生物質(zhì)燃燒機燃燒鍋爐的設計和運行
引 論
荷蘭從七十年代中期就著手進行流化床生物質(zhì)燃燒機燃燒的研究和]『發(fā).197G年,FCCL研究
所和斯托克(Stork)鍋爐公司簽定了一個許可協(xié)議,并存荷蘭Enschcde的脫溫特(Twente)工業(yè)大學
建立了一套試驗裝置.在該試驗裝置(圖1)交付使用的最初幾年問,對床內(nèi)埋管的傳熱和利用石灰
石來脫硫的研究是試驗研究的主要課題.自從1982年荷蘭政府批準對這個常壓沸騰床的研究提供財
政資助以來,各種煤在沸騰床內(nèi)的燃燒特性一直為其主要研究課題之一.
給出了燃燒、煙囪排放物與再循環(huán)流量的一些代表性試驗結(jié)果.在給定的試驗期間,床溫控制
在845℃±7℃之間,床高l,．06米,流化速度為/s.為脫硫,把石灰石加入床內(nèi)．,其鈣/
硫比為3±．
圖4示出:波蘭3號煤,在無飛灰再循環(huán)時所達到的燃燒效率為91,8%.當有旋風分離器灰布袋
除塵器灰再燃燒時,隨著再循環(huán)流量的增加,其燃燒效率可增加至%,
在初期試驗期間(燃用波蘭2號煤),僅進行旋風分離器灰的再循環(huán),這時燃燒效率可從91,．
2%增加到97%.以后的試驗表明:當把布袋除塵器中含碳量最低的灰排出再燃時,其燃燒效率還能
進一步提高到%.
當燃用弗吉尼亞煤時,隨著旋風分離器和布袋除塵器飛灰再循環(huán)量的增加,其燃燒效率可從
%增加到%.再進一步增加再循環(huán)流量．其效果就不明顯了.顯然,弗≠i尼亞煤的活性要
:比波蘭煤來得小.
2． 床內(nèi)和器潭段鄞份的燃燒
通過分別測量在床部分和懸浮段部分的蒸汽產(chǎn)量,就可以計算出床部分和懸浮段部分的熱平衡.
根據(jù)該熱平衡,就可推出在懸/'段和床部分燃燒韻百分比.一蟬結(jié)果汞手
波蘭3號壤進行旋風分離器和徐塵器飛灰再燃時,在懸浮段和床內(nèi)的燃燒率.
圖5中.
在燃用波蘭3號煤時,生物質(zhì)燃燒機在’床內(nèi)部分的燃燒率幾乎為91%.且隨著再循環(huán)流量的增
加而稍有增加.懸浮段的燃燒率從增加到%.從這一結(jié)果可以推論出:飛灰中相當大部份酌
再燃碳是在懸浮段內(nèi)進行燃燒的.圖6對其做出了進一步的說明,該圖揭示了
在所有試驗期間,已對氧氣、二氧化硫、一氧化碳、氧化氮的濃度進行了連續(xù)的測量.圖7給
出了一些測量結(jié)果.CO濃度隨著再循環(huán)流量的增加(和懸浮段燃燒率)而增加,而Oz濃度卻隨之減
少(在宅氣/燃料比為恒值時_,、整個燃燒效率增加).盡管燃用其它煤種時已經(jīng)觀察到不同的
特性,然而可能因為隧f著再循環(huán)流量的增加,使CO、C和SOz濃度輕微降低而造成NO．n叮下降.’
N04濃度急刷地降軍-,J9-O&uot;pp由. 一
1981年12月,斯托克鍋爐公司收到了一份為荷蘭Hengelo的AKZO Zout Chemie設計、建造和投
運一臺工業(yè)流化床鍋爐的訂貨.這臺裝置將生產(chǎn)115t/h壓力為102bar、蒸汽溫度為525℃的蒸汽.
將燃用不同的煤種、褐煤、石油焦炭和天然氣.這臺裝置試運始于1986年1月,1986年6月進行了驗
收試驗.裝置的設計參數(shù)概括在下表:
1． 設計參數(shù)
蒸汽產(chǎn)量:115t/h
蒸汽壓力:102bar
蒸汽溫度:525 0C
給水溫度:145℃
燃 料:煤一一灰份:10-20%
水份:3 -13%
揮發(fā)份:20-40%
硫份:-%
天然氣
褐煤
石油焦炭 ,性 能:鍋爐效率:%
.j控制范圍l 35-110%
二氧化硫:230g/GJ
NOx, 190glGJ
飛 灰l15g/GJ
所生產(chǎn)的蒸汽被用于發(fā)電和作為工業(yè)生產(chǎn)用汽.投產(chǎn)后的最初兩年運行期問,進{T了專門的示
范性試驗和測量試驗,以研究在燃用各種固態(tài)燃料時鍋爐的運行特性,以及研究該裝置對環(huán)境所造
成的影響.通過此試驗,也對該裝置的經(jīng)濟性進行了估價.圖8大略地示出了該水管沸騰床鍋爐設
備的布置簡圖,它包括有一個床下給料系統(tǒng),一個飛灰再燃系統(tǒng)和一個煙氣/空氣熱交換器.為了
把飛灰的排放量降低至所要求的水平,放在系統(tǒng)內(nèi)安裝有旋風分離器和布袋除塵器.
1．煤:． 2．百厭石斗 3．破碎嘰/干燥札 4．沸睛床j咼p 5．迷．≮I'i G．上’≯
一洶i熙瑟/．床灰冷卻器 3．筇一圾空預器 9.榷閥筒 1d．飛灰再燃系;屯 1i．耵袋啥塵
囂 12．煙’e冷卻器
圖8 90MW沸騰床鍋爐裝置
2． 沸騰床鍋爐
啊9示出了陔沸嗨床鍋爐n勺沸嘴床而積為,:0．t7 (11112,冉:膨聯(lián)鉍北j眨力1．
fJjm,床內(nèi)布置蒸發(fā)坦管,具有高的水冷壁懸浮段和內(nèi)裝訂一、二級過熱囂、一級Z!氣預熱器
(用其預熱用于干燥煤和氣力輸送煤的一次風)的時流煙道以及省煤‘:』;.
圖10為其水/蒸汽流程圖.從該圖可見,給水是通過給水泵進入鍋爐的,145℃『f0給水流經(jīng)
省煤器、后墻和鍋爐頂棚被預熱后進入鍋爐汽包．膜式水冷壁和水冷分布板屬于自然循環(huán)回路HJ一
鄙份.床內(nèi)水平埋管由一臺循環(huán)泵供水.鍋爐水冷壁和床內(nèi)水平蟬管內(nèi)所生成的飽和蒸汽在汽包內(nèi)
與鍋水分離,并在一、二級過熱器中被過熱.二級過熱
60圖9 流化床鍋爐
1~10 水/蒸氣系統(tǒng)
器的出口汽溫通過一、二級過熱器之問的一個減溫器來加以控制.
3． 沸騰床的低負荷運行
圖11是該沸騰床風室的頂視圖.可以看出,該風室被分割成許多更小的風室.每個
61
●一小風室有單獨的送風,沸騰床本身未加以分隔,因而可使床料和熱量在各床之間自由地進行交
換.燃料僅從中心床送入,床內(nèi)的熱量是經(jīng)過大部份布置在小得多的邊床內(nèi)的蒸發(fā)受熱面引出.所
有這些做法是為了能使鍋爐可在部分負荷下運行.通過利用風管道(見圖12)中的擋板來關閉向邊床
的送風,就可使鍋爐在部分負荷下運行.這時,邊床就會停掉,因而在這部份內(nèi)對受熱面的傳熱也
就停止.這樣,就使得仍處于沸騰的那部份床的床溫維持在部分負荷運行所要求的水平上.使用這
種結(jié)構(gòu),就可以把沸騰床內(nèi)的熱交換和燃燒作用加以部分地分開,但是,這種分開是不完全的.由
于在中心床和邊床之間床料的自由交換,煤粒子也可進入邊床.但是邊床中的煤濃度要比中心床內(nèi)
的要小.流入中心床和邊床的風量要與此相適應.另外,不僅在邊床內(nèi),同樣圖11 帶有煤和飛灰
再燃噴咀的風室劃分在中心床內(nèi)也有熱交換受熱面,其目的是在床內(nèi)布置足夠的管子,以防止中心
床和邊床之間的溫度差異.
利用大量小邊床和僅從中心床引入燃料具有下述優(yōu)點:一一部分負荷運行簡單,給料系統(tǒng)可一
直保持運行,只要通過開或關閉空氣管道中的擋板就可很容易地把邊床停掉和重點火.一一由于有
大量的小邊床,使沸騰床溫度變化小,這樣可得到一個靈敏的負荷響應特性.
4． 空氣/煙氣系統(tǒng)
圖12為該裝置的空氣/煙氣系統(tǒng)流程圖.流化空氣在送風機內(nèi)被壓縮并在一個空氣預熱器內(nèi)被
預熱.空氣預熱器通過一個水循環(huán)回路從一個置于煙氣流中的煙氣冷卻器獲得其熱量.接下來,該
空氣被分成13股氣流:3股至中心床,8股至邊床和2股作為懸浮段中的燃盡空氣.流化空氣經(jīng)11個
風箱和一個水冷分布板進入床底.燃盡空氣通過懸浮段水冷壁中幾個空氣噴咀進入懸浮段.在床內(nèi)
,空氣與燃料接觸,燃料開始燃燒.煙氣從床的上部離開并進入懸浮段,在這里進行最后的燃燒,
并將被夾帶的床料返回到床內(nèi).為了使懸浮段溫度為最佳值,部份懸浮段水冷壁襯以耐火材料.
圖12 空氣/煙氣系統(tǒng)粗的粒子將從煙氣氣流中被分離出來.
煙氣經(jīng)布袋除塵器進行末級除塵之后,將經(jīng)過煙氣冷卻器,引風機和煙囪離開系
統(tǒng).
5． 煤/石灰石供料系統(tǒng)
原煤和粒度為～的石灰石貯存在兩個煤倉和一個具有兩個料斗的石灰石倉內(nèi),見圖13
.
圖13 煤/石灰石供料系統(tǒng)
從煤倉出來的煤經(jīng)過刮板式給煤機進入2個改型E型磨煤機.在E型磨煤機內(nèi),通過在磨環(huán)之間
旋轉(zhuǎn)的磨煤鋼球,把煤破碎成小于8mm的煤粒.被粉碎后的煤由一次熱風
63進行干燥.一次風在一次風機內(nèi)被壓縮,并在位于鍋爐對流煙道中的一次風預熱器中進行部
分預熱,然后通過在磨煤環(huán)底部的四周間隙進入磨煤機.磨過的煤粒子被空氣流攜走,并通往磨煤
機的揚析分離區(qū).較大粒子被分離出來并落回到磨煤機的磨煤區(qū).煤和空氣的混合物通過揚析分離
區(qū)時,小于8mm的煤粒子離開磨煤機并進入磨煤機回轉(zhuǎn)頭.在磨煤機回轉(zhuǎn)頭中,向煤粉流中加入石
灰石,然后,煤粉/石灰石/空氣混合物通過6個回轉(zhuǎn)頭的出口均勻地離開回轉(zhuǎn)頭.混合物經(jīng)六條
輸煤管路,進入可把混合物等分成3股粉流的分配器.再經(jīng)過2×18= 26個煤噴咀,將煤/石灰石/
空氣混合物引至沸騰:床的底部.
6． 天然氣點火系統(tǒng)
為了啟動和確保燃燒備用燃料,設置了天然氣燃燒系統(tǒng).四個沸騰床天然氣燃燒器安裝在中心
床空氣噴咀之間的分布板上,每個燃燒器由5根帶有天然氣噴孔的天然氣管構(gòu)成.通過這些燃燒器
,可以把天然氣引至沸騰床的底部.天然氣利用3個位于懸浮段壁內(nèi)的改型低壓點火燃燒器進行點
燃.
7． 飛灰再燃和除灰系統(tǒng)
旋風分離器和布袋除塵器的飛灰被收集在料斗之內(nèi)(圖14).經(jīng)過一個閉鎖料斗系統(tǒng),飛灰被
加壓并輸送到一個飛灰再燃箱.從這個飛灰再燃箱,一定量的可控飛灰經(jīng)8個薦燃管道被氣力輸送
至沸騰床的底部進行再燃.多余的飛灰氣力輸送至一個飛灰貯倉.為了能夠更好地清除碳含量最低
的布袋除塵器飛灰,安裝了另一種用于布袋除塵器灰的排放系統(tǒng).
圖14 飛灰再燃和除灰樂統(tǒng)
為了維持床位,床料通過一個置于中心床部位的分布板內(nèi)的排料管予以排出.被排出的床料在
一個水冷螺旋輸送機內(nèi)被冷卻并經(jīng)過一個濃相氣力輸送系統(tǒng)排放到床灰貯倉內(nèi).
64 為了在起動期間或床位太低時,使沸騰床有足夠的床料,床料也能從床灰貯盒排至一個
氣力輸送系統(tǒng),以使床料重新輸回到鍋爐內(nèi). ~天然氣系統(tǒng)
生物質(zhì)燃燒機氣化站
