生物质节能流化床锅炉初步方案

1锅炉主要参数

生物质节能流化床锅炉主要参数如下：锅炉额定蒸发量220t/h；过热蒸汽出口压力9.8MPa；过热蒸汽温度540℃；给水温度245℃；锅炉效率88%～90%；燃料：秸秆、麦秆。

2锅炉典型结构简介

锅炉主要由炉膛、汽冷分离器、自平衡“U”型回料阀（压力调节阀介绍）和尾部对流烟道4个部分组成。燃烧室采用膜式水冷壁，位于锅炉前部，水循环采用单汽包、自然循环、单段蒸发系统。燃烧室底部采用水冷布风板，布风板上布置大直径钟罩式风帽。燃烧室内布置翼墙式水冷屏来增加蒸发受热面。燃烧室内布置屏式Ⅱ级过热器，以提高整个过热器系统的辐射传热特性，使锅炉过热汽温具有良好的调节特性。锅炉采用2个直径7.36m的汽冷旋风分离器，布置在燃烧室与尾部对流烟道之间，汽冷分离器回料腿下布置一个非机械型回料阀，回料为自平衡式，流化密封风用高压风机单独供给。以上三部分构成了循环流化床锅炉的核心部分——物料热循环回路，生物质燃料、循环物料与石灰石在燃烧室内完成燃烧及一系列化学反应。经过分离器净化过的烟气进入尾部烟道。尾部对流烟道中布置Ⅲ级、Ⅰ级过热器、省煤器、空气预热器。过热蒸汽温度由在过热器之间布置的两级喷水减温器调节，减温喷水来自锅炉给水。Ⅲ级、Ⅰ级过热器烟道采用的包墙过热器为膜式壁结构，省煤器、空气预热器烟道采用护板结构。燃烧生物质的循环流化床锅炉采用低温（800～850℃）燃烧，在此温度下NOx转化率极低，并且是石灰石与SO2反应的最佳温度范围，能够实现炉内脱硫，有效控制NOx和SOx的排放。同时在此温度下投入一定量的石灰石煅烧，可抑制炉内在此温度下产生的结团现象。锅炉采用分级送风方式，除从布风板送入的一次风外，还从燃烧室下部锥段分三层不同高度引入二次风。脱硫剂采用石灰石，直接从前水冷壁的二次风口给入。锅炉采用床下+床上启动方式，点火油枪采用简单机械雾化。锅炉采用回料阀给煤，炉渣经风水联合冷渣器冷却后由排渣管排出。

3锅炉设计的主要特点

秸秆中碱金属含量很高（灰成分分析中K2O约10%～16%，Na2O约1%），且秸秆中含有很高的氯元素（约0.5%），因此在燃烧时会对锅炉受热面产生高温腐蚀。通过对秸秆燃料的燃烧产物分析和在其它小型锅炉中的应用，可以得知，秸秆燃料在锅炉中燃烧需要严格控制燃烧的温度，及各个受热面的壁温。只要控制管壁温度不达到灰中碱金属的熔融温度，就会减少碱金属对锅炉各个受热面产生的高温腐蚀。因此控制锅炉的燃烧温度（800～850℃的床温）和各个受热面的壁温是此锅炉设计的关键。

3.1汽冷分离器

本方案考虑布置汽冷分离器。汽冷分离器为膜式壁结构，即旋风分离器烟气进口处，圆形旋风筒体，锥体部分均为管子加鳍片的膜式壁结构。同时分离器采用入口烟道下倾、中心筒偏置、分离器入口烟道设置加速段、旋风筒呈圆形的结构。中心筒采用特殊结构，有利于气固分离，使旋风筒的分离效率提高。采用外保温结构，外表面设计温度为45℃，内部敷设防磨材料，并用销钉固定。旋风分离器采用吊挂结构吊到顶板上。布置汽冷分离器能够使分离下来的物料冷却到氯化物熔点以下的温度，尽量避免分离器内物料

结渣、结焦及氯化物的高温腐蚀。同时汽冷分离器分离下来的低温循环物料能够很好地控制炉膛的床温，保证床温在800～850℃范围内，使具有更好的控制作用。

3.2炉内受热面的布置

采用汽冷分离器控制床温的同时，在炉膛内部布置了更多的水冷屏和适当的Ⅱ级过热器。根据不同氯化物的熔点温度，在布置Ⅱ级过热器时，采用一次流程通过受热面，控制Ⅱ级过热器的壁温，减少氯化物对受热面的高温腐蚀。

3.3水冷布风板和钟罩式风帽

锅炉采用水冷布风板，使布风板得到可靠的冷却。布风板管间鳍片上布置有钟罩式风帽，每个风帽由较小直径的内管和较大直径的外罩组成，外罩与内管之间用螺纹连接。这种风帽具有流化均匀、不堵塞、不磨损、安装维修方便的优点。

3.4采取可靠的防磨措施

循环流化床锅炉中，由于大量高温循环粒子不断流经燃烧室、分离器和回料阀，所以存在着严重的磨损问题，另外，锅炉尾部对流也发生与煤粉炉同样的磨损。根据CFB锅炉的特性及磨损特点，在生物质CFB锅炉上应在以下部位采取防磨措施：

（1）汽冷分离器及料腿内表面；

（2）回料阀内表面；

（3）汽冷分离器和对流烟道之间的连接烟道内表面；

（4）下部燃烧室内表面和布风板上表面；

（5）燃烧室过渡区；

（6）燃烧室出烟口及出口烟道内表面；

（7）水冷屏及Ⅱ级过热器下部外表面；

（8）尾部对流烟道入口内表面。

在尾部对流受热面用防磨盖板是锅炉中传统的防磨设施之一。防磨堆焊技术是锅炉行业中常采用的工程应用技术，在需要防磨的金属材料表面，堆焊一定厚度的熔焊金属，使被防磨母材具有较高的抗磨损性能，在水冷屏下部及二级过热器等部位均设计了防磨堆焊结构。循环流化床锅炉广泛采用非金属耐磨耐火材料来防止燃烧室、分离器、回料装置等特殊位置的磨损。锅炉在如下部位采用非金属耐磨耐火材料设计防磨衬里：汽冷分离器及料腿内表面；回料阀内表面；汽冷分离器和对流烟道之间的连接烟道内表面；下部燃烧室内表面和布风板上表面；水冷屏、过热器屏穿前墙处周围水冷壁管外表面；燃烧室出口烟道及出口烟道周围的后墙、侧墙、顶棚部分水冷壁管外表面；水冷屏、过热器屏下部外表面；水冷风室内表面。

3.5给料口、石灰石口及床料添加口

给料口、石灰石口及床料添加口均布在前水冷壁。床料添加口不仅用于第一次锅炉启动时添加床料，更重要的作用是：保持锅炉运行过程中，能够有充足物料在炉内循环。当床压降低炉内物料量降低时，通过床料添加口及时向炉内添加床料，维持锅炉的正常运行。3.6冷渣器锅炉设有两台滚筒式冷渣器，滚筒式冷渣器具有突出的优点。

（1）高的运行可靠性。由于滚筒冷渣器对渣的冷却是通过渣与水冷套筒之间的直接接触换热，不是流化床式的埋管换热，因此对渣的粒度组成不敏感，即无论灰渣粒度大小和渣量多少，都不会影响冷渣器的正常运行；而且滚筒冷渣器没有冷却风，即没有流化床式冷渣器中风与渣的接触，从而不会出现冷渣器内底渣中未燃炭的再燃现象，减少了结焦或结块的发生；同时，渣在冷渣器内的滚动属于与水冷套筒的相对滑动，对套筒的磨损很小，使用寿命更长。因此，其运行可靠性较高，这一点也可以从近年来国内大量使用或更换为滚筒冷渣器得到证明。

（2）良好的冷渣效果。根据渣量大小，滚筒冷渣器可以通过调节冷渣器的直径、长度及其转速等调节冷渣能力，其冷渣效果优良，完全满足大型机组的大渣量冷渣要求。

（3）优越的出力调节性能。炽热灰渣经通径不小于200mm的进渣管进入滚筒端部，并在进渣管端周围堆积，当堆积到一定高度时其产生的重力与管内渣流的重力平衡，管内渣流便被阻滞。当由滚筒旋转而推动灰渣向滚筒出渣端移动时，进渣管端周围渣堆高度随之下降而打破了管内外灰渣重力平衡，管内渣流又继续。这样，滚筒转，热渣流进；滚筒停，进渣停；快转快进，慢转慢进。而进渣的快慢，反映冷渣器出力的大小，即出力是滚筒转速的函数，且呈线形。滚筒转速是由驱动滚筒的变频电机的变频器控制的，将反映CFB锅炉床料高度的压力变送器的床压信号接入变频器而成为电机转速控制信号，实现了冷渣器出力自动跟踪锅炉渣量，不用手动调节。

（4）节能效果非常显著，运行成本低，提高电厂综合效益。每吨渣能耗不足1kWh，而风水联合式冷渣器每吨渣能耗在40kWh以上。

（5）易磨损件寿命长而且易更换。

4结束语

本文主要介绍燃烧秸秆燃料的大容量循环流化床锅炉的设计特点及在设计时需注意的问题。利用可再生能源作为燃料的锅炉，比常规的燃煤锅炉更环保和节能，并能实现CO2零排放。发展大容量的该型锅炉提高电厂效率亦是节能环保的途径之一。

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生物质节能锅炉有哪些优势