关于循环流化床锅炉应用的考察报告

关于循环流化床锅炉应用的考察报告2004年中国城镇供热协会技术委员会的全体会议，以研讨“热源”方面的问题为主，而循环流化床锅炉在集中供热中的应用问题，是重点课题之一。为了在会前做些准备，我们组成五人小组，由主任曾享麟同志率领，於2月24日至27日，赴天津开发区泰达热电厂（3台75t/h循环流化床锅炉，供发电机组用，济南锅炉厂生产，2003年5月投运）、石家庄金马供热厂（94年建成，开封锅炉厂生产2台10t/h锅炉；99年建成1台25t/h由链条炉改成，出力达30t/h锅炉，和1台40t/h锅炉，均为石家庄锅炉厂生产）、时光供热站（99年立项建成2台由石家庄锅炉厂生产的14MW热水锅炉；后扩建太原锅炉厂生产的3台29MW热水锅炉；2001年建成无锡锅炉厂生产的116MW热水锅炉）和西郊供热站(2000年末投运唐山锅炉厂生产的2台58MW热水锅炉)调研。嗣后又由技术委员会主任助理汤等一行三人到济南做了些补充调研。考察了南郊热电厂（86年投入5台35t/h链条炉，99年投入济南锅炉厂生产的2台58MW循环流化床锅炉）及金鸡岭热电厂（南郊热电厂分厂，2000年投入2台75t/h循环流化床蒸汽锅炉，后又投入2台130t/h循环流化床蒸汽锅炉，均为济南锅炉厂产品，带动1.2万抽凝有背压机组各一台，6千抽凝及3千背压机组，水处理采用反渗透）。调研期间得到以上各单位有关领导的大力支持与关心，在此表示我们由衷的感谢。这次调研时间短，考察的单位少，也不够深入细致，其目的仅是做面上的调查，从宏观上对会议提供些情况和建议。循环流化床锅炉，不同厂家生产的，其结构不相同，各地燃用燃料品质、颗度、筛比不同，操作方式不同，其运行工况及要求都有差异。有关运行的技术及经济性、通用性不像链条炉那样强。如何根据不同情况，总结经验和提出问题，并讨论问题的关键和解决的方案，正是今年会议的内容，而不是本次调研的目的。根据调研情况，大致分为以下几方面：一、循环流化床锅炉在集中供热范畴内的应用概况流化床的理论用于化工及冶金工业等方面，至今已有60余年的历史。用于燃煤始于1922年的winkler煤气发生炉。20世纪60年代我国有很多单位研制将流化床理论应用于锅炉，取得显著的成就，当时称为沸腾炉（即现在称为鼓泡流化床），1965年第一台溢流式沸腾炉投运。当时的出发点是着眼于燃用发热量仅4000－5000kJ/kg的劣质煤，特别是煤矸石，除沸腾炉外几乎没有一种炉子能够燃用。但是，它燃烧效率低，增加燃料及灰的运输吨位，对环境会产生污染，因而在我国城市不能进一步推广应用，仅保留在煤炭坑口附近应用。由于环境保护意识的提高，研究“清洁燃烧”在70年代是发达国家的重点课题，特别是能源资源缺乏的如北欧、西欧等一些国家，在世界能源危机后，就有以煤代油的思路，这些国家煤由世界各地供应，煤质多变，若利用沸腾炉煤种适应性强的特点，再使其燃烧效率提高和将污染变为提高环保效应的燃烧方式意义就更重大。当时我国流化床理论及其应用在全世界是领先水平，发达国家开始研制循环流化床锅炉时都是在借鉴我国沸腾炉的基础上，有动力、有方向、又有可籍借的理论与实践，因此循环流化床锅炉的研制进展很快。我国在循环流化床锅炉的研制方面起步较晚，主要在80年代初期开始，起初各锅炉厂设计、制造的循环流化床锅炉尚不能脱离沸腾炉的模式，而沸腾炉与循环流化床炉有很多不同之处，例如：流化形式不同，要求的流化速度不同，煤的颗粒度及是否适合於“宽筛比”不一样；燃烧释放热量的规律不同，要求床层积累热量不同等等。早期的锅炉存在的问题较多，这些问题在吸取国外的经验后已逐步加以改进。在我们调查中就发现，早期生产的循环流化床锅炉有的还有埋管造成严重磨损，并且由单侧进水而造成两侧炉温有很大的偏差；返料机构不合理和不便于调节；排渣仍采用定期排渣等等。而在近期生产的锅炉已有不同程度的改善。但是现在的循环流化床锅炉，仍然存在不少问题有待改进（这将於以下阐述）。怎么改进？必须依赖于运行的实践，实践中的问题与经验是改进的源泉。在调查中已发现使用单位对锅炉局部部位进行了一些改进措施，例如石家庄西部供热站就对20几处做了改进。经过这次会议的讨论，提出问题、情况和经验，对循环流化床锅炉设备的改进与发展极为重要，它是很必要的。调研中发现各热源站人员的技术水平有较大的差距，在一个站发生的问题，在另一个站就从未发生，例如有的站有操作不当而结渣，但有的站却从未发生。有的司炉认为点火是个难点，而泰达热电厂总结了一套完整的经验；石家庄西部供热站，创造了在116MW大型热水锅炉采用炉上木炭点火的先例，每次点火节约费用7000～11000元。在管理水平上也存在差距。如济南南郊及金鸡岭两个热电厂，配备了一批年轻的本科毕业生，经过几年的锻炼，已较为熟练。该厂锅炉磨损很轻，运行稳定。但有的锅炉房技术人员及工人素质有非常悬殊的差距。这次会议交流经验，对提高运行管理水平上看，也是必要的。二、如何充分发挥循环流化床的优点是研讨的重点之一我国应用循环流化床的历史仅有十年，在集中供热热源站中大量使用也是最近5～6年。经过锅炉产品的不断改进，和运行技术的不断熟练，较多的供热单位反映都能稳定的燃烧，能承担供应热负荷的能力。例如山东省和济南市循环流化床锅炉采用较为普遍，石家庄集中供热的热源，绝大多数也是循环流化床。但是循环流化床锅炉的优点却普遍没有充分发挥。（1）循环流化床锅炉炉温在850～900℃左右,有利于脱硫，燃烧生成NOX较少，这个优点，是选用循环流化床锅炉的首要原因，但是由于加石灰石粉脱硫运行费用过高，我们调查的单位，目前除天津及济南极少数单位加少量石灰石粉，而其脱硫效果都未检测外，绝大多数不加石灰石粉，根本起不到脱硫作用。济南两个热电厂最近装了日本进口的烟气排放的在线监测装置。按理说分段分级送二次风可控制NOX的生成量，但是在设备上及运行中未采取这些措施。（2）循环流化床锅炉的燃烧效率和锅炉热效率都应较高，但在所调查的单位中，灰中可燃物的含碳量：一般较好单位在16％左右，差的单位达40～50％，个别单位甚至高达70％；而几乎没有任何单位进行热平衡或热效率测试，其燃烧效率及热效率必然不会太高。（3）循环流化床锅炉的灰渣利用性能好是又一优点。由于燃烧温度低，灰渣不会软化和黏结活性较好，是制造建筑材料的好原料。特别是，以它作为制造水泥的掺和料，可以降低水化热和提高流动性，制成混凝土时有补偿收缩或实现微膨胀的功能，是制造水泥的优良掺和料。但这是指含碳量少，而且炉内加入石灰石后，含有一定的CaSO4和未反应的CaO的灰渣。含碳量达16％，又未向炉内加入石灰石的灰渣，不能用于制造水泥；用于烧砖，含碳量又偏少，也不受欢迎；结果只得出钱雇人运出填埋。以上三个问题，相互有关，而难以处理。这些问题应列为重点加以探讨。也有些优点不必强求提高，甚至还可以略为削弱，例如：（1）关于对燃料的适应性，对国外那种煤源不固定，煤种多变的国家极为重要，而我国煤资源比较丰富，基本上煤源可以固定，是否不要强求可同时适当较多的煤种，因为强求同时适应煤种的面很广，必然在提高工况及效率的措施上会受到一些制约。如果类似链条炉，锅炉厂家针对几种煤，分别设计锅炉，由用户根据煤质选用是否更有利？这方面福建省做的很好，成立了“福建省循环流化床锅炉技术协作网”，针对该省的无烟煤，交流循环流化床的运行经验，并要求锅炉厂针对煤种设计锅炉。如石狮热电厂2000年4月试运的75t/h中温中压锅炉，就是根据福建无烟煤的特点和用户意见由东方锅炉厂改进设计制造的，试运情况良好，当年6月就决定设计制造“130t/h燃用福建无烟煤循环流化床锅炉”。（2）关于负荷调节性能。循环流化床锅炉负荷调节快，调节范围大，有的锅炉厂提出调节范围在额定负荷的40～110％，有的提出为30～110％，有甚至提出20％时也能稳定燃烧。这对供热锅炉来说十分有利。至于其负荷的下限为额定出力的40％、30％还是20％，是否不必仔细追究。据调查了解，几乎没有供热单位曾经在40％以下负荷运行的。而且负荷过低调节上比较复杂，并且效率要降低。这就涉及到单台锅炉容量的选择。随着减少烟囱数目的要求，热源站供热范围有扩大的趋势，单台锅炉的容量也随之增大。就当前情况，热水锅炉最大容量为58（或64）MW，或116MW，以采用58MW者较多；小热电的中压锅炉最大为75t/h或130t/h，以采用75t/h者较多，因为它与1.2万机组和6千机组配合较为灵活。但新建热源站究竟选用58MW还是116MW；是选用75t/h或是130t/h的锅炉，主要由总热负荷量及锅炉台数有关，也要考虑最低负荷时锅炉运行情况。是否一般考虑运行负荷下限为40％即可。按照国情和实际供热情况，类似燃料的适应性及锅炉最低运行负荷之类的问题，是否可不必过多的讨论。三、如何改善循环流化床锅炉的缺点也值得探讨（1）关于磨损问题虽然循环流化床锅炉对防止磨损问题做了多方面的改善，但仍为普遍遇到的问题，有的还十分严重，如某一供热站的两台35t/h循环流化床锅炉，采用光管重型炉墙，密封性很差，漏灰、漏风严重，炉墙裂纹。旋风分离器局部衬砖脱落，导致烧损和磨损严重，生产条件十分恶劣。据介绍运行以来出力仅为27～30t/h，运行稳定性差，连续运行最长为32天，平均仅为17天，就被迫停炉，不得不于2001年下半年进行技术改造。现在锅炉厂一般都采用膜式水冷壁轻型炉墙，炉墙不严密甚至纹裂的情况已基本得到解决，而旋风分离器本身的磨损及受热面的磨损问题仍常发现。据反映分离器入口段、旋风筒弧面与烟道平面相交部位是分离器磨损的主要部位。锅炉厂除了在降低旋风分离的入口风速，装带分流导叶的芯管，和改变分离器的布置位置，采用中温甚至低温分离器等措施外，常在内衬的耐磨耐火材料的选择上加以研究。常用耐磨耐火砖、浇注料和灰浆或浇注料、可塑料和灰浆砌筑。而耐磨材料的浇注料又有磷酸盐的、硅线石的、碳化硅的和刚玉（白刚玉、高铝刚玉、棕刚玉等）的，种类繁多，实际应用中究竟哪几种经济耐磨。炉内埋管是磨损最严重的部位，有的锅炉已取消埋管，有埋管的锅炉，在埋管表面喷涂一层抗磨涂料和在易磨的部位加焊防磨鳞片或销钉这两种方法最常采用，而涂料又有多种材料可配方。哪个效果好也可以交流。水冷壁的磨损，调查反映较普遍的是在水冷壁与耐火材料接合的转折区发生磨损，锅炉厂或用户在防止此处的磨损，在改变流动方向和表面喷涂上采取了一些措施。对流受热面的磨损，常发生在烟气进分离前炉顶的管束经分离器后的受热面及烟道转弯处。这种磨损与分离器的形式、布置密切相关。除了单设一级撞击式分离器，一致反映分离较差，磨损严重外，对各锅炉采用不同形式的惯性或旋风分离器、采用一级或二级、采用高温中温或个别用低温布置，各锅炉厂产品形形色色，用户对其效果的看法很不一致。除了上述结构的问题外，操作对磨损也会有影响，如运行中不注意控制风量而大风量运行；不注意控制床料及煤粒的筛分比；床料颗粒过粗等，都会使磨蚀加剧。总之，磨损及防止方法以及分离装置的形式是值得探讨的重点问题。（2）关于除尘的问题循环流化床锅炉排尘量大，一般都要设置电除尘。虽然较多单位电除尘的效果较好，但也有的单位电除尘故障多，除尘效率达不到设计值。前几年就提出采用布袋除尘，它效果更稳定、占地少、耗电相对少些。但当时国产滤网不过关，进口价格过于昂贵，滤网寿命如何缺乏实际验证。最近国产滤网问市，这次调查发现有好几家已使用布袋除尘替代电除尘。有实践的经验，若对这两种除尘器在效果、寿命、经济性等方面进行全面的技术经济比较，对今后新建热源意义重大。（3）关于结渣问题调查中发现有些单位也发生过床层或返料系统结渣，这与返料系统（分离器、返料立管及返料阀）结构有关，和运行操作有关。返料系统锅炉调节和防止结渣影响很大，而各锅炉厂家的设计也是形形色色各有不同，究竟哪种好，不同返料系统应如何操作调整，值得总结。结渣更重要的是在点火，封火后启动及负荷调整时操作不当。因此，操作方式的交流显得十分重要。至于循环流化床锅炉比链条炉耗电多的问题，是锅炉燃烧特点带来的，要想大幅度的降低难度较大。但是仍可以从设备选