“流化床燃烧装置技术条件”行业标准介绍.doc

“流化床燃烧装置技术条件”行业标准介绍田子平 陈永国上海交通大学 机械与动力工程学院摘 要：文章简要介绍了标准的主要内容，并对其中的技术要求作了详细说明。“流化床燃烧装置技术条件”行业标准是在总结我国30多年发展流化床锅炉的经验，并吸收国外先进技术的基础上制订的。其目的在于提高流化床燃烧装置的燃烧效率和安全可靠性，减少对环境的污染。关键词：标准，技术条件，流化床燃烧装置，锅炉1 前言循环流化床锅炉因其高效清洁的燃烧技术而在国内外发展迅速。我国流化床燃烧装置已有三十多年发展历史。近十年各锅炉制造厂又引进国外技术，使这项技术在我国得到更为迅速的发展，并呈现流派纷呈的状况。但国内尚无针对流化床锅炉燃烧设备的技术条件。现以全球环境基金会（GEF）技术援助中国高效工业锅炉项目引进国外先进技术为契机，开展本技术条件的制订工作。GEF引进项目的第四子项（Bio-fluid型）和第九子项（CPC型）为循环流化床锅炉项目，其技术的先进之处应作为本技术条件的重要内容，而国内10多家锅炉制造厂10多年来获得的设计、制造循环流化床锅炉的相关技术和经验教训以及运行技术亦应列入本技术条件之中。编制本技术条件即是将国外先进技术和我国各单位取得的经验加以系统化和规范化，以促进流化床技术的发展。本技术条件的流化床燃烧装置系作为锅炉产品的燃烧装置部件。我国的流化床燃烧装置发展历史为从60、70年代的鼓泡流化床进而到80、90年代的循环流化床。鼓泡流化床在燃用煤矸石、石煤、垃圾之类劣质燃料的中小型锅炉上仍得到应用；循环流化床以其高的燃烧效率、脱硫效率和易于大型化而在中大型锅炉上应用广泛。本技术条件对这两种流化床予以兼顾，而以循环流化床为重点。本标准由全国锅炉标准化技术委员会(CSBTS/TC 73)提出并归口。本标准起草单位：上海交通大学、济南锅炉集团有限公司、上海锅炉厂有限公司、北京康培燃烧设备成套有限公司。2 标准内容介绍2.1范围说明标准的内容和适用范围。标准规定了锅炉用流化床燃烧设备的设计、检验、油漆、包装、安装、试验和验收等技术要求。标准适用于蒸发量为6 t/h 130 t/h蒸汽锅炉和供热量4.2MW 116 MW热水锅炉的流化床燃烧设备。对于其它蒸发量（供热量）的蒸汽锅炉（热水锅炉）的流化床燃烧设备可参照本标准执行。2.2 引用标准列出相关的引用标准，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。这样使标准内容简练，并与相关的引用标准有很好的配合和制约。2.3 定义对本标准涉及的专业名词给予定义。对本燃烧设备的专用结构如流化床燃烧设备、布风装置、回料阀、分离器等设备和专用术语如循环倍率、分级分离效率、内循环、外循环、流化床空截面流速、流化床燃烧温度等给予定义。2.4 技术要求本标准的主要章节。对流化床燃烧设备的性能要求、技术参数和结构要求作了具体规定。特别是：(1) 对关键技术参数如：“燃煤流化床空截面流速”（流化风速）、“流化床燃烧温度”（床温）、“循环倍率”等均作了数据推荐；(2) 对关键技术结构如：布风板、风帽、分离器、回料阀、冷渣器都提出了技术要求；(3) 对防磨、热膨胀、点火、脱硫、水循环等运行中的问题，都提出了推荐意见和相应技术要求。2.5 系统设计流化床燃烧设备的正常运行离不开各相关配套辅机、仪表的配合，故专门列出一章。对保证流化床燃烧设备正常运行的相关系统如：燃料制备、石灰石制备、安全保护、监测仪表等提出了技术要求。2.6 油漆，包装，运输和保管除按常规锅炉设备的一般要求外，对膨胀节、非水冷型风室、风管、分离器等各专用薄壁结构件提出包装加固要求。2.7 流化床燃烧设备安装 除一般要求外，流化床燃烧设备在较高风压下运行，故提出应具有良好的密封性能要求。2.8性能试验 针对流化床运行的特点，特别提出确定临界流化风量、布风均匀性试验的要求。2.9检验与验收对设备的质量，特别是配套外购件的质量保证提出要求。3 标准技术要求3.1一般性能要求(1) 满足锅炉蒸发量或供热量与参数的设计和运行对燃烧的要求，并能长期安全运行;(2) 燃烧效率应不低于技术协议规定的保证值; (3) 锅炉烟尘，烟气黑度和气态污染物的排放应达到GWPB 3锅炉大气污染物排放标准或GB 13223火电厂大气污染物排放标准的规定。3.2“燃煤流化床空截面流速”（流化风速）的设计值：对鼓泡流化床无飞灰回燃，为减少机械不完全燃烧损失，冷态风速宜控制在0.7 m/s 0.9 m/s；有飞灰回燃时控制在0.8 m/s 1.1 m/s。对循环流化床则冷态风速宜控制在0.9 m/s 2.0 m/s。对燃烧生物质燃料，石油焦等的流化床锅炉应按其物性由空气动力计算得出相应的流化风速。3.3“流化床燃烧温度”（床温）设计值随燃料种类和脱硫与否有关。脱硫时应控制在900 以下，不脱硫时应控制在1000 及以下，且要比灰熔融性变形温度DT(t1) 至少低200 。3.4“循环倍率”设计值的选取会影响循环流化床锅炉的炉内传热和出力，应考虑燃料的热值、灰分、热稳定性和颗粒筛分组成，流化风速，是否布置埋管，各种分离器的分离效率，以及燃烧效率和脱硫效率的要求。对我国目前所用宽筛分煤（通常0 mm 10 mm），采用炉膛外循环可选用3 40，对低灰分的优质煤、石油焦用石灰石作循环物料进行炉膛外循环，宜选用20以上。3.5流化床燃烧设备的结构：要求布风装置不论水冷或非水冷结构，均应有良好的密封，能承受风室风压和床料重量。风帽应采用耐热和耐磨损材料制成。风帽型式和开孔应能满足固体颗粒流化和防止颗粒反窜的要求，风帽小孔以下到布风板之间应铺设耐火防磨层，以加固风帽和保护布风板。布风板与炉膛水冷壁之间采用滑动连接时，应有良好的热膨胀结构，并保持良好的密封。所有与炉体连接的管道，如二次风管、返料管、点火风管、给料管等各管道的布置与支吊，要考虑热膨胀补偿；炉膛出口所设旋风分离器两端与炉体的连接，要考虑相互间的自由膨胀，并保持良好的密封。3.6门孔平台的布置：看火孔的布置应能观察燃料燃烧情况及飞灰分离回送情况。点火燃烧器和布风板上方密相区域应布置观察、操作用平台。人孔门的布置应便于检修人员进入风室，炉膛密相区和分离装置，并应设有人员出入的平台。3.7返料装置：分离器应按所需的分级分离效率进行设计，选用合适的型式，以达到物料循环、燃烧效率、脱硫效率和烟气流动阻力的要求。对小型锅炉受限于布置空间，可采用内循环系统；对有布置空间的锅炉，可采用外循环系统或二级（多级）分离。 回料阀通常采用非机械阀，如L型、U型、J型、H型阀等。通过返料风（包括松动风和输送风）使固体颗粒流化，输送返回炉膛。返料点离布风板高度随煤种、飞灰粒度而异。对难燃尽的燃料和粒度大的飞灰、石灰石颗粒，应将返料点布置在离布风板近些的位置。3.8点火燃烧器：水冷布风装置可配用床下点火燃烧器，其火焰不得进入风室，仅以烟气与一次风相混合的热气体加热床料，实现流态化点火。非水冷布风装置可配用床上加热点火燃烧器，要求燃烧器的火焰刚度大，穿透力强。3.9防磨措施：易受到颗粒冲刷磨损的部位如风帽、密相区的炉墙、分离器内表面、迎气流的埋管和水冷壁管，均应敷耐热防磨材料或采用防磨结构，其使用寿命应不小于一个大修周期。3.10冷渣器：为使所排灰渣能综合利用，可选用风冷、水冷或风水联合冷却的冷渣器。其排渣温度可按工艺流程要求而定，为保证除渣系统运行的可靠性一般在250 以下。3.11脱硫要求：在流化床燃烧设备中对含硫量高的燃料，应按GWPB3锅炉大气污染物排放标准或GB 13223火电厂大气污染物排放标准的规定中对二氧化硫排放指标的要求加石灰石进行脱硫。石灰石颗粒一般要求为0 mm 2 mm，其中大于1 mm的所占比例不大于10%。3.12受热面可靠性要求：炉膛埋管和分离器水冷壁管应确保水循环可靠。膜式壁鳍片管的鳍端温度应低于钢材允许的耐热温度。4 标准内容说明(1) 本技术条件的气固分离装置系指锅炉本体范围内的气固分离器，是循环流化床燃烧设备的关键部件。国内外研究单位和制造厂商对此作了长期多方面的研究，利用离心分离，惯性分离，重力分离等不同原理已制造出多种产品。其技术要求集中在分离效率、烟气阻力、耐温耐磨等方面。这些分离装置在技术上、结构上各有优缺点。以旋风分离器为例，技术上较为成熟，分离效率可达99%以上；但烟气阻力偏大，达1000 Pa 1500 Pa，占空间大。还开发出下排气中温旋风分离器，可放在锅炉尾部转弯烟室，使中容量循环流化床锅炉结构紧凑。从大型化和缩短启动时间的要求，可以采用水冷管、汽冷管为骨架，内敷耐磨耐温涂料，外包保温材料而成。还有其他的惯性分离器、惯性分离与离心分离综合作用的各种分离器，型式多样，适用场合也不同。本技术条件只从性能要求作原则性规定和推荐。 (2) 流化床燃烧设备的燃烧效率是一项重要的技术指标，锅炉制造厂商和用户对这一指标均很重视。因其影响因素很多，对不同燃烧方式（鼓泡流化床，循环流化床）、不同燃料种类、不同锅炉容量、是否脱硫，均会使燃烧效率发生较大变化。故本技术条件提出应达到订货合同中规定的要求。在工业锅炉通用技术条件中规定了流化床锅炉的热效率值，流化床燃烧设备的燃烧效率也可照此规定提出相应的要求。(3) 循环倍率这一专业名词有不同的定义，如逸离炉膛的飞灰量与给煤量之比。考虑到炉内循环和炉外循环均可适用，故本技术条件定义为参与循环的物料量与给煤量之比。国外循环流化床锅炉往往采用很高的循环倍率。我国引进国外技术初期片面追求高循环倍率，而燃用劣质宽筛分煤，因热值低则给煤量大（分母大），又因宽筛分，能参与循环的物料数量少（分子小），则循环倍率不可能很高，故本技术条件结合国情提出推荐值，且范围较大，以便根据具体情况选用。对我国目前所用宽筛分煤，采用炉外循环可选用3 40。对含灰分低的优质煤，石油焦用石灰石作循环物料进行炉外旋风分离循环，可选用20以上。对循环倍率这一专业名词是否应在本技术条件中采用，专家有不同意见。当然，设计流化床锅炉时，根据固体颗粒物性由空气动力计算得出流化床空截面流速和气体携带分离，以及由气固分离器的分离效率，可知循环倍率。正像锅炉水循环计算，从循环水速可得出其循环倍率。在这两种情况中，循环倍率均作为设计人员的判断指标。而且，国内用户与制造厂商亦实际用作判断指标。故在本技术条件中采用这一专业名词。(4) 推荐关键技术参数及其依据通过广泛的调查研究，听取有关技术人员和专家的意见与建议，对关键技术参数作了推荐：a.“流化床燃烧温度”（床温）脱硫时应控制在900以下，不脱硫时应控制在1000及以下，且要比灰熔融性变形温度DT(t1) 至少低200。无锡锅炉厂 脱硫时 870 ；不脱硫时 950四川锅炉厂 脱硫时 850 - 870 ；不脱硫时 920杭州锅炉厂 900哈尔滨锅炉厂 CPC型 871江联集团江西锅炉厂 Bio-fluid型 827 - 844 （可耐福石膏板厂）b.“循环倍率”对我国目前所用宽筛分煤（通常0 mm 10 mm），采用炉外循环可选用3 40，对低灰分的优质煤、石油焦用石灰石作循环物料进行炉外循环，宜选用20以上。哈尔滨锅炉厂 CPC型 16.8江联集团江西锅炉厂 5 20济南锅炉集团有限公司 10 20c.“燃煤流化床空截面流速”（冷态流化风速）对鼓泡流化床无飞灰回燃，冷态风速宜控制在0.7 m/s 0.9 m/s；有飞灰回燃时控制在0.8 m/s 1.1 m/s。对循环流化床则冷态风速宜控制在0.9 m/s 2.0 m/s。无锡锅炉厂 循环流化床0.8 m/s - 1.1m/s杭州锅炉厂 循环流化床1.1 m/s - 1.3m/s北京巴威锅炉厂 循环流化床1.04 m/s5 结束语 “流化床燃烧装置技术条件”的制订对流化床锅炉产品逐步