中温分离循环流化床生物质锅炉设计

中温分离循环流化床生物质锅炉设计

1锅炉炉墙和炉籽在该部门的组织中，作者开发了75吨绕式多功能生活污水处理厂。该锅炉采用中央温分离、低循环能耗和流畅流场燃烧模式。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45%。正常运行时,密相区为湍流床,床温始终控制在860~900℃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,空气的分级送入又造成低温缺氧燃烧环境,降低了NOx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990℃左右。另外,蒸发管下部的炉膛高度达20米左右,而炉膛内的烟速在4~5m/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80%的热量被吸收,烟温降至450℃左右后进入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,其余部分落入螺旋除灰器,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140~160℃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特定结构和工作流的特定过程2.1锅炉锅筒和蒸发管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,减温水经过喷嘴喷入减温器内,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50%~100%负荷变化范围内保证蒸汽参数。2.2回送装置炉前给料装置分别将生物质燃料和石灰石及时准确地送入炉内,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5400mm,宽度为7200mm。由标高~14050mm起向下在深度方向上变为倒梯形。密相区在底部,标高约为4550mm。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115mm。旋风分离器共有2个,用10mm厚的20#钢板制成,内设有防磨内衬。分离器效率为97%~99%。额定负荷时工作温度400~500℃。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ϕ426×14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ϕ219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6535mm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870℃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,点火迅速。2.3空气预热器、一次风和二、三次风布置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入燃烧室,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25~40℃。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ϕ40×3规格的普通碳钢管,其余使用ϕ40×1.5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:0.45/0.55,出口风温~200℃。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,顶部及底部由后水冷壁弯管与扁钢焊制而成,管子中心距为200mm。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入浓相床,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DN200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主蒸汽控制技术为保证锅炉安全、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》SDJ1和《火力发电厂热工自动化设计技术规定》NDGJ16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SO2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燃烧控制复杂时对生物质燃料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