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做座一种节能环保型循环流化床锅炉开发设计

发布时间:2021-10-09 01:16:01 阅读: 来源:球磨机厂家
做座一种节能环保型循环流化床锅炉开发设计

一种节能环保型循环流化床锅炉开发设计

循环流化床锅炉是使用循环流化床清洁燃烧技术的一种高效节能、低污染产品,其主要特点是:

(1)锅炉炉膛内含有大量的物料,这些物料循 环带来了高传热系数,使锅炉热负荷调节范围广,对燃料的适应性强,能够改善锅炉燃烧的能源结构。

(2)循环流化床锅炉运行温度常在870——910℃ ,这是个理想的脱硫脱硝温度区间,可以使脱硫效率达到96%左右,炉内脱硫后SO2的排放量可以达到100mg/m3 ( 标态) 以下。同时循环流化床采用低温分级送风燃烧,使燃烧始终在低温低过量空气系数下进行,大大降低了NOx的生成和排放,采用低温燃烧分级送风后锅炉本身的NOx排放量可以达到100mg/m3(标态)以下,实现了环保节能和谐并存,这是其他炉型无法实现的。

(3)循环流化床锅炉具有高燃烧效率、可以燃用劣质燃料、灰渣易于综合利用等优点,因此在世界范围内得到了迅速发展。随着环保要求日益严格,循环流化床锅炉成为目前最实用和可行的高效低污染燃煤设备之一。

下面以一台160t/h的次高温次高压节能环保型循环流化床锅炉为例,简单介绍该种锅炉的开发设计。

1 锅炉概况

1.1 主要设计参数

1.2 设计燃料

(1)设计煤质:AⅡ,燃料特性如下:

(2)煤的粒径范围:0——13mm,50%切割粒径d50=1.5 mm,小于200μm的份额不大于10%,粒度大于13mm的不大于10%。

1.3 脱硫剂

脱硫剂为石灰石,成分见表1

该台锅炉创造性地在二次风管内设置了独立的石灰石接口,通过气力输送设备喷入炉膛进行脱硫, 并控制脱硫时的温度场,即流化床燃烧温度一般应控制在870——910℃ 。石灰石的粒度范围在0——2mm,50%切割粒径d50=250μm,入炉粒径级应满足表 2 的要求。

1.4 锅炉基本尺寸

1.5 理论计算风量、风压

理论计算风量、风压见表3。

1.6 锅炉结构简介

该锅炉为单锅筒横置式,单炉膛、自然循环、悬吊结构,全钢架π型布置 ,集中下降管。运转层设置在8m标高,操作层5,4m设置钢平台。如图1所示。

锅炉燃烧系统主要由炉膛、绝热旋风分离器、自平衡回料阀和尾部对流烟道组成。炉膛采用全膜式水冷壁,锅炉中部是绝热旋风分离器,尾部竖井烟道布置两级三组对流过热器,过热器下方布置两组光管省煤器,省煤器下部布置一二次风各三组空气预热器,同时在炉膛上部沿炉膛高度在炉膛前侧设置有屏式蒸发受热面,使锅炉负荷大范围变动时蒸汽参数保持稳定,改善炉膛温度场的均匀性,提高锅炉的低负荷运行能力。

锅炉的给水经过水平布置的两组光管省煤器加热后由导水管进入锅筒。合格的饱和蒸汽从锅筒顶部的蒸汽连接管引至吊挂上集箱、吊挂管束、过热器管系、高温过热器出口集箱,最后引向汽轮机。

2 锅炉设计特点及主要构成介绍

2.1 设计特点

该锅炉设计按照“定态设计、图谱指导、流态重 构”的理论指导,通过“物料平衡、颗粒级分、低床压贫氧运行”的措施,达到“节能高效、低硫低氮”的效果。

该锅炉采用循环流化床燃烧方式,固体物料 (灰、未燃尽碳)在整个循环回路内反复循环燃烧, 提高燃料的燃尽率及锅炉热效率。

该锅炉采用独创的脱硫脱氮技术,实现锅炉的低排放目标:锅炉根据喷射和扩散混合的原理,在二次风风管内设置了独立的石灰石接管,通过气力输送设备提供的高动力,把石灰石高速喷入炉膛进行脱硫,加强了石灰石和燃料的混合扰动效果,提高了脱硫效率及石灰石的利用率,在不投入其他额外设备的情况下保证锅炉的SO2初始排放在100mg/m3(标态)以下。通过调整锅炉一次风比例,控制锅炉的过量空气系数达到贫氧燃烧;在保证锅炉循环燃烧的情况下,创造性地通过在锅炉返料灰中加入冷 灰的方法,调节锅炉炉膛燃烧温度,保证锅炉炉膛的低温均匀,为锅炉的低氮排放提供了充分条件;仅通过锅炉本身的燃烧调整保证锅炉的NOx初始排放在100mg/m3(标态)以下。相比其他的循环流化床锅炉需要配备额外脱硝脱硫设备,并且这些设备运行和维护费用很高,通过开发利用该锅炉具有自身特色结构,通过燃烧调整,达到了国家要求的环保指标,实现锅炉节能低氮环保目的。

2.2 锅炉主要构成介绍

2.2.1 主要设计特点

锅筒、锅筒内部设备及附属部件

(1)锅筒:锅筒内径直径1600mm,厚度为46mm,筒身长约9400mm,全长约11360mm,两端采用球形封头,材料为Q345R。

(2)锅筒内部设备:锅筒内采用单段蒸发系统, 布置有旋风分离器、清洗孔板和顶部百叶窗等内部设备,它们的作用在于充分分离汽水混合物中的水, 并清洗蒸汽中的盐,平衡锅筒蒸汽负荷,以保证蒸汽品质。

(3)附属部件:锅筒上还设全部标准体系包括3个层次的标准:第1层次是通用/基础标准计有加药管、紧急放水管、连续排污管等管座。锅筒采用两个U型吊架,将锅筒悬吊在顶板梁上,吊点对称布置在锅筒两端,锅筒可向两端自由膨胀。

2.2.2 水冷系统

(1)炉膛水冷壁

根据定态设计理论的原则,考虑到合理的炉膛 流化速度,炉膛截面尺寸设计为8610mm×4530mm ,呈长方形结构,炉膛设计流速控制在5m/s以下,以提高燃料的一次燃尽率。同时在炉膛的中前上部布置有屏式蒸发受热面。沿炉膛水冷壁高度方向上布置刚性梁(含三层止晃导向装置),以增加整个炉膛的刚性和抵抗炉内正压燃烧引起的水冷壁变形。主燃烧室工作温度870——910℃,由于烟气携带大量循环物料,其热容量很大,故整个炉膛温度较均匀,利于燃料和石灰石的混合,兼顾低氮燃烧,降低污染物排放。

锅炉前后水冷壁下部密相区处管子与垂直线成一定夹角收缩,形成上大下小锥体。锥体底部是水冷布风板组成水冷流化床,布风板上布置低阻力、不倒灰钟罩式风帽,保证锅炉的低床压运行,实现节能目的。

炉膛中、上部,炉膛截面尺寸为8610mm×4530 mm。采用让管及敷设耐磨浇筑料的方法防磨。

锅炉炉膛风帽、炉膛截面、炉膛让管的结构设计 考虑了运行时低床压、低流速、低磨损,为锅炉低耗电创造了物质基础。锅炉的低床压配合高穿透力的二次风,达到最低的过量空气系数、合适的炉膛燃烧温度,为锅炉的低氮燃烧创造了条件。气力输送的脱硫剂,加强了燃料和脱硫剂的充分混合,配合冷灰调节炉膛燃烧温度,为锅炉的低硫、低氮、达标排放创造了条件。

(2)在打到高吨位时固定装置及其他

水冷壁全部重量都通过吊杆装置悬吊在顶板上。水冷屏则通过其出口集箱上吊杆悬吊在顶板上。为了运行和检修的需要,水冷壁上在不同高度设置了人孔、看火孔、温度测点、压力测点,水冷壁顶部设置了检修绳孔。

2.2.3 过热器系统及汽温调节

锅炉采用悬挂管吊挂形式,在尾部烟道布置有对流过热器并配一级喷水减温器的过热器系统。其 中,高温过热器位于尾部烟道的最上部,双管圈光管 水平顺列布置;低温过热器位于高温过热器下部,共有二级,双管圈光管水平顺列布置;在低温过热器与高温过热器之间设置有一级给水喷水减温器进行气温调节。这种布置方式,烟气流动均匀,减少烟气涡流产生额外能量消耗.

2.2.4 省煤器

省煤器布置在低温过热器之后,共有两级,单管圈水平错列、逆流布置。采用双侧进水、双侧出水, 最大限度地降低水泵的电耗。省煤器通风梁支撑梁结构独立支撑在尾部护板的框架上。

2.2.5 空气预热器

在省煤器后布置有三级空气预热器,管束卧式顺列布置,一次风和二次风管箱分别交错并列平行布置。一二次风空气预热器分上、中、下三个管箱,仅最末一级空预器管箱管子采用直径50mm ×2mm的耐腐蚀的10CrNiCuP(考登管)。空气预热器的支撑通过箱形梁将其重量传递至锅炉尾部钢架上。

2.2.6 燃烧系统设备

燃烧系统设备主要有给煤装置、布风装置、排渣

装置、二次风装置、床下点火燃烧器等。炉膛前墙布置3个耐压称重式密闭皮带(或链式)给煤机,以满足炉膛微正压燃烧的需要。布风板上均匀布置钟罩式风帽。

经过空预器预热的二次风由炉膛前墙、后墙分两层分别送入炉膛下部空间内以强化燃烧和供氧。

2.2.7 石灰石脱硫装置

该锅炉创造性地在二次风管上设置了独立的石灰石接口。为了达到低硫排放标准,石灰石的粒径一般控制在0——2mm,同时控制流化床燃烧温度(一般应控制在870——910℃)。石灰石宜通过仓泵等设备单独由气力输送系统喷进炉膛,燃料及脱硫剂经多次循环,反复进行低温燃烧和脱硫反应,加之炉内湍流运动剧烈,Ca/S摩尔比为2——2.2时,可以使脱硫效率达到96%以上,SO2 的排放量经过炉内脱硫即达到主要是方向盘要常常盘旋100mg/m3(标态)以下。

2.2.8 锅炉脱硝系统

通过燃烧调整降低NOx排放主要有两种措施:一是控制燃烧过程中氧量的供给,从根本上抑制NOx的产生:二是采用合适的炉膛温度,降低热力型NOx的产生。

该锅炉采用低温分级送风的炉内低氮燃烧技术,在确保一次风满足床料流化需要的前提下,合理地将二次风管喷嘴沿炉膛高度方向分两层分别送入炉膛下部空间内。运行中通过调节一二次风的风量及上下级二次风的风量来控制燃烧,可以使燃烧始终在低过量空气下进行,从而大大降低了 NOx的生成;同时通过返料装置上设计的冷灰入口,通过炉外冷灰的量控制炉膛温度在870——910 ℃(这个温度主要兼顾SOx的排放),经过以上措施,在锅炉额定负荷下,氮氧化合物排放一般能够达到100mg/m3甚至70mg/m3以下。

由于炉内低氮燃烧技术的局限性,对于燃煤锅炉,采用改进燃烧技术可以达到一定的NOx效允许他们将昂贵的高性能连续纤维材料只铺放到必要的地方果,但满足国家将来的超低排放标准还有一定的差距。为了进一步降低NOx的排放,必须对燃烧后的烟气进行脱硝处理。因此,锅炉在设计时考虑了包括选择性非催化还原法(SNCR)和选择性催化还原法(SCR)、SNCR/SCR混合法工艺等接口和空间,以供用户选择。

2.2.9 分离返料系统

分离器是循环流化床锅炉的核心组成部件,该锅炉采用高效绝热式旋风分离器技术,在炉膛出口并列布置两只绝热式旋风分离器,采用中心筒偏置方式及进口烟道下倾式结构,这样既结构简单,分离效率又高。

绝热旋风分离器与炉膛岀烟口之间、旋风分离器的返料装置与炉膛之间、绝热旋风分离器与分离器岀烟口之间分别装有非金属膨胀节,以补偿其胀差。

每个绝热旋风分离器料腿的下部均装有一个小风量、低压头、高流率的自平衡返料系统,以使物料顺畅地返回炉膛。

3 结束语

该锅炉已经在河南某地投入运行,在锅炉负荷165 t/h工况下,锅炉炉膛温度为885℃,锅炉排烟温度约为132℃,过量空气系数为1.25,尤其是SOx的监测排放量为82mg/m3(标态),NO 的监测排放量为65mg/m3(标态),达到国家标准要求的100mg/m3(标态)以下,而锅炉系统的自耗电低到了每吨汽9.4度,环保及节能效果明显。锅炉其他各项参数也达到了设计要求,锅炉运行状况良好,说明在设计上比较成功,尤其是锅炉的低阻力风帽设计,相对较大的床面积及炉膛截面积设计,从结构上保证了锅炉的低能耗; 锅炉的低床压运行,较低的一次风供给量和较高二次风流速,配合炉膛内的水冷屏设计及冷灰调温的理念,使锅炉运行达到了合适的炉膛温度,保证了锅炉较低污染物排放,为下一代节能环保型的循环流化床锅炉的开发设计提供一个有益借鉴。

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