循环流化床锅炉试烧兰炭及新锅炉设计思路

循环流化床锅炉试烧兰炭及新锅炉设计思路

姚宗宝

新疆圣雄电石有限公司，新疆 吐鲁番 838000

摘要：基于兰炭燃料的燃烧特性，对循环流化床锅炉试烧兰炭的案例进行介绍和分析，结合“流态重构”的设计理念，提出研发全兰炭循环流化床锅炉的设计思路和方法。

关键词：循环流化床锅炉；兰炭；锅炉设计

目前，我国许多燃煤电厂对大比例掺烧兰炭甚至全燃兰炭的刚性需求。有些使用者也曾在兰炭中掺入过兰炭，但是效果并不好。目前所面临的问题是：掺杂率不高，普遍低于15%；混烧时，飞灰碳含量升高，无法有效地消除煤粉的自燃现象。本文根据对多个燃煤锅炉掺烧兰炭的实例进行了对比分析，得出了木兰末全燃木兰的最优选择是CFB锅炉。根据兰炭粉的燃烧特点，采用合适的煤粉和煤粉组成的CFB，可以保证煤粉完全燃尽后的煤粉在CFB中的安全可靠的工作。

1.常规循环流化床锅炉掺烧兰炭末的案例

CFB由于其对燃料的适应性和对烟气污染物排放的控制等优点而受到了大部分火力发电企业的青睐。当前，国内在用的燃烧型燃煤电厂已超过3000座，且拥有相当大的运营保有量。

CFB的特点是通过流化床、一次风分级燃烧、高效旋风分离器和高压自平衡回流等设备来构建高浓度大流量的物质循环，并在物质的高效流动的前提下，加强了内部的热辐射，从而实现了高效低污染的运行。

实例一：山东滨州一家客户所使用的YG—130/5—29-M型CFB炉，是一种较老的类型，是一种在2008年投产的CFB炉。混燃：80%的烟煤+20%的兰炭末，兰炭末低热22300千焦/公斤。年久无维护的燃煤电厂，存在着分离装置工作效率低下、炉缸压力偏小、原料流通不畅、床温度无法有效调控、兰炭掺烧率受限、无法实现全载运行等问题。尽管煤粉的可燃量很小，但是由于分离装置的工作特性不佳，煤粉所占比例过大，导致了煤粉燃烧的降低。

实例二：山东滨州一家客户所使用的YG—75/5—29- M型 CFB炉，是一种较老的旧炉，该炉是在2007年度投入使用的。混燃：70%烟煤+30%兰炭末，兰炭末低热23060千焦耳/公斤。在对该锅炉进行检修和改进后，对分离器和流化床等设备进行了改进，使分离器的工作效率显著提高，使炉缸压力超过800Pa，使床温和回料温度得以有效地调控，同时，兰炭的掺量也有了显著的增加，目前掺量已达30%。该炉的热能利用率为87.3%，处于比较高的水平。

从上述实例中我们可以看出，要想进一步增加兰炭的混烧比，必须确保旋风分离器的分离效果。这是由于，提高了分离器的效率，就提高了材料的再循环，可以对床内的温度进行了有效的控制，从而克服了由于局部高温而导致的负载上升受到的限制。而通过提高煤粉的分选性能，可有效降低煤粉的不充分燃烧损耗，进而实现煤粉的高效利用。

2.一台高倍率循环流化床锅炉全燃兰炭试烧案例

依照上述的兰炭掺烧经验，在此基础上，选取具有较高循环性的CFB锅炉，对其进行了试验研究。山东济南一家客户于2019年度新建了两套QXF116-1.6/130/70- M高功率CFB锅炉。在试验过程中，使用了全兰炭作为燃料。兰炭的颗粒大小在0-6毫米之间，不需要进一步地破碎，可以直接入炉燃烧。

该炉体，为一种高效的CFB炉，该炉体设计上，利用“流态重构”技术对其进行了重新配置，从改变炉内流化速率，提高旋风分离器的性能，以及控制入炉原料的粒径等方面对其进行了重新配置。由此，可使原料的密度（炉内压力差）增加，从而加强了炉内的换热介质，实现了“热媒强化”的作用；通过一次风和二次风的分级燃烧，平衡调节炉内温度，形成低氮低硫燃烧气氛。在试验过程中不加入其他的燃料。测试期为2020-3月7日至12日，总时长为120个小时。

锅炉全兰碳的试燃烧流程：用0-6 mm的颗粒制备原料，根据传统的循环流化床锅炉来准备原料，进行冷态测试，锅炉点火等工作。在此基础上，通过调整一次风比例、料层差压、炉膛差压、氧通量、返料温度、返料风压等参数，观测炉膛温度场的动态变化规律，并对烟气中NOx、SO2等进行动态监测。对全兰炭进行了90MW和110MW两种不同的燃烧条件下的实验，并对其进行了煤、灰和炉渣进行取样，得到了相应的操作参数，具体数值如表所示。

表1.燃全兰炭试运行数据

在全兰炭燃料应用下，该机组在满负荷运行条件下，达到了安全可靠稳定运行的目的。原料层的床温为940-950摄氏度，高炉的出风口为950-960摄氏度，回料为950-960摄氏度。在全负荷运行条件下，大渣可燃物0.61%，飞灰可燃物为9.77%，总的热效率可达92.0%。且兰炭具有较好的自我脱硫性能，在没有投入硫化体系时，可实现初始SO2接近于0。

锅炉的初始NOx排放量在200-300 mg/m3（标准状态）之间。SNCR运行后，NOx的排放量低于50mg/m3 （标准状态），达到了NCR的超低排放水平。

3.全兰炭循环流化床锅炉的设计思路

对采用完全兰碳的CFB锅炉，提出了采用下列方法进行控制的方法。

1）扩大熔炼过程中的密集相区域。依据兰炭的特点，通过首先计算出其床面积，然后协同计算出密相区的高（高度为6～8m比常规炉型高度要高）进而计算出密相区内的燃烧率。2）加强分级燃烧和分级配风的实施，并对二次风的高度进行合理的调节。二次风的喷射孔为大口径，大动量的转矩。建议使用42：58的主、次风速组合。3）为了达到炉中灰分含量与炉中热量传递的均衡，应增加了分离装置的工作效能，确保较大的循环量。并注重，使熔池保持在一个合适的温度范围内。本文建议分离装置的设计性能要求：d50=10微米，d99=90微米。4）采用罗茨供风系统，以独立高压头、小风量的供气方式进行供风，并研制设计高压、自均衡U型回料装置。5）通过测量兰炭灰中真实CaO的组成，从烟气中SO2和NOx的协调调控角度出发，结合对烟气中SO2和NOx的检测，在燃用时将真实CaO的钙和硫的比例限制在1.3以下，达到了低氮化的目的。6）超低排放全兰炭锅炉与环保岛的配置：兰炭循环流化床锅炉+炉内钙粉喷射+SNCR+以及内置SCR，后端布袋式收尘器，实现了兰炭炉的环境保护和低碳排放。实现SO2标准〈35 mg/m3, NOx<50 mg="">，粉尘〈5 mg/m3的超低排放。对于高氧化钙兰炭，则应在炉膛中进行喷钙作为后备。对于不含Ca2+或Ca2+含量较少的兰炭，可以采用高炉直接脱硫的方法，实现SO2的超低排放。

结语

综上所述，CFB锅炉全煤试验的顺利进行，为全煤锅炉新品种的开发提供了实际依据。在此基础上，结合试验结果，结合试验结果，对兰炭燃尽问题进行了研究，并给出了相应的改进方法，为兰炭燃尽问题的研究开辟了一条新的道路。

参考文献

[1]胡伟涛,王菲菲,杜汉双等.兰炭浆循环流化床锅炉工业试验探究[J].燃料与化工,2021,52(06):14-16+19.

[2]李静渊,柯希玮,蒋苓等.兰炭循环流化床锅炉燃烧性能模型[J].洁净煤技术,2022,28(06):143-149.