掺烧半焦对循环流化床锅炉设计的影响

Alexandria2020

掺烧半焦对循环流化床锅炉设计的影响

0 引言

半焦是煤热解气化后的副产物，半焦具有高灰分、低挥发分、高含碳量、难以燃烧等特点。炉膛、分离器、回料阀构成了循环流化床锅炉物料热循环回路，煤在燃烧室燃烧后产生的烟气进入分离器，进行气固分离，经过分离器净化的烟气进入尾部烟道。热循环物料分为两部分，一部分通过回料阀直接返回炉膛; 另一部分进入气化炉，将气化炉内的煤热解气化，热解气化后的半焦和循环物料一起返回炉膛继续参与燃烧。经气化炉干馏后的半焦介于烟煤和贫煤之间。

1 锅炉主要燃料分析

1.1半焦分析

半焦分析如表 1 所示。

表 1        半焦元素分析

1.2半焦的燃料特性分析

半焦的燃料特性分析如表 2、表 3 和表 4 所示。从以上计算可知，半焦挥发分极低，燃料的热爆性差，着火特性、稳燃特性和燃尽特性均较差。另外，氮和硫含量低，对于污染物的排放有利。从半焦的微观物理特性来看，因煤气化后形成的半焦微孔较多，比石油焦具有更好的着火特性和燃尽特性。

表 2 着火特性判别

表 3 稳燃特性判别

表 4 燃尽特性判别

图 1 电子显微镜下的半焦

综合以上特点，半焦可满足 CFB 锅炉的燃料要求，但需要合理设计布风系统、流化系统和合理选择床温等关键性参数。

2 针对半焦燃料所采取的措施

针对半焦燃料的特点，在锅炉方案设计中需对以下几个方面做特殊考虑:

2.1选取较高的运行床温，强化碳颗粒的燃尽

由于半焦的燃尽性较差，因此合理的床温是保证锅炉燃烧效率的重要因素之一。在保证污染物排放量的前提下，选择了床温为 910℃ ，降低未燃碳损失，提高燃烧效率。随着运行床温的提高，锅炉的燃烧效率逐渐提高的，但受低 Nox 排放的限制，运行床温又不能过高。根据大型高参数锅炉的运行经验，选取炉膛床温为 910℃ 。

2.2合理的炉膛流化速度

由于燃料中灰分含量高，燃尽性差，需充分考虑燃料在炉内的停留时间和燃尽时间，设计足够的炉膛容积并选择了较低的流化速度( ～ 5m / s) 将会有效提高其燃尽率，使燃料在炉膛内有足够充分的停留时间，降低飞灰含碳量，提高燃烧效率。

2.3独特设计的高效分离器

半焦一次燃尽率低，需配套高效旋风分离器。通过 Fluent 软件对旋风分离器的关键参数进行优化，提高旋风分离器的高效分离效率。在 350MW 超临界机组上，对同类型旋风分离器实际运行进 行取样分析，确保分离器效率满足要求。采用数 模和物模等手段进行研究，对分离器进一步提效， 新型旋风分离器的应用将使半焦的燃尽率进一步 提升。

2.4给煤、半焦给入点和排渣的设计

150 MW 锅炉方案中，采用 2 点前墙给煤+ 2 点后墙给半焦，给煤口设置播煤风，保证给煤进入炉内后很好的播散和混合。底部 2 点排渣，可使排渣口远离給煤口和半焦口，避免燃料直接进入冷渣器。

300 MW 锅炉方案中，采用 4 点回料阀给煤+4 点回料阀给半焦，给煤和半焦进入回料阀内首先与回料阀内的高温灰混合，保证燃料进入炉膛前与物料充分接触。“裤叉腿”内部 6 点排渣，可使排渣口远离給煤口和半焦口，避免燃料直接进入冷渣器。

2.5采用补燃技术

15%的理论空气量由分离器出口烟道给入， 降低 NOx 及飞灰含碳量，提高燃烧效率。对分离器出口燃尽风与锅炉烟气流场进行模拟，使混合 标准差控制在 15%以内。

2.6降低 NOx 原始排放的特殊考虑:

为了控制锅炉原始 NOx 排放值，采用了大量的针对性设计，现简要说明如下:

2.6.1选择合理的运行床温及过量空气系数

运行床温同时被燃烧效率和控制 NOx 排放两方面的因素同时制衡，在追求高的燃烧效率的同时， 必须兼顾控制NOx 的排放量。综合分析本工程的燃料特性和NOx 排放值的要求，根据大型高参数锅炉的运行经验，本工程选取炉膛床温为 910℃。

燃料型 NOx 生成量与氧浓度密切相关，通常在过量空气系数小于 1．4 的条件下，转化率随着氧气浓度上升呈二次方曲线增大。流化床锅炉的NOx 主要在炉膛的密相区生成，控制密相区的氧投入量，即可控制 NOx 的生成量。过量空气系数对燃烧效率和 NOx 生成的影响相反，经综合考虑，本锅炉过量空气系数选取 1．2。

2.6.2保证床温充分均匀

在选取了合理的床温后，必须保证床温均匀， 防止局部床温过高造成 NOx 生成量增加。床温是否均匀主要取决于给煤均匀性和炉内流场的均 匀性决定的。

将所有给煤点和返料点均匀布置，从而保证给煤和返料的均匀性。

炉内流场的均匀性主要由合理的布风和出烟口的对称设计来保证的，布风的均匀性主要指一次风的布风均匀。为了使通过布风板的热一次风布风均匀，采用热一次风从水冷风室后侧均匀给入的方式，并采用大直径钟罩式风帽，风帽分区布置，使一次风的布风更均匀。

2.6.3加大分级燃烧力度及后燃技术研究

燃烧用风按三路给入: 一次风、二次风、燃尽风; 20%的过量空气分成两部分，炉内给入 5%，强化炉内欠氧燃烧环境，降低 NOx ; 分离器出口设置燃尽风，给入 15%的过量空气，降低飞灰含碳量， 提高燃烧效率。

为了兼顾 NOx 减排和半焦燃烧充分性，适当提高密相区氧量，一次风率选取 40%。采用两层二次风方案，提高二次风高度( 布风板上 2． 5 m，5．5 m) 。

采用分离器后燃技术，15% 的理论空气量由分离器出口烟道给入，降低 NOx 及飞灰含碳量。对分离器出口燃尽风与锅炉烟气流场进行模拟， 使混合标准差控制在 15%以内。

2．7        NOx 超低排放的保证措施

NOx 的减排技术采用 SNCＲ 脱硝技术，来实现锅炉 NOx 脱除的目的。在设计煤种、锅炉最大工况( BMCＲ) 、处理 100% 烟气量、脱硝效率不小于 70%，排放浓度不大于 50mg / Nm3 。

在旋风分离器的入口烟道分别设置尿素墙式喷枪。雾化后的尿素溶液在旋风分离器中与烟气充分混合，完成 SNCＲ 脱硝反应。

因分离器入口烟道烟速较高，物料浓度大，在此位置布置喷枪需要着重考虑防磨和防堵。本方案喷枪的喷口埋在耐磨浇注料内，防止伸出部分磨损。在防堵方面，因喷枪采用压缩空气雾化，在不喷尿素时压缩空气也投运，正压空气可防止堵塞。在低负荷时，分离器入口烟道会存在积灰，本方案分离器入口烟道向下倾斜设计，可减少积灰量，另外适当提高下层喷枪的高度，防止喷枪埋在积灰内造成堵塞。

3 结束语

对燃用半焦的循环流化床锅炉技术进行研究，探索燃用半焦的分离器、返料阀等关键部件的设计技术及二次风、布风板、炉膛等整体匹配关系; 分析了关键参数的选择原则。

内容来源：网络