层燃炉与流化床的比较

黑龙江省信诚电站工程有限公司1层燃炉与流化床的比较层燃是指在锅炉在炉排上固定不动地燃烧，又称固定床燃烧方式。采用层燃方式的锅炉有：链条炉、固定炉排炉、抛煤机炉、振动炉和往复炉等。虽然抛煤机炉、振动炉和往复炉的燃烧过程中，燃料在机械外力的作用下，也存在一定的运动，但其主要燃烧特征仍为固定燃烧，因此仍属层燃炉。往复振动炉排是层燃炉的典型代表，如图1、2所示，按炉排布图1倾斜式往复振动炉排1电动机；2偏心轮；3推拉杆；4活动框架；5活动炉排；6固定炉排；7燃尽炉排；8下联箱黑龙江省信诚电站工程有限公司2图2水平往复振动炉排示意图1电动机；2偏心轮；3推拉杆；4活动框架；5活动炉排；6固定炉排；7燃尽炉排；8前拱；9中拱；10后拱；11下联箱置可分为倾斜式往复振动炉排、水平往复振动炉排。我国现行的倾斜式往复振动炉排炉的整个炉排由相间布置的固定和可动炉排片组成。煤由煤斗落到前端的少缝或无缝的炉排片上。固定炉排片尾部固定在铸铁或槽钢制成的横梁上，横梁则架在炉排框架上。可动炉排片的前端搭在固定炉排上，其尾部则座在可动的铸铁横梁上，横梁的两端架在滚轮上，各排的可动炉排的横梁连在一起，作前后往复运动，进入炉内的煤就可借助这种往复运动，不断向前推动，并经过各燃烧阶段形成灰渣。最后实推到专为更好燃尽灰渣而设置的一段平炉排——燃尽炉排上，灰渣燃尽后被推入渣斗。水平往复推动炉排的结构与倾斜式的相同，但其框架是水平或略微倾斜的，炉排片略向上翘，倾角一般在11°～15°，整个炉排的纵剖面呈锯齿形。当活动炉排往向上推动时，将固定炉排片上前部的黑龙江省信诚电站工程有限公司3煤推到它前面一排活活炉排的后部。活动炉排往回运动时，煤受固定炉排阻挡不再随活动炉排返回，这就起到送煤的作用。当活动炉排返回时，其头部的煤向下塌落，煤层的扰动和松动较好。这样，在活动炉排的往复行程内，煤层时高时低，呈波浪式移动，逐渐依次完成燃烧的各个阶段。燃料在炉排上由前往后的移动过程中，在炉内火焰及炉拱的辐射下，逐步燃烧和烧尽。形成的灰渣被炉排翻落至炉后的灰渣斗。层燃炉的燃烧特点是燃烧缓慢，燃烧过程具有十分明显的阶段性和层次性。其燃烧过程一般分为四个阶段；新煤预热干燥、挥发分析出着火燃着火燃烧、固定碳主燃和燃尽灰渣形成阶段。由于新煤加热及后部燃尽阶段，不需要或需要少量的氧气，而中部主燃段需要大量的氧气，因此，需要设置分区通风。前部和后部燃烧温度低，需少量送风，风压低，空气易过剩。中部和后部燃料燃烧旺盛、炉温高，需量大送风，风压高，易形成空气不足。由于燃料在炉排上呈静止状态，空气与燃料、燃料与炉排没有相对运动，燃料与空气的混合、燃料的加热条件较差，燃料的燃烧基本上是由炉排上层至下层，由燃料的表面至焦炭核心，逐渐推进，不但燃烧缓慢，而且时间要求长。因此，当遇到原料水分重、煤质差、炉膛燃烧温度低时，新煤不易着火燃烧。遇到大块燃料时，也不易燃透，因此会形成焦炭随灰渣排出炉外。遇上煤的水分太干和呈粉状颗粒时，由于料层间隙小、透气性差，并且一次风压较低，空气不易穿过料层，燃烧亦不正常。根据层燃炉的燃烧特点，一般层燃炉都具有以下基本特性：黑龙江省信诚电站工程有限公司4（1）煤种适应性差，只适宜燃用挥发分较高和发热量4000大卡以上的烟煤。（而流化床因其优越的保温性能及密封性能最低能烧1800大卡以上的劣质燃料，如煤泥、煤矸石、油页岩、生活垃圾、甚至层燃炉未燃尽的炉渣等）（2）燃烧效率低，机械不完全燃烧热损失大，尤其是燃用劣质煤时，灰渣含碳量较高，造成能源上的浪费，如一些层燃炉燃烧后的炉渣，其低位发热量高达2500大卡以上，也就是说这样的炉渣扔进流化床里还可以继续再烧。（3）炉内传热不强，只能依靠简单的辐射传热，炉内温度受炉排的限制大，温度过高则会烧毁炉排，锅炉热效率不高，一般只有75%左右，而流化床只要运行人员技术到位，能保证在1000℃左右的床温下稳定运行，虽然流化床一般运行温度在850℃至950℃之间与层燃炉基本一至，但依靠其强烈的对流换热，对于循环流化床，其对流换热能力能达到辐射换热的四倍之多。（4）因为炉排上不可能没有空隙，下煤口也过大，因而漏煤漏风严重。（5）结构笨重、耗钢量大，炉排也易卡涩，从而损坏减速，甚至烧坏电动机。（6）不能像流化床一样进行炉内脱硫、脱硝，因而烟气排放达不到国家环保要求，如要上马，难以通过审批，就算侥幸通过，也会随着国内不断加大的环保力度而随时面临停产的危机。黑龙江省信诚电站工程有限公司5如采用炉外脱硫，则会大大增加设备投资，从而增大投资的回收不了风险。20世纪70年代以后，随着改革开放的推进，我国工业生产高速发展。由于工业生产的迅猛发展，锅炉的使用数量越来越多，各个企业对燃煤的需求日益提高，煤碳作为一种不可再生的资源，随着世界能源的日益枯竭，在国内国外煤价不断上涨的背景之下，传统的优质煤资源成为了各用煤企业的沉重经济负担，而另一方面，在我国还存在大量发热量低的劣质煤碳资源急需利用，流化床技术作为一种清结高效的燃烧技术得已引进和发展。下排气旋风分离器循环流化床示意黑龙江省信诚电站工程有限公司61凝渣管；2高温过热器；3低温过热器；4省煤器；5空气预热器；6下排汽旋风分离器；7返料器；8风室；9给煤装置一、流化床锅炉燃料在燃烧时，固体颗粒与气流组成混合体具有流体的特征：（1）流动性，即流化床内的炉料都在不停地流动，不充许有静止的死料。（2）流体的不定形性，即流体形状随着风道及容器的形状而改变。（3）床截面各处物料的密度基本一致。（4）流化床内各处的温度基本一致。（5）物料在床内的沸腾高度，即流体液面高度基本一至。（6）床内同一截面高度各点的压力基本一致。（7）在床的底面或任一高压段侧面开口，流体会向外溢出。由于流化床内燃料颗粒存在剧烈的流化运动，对燃烧有如下好处：（1）燃料与空气的混合条件好，整个颗粒外表面会被空气包裹。（2）在颗粒之间的相互碰撞中，燃烧时颗粒表面形成的灰很容易剥落，使燃烧加快，时间缩短。（3）新煤入炉后，与流化床内的高温物料迅速混合在一起运动，煤加热着火条件好。（4）流化床内各处温度基本一致，燃烧反应既剧烈又一致，不像层燃炉只有主燃烧才剧烈，加热和燃尽区温度低、反应慢。（5）流化床内燃烧形成的灰渣，由司炉根据灰渣的燃尽情况来掌握定期排放。燃料在炉内的燃烧时间较充足，所以燃料在流化床黑龙江省信诚电站工程有限公司7内获得较高的燃烧效率，因而流化床冷渣的含碳量比层燃炉要低得多。其炉内燃烧热强度也比层燃炉要高得多。（6）循环流化床的调负荷能力出众，其运行中稳定加升荷能力最快能达到每分钟7%，稳定降负荷能力最快能达到每分钟12%,在保证水循环倍率的前提下，最低负荷运行能力甚至能达到25%（7）对于密相区绝热布置的循环流化床，能实现瞬间压火停炉，也就是从100%负荷降到0，而不会丝毫损坏锅炉本结构，为锅炉事故处理、简修提供便利。压火后还能进行极热态起动、热态起动、温态起动，从而快速恢复生产，减小停产损失。二、强大的蓄热能力，使其对燃料具有广泛的适应性流化床内的密相区是一个容量相当大的热量储备库，正常运行时，新入炉的煤的数量只占炉内物料的3%至5%，被炉内的高温物料迅速包裹，很快就被加热到正常燃烧温度而着火燃烧，新煤加热热所需吸收的热量，对床内的温度影响很小，一般不会影响流化床的正常燃烧，就像鹅毛扔入红彤彤的碳火中一样。无论是燃料的发热量发生变化，还是燃料的外部水分发生变化，只要发热量高于2500大卡，一般都不会对燃烧带来影响，流化床甚至可以烧含水率在20%左右的水煤浆，因而对燃料具有广泛的适应性，层燃炉、煤粉炉烧不了的劣质燃料，扔入流化床内照样能烧。从电力行业和大型国企采暖行业目前的形势来看，大型国企依靠其雄厚的资本优势，在大机组、大容量锅炉处于绝对的统治地位，而黑龙江省信诚电站工程有限公司8由此形成的规模效益相对于以中小机组为主的民营企业来说是无可比拟的，而这些大型炉都以5000大卡以上的优质煤为主，随着国内外优质煤资源的减少，优质煤碳的价格将进一步攀升，单从技术层面来说中小机组的运营维护成本处弱势地位，这是点无可否认的。而在目前我国却拥有着规模巨在的廉价劣质煤市场，例如，我国煤矿每年排出的煤矸石达1.5亿吨,加上历年来积存的达20亿吨之巨,数量如此之大弃之不用，无疑是一个巨大的浪费，此外我国是一个油页岩资源丰富的国家,东北、华北、西北各省更为丰富，已开采的抚顺、茂名、桦甸三个矿区已探明储量达100多亿吨，而吉林省农安、汪清、内蒙古东胜、甘肃虚山岭、窑街、新疆博格达山北麓、广东詹县都有很大诸量。油岩破碎后呈片状，其含油率达6%～10%，挥发分仅为15%～20%，而灰分可达60%～80%，不能为层燃炉和煤粉炉所利用，因而使用流化床的企业用避免了与大型国企在燃料价格上的的直接价格竞争。这使得经营者更好地根据市场行情，合理调配生产，降生产成本。三、两相低温燃烧，分段送风，绿色生产，真正实现节能减排。流化床使用的燃料为0～8mm的宽筛分颗粒，所以会有一部分颗粒很小的燃料呈气力输送状态，被气流带出流化床进入悬浮段燃烧。这样，就形成了沸腾炉炉膛下部流化床较粗颗粒燃料的密相区燃烧和上部悬浮段空间的细颗粒稀相区燃烧同时存在的状况。其密相区采用的是缺氧燃烧，850℃～950℃的床内温度，最大限度的减少了氮氧化物的生成，而上部的富氧燃烧区使得，下部因缺氧燃烧产生的一氧化黑龙江省信诚电站工程有限公司9碳得以燃尽。此外，850℃～950℃的炉内温度和物料的强烈流动性共同作用，使得炉内脱硫成为可能，并且完全符合环保要求，其环保性能已得到国内外的认可，从而不需要增加任何炉外脱硫设备，其投资只相当于相同容量的层燃炉或煤粉炉加炉外脱硫系统的二分之一至三分之二，比层燃炉更高效更环保，其效大大降低了投资成本。四、流化床灰渣综合利用好，比如制砖、做水泥混合材料、混凝土的骨料、塑料制品内的骨料、化肥等。由于其燃烧后的产生80%以上以细灰的形式存在，含碳量也低于层燃炉炉渣，利用时无需粉碎工序，从而降低利用成本。黑龙江省信诚电站工程有限公司2010年11月26日