤)链条炉排锅炉的发展空间越来越小，取而代之的是热效率高、污
染物排放少，综合性能及品质卓越的其它型式的燃煤锅炉。常规混煤层燃锅炉被循环流化床锅炉及现代煤粉工业锅炉取代，是社会及技术发展的必然。
2.1 概述
饶的读音粉煤流态化燃烧从流态化催化反应(化工)过程嫁接而来，距今有近100年的发展史。主要利用流态化床层炉料蓄热量大、温度场分布均一的特点。我国的流化床燃烧技术研究始于20世纪60年代，20世纪80年代末至21世纪初的10余年是鼎盛时期。经历鼓泡流化床和循环流化床两个阶段。鼓泡流化床因效率低、技术落后，基本淘汰。循环流化床是在鼓泡流化床的基础上发展而来，是近20 年来迅速发展的一项高效低污染清洁燃烧枝术[7]。
2.2 燃烧系统构造及循环流态床燃烧组织方式处女座女生的性格脾气
循环流化床锅炉燃烧系统如图1[7]所示。主要由燃烧室(炉膛)、布风板(含风帽)、飞灰分离收集装置(如旋风分离器)、料腿及飞灰回送器等组成，燃烧室又分成密相区(主燃烧区)和稀相区(悬浮区或辅燃烧区)两部分。燃烧系统也可称之为前部及后部两个竖井。前部竖井为总吊结构，四周布置膜式水冷壁，自下而上，依次为一次风室、密相区、稀相区；后部竖
井为支撑结构，一般无水冷壁布置，自上而下，旋风分离器的旋风子通过底部竖管与密封料腿及回料器连接。通常，密相区及分离器内部表面均设有绝热防磨内衬。
运行过程中，符合粒度要求的粉煤由输送带、埋刮板或螺旋等输送装置送入炉内，并与布风板上部密相区的高温炉料混合，完成脱水、干馏及燃烧等过程。布风板下部从风室进入的高压一次风为全部炉料提供流态化所需的动力，也是主燃区的助燃风；密相区上部侧壁高速送入的二次风为稀相区的助燃风，也即燃尽风。出稀相区的烟气夹带颗粒进入高温旋风分离器，分离器底部收集的未燃尽颗粒(含颗粒灰)通过密封料腿及回送器重新返回密相区。为了维持床层稳定，运行过程中产生的多余大颗粒高温灰渣，需采用干式方法从燃烧室底部间歇性或连续性排出，经冷却回收热量后进一步处理[8]。
2.3 循环流化床锅炉的技术特点
1)不同性质的燃料均有理论上的适应性
流态化燃烧的锅炉炉膛中，床层热容量较大，新加入的冷煤粒进入体积比自身大数十倍的高温炉料中被迅速加热，达到燃烧温度，且高温粒子在床层中剧烈翻腾运动，强化了整个
燃烧与传热过程。因而，理论上流态化燃烧组织能适应各种燃料，包括低挥发分的难燃无烟煤和灰分40%～60%的劣质煤[9-10]。此外，也可以燃用石油焦、页岩以及固废(含垃圾)等[11-13]。但在工程项目实施时，如其他类别的锅炉一样，炉子结构及系统配置必须严格按照属地燃料的属性及品质进行设计；在生产运行中，入炉燃料的质量也需严格控制，各种指标并不允许偏离设计指标太多，更忌讳不同性质的燃料随意切换。否则，脆弱的流态化燃烧组织遭受破坏，锅炉无法维持正常运行[14]。
2)可以实现炉内固硫及低NOx燃烧
炉膛内CaO的最佳固硫温度是850 ℃，流态化燃烧可以在此温度下进行，这是流化床锅炉炉内固硫率高的一个原因；另一个原因是脱硫剂在炉膛内的平均停留时间较长，达数十分钟，尽管进料时的表观Ca/S摩尔比不高，但实际床层内的有效Ca/S摩尔比很高，所以SO2的捕集率高。流化床锅炉的炉内固硫率可以达到80%以上，燃料的折算全硫低于0.5%时，初始排放浓度可以控制至lt;200 mg/m3。
流化床锅炉NOx浓度低的原因是炉膛的总体温度水平低，热力型NOx难以生成，只有少量燃料型NOx。一、二次风也是经典的空气分级配风。因此，一般NOx的初始排放浓度也可
以控制至lt;200 mg/m3。值得注意的是，循环流化床N2O的排放远高于煤粉锅炉，其浓度达到40～600 mg/m3[15]，成为循环流化床锅炉发展的技术瓶颈[16]。
3)系统庞杂，核心及关键设备可靠性不高
为了满足床层稳定流态化及大量未燃高温颗粒的闭路循环，由给煤、卸灰、流化、分离及回送等装置，构成庞杂的循环流化床锅炉燃烧系统。系统的核心是流态化燃烧室，上下游的所有设备配置均围绕密相床的稳定流态化展开。
生产实践证明，高温硬质大颗粒随气流运动(有时高速运动)对设备内表面形成冲刷不能避免，因此燃烧室绝热面与水冷面过渡段及炉膛四周角落膜式壁水管磨蚀、密相床及高温分离器绝热表面磨损，就成为困扰锅炉稳定运行的首要问题。除此之外，由于无法预料的低、高温固体物料流动阻滞原因，输送管路及通道不畅及堵塞是经常现象；由于低负荷及燃料质量变化等原因，床层流态化失效转变成固定床，使床层超温结渣，燃烧迅速恶化，甚至风帽烧毁也频繁发生；高温渣冷却、热量回收装置中的运转部件受热变形、膨胀氧化、卡塞磨损问题较突出；“L”型气吹回料阀同样存在高温磨损问题。孔子的理想
4)稳定流态化的运行影响因素多、操控技能要求高
影响流化床稳定燃烧的第一影响因素是燃料，一台设计好的流化床锅炉对入炉煤的质量指标界定明确。如灰分过低，流态化床层变薄，蓄热量不够，稳定运行难以维持；灰分过高，燃尽困难，排渣带走大量物理显热，使锅炉效率下降。
影响锅炉稳定运行的外部因素很多。高温分离器需要全负荷范围内有高的分离效率，利于物料循环，燃烧效率提高，及沿炉膛高度方向温度分布均匀等；布风及流化装置要求配风均匀，利于消除床层死区和粗颗粒沉淀，减少排渣含碳量；给煤方式要求加入到床层的新鲜燃料在整个床面上播撒均匀，防止局部缺氧、超温；二次风配送要求有足够的动量，穿透能力强，能进入远离壁面的区域，并使炉内烟气混合均匀；床层温度控制要求不得超过灰渣熔融温度，否则炉料结渣使流态化失效，同时也不利于污染物生成控制。
