75 t／h生物质锅炉技术介绍.pdf

第 3期 2 0 1 1年 5月 锅炉制造 BOI LER MANUFACTURI NG NO ． 3 Ma v ． 2 01 1 文章编号 C N 2 31 2 4 9 2 0 1 1 0 3 0 0 2 5 0 3 7 5 t ／ h生物质锅炉技术介绍 赵 会平 唐 山信德锅 炉集团研 究所 ， 河北 唐 山 0 6 3 0 2 0 摘要 本文详细介绍 了中温分离循 环流化 床生物 质锅炉技 术特 点 ， 设计 工作 中遇到 的难点 及解决 的方 案。 以湖南某浆纸公司已运行的两台 7 5 ／ h生物质锅炉为例， 详细介绍了锅炉运行产生的显著经济效益和社会效 益。并客观分 析其 运行反应出的问题 ， 对今后 生物 质锅炉制造提供借鉴 。 关键词 生物质燃料 ； 中温分离 ； 燃烧稳定 ； 燃料适应性广 中图分类号 T K 2 2 9 文献标识码 B Te c h n i q u e I n d u c t i o n o f 7 5 t ／ h Bi o ma s s Bo i l e r Zh a o Hu ipi n g T a n g s h a n X i n d e B o i l e r G r o u p ， T a n g s h a n 0 6 3 0 2 0 ， C h i n a Ab s t r a c t Th e t e c h n i c a l c h a r a c t e r i s t i c o f i n t e r me d i a t e t e mp e r a t u r e s e pa r a t e CFB b i o ma s s b o i l e r i s i n - t r o d u c e d， a s we l l a s t he di f f i c u l t y d u r i ng t h e d e s i g n wo r k a n d t h e s e t t l i n g s c h e me ．Ta k e t h e t wo o pe r a t e d 7 5 ／h bi o ma s s b o i l e r s o wn e d b y a Pu l p a n d Pa p e r Co mp a n y i n Hu na n a s a n e x a mp l e， Ec o n o mi c b e n e fit s a n d s o c i a l b e n e fit s p r o d uc e d b y b o i l e r o p e r a t i o n a r e de s c r i b e d i n de t a i l ． P r o b l e ms r e a c t e d f r o m t h e o pe r a t i o n a r e a n a l y z e d i mp e r s o n a l l y wh i c h c a n p r o v i d e t h e r e f e r e n c e f o r t h e bi o ma s s b o i l e r ma n u f a c t u r i n g i n t h e f u r t h e r ． Ke y wor ds b i o ma s s f u e l ；i n t e r me d i a t e t e mp e r a t u r e s e pa r a t e；bu r n i n g s t a b l y；v a s t fle x i b i l i t y o f f u e l 1 整体布 置 笔者所在单位组织技术人员进行 了7 5吨／ d , 时循环流化床生物质锅炉研制工作 ， 锅炉采用 中 温分离 、 低循环倍率、 循环流化床燃烧方式。锅炉 为室外布置 ， 由前部及 尾部两个竖井烟道组成 。 前 部竖井 为 悬 吊结 构 ， 四壁 由水 冷 壁组 成 。 自下 而上依次为一次风室、 浓相床 、 悬浮段、 蒸发管 、 高 低温过热器及高温省煤器。尾部竖井采用支承结 构 ， 布置有低温省煤器及管式空气预热器。两竖 井之间由两个并列 的旋风分离器相连通 ， 分离器 下部接 回送装置及螺旋除灰器 。燃烧室及分离器 内部均设有 防磨 内衬 ， 前部竖井采用敷管炉墙 ， 外 置金属护板 ， 后部竖井采用轻型炉墙 。由 8根型 钢柱承受锅炉全部重量。 锅炉采用床下点火 ， 分级燃烧 ， 一次风率约为 4 5 ％ 。正常运行时， 密相区为湍流床 ， 床温始终控 制在 8 6 0～ 9 0 0 o C左右， 这样既有利于石灰石与燃 料中的硫发生反应 ， 达到最佳 的脱硫效果 ， 空气的 分级送人又造成低温缺氧燃烧环境 ， 降低 了 N O x 的生成量。在这一区域 ， 燃料 中大部分热量被 释 放 ， 未燃烬的燃料颗粒进入了悬浮段 ， 在悬浮段 的 收稿 日期 2 0 1 1 0 1 一l 9 作者简介 赵会平 1 9 8 1 一 ， 男 ， 2 0 0 4年 热能工程专业毕业 ， 毕业 至今一直从事锅 炉设计 、 安装 指导与调试工 作， 目前供职 于唐 山信德 锅炉集团有限公 司。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 6 锅炉制造 总第 2 2 7期 前后墙 由下向上依 次布置二次风、 三次风 ， 二、 三 次风既能吹掉包裹在进入悬浮段未燃烬的燃料颗 粒上的灰壳 ， 使燃料与氧及时的接触 ； 又能在悬浮 区段造成氧化环境 ， 补充燃料进一步燃烧所需的 空气。由于在蒸发管下部的炉膛四周的膜式水冷 壁上铺满耐火衬 ， 减少了炉膛 的吸热 ， 使悬浮段烟 温可达 9 9 0℃左右。另外 ， 蒸发管下部的炉膛高 度达 2 O米左右 ， 而炉膛 内的烟速在 4～ 5 m ／ s ， 所 以烟气能在蒸发管下部的炉膛停留 4 5秒 ， 这样 足以使旋风分离器切割粒径 以下的燃料颗粒燃 烬 ， 保证高的燃烧效率 ， 然后高温烟气夹带固体粒 子 向上依次流经蒸发管 、 三级过热器、 二级过热 器 、 一级过热 器和二级省煤器管束 ， 约 8 0 ％ 的热 量被吸收 ， 烟温降至 4 5 0℃左右后进人旋风分离 器进行气固分离。分离下来的再循环粒子一部分 进入回送装置通过回料器从炉膛后部分 四点 回送 至密相区以控制床温 ， 其余部分落人螺旋除灰器 ， 从旋风分离器 出来的烟气流经尾部竖井 ， 热量被 一 级省煤器和空气预热器吸收 ， 烟温 降至 1 4 0 1 6 0℃后排出锅炉。 锅炉采用干式出灰 ， 灰的排放有三个途径 一 是通过密相区底部的排渣管经水冷螺旋除渣机排 放 ， 二是通过分离器下部的螺旋除灰器排放 ， 三是 作为飞灰被除尘器收集排放 。 2 具体 结构及 工作流程 2 ． 1 水汽 系统 水汽系统包括省煤器 、 锅筒及内部装置 、 水冷 壁、 下降管 、 蒸发管、 过热器及减温器等。在蒸 发 受热面中锅炉采用 自然循环方式 。省煤器分高温 省煤器和低温省煤器两组 。低温省煤器安装在锅 炉尾部竖井管式 空气预热器上方 ， 高温省煤器位 于前部竖井上部 ， 采用水平蛇形管， 顺列布置 ， 低 温省煤器来的给水在管束 内加热后 由出口集箱端 部给水分配管引入锅筒。锅筒位于锅炉顶部 ， 两 端由双吊杆悬 吊于顶板横梁上 ， 受热后可 向两端 自由膨胀 。锅筒内部装置采用机械分离装置进行 汽水分离 。此外 ， 锅筒内还设有给水分配管 ， 排污 管、 加药管和水位测量接管 ， 以保证给水的正常分 配 ， 锅水品质 以及锅筒水位 的指示与控制。蒸发 管位于悬浮段上方， 由两组蛇形管组成 ， 管束底部 迎风面装有防磨装置 ， 锅水从 下降管通过进 口集 箱进入蒸发管束 ， 在管束 内吸收高温烟气放 出的 热量变成汽水混合物 ， 汽水混 合物 出管束后进入 出口集箱 ， 经顶部 连接管流入锅筒 。蒸发管束的 另一个功用是支撑和吊挂过热器及高温省煤器管 束。燃烧室的四壁均 由膜式水冷壁组成。锅筒出 来的饱和蒸汽经汇集集箱通过导汽管进入低温过 热器进 口集箱 ， 在低温过热器管束 内被加热后 ， 由 低温过热器出 口集箱引出， 经过连接管进入喷水 减温器 中。在减温器 内， 减温水经过喷嘴喷人减 温器内， 当雾化水与过热蒸汽混合时被蒸发 ， 从而 降低了蒸汽温度 。减温后的蒸汽 由连接管引入高 温过热器入 口集箱 ， 然后进入高温过热器 内被加 热到额定温度 ， 经过出口集箱 、 导汽管 ， 最后由集 汽集箱引出。本炉可在 5 0 ％ ～1 0 0 ％负荷变化范 围内保证蒸汽参数。 2 ． 2 循 环燃 烧 系统 炉前给料装置分 别将生物质燃料 和石灰石 及 时准确地送 人炉 内 ， 且 送入 量应 与锅炉 运行 负荷 的要 求 一致 。燃 烧 室包 括 密 相 区及 悬 浮 段 。四周 由膜式水冷壁构成。内设防磨绝热衬。 燃烧室深度为 5 4 0 0 m m， 宽度为 7 2 0 0 mm。由标 高 ～1 4 0 5 0 mm起 向下在 深度方 向上变为倒梯 形 。密相区在底部 ， 标高约为 4 5 5 0 mm。水冷壁 工作时可向下 自由膨胀 ， 最大膨胀位移发生在密 相 区下部环形水冷集箱处 ， 位移值为 1 1 5 m m。 。 旋风分离器共有 2个 ， 用 1 0 mm厚的 2 0 钢 板制成 ， 内设有防磨内衬。分离器效率为 9 7 ％ ～ 9 9 ％。额定负荷时工作温度 4 0 0～ 5 0 0℃。在分 离器内筒及分离器出口段等易磨损部位均衬有一 薄层防磨衬。每一个旋 风分离器下部通 过一根 2 61 4的连接管路同一个 回送装置相连 ， 回送 装置由合金钢板制成。在 回送装置底部通入一股 高压头小流量的风以输送并调节再循环灰量。在 出口处通过两根 b 2 1 9的稀土铸钢管路作 为回料 管连至燃烧室。整个锅炉共有 四个 回料管。在标 高 6 5 3 5 m m处沿燃烧室宽度方 向均匀分布。回 送装置的功能有 形成旋风分离器与炉膛 的密封 ， 输送控制床温用的再循环 回灰量。 锅炉有两台点火燃烧器布置在风室前端的一 次风道内 ， 以供锅炉启 动点火之用。点火使用燃 料为油 ， 油经机械雾化燃烧产生巨大的热量 ， 与从 蜗壳进入的空气混合后 ， 形成 8 7 0℃左右的高温 烟气。通过布风装置将床内的床料加热至点火温 度 。点火过程 的关键是要保证油在蜗壳 内充分燃 烬 ， 绝对避免在布风装置内发生再燃而烧坏风帽。 由于高温烟气全部穿过床料 ， 热利用率高 ， 点火迅 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3期 赵会平 7 5 t ／ h生物质锅炉技术介绍 2 7 速 。 2 ． 3烟风 系统 锅炉烟风系统按平衡通风方式设计。一次风 与二、 三次风从不 同部位 以不同的风压鼓人燃烧 室 ， 排烟靠 引风机抽 出。因此 ， 锅 炉需配套鼓 风 机 、 一 次风机 和 引 风 机 。 由于 一次 风 所 需 的压 头 相对较高， 锅炉推荐鼓风机与一次风机 串联 的布 置方式。除此之外 ， 为保证再循环灰的回送 ， 还需 配套一个高压小流量的罗茨鼓风机 ， 其风压风量 的选取应 以保证回送装置内返料灰完全流化为原 则。同时要求风机有防噪音措施。鼓风机进 口空 气温度一般应 由暖风器加热至 2 5～ 4 0℃。 空气预热器为适应高风压及低温腐蚀 ， 采用 卧式管箱 ， 分 为 四组布置在尾 部竖井下 方。一 、 二 、 三个管箱 ， 前三排使用 6 4 o X 3规格的普通碳 钢管 ， 其余使用 4 , 4 01 ． 5规格 的普通碳钢管 ， 顺 列布置。第 四个 即最下面一个 管箱采用铸铁 空预器。一、 四管箱 ， 二、 三管箱之间通过连通罩 连接起 来形成两个相 互独立 的通路 。一次风 和 二、 三次风以不 同的压力从管 内分别通 过这两个 通道 ， 被管外流过 的烟气所加热。烟气 和空气呈 交叉流布置。一次风和二、 三次风 比例为 0 ． 4 5 ／ 0 ． 5 5 ， 出口风温 ～ 2 0 0℃。 一次风通过热风道进入 一 次风室 ， 一次风室 的四壁 由炉膛 的膜式水冷壁 组成 ， 顶部及底部 南后水冷壁弯管与扁钢焊制而 成 ， 管子中心距为 2 0 0 n l l n 。风室顶部的扁钢上均 匀布置有稀土耐热钢铸造风 帽， 一次风通过这些 风帽喷人浓相床 ， 从而保证床 内均匀流化和燃烧 ， 另外 ， 在 布风装置上 还设有 两个 D N 2 0 0的排渣 管。从空气预热器出来 的二 、 三次风分别进入二 次风箱和三次风箱 ， 二、 三次风箱各为两个 ， 分别 布置在燃烧室前 、 后墙外侧。每个风箱上接有一 排分风管使热风沿炉膛宽度方向均匀分配。调整 二、 三次风的比例， 即可达到最佳 的燃尽效果。为 了不影响燃烧室 的 自由膨胀 ， 风箱 与水冷壁连接 在 一起 ， 随水 冷壁 一起 向下膨 胀 。 2 ． 4锅炉 控 制 系统 为保证锅炉安全、 高效地运行 ， 其控制系统应 作相应的配置 。根据 中华人民共和国水力电力部 颁发的 火力发电厂设计技术规程 S D J 1 和 火 力发电厂热工 自动化设计技 术规定 N D G J 1 6以 及循环流化床锅炉 的特殊要求 ， 锅炉本体设置 了 满足检测、 保护 、 自动调节系统需要的测点。 锅炉输出热量通 过蒸汽量来控制 ， 而锅炉输 入的热量通过供给的燃料量来控制 。锅炉的热平 衡要通过锅炉压力信号来体现 ， 锅炉蒸汽压力的 高低可以用来修正燃料量。为此 ， ．压力需维持在 一 个设定值 ， 如果循环流化床炉膛 内的温度不发 生扰动的话 ， 燃料量根据负荷信号加以控制 ， 燃料 量的供给速度是受控制 的， 其速度信号是 以燃料 发热值为依据 ， 所 以， 燃料量的计量及控制是非常 重要的问题 。一次风 ， 二、 三次风及罗茨风机返料 风量是按照燃料量来进行控制。调节锅炉循环灰 量以达到床温控制 目的。床层高度是通过风帽处 与 自由空间内的压力差来进行控制。为保证床层 高度 ， 锅炉的排渣装置水 冷绞龙 除渣设备必 须具备连续排渣且排渣量是可控 的。炉膛 内的压 力应保持在一定数值内。由锅 炉水位 ， 蒸汽流量 和给水流量组成的三冲量调节系统将实现锅筒水 位的 自动调节， 以达到锅炉安全运行 ， 保证蒸汽品 质的 目的。调节 减温水量 可实现主蒸汽 温度控 制。根据环保对 S O 2排放量的要求 ， 需对石灰石 的加入量进行控制 ， 石灰石量是按其 与燃料量的 比例来控制的。 3 锅炉 的主要技术特 点 1 操作方便 ， 运行稳定。由于采用流化床燃 烧方式 ， 床料蓄热量大 ， 避免 了床 的急冷急热现 象 ， 燃烧稳定。生物质燃料 的干燥、 着火、 燃烧几 乎同时进行 ， 燃烧控制无需进行复杂的调整。 2 循环流化床燃烧 方式 由于炉 内燃 烧强度 和传热强度高， 燃烧同样多的生物质燃料 ， 流化床 炉和炉排炉相 比投资较低。 3 锅炉燃料适应性广 ， 能够完全燃烧水分含 量高且随季节变动大的树皮等生物质燃料 ， 且能 掺烧一定的造纸污泥等 。 4 该炉 由于炉膛 高大 ， 使燃料既有充裕的燃 尽时间， 又保持较低的烟气流速 ， 从而使该炉燃烧 效率高达 9 8 ％ 以上 ， 受热面磨损甚微。 5 循环灰系统无复燃、 结焦。 4 结束 语 从已安装投运的锅炉来看 ， 锅炉总体设计合 理 ， 技术先进 ， 但 尚有一些不足之处 ， 其 中生物质 燃料给料管上的密封风风管连接影响给料管随水 冷壁 向下膨胀 ， 曾拉裂给料管与炉膛连接处。经 研究给料管上接密封风风管处增加一金属软管 ， 成功解决此问题 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m