浅析循环流化床锅炉和煤粉炉的比较研究

龙源期刊网浅析循环流化床锅炉和煤粉炉的比较研究作者：韩极光来源：《商品与质量·消费视点》2013年第12期摘要：目前，循环流化床燃烧系统已经发展到一个相当高的水平，对处理城市垃圾和农村秸秆的回收利用具有重要的意义。本文从循环流化床的概念入手，对循环流化床锅炉和煤粉炉进行比较研究，为工厂发展提供指导。关键词：循环流化床锅炉；煤粉炉；研究近年，循环流化床锅炉和煤粉炉在工厂中得到广泛使用，在不同的条件下二者发挥的作用也不尽相同，随着科学技术的快速发展和国家节能减排措施的执行，有必要对二者进行比较研究为工厂发展提供指导。一、概念分析（一）循环流化床锅炉循环流化床锅炉（英文简称CFBB）是用高压空气将粒径约为1～8nm的燃料和循环灰颗粒流态化，从而形成密相区、稀相区、气力输送区三个燃烧放热的区域。从炉膛排出的烟气中有浓度很高的燃料和循环灰颗粒，经过高温分离器以后，大部分燃料和循环灰颗粒被分离下来，进入回料阀，然后由回料风送回炉膛循环再燃。循环流化床锅炉的优点有：燃料适应性广，燃烧效率高，可燃用几乎所有种类的煤种及各种低热值、高灰分或高水分的矸石、石油焦、工农业垃圾及城市垃圾，污染物排放量低，截面热强度高，燃料制备系统相对简单，灰渣综合利用性能好等。其缺点是尘量较大不易处理、厂用电率高、操作复杂困难等。（二）煤粉炉煤粉炉（英文简称PCB）是将煤粉（粒径约75μm）与空气的混合物在炉膛中进行悬浮燃烧，燃烧产生的烟气与飞灰颗粒，形成浓度很小的气固两相流以气力输送的形式流向尾部烟道。煤粉锅炉的厂用电率低。二、锅炉结构比较分析（一）循环流化床锅炉结构循环流化床锅炉设计了一个流态燃烧室，这里面装有燃烧原料，在物料加入到这个里面后附和空气一起燃烧，由于燃料热容量大，在加热过程中迅速着火燃烧。在其后设计一个物料收集系统，把烟气带出炉膛，这里面的细小物料也被烟气带出炉膛，再由旋风分离装置收集，返龙源期刊网回炉膛再次进行燃烧。这种装置大量节约了能源，又保证了热量，先进的装置和工艺水平得到广泛使用。（二）煤粉锅炉结构煤粉锅炉炉膛一般为方形，上面放置燃烧器。炉膛四周密布水冷壁。炉膛出口布置折焰角，尾部烟道则布置有过热器、省煤器和空气预热器等。循环流化床锅炉一般由燃烧室、高（或中）温分离器、循环固体物料回送装置、给料装置和尾部受热面组成。燃烧室内布置有布风装置、埋管水冷壁。在尾部烟道方面二者有很多类似的地方，二者在燃烧后，通过尾部烟道排放出来但在燃烧过程中是不同的，二者的燃烧系统方式也不尽相同。三、循环流化床锅炉和煤粉炉对比分析（一）燃烧特点煤粉锅炉炉膛温度为1500℃左右，煤粉颗粒粒径约为60～80μm，煤粉颗粒燃尽时间约需1.8～2.5s，单只煤粉燃烧器的功率可以达到很大。煤粉锅炉的NOx和SOx的排放量都很高，需要采用专门的尾部烟气脱硝装置和尾部烟气脱硫装置进行烟气净化。煤粉锅炉的飞灰份额为90%～95%。循环流化床锅炉的密相区温度为880～900℃左右，燃料颗粒粒径约为1～10mm，燃料颗粒可以进行反复循环与燃烧，但是单只布风板的面积有限，因此循环流化床锅炉在容量扩大方面受到限制。（二）负荷调节范围由于循环流化床锅炉炉内有大量的高温床料，物料的温度允许范围为800～960℃，且可以在一定程度上控制外循环的物料量，其负荷调节范围一般为30%～110%，要比煤粉炉宽很多。而煤粉锅炉的负荷调节范围通常在70%～110%，若在低负荷时要维持稳定燃烧，需投油枪进行助燃。随着四角切圆燃烧技术的出现，煤粉炉负荷调节范围得到了很大的提高。由于采用四角切圆燃烧技术的锅炉各角着火燃烧相互支持，相互作用，在炉内形成一个完整的火球，具有良好的着火燃烧条件，因此具有较强的低负荷适应能力。锅炉设计低负荷比较低，煤粉锅炉无油助燃稳定运行最低负荷为40%。从而使煤粉炉的负荷调节范围扩宽到了40%～110%。与煤粉锅炉相比，循环流化床锅炉具有些许优势。在炉侧蓄热能力方面，由于煤粉锅炉的炉侧烟气流动速度较快，散热较快，在蓄热方面是不足的。循环流化床锅炉炉烟气侧的床料量较大，蓄热能力较强，不能忽略锅炉负荷变化时床料温度变化的吸收作用，即锅炉负荷提高，床料释放热量；锅炉负荷降低，床料吸收热量。（三）水冷壁龙源期刊网水冷壁沾污、结渣情况循环流化床一般的燃烧温度为850～910℃，这种温度下，灰分不会在循环流化床锅炉水冷壁表面形成坚固的沾污层，基本上不结渣。但是，在密相区的耐火材料层的外壁会发生结渣现象。而且，如果脱硫剂中含有较高的K2O、Na2O或者其他碱金属的氧化物，会使密相区甚至水冷壁发生严重结渣，有时会导致排渣不畅的故障。煤粉锅炉炉膛温度较高，高温腐蚀速度较快。而且，煤粉炉的脱硫工艺是尾部烟道烟气脱硫，炉膛的二氧化硫浓度较高，高温腐蚀速度较快。循环流化床锅炉炉膛温度较低，基本上不发生高温腐蚀，从高温腐蚀上讲循环流化床的优势明显一些。在设备维护方面占有很大的优势，有利于企业降低设备维护成本。2.运行费用调研结果表明，PC锅炉机组在安装SCR脱硝装置以后，由于要消耗大量的尿素和燃油，并且其使用的催化剂大约每4年需更换一次，因此不算催化剂所带来的二次污染，电厂增加的发电成本约0.01元/kW·h。对于一台300MW机组，假定其每年满发时间为5000h，那么每年的运行成本将增加约1500万元。粗略相比，CFB锅炉的供电煤耗比PC锅炉多出16.71G/kW·h，相当于每年多消耗2.5万吨标准煤，因此与上述PCB锅炉增加的成本相比，如果标准煤的价格在600元/t以上，则PCB锅炉在运行成本上有优势，反之则CFB锅炉机组有优势。如果我们利用煤矸石作为原料进行发电的话，那么CFB锅炉组就占有优势。不仅如此，PC锅炉脱硝装置所更换下来的催化剂如果处理不当还会造成较大的二次污染，而且尿素生产过程中还要消耗大量的能源。理论计算表明，每生产1t氨气，需要消耗的能量为20.93GJ，但在我国由于技术工艺水平比较低，每合成1t氨气能耗高达40GJ（折合1365.1kg标煤）以上，而且合成氨过程中主要消耗的是优质燃料天然气。目前，CFBB与PCB相比，300MW级CFB锅炉机组能耗高于同级别PC锅炉，但如果综合考虑劣质燃料利用以及污染物减排，其在经济性上和PC锅炉是有可能相当的。故将循环流化床锅炉技术应用到煤矸石燃烧发电上有PC锅炉不可替代的优势，同时成本上和PC锅炉水平相当。综合看来，循环流化床燃烧系统已经发展到一个相当高的水平，燃烧效率高达98%～99%。借助添加石灰石进行炉内脱硫，效果可达90%以上，负荷调节能力可达1：3到1：4，在系统完备的条件下，可实现负荷调节速率约5%。其实际运行的工作可靠性超过90%，在投资和运行费用方面，也要较一般的带有尾气脱硫装置的煤粉炉便宜得多。参考文献：[1]李建锋，郝继红.我国循环流化床锅炉机组数据统计与分析[M].北京：中国电力企业联合会科技服务中心.龙源期刊网[2]樊泉桂，阎维平.锅炉原理[M].北京：中国电力出版社，2004.[3]王世昌.锅炉原理同步导学[M].北京：中国电力出版社，2009.[4]路春美，程世庆，王永征.循环流化床锅炉设备与运行[M].北京：中国电力出版社，2003.作者简介：韩极光（1975年06月12日-），男，籍贯：辽宁省铁岭市，单位：辽宁调兵山煤矸石发电有限责任公司，职称：初级，学历：大专。