煤粉锅炉与循环流化床锅炉之比较

1、煤粉锅炉与循环流化床锅炉之比较本文旨在抛砖引玉, 通过总结, 为新建化工企业项目在动力锅炉选型时提供 参考,权衡利弊,做到有的放矢,达到企业的环境效益最大化。 循环流化床锅炉燃烧技术是具有燃料适性好、 燃烧效率高、 气体污染物排放 低、负荷调节范围大、飞灰和炉渣可综合利用等优点的洁净燃烧技术。近 20多 年,特别是近 5年来循环流化床锅炉在我国得到突飞猛进的发展,目前 220480T/H的循环流化床锅炉在我国就有 300多台,但在使用的过程中也暴露了许 多问题,主要如下:锅炉受热面的磨损、爆管;耐火防磨内衬材料磨损、开裂脱 落;风帽的漏渣、磨损;冷渣器的落渣堵塞;燃煤粒径过大;灰渣含碳量高;蒸

2、 汽温度难以保证; 燃烧系统热工自动化无法投用; 辅机配套不成熟、连续运行时 间短等缺点,在选型时值的慎重考虑。(一循环流化床锅炉相比煤粉锅炉的优点:1对燃料适应性特别好。 循环流化床锅炉通过分离器及返料阀组成飞灰再循 环系统, 煤质的燃烧产生的飞灰循环量大小的改变可调节燃烧室内的吸热量及床 料温度, 只要燃料燃烧产生的热值大于把燃料本身及燃烧所需空气加热到稳定温 度(850950所需的热量,这种煤就可在流化床内稳定燃烧,因此,各种煤 几乎都可在流化床锅炉中燃烧, 用来烧各种劣质燃料最好不过。 对于燃料煤质量 供给不稳定的企业是一种比较好选择。而煤粉炉对煤质的要求较高, 某公司煤粉炉设计煤种为

3、陕西黄陵煤, 因市场 问题, 先后进行了陕西和甘肃其他地区煤矿的煤试烧, 均未成功,试烧时存在炉 膛喷燃器、 过热器结焦, 给煤机断煤等现象,使锅炉无法正常运行,煤粉炉对煤种 适应性差的现象比较明显,现只能燃用设计的黄陵煤种。2燃料系统比较简单。 流化床锅炉是适合于燃用宽筛分燃料 (煤粒度要求为 粒度范围 0-10mm, 50%切割粒径 d50=2mm , 燃料的制备破碎系统大为简化。 所以, 循环流化床锅炉本体造价高于同容量的煤粉炉, 省去了复杂的制粉系统, 整体投 资含土建仍低于煤粉炉。3燃烧效率高。 对常规的煤粉锅炉, 若煤种达不到设计值,效率一般可达到 8595%,而循环流化床锅炉采用

4、飞灰再循环系统,燃烧效率可达到 9599%。 S J E E A G Q I4负荷的调节范围宽,调节性能好。煤粉锅炉的负荷调节范围通常在 70110%, 在低负荷时煤粉炉需投油枪进行助燃; 而循环流化床锅炉由于炉内有大量 床料, 蓄热能力强,采用了飞灰再循环系统,调节范围要比煤粉炉宽得多,一般 为 30110%,负荷调节速率可达(510B-MCR/min。故循环流化床特别适应 于热电联产、热负荷变化较大的供热锅炉或调峰机组锅炉使用。5燃烧污染物排放低。向循环流化床锅炉内加入脱硫剂(石灰石或白云石 粉 ,可以脱去燃烧过程中产生的二氧化硫(SO2 。根据燃料中含硫量决定加入 的石灰石剂量, 在 C

5、a/S摩尔比=22.5时, 脱硫效率可达 90%。 和煤粉炉比较 (煤 粉炉利用湿法脱硫的成本:利用国外技术平均费用 13001500元/KW,国内技术 平均费用 1000元/KW ,流化床锅炉在烧高硫煤时有较大的成本优势。流化床锅 炉最佳的燃烧温度在 850950, 在这个范围适合脱硫反应, NOx 生成量明显减 少, 排放浓度在 100200ppm,低于煤粉炉的 500600ppm, 循环流化床锅炉的其 它污染物排放如 CO、 HCl、HF 的排放也低于煤粉炉;对煤粉炉而言,要从烟气中 脱除 NOx,造价比煤粉炉脱硫的费用还要大得多。循环流化床锅炉在 SO2、NOx 的排放量完全能达到国家

6、环境排放标准, 使它与煤粉锅炉在环境排放方面竞争有 绝对的优势。6燃烧热强度大, 炉内传热能力强。 由于循环流化床锅炉采用飞灰再循环系 统,燃烧热强度比较高,截面热负荷可达 38MW/m2,接近或高于煤粉炉, ,炉膛 容积热负荷为 1.52MW/m3是煤粉炉的 810倍。 流化床炉内传热主要是上升烟 气和物料与受热面的对流换热和辐射换热 ,炉膛内气固两相混合物对水冷壁的 传热系数比煤粉锅炉炉膛的辐射传热系数大得多。 与煤粉炉相比较, 可大幅节省 受热面的金属耗量。7给煤点数量少, 布置简单。 循环流化床锅炉横向混合特性较好,给煤点较 煤粉炉少 ,如 220T/H只有 4个给煤点,给煤点的减少简

7、化了给煤装置的布置, 使给煤点不易结焦,运行可靠。 8易于实现灰渣的综合利用。流化床的底渣含碳量一般为 13%,飞灰含碳 量 415%,流化床锅炉最佳的燃烧温度在 850950,与煤粉炉相比较属中低 温燃烧, 产生的灰渣不会软化和黏结, 活性较好,可用作制造水泥的掺和料或者 建筑材料,综合利用前景广阔。S J E E A G Q I(二循环流化床锅炉相比煤粉炉的缺点:1循环流化床锅炉风机电耗大、 烟风道阻力高。 相对于煤粉锅炉,流化床锅 炉一次风机、 二次风机、 流化风机压头高;流化床独有的布风板装置和飞灰再循 环燃烧系统使送风系统的阻力远大于煤粉锅炉送风的阻力, 煤粉炉送风机风压一 般在 2

8、KPa 以下,而流化床锅炉的送风机风压一般运行在 10KPa 以上,电耗大, 噪音高,震动大。一般循环流化床锅炉用电比率比煤粉炉至少高 45%以上。2锅炉部件的磨损较严重。 由于流化床锅炉内的物料成高浓度、 高风速的特 点,故锅炉部件的磨损比较严重。虽然采取了耐火耐磨浇注料处理、喷涂处理、 密稀相区让管等防磨措施处理, 但实际运行中循环流化床炉膛内的受热面磨损速 度仍远大于煤粉锅炉。 某企业流化床锅炉在运行一年半后出现首次炉膛内屏式过 热器爆管, 对过渡区水冷壁进行测厚, 60×6与51×6的 20G/GB5310的水冷 壁管, 部分水冷壁管磨损的壁厚减薄量为 1.5mm,

9、占到壁厚的 25%, 已接近减薄量 为大于原厚度 30%水冷壁管更换标准。 密稀相区交界处的管壁磨损处理修复要比 煤粉炉难度大得多。3耐火耐磨层磨损、 开裂和脱落是流化床锅炉比较棘手的问题。 流化床锅炉 使用耐火材料的部位和数量比煤粉炉要多许多。而由于耐火耐磨材料选择不当, 或者施工工艺不合理,或者烘炉和点火启动中温度控制不当,升温、降温过快, 导致耐火材料中蒸发水汽不能及时排出, 或者热应力过大, 造成耐火材料内衬破 裂和脱落。 密相区内耐火材料的的脱落将破坏正常的床料流化工况, 造成床料结 渣。 分离器、 料腿及返料阀系统耐火材料的的脱落将堵塞返料系统结渣,物料循 环破坏, 循环流化床锅炉

10、变成鼓泡流化床锅炉,蒸发量无法维持,被迫停炉。而 在煤粉锅炉中不存在这个问题, 因煤粉锅炉冷灰斗耐火材料的脱落及结渣而影响 停炉的事故很少见。4点火启动时间长。 循环流化床锅炉点火启动时间除受汽包升温速率的影响 外, 还受到耐火防磨层内衬材料温升和能承受的热应力限制。 温升过快,耐火防 磨层内衬材料热应力将超过允许热应力出现开裂。 所以, 对循环流化床锅炉点火 启动时间和升温速率有严格要求。 汽冷旋风分离器的循环流化床锅炉从冷态启动 到带满负荷的时间一般控制在 68小时。而煤粉锅炉因无大面积的耐火防磨内 衬材料, 点火启动只考虑汽包升温速率, 点火时间相对较短,冷态在 56小时就 S J E

11、E A G Q I可达到设计负荷。5循环流化床锅炉对燃料适应性广, 但对燃煤粒径要求严格。 循环流化床锅 炉燃煤粒径一般在 010mm之间,平均粒径在 2.53.5mm之间,如果达不到这 个要求, 将带来运行中的不良后果, 锅炉达不到设计蒸发量, 主汽温度难以保证, 灰渣含碳量高,受热面磨损严重。6N2O 生成量较煤粉炉高。与高温煤粉炉燃烧过程相比较,循环流化床锅炉 燃烧温度较低,NOX(NO、NO2等氮氧化物的总称生成量较少,但 N2O 的生成 量较大, , 它俗称 “笑气” , 是一种强温室效应气体, 对大气臭氧层具有破坏作用, 导致紫外线直接照射到地球上, 引发皮肤癌。目前国际上对“笑气

12、”排放比较关 注。7循环流化床锅炉尾部受热面的磨损比煤粉炉大。 循环流化床锅炉的飞灰份 额比煤粉炉小, 但飞灰粒径比煤粉炉大得多, 在运行中如果分离器效果差或烟气 流速大,将导致过热器、省煤器等受热面磨损严重。8循环流化床锅炉的核心部件风帽较易磨损。风帽通风孔之间的横向冲刷, 及高速床料对风帽的磨损容易引起风室漏渣、流化效果恶化、结焦、沟流现象, 影响锅炉负荷。 而风帽的维修异常困难, 需要先清除布风板上几十吨的惰性床料, 然后又回装,检修周期长,劳动力需求大。煤粉炉就不存在这个问题。9运行维护费用较高, 运行周期短。 循环流化床锅炉本体, 包括耐火防磨层, 金属受热面和风帽磨损严重, 导致流

13、化床日常维修费用较煤粉炉高。 由于本体及 辅机事故比煤粉炉多, 循环流化床锅炉连续累计运行时间比煤粉炉短, 煤粉炉年 运行时间可以达到 8000h/y以上,而流化床几乎不可能,运行周期能达到 100天就不错了。2006年某企业循环流化床锅炉在运行过程中,停车 17次,因流化 床本身问题停车10次, 本年度共运行:6027.37h (约 251.14天 停运:2733.73h(约 113.90天, 单次连续最长运行时间:约 1063.42小时(44.3天 ,但该台循环 流化床锅炉 2007年已运行 100天未检修, 有记录循环流化床锅炉运行过 180天! 对适应化工系统安全、稳定、长周期运行的要

14、求有一定的差距。10循环流化床锅炉实现自动化控制难度大。循环流化床锅炉的燃烧系统较 煤粉炉复杂得多, 对床压的控制、床温的控制、返料系统风量的控制,都是煤粉 锅炉所没有的,加之炉内磨损严重,压力、温度测点连续投运可靠性无法保证, S J E E A G Q I自动化控制较煤粉炉难得多,风烟系统自动控制能达到单冲量自动控制就不错 了,而煤粉炉通过调试可以达到燃烧系统自动控制,减少了操作人员的工作量。 这是循环流化床锅炉所不具备的。综上说述, 循环流化床锅炉在运行中的问题要较煤粉锅炉多, 连续运行小时 数要比煤粉炉短, 在化工行业选型中, 如果燃料煤质供应可靠,燃料含硫量低可 考虑煤粉锅炉,它具有

15、燃烧稳定, ,辅机技术成熟自动化程度高,易于操作,运 行周期长,维修量相对较小的优点,适合化工系统长周期安全稳定运行的特点。 反之, 若立足于燃烧劣质煤,供煤质量不稳定,且煤质含硫量高,环境排放要求 苛刻,属于供热、调峰、热电联产类的供热形式,良好的脱硫成本,对各种煤质 良好的适应性,考虑循环流化床锅炉是好选择。相关概念:1锅炉的分类有很多种,按燃烧方式可分为:火床燃烧锅炉、火室燃烧锅炉、 流化床燃烧锅炉和旋风燃烧锅炉。 循环流化床锅炉是流化床锅炉的一种; 煤粉炉 是火室燃烧锅炉的一种。2层燃与室燃的区别:室燃锅炉包括燃煤 (即煤粉锅炉、燃气锅炉和燃油锅炉。煤粉炉首先要通 过磨煤机把煤磨到一定细度再以一次风送入燃烧器并引燃, 增加二次风、 三次风 等以利继续燃烧。煤粉悬浮在燃烧室空中,混合燃烧剧烈。流化床燃烧方式是一种介于层状燃烧和悬浮燃烧方式之间的燃烧方式, 床内 的固体颗粒可以像流体一样从底部或侧面的空口中排出。可以想象一下, 床层的固体燃烧颗粒放在一块既能使气体通过又能在床层静 止或者流体速度较小时不使颗粒落下的托板上, 那么, 不算提高通过床层的气体 速度, 燃料层就会随着气流速度的增大而相继出现不同的状态。 随空气流速度的 增大, 床料开始膨胀, 燃料高度发生变化,气体对固体颗粒产生的作用力与固体 颗粒所受的其他外力相平衡(主要是重力 ,固体颗粒呈