循环流化床锅炉影响环保的关键结构问题

循环流化床锅炉循环流化床锅炉影响环保的关键结构问题山西国际能源集团有限公司蔡春蔡新春山西国际能源集团有限公司首席工程师，山西省劳动模范，全国五一劳动奖章。中电联CFB协作网专家委员会成员，华北电力技术院和山西电力技术院院级专家，参与编写国标《135MW级循环流化床锅炉运行导则》、“十二五”高校教材《电厂锅炉》锅炉典型事故分析《循环流化床锅炉校教材《电厂锅炉》锅炉典型事故分析、《循环流化床锅炉风机的选择》和《循环流化床锅炉冷渣器的选择》。工作三十年来，主持了数百台锅炉的启动调试、优化调整、技术服十年来，主持了数百台锅炉的启动调试、优化调整、技术服务、设备选型等任务，取得18项科技成果，其中省部级6项。在《中国电机工程学报》、《中国电力》、《热力发电炉技术炉制造等杂志等各学术会电》、《锅炉技术》、《锅炉制造》等杂志及等各级学术会议上共发表论文四十多篇。山西国际能源集团是以电力为主业的省属十户重点企业之一，年营业收入超过100亿元。在电力建设、运营、技术、人才、管理等多方面拥有诸多优势，现有参、控股发电装机容量1400万千瓦,控股发电装机容量712万千瓦，是山西省内最大的发电运营商之省内最大的发电运营商之一。近年来，山西国际能源集团有限公司先后投资了一系列低热值煤发电项目有国内第一座环保型资源综合利用矸石低热值煤发电项目，有国内第座环保型资源综合利用矸石发电厂山西天石电力有限公司，国内首台投产发电的国产300MW循环流化床煤矸石发电机组山西平朔煤矸石发电有限公司，已经投运的2*300MWCFB宏光电厂及昱光电厂，正在启动调试中的2*350MW超临界CFB河坡电厂，正在筹建的2350MW超临界CFB机组有山阴二期启光电厂和崇光电厂2*350MW超临界CFB机组有山阴二期、启光电厂和崇光电厂。循环流化床锅炉影响环保的若干关键问题循环流化床锅炉影响环保的若干关键问题*床温及床温的均匀性*二次风口距布风板的距离层数数量*二次风口距布风板的距离、层数、数量*布风板面积（一次风率，影响到NOx浓度）*SNCR喷口的数量*SNCR喷口的数量*当炉内加入石灰石脱硫时对NOx浓度的影响*超低NO排放时高硫煤种时需考虑SCR的设置*超低NOx排放时，高硫煤种时需考虑SCR的设置对比ABC三个300MWCFB电厂NOx浓度随着负荷变化的曲对比A、B、C三个300MWCFB电厂NOx浓度随着负荷变化的曲线图，分析影响NOx浓度的各个因素。超低排放达标成本最低的是——锅炉生产的NOx浓度最超低排放达标成本最低的是锅炉产的浓度最小。A、B、C三个电厂不同负荷下NOx浓度的变化*床温及床温的均匀性床温越高，NOx生成的浓度越高，脱硫效率越低。床温的偏差越大，NOx生成的浓度越高，脱硫效率越低。床温的高低及床温的均匀性影响因素很多，主要与炉膛出口分离器进口方向风室进风方式给煤口位置及数量防磨梁性分离器进口方向、风室进风方式、给煤口位置及数量、防磨梁性能、旋风分离器的性能、炉内受热面布置、煤种特性等有关。①分离器进口型式对床温均匀性的影响设计合理的旋风分分离器进口型式，控制宽度方向上物料的均匀性非常重要。可有效避免炉膛边壁效应对分离器循环物料浓度偏差的影响，同时影响床温的均匀性分离器进风方式一设计图②分离器入口面积对炉膛温度的影响分离器入口面积越小，分离器入口速度越高，分离效率也就越高，床温就较低，但同时分离器的阻力也升高。越高，床温就较低，但同时分离器的阻力也升高。某厂330MW循环流化床锅炉旋风分离器进行了入口截面积扩大，某厂330MW循环流化床锅炉旋风分离器进行了入口截面积扩大，及降低入口风速的改造，入口风速由32m/s左右↘22m/s左右，改造后炉膛温度变化15℃～30℃,同时分离器阻力降低1KPa左右。某厂不同负荷下分离器速度不同对床温的影响水冷壁防磨梁对床温的影响：为了防止水冷壁的磨损，多年来大部分锅炉均采用绝热型的防磨梁，300MW锅炉一般要加9道梁，启到有效防止水冷壁的磨损，磨梁，300MW锅炉般要加9道梁，启到有效防止水冷壁的磨损，但同时床温提高10℃左右，在新的超低排放要求下，使得NOx浓度提高，石灰石脱硫效率下降。另外，对于超临界锅炉不利于水冷壁的应力释放，各锅炉厂均要求不得使用绝热防磨梁。导热式无应力防磨梁降低床温的效果：某130t/hCFB锅炉，在燃用2000kcal/kg左右的煤矸石（进厂煤价约66元/t）、在满负荷运行（较少参与调峰），近一年的运行考约66元/t）、在满负荷运行（较少参与调峰），近年的运行考验，水冷壁没有发生泄漏，且床温有着明显的降低——有利于脱硫及降低NOx浓度的生成。另外其无应力特性——对于超临界锅炉有着较广泛的应用前途。导热式无应力防磨梁（水冷壁复式防磨装置）运行近一年的照片：I型复式防磨装置复合型复式防磨装置③床温偏差与风室进风形式有关：两侧进风、后墙进风。两侧进风（均匀性较差）两侧进风（均匀性较差）后墙2路进风（均匀性中等）后墙4路进风（均匀性较好）。A锅炉厂底部两侧进风静压分布图布风板风速中间大两边小C锅炉厂后墙两路进风静压分布图（适中）C锅炉厂后墙四路进风静压分布图C锅炉厂后墙四路进风静压分布图风速分布比较均匀（最新结构）风室的设计——后墙4路进风风室的设计后墙4路进风后墙4路进风底部4路进风国内三大锅炉厂的风室进风形式各不相同，有两侧进风，后墙2路进风，后墙4路进风，各种形式进风均匀性差距很大。三厂目前都趋向于改为后墙4路进风，这样均匀性良好。目前都趋向于改为后墙4路进风，这样均匀性良好。④床温均匀性与给煤口分布及数量有关三大锅炉厂的给煤口分布方式最常用的有前墙给煤前三大锅炉厂的给煤口分布方式最常用的有前墙给煤、前墙和后墙返料口联合给煤两种。东锅和哈锅是前墙均匀给煤、后墙排渣，上锅是前墙和后墙返料口联合给煤、中间排渣。前墙均匀给煤特点前墙均匀给煤后墙排渣冷渣器布置方便渣在炉膛前墙均匀给煤，后墙排渣，冷渣器布置方便，渣在炉膛中停留的时间比较长，大渣含碳量比较低；但是前后墙温度有一定偏差，后墙温度较低，由于煤质的不同，有可能大颗粒沉积，越积越多，造成流化不均甚至结焦，最后堵塞排渣粒沉积，越积越多，造成流化不均甚至结焦，最后堵塞排渣管。对于燃用煤矸石、尤其大颗粒比例偏多时，排渣不畅通。前墙和后墙返料口联合给煤特点前墙和后墙返料口联合给煤，底部中间排渣，前后侧床温偏差小，有利于深度脱硫和脱硝。排渣口距离给煤口距离缩短半所以渣在炉膛中停留的时间比较短缩短了燃烧时间一半，所以渣在炉膛中停留的时间比较短，缩短了燃烧时间，大渣含碳量较高，但排渣比较顺利。但底部冷渣器布置不便。两种方式各有特点，对床温的影响各不相同，同时排下的渣温渣量渣尺寸各不相同所以这对于以后煤矸石锅炉和渣温、渣量、渣尺寸各不相同，所以这对于以后煤矸石锅炉和冷渣器提供了更加广阔的选择，以适应各地不同煤种的需要。前墙8点均匀给煤后墙排渣前墙6点均匀给煤后墙排渣前墙和后墙返料口联合给煤中间排渣前墙和后墙返料口联合给煤中间排渣多台循环流化床锅炉，运行中床温均存在着中间高两侧低，偏差较大，各负荷时偏差一般在50-150℃。偏差较大，各负荷时偏差般在50150℃。给煤口的对称均匀给煤也是原因之一。所以新锅炉设计时，建议把给煤机中间给煤口布置的距离加大，左右侧边给煤口布置的距离缩小，让给煤量趋于不均匀，使床温分布相对均匀。随着炉膛出口分离器进口方向风室进风方式给煤口位随着炉膛出口分离器进口方向、风室进风方式、给煤口位置及数量、炉内受热面布置等影响床温均匀性因素的改进的完善，床温的均匀性会变得越来越小。床温现在均匀性和改进后预计均匀性分布图*下部二次风口距布风板的距离对NOx的影响*下部二次风口距布风板的距离对NOx的影响运行中为了降低NOx浓度，采用控制氧量和一次风量的方法外，采用加大推迟燃烧、分级燃烧的措施降低NOx的生成。在炉膛高度方向上加大了二次风的分级燃烧力度，提高炉膛下二次风口距离部分板的高度，下部炉膛的还原性高炉膛下二次风口距离部分板的高度，下部炉膛的还原性气氛提高，使得布风板区域生成的NOx可以更多的还原。各层二次风的标高距布风板距离及数量是关键数据。以前300MW容量的循环流化床设计下二次风口距以前300MW容量的循环流化床设计，下二次风口距离布风板的高度各不相同，并且相差很大。现在350MW容量下，A、B、C三厂在设计时，下二现在容量下厂在设计时下次风距离布风板的高度都相对趋向与2000mm左右。下二次风口距离布风板的高度下二次风口距离布风板的高度*炉膛截面积布风板面积的变化趋势：在同一装机容量，三大锅炉厂膛截面积和布风板面积的尺寸，以前设计时各有不同并且有一定差距；目前新的350超临界炉型面积趋于一致。*返料器型式及数量*返料器型式及数量A和C锅炉厂：350超临界CFB锅炉三个分离器，6个返料口即每个分离器均为进二出回料比较均匀及平稳口，即每个分离器均为一进二出。回料比较均匀及平稳。B锅：三个分离器，3个返料口，即每个分离器均为一进一锅个分离器，个返料，即每个分离器均为进出，返料口为上园下平。回料器易发生脉动与震动新炉型方案各分离器也改为一进二出结构。返料器型式（A制造厂）返料器型式（A制造厂）返料器型式（C制造厂）返料器型式（C制造厂）返料器型式（B制造厂）返料器型式（B制造厂）*SNCR喷口的数量SNCR喷口的数量35MW锅炉SNCR喷枪均选择在旋风筒入口烟道处，有的锅炉厂每个分离器布置4根喷枪有的锅炉厂每个分离器锅炉厂每个分离器布置4根喷枪，有的锅炉厂每个分离器布置6根喷枪。有的在分离器出口也布置喷枪。分离器的高度在8000～9000mm，宽度在2500～分离器的高度在，宽度在4300mm。较多的喷枪数量有利于还原剂与烟气的混合，具体效果还需实践检验果还需实践检验。*当炉内加入石灰石脱硫时*当炉内加入石灰石脱硫时对NOx浓度的影响通常采用往炉膛中加入石灰石作为脱硫剂的方法脱硫，对降低SOx的排放量起到了重要作用。但是，运行数据也表明，在锅炉中加入石灰石通常会在CFB锅炉中加入石灰石通常会影响烟气中的NOx的排放浓度。某CFB锅炉电厂在不加入石灰石脱硫和加入石灰石脱硫时灰石脱硫和加入石灰石脱硫时，NO和NO2排放浓度的对比，该结果表明，加入石灰石脱硫以后，NO和NO的排放浓度都有明显的NO和NO2的排放浓度都有明显的增加。加入石灰石对NOx的影响图当燃用低硫煤种时，可以减少炉内石灰石的使用量，可以采用炉外烟气脱硫的方法脱硫。当燃用较高含硫的煤种时，为了达到深度脱硝的目的，就需要在锅炉尾部装设SCR装置进行催化脱硝就需要在锅炉尾部装设SCR装置进行催化脱硝。为了炉渣的充分利用，也要控制炉内加石灰石脱硫的比例。*SCR的位置问题：涉及到省煤器的分组空气预热器的型式空气预热器的型式低负荷氨水的投运低低过SCR的位置布置方案一低温再热器高省SCR低省低省空气预热器SCR的位置布置方案二SCR的位置布置方案二SCRCFB影响环保排放的关键结构主要有：CFB影响环保排放的关键结构主要有：*分离器的进口方向*分离器的进口面积*风室进风方式*风室进风道数量*风室进风道数量*二次风口距离部分板的高度*二次风口的数量及面积二次风口的数量及面积*布风板面积*给煤口的布置位置*给煤方式。谢谢大家！谢谢家