生物质锅炉新闻动态
富通新能源 > 动态 > 生物质锅炉新闻动态 > > 详细
300MW循环流化床锅炉燃用褐煤的试验研究
发布时间：2013-09-22 09:24 来源：未知
0、引 言
目前，循环流化床( CFB)锅炉作为清洁燃烧技术在国内得到快速发展，从2006年至2007年在云南相继投产6台300MWCFB锅炉，燃用的小龙潭褐煤属高挥发分、高水分、低灰份、中硫、极易着火、易燃烬煤种，此前，国内尚无大型CFB锅炉长期燃用V≥37%褐煤的成熟经验。为了更好发挥CFB锅炉低污染物排放、高调峰能力、高燃料适应性、高效率的优势，消化国外引进技术、完善国内大型CFB锅炉运行技术，本文以云南大唐国际红河发电有限公司（开远电厂）l#锅炉为研究对象，进行了燃烧调整试验，探索锅炉最佳运行方式，评定锅炉各项性能指标。
1、锅炉简介
开远电厂l#炉为哈尔滨锅炉厂有限公司生产的HG - 1025/17.5 -L_HM37型循环流化床锅炉，也是云南首台300MW CFB锅炉。锅炉系亚临界参数、一次中间再热、单炉膛、平衡通风、固态排渣、半露天岛式布置，全钢架自然循环汽包炉。锅炉主要是由炉膛、高温绝热分离器、自平衡“U”形回料阀、外置床和尾部对流烟道组成。
1.1主要设计参数
主要设计参数见表l，锅炉效率保证值为92.8%。
1.2燃烧系统
锅炉燃用小龙潭褐煤。原煤采用两级破碎机破碎系统制备，原煤破碎后进入炉前煤仓。破碎后的细煤粒通过两级给煤机送人炉膛燃烧，侧墙采用热一次风作为播煤风，锅炉采用八点给煤，燃料燃烧过程中加入石灰石（从炉膛前后分四点送人炉膛），实现炉内脱硫。
一次风通过布风板进入炉膛，作为一次燃烧用风，二次风分两级送入炉膛，实现分级燃烧，降低NOx排放。
高效旋风分离器将离开炉膛的固体粒子捕获下来并储存于回料阀。一部分通过回料阀直接送人下炉膛维持主循环回路同体粒子平衡；另一部分通过水冷锥形阀进入外置式换热器放热后被送入炉膛。分离后含有少量飞灰的烟气进入尾部竖井，经空气预热器和静电除尘器由烟囱排人大气。
2、燃烧调整试验
设计入炉煤颗粒度范围0~15 mm，运行过程中无法建立必需的炉内灰平衡，实际运行中取消二级碎煤机，将入炉煤粒径放大到0—30mm。通过试验发现，尽管粒径放大很多，但是燃烧后飞灰份额占90%以上，与燃用其他煤种的流化床锅炉相比，小龙潭褐煤的人炉煤粒径较大，入炉煤细颗粒较少，这说明小龙潭褐煤具有很强的燃烧爆裂特性。
试验按ASM PTC 4.l《锅炉机组性能试验规程》进行，采用反平衡法计算锅炉热效率。通过氧量调整、一次风量调整、内外二次风量配比调整、床温调整试验，探索锅炉最佳运行方式。锅炉效率计算修正至设计条件。
2.1试验煤质
试验煤质属设计煤质，为典型的高挥发分褐煤（试验燃料成分分析和试验石灰石成分分析见表2和表3）。
2.2预备性试验
预备性试验在300MW负荷未进行调整时进行，锅炉排烟温度158℃，飞灰可燃物0.3%，修正后的锅炉效率为92. 80%。
2.3氧量调整试验
维持机组负荷300MW、床温840℃、床压9.0 kPa、一次风量不变、内外二次风配比65:35，通过调节二次风机人口挡板，改变二次风量，测量锅炉效率、灰渣可燃物、排烟温度随氧量变化的趋势。
从图2锅炉效率与二次风量、灰渣可燃物、排烟温度变化曲线可知，随着氧量增加锅炉效率随之下降，这是因为小龙潭褐煤燃烬性极高，氧量在一定范围内对碳燃烬率影响不大，而氧量增加排烟损失增加更快使锅炉效率下降，因此，较低的氧量能降低排烟损失，增加锅炉效率。也有利于降低尾部受热面的磨损。
2.4 -次风量变化试验
维持相同的燃烧条件：机组负荷300MW、床温840℃、床压9.0 kPa、内外二次风配比65：35、省煤器出口氧量2.74%，改变一次风量，锅炉效率、灰渣可燃物、排烟温度随一次风量变化的结果如图3所示。
从图3锅炉效率与一次风量、灰渣可燃物、排烟温度变化曲线可知，在设计一次风量(300 km3/h)以下，随着一次风量降低，锅炉效率也随之下降，这是因为过低一次风量会造成密相区欠氧燃烧，导致排烟热损失和机械未完全燃烧热损失增加。但如一次风量过大，会导致床压下降。所以一次风量控制也不宜过大，应控制在280 kNm3/h一300 kNm3/h。
2.5 内外二次风配比变化试验
维持机组负荷300MW、床温840℃、床压9.0kPa、一次风量不变、省煤器出口氧量在2.74%，改变内外二次风配比，测量锅炉效率、灰渣可燃物、排烟温度随内外二次风配比变化的趋势。
锅炉效率随内二次风量增加而增加。主要是由于内二次风作用于炉内密相区下部的燃烧区域，穿透扩散效果较好，有利于较粗颗粒的燃料充分燃烧，故飞灰可燃物及排烟温度降低。因此，当内外二次风配比为80:20时，对燃烧较为有利。
2.6床温调整
维持机组负荷300MW、床压9.0 kPa、一次风量280 km3/h、省煤器出口氧量在2.74%、内外二次风配比80:20时，改变床温，测量锅炉效率、灰渣可燃物、排烟温度随床温变化的趋势。
锅炉效率随床温的增加而增加，这是因为燃烧反应的温度对于焦碳所参与的各级反应的反应速度都有很大的影响，提高反应温度，将使燃烧速度增大。在有限的燃烧时间内，使焦碳迅速燃烧，可以很大程度地提高燃烧效率。因此，提高运行床温，可以有效地降低飞灰含碳量。
另一方面，试验表明，对小龙潭褐煤，在钙硫摩尔比Ks=1.26条件下，SOz排放浓度与床温关系如图6所示，在850℃左右，S02的排放浓度最低，脱硫效率最高。因此，兼顾燃烧与脱硫两方面因素，床温控制在850℃较为适宜。
3、燃烧优化后性能考核试验
该试验在机组负荷300MW、床温840℃、床压9.0 kPa、一次风量280 kNm3/h、省煤器出口氧量在2%、内外二次风配比80:20工况下进行，从表4可知，与燃烧调整试验工况相比，q2和q4有较大幅度降低，两平行工况锅炉效率均超过设计值。
4、烟气排放特性试验
在机组负荷300MW工况下，对S02排放浓度进行测试，结果表明，锅炉自脱硫效率为35%；锅炉投入石灰石后，在Ca/S摩尔比为2.26时，脱硫效率为94. 30%，S02排放浓度（6% 02量）为376 mg/Nm3，满足排放标准(≤400ig／Nm3)；另一方面，锅炉投入石灰石后，锅炉效率能达到设计值，锅炉运行工况稳定，运行参数满足机组要求。
维持机组负荷300MW，炉内不投石灰石及投石灰石两种工况下，对NOx排放浓度进行测试。结果示于表5。测试结果表明，炉内不投石灰石时，300MW负荷下空预器出口NOx排放浓度为135 mg/Nm(02=6%)；炉内投石灰石时，300MW负荷下空预器出口NOx排放浓度为270mg/Nm3(02= 6%)。NOx排放浓度与同容量煤粉炉相比处于非常低的水平。这是因为在CFB燃烧温度（低于950℃）条件下，氮氧化物主要由燃料氮生成，燃烧空气中氮气生成的氮氧化物量也很少。
5、结 论
1)小龙潭褐煤具有结渣性强的特性，但采用CFB锅炉燃烧方式后，控制密相区床温在850℃左右运行，避免了炉内结焦现象的发生。
2)300MW CFB锅炉采用炉内添加石灰石的脱硫方式能满足国家环保要求。炉内投入石灰石后S02排放浓度（6% 02量）为376 mg/m3，脱硫效率为94.03%。该系统简单，运行维护方便。
3) 300MW CFB锅炉具有自脱硫能力，燃用小龙潭褐煤时自脱硫效率为35%。
4) 300MW CFB锅炉由于采用低温燃烧方式，避免了热力型NOx的大量生成，在不需对烟气脱硝的情况下即可满足国家环保要求。300MW负荷时，炉内不投石灰石时NOx排放浓度（6% 02量）为135 mg/Nm3；炉内投入石灰石后NOx排放浓度（6%02量）为270mg／Nm3。
5) 300MWCFB锅炉在燃用小龙潭褐煤时锅炉效率达到93. 27%，在同容量同类型机组中处于较高水平。锅炉最佳运行方式为：省煤器出口氧量为2%、一次风量280 kNm3/h、内外二次风配比80:20、床温850℃。
