关于极低热值石煤燃烧的循环流化床锅炉的探讨

关于极低热值石煤燃烧的循环流化床锅炉的探讨

丁贵武  

东莞市应天环保工程有限公司 广东东莞 523000

[摘要]伴随现代工业技术持续的进步发展，对流化床的锅炉装置及其工艺提出更高要求。石煤，虽然属于重污染、低发热值及低含碳量一类劣质煤，但若能够引入更具经济合理性的锅炉装置，则能够实现对此类资源更为合理地利用，鉴于此，本文主要探讨极低热值的石煤燃烧循环式流化床的锅炉装置，期望可以为后续更多技术工作者和研究学者对此类课题的实践研究提供有价值的指导或者参考。

[关键词]锅炉；流化床；石煤燃烧；极低热值；循环；

前言：

我国属于少数拥有着石煤此项资源的一个国家，那么，为能够更好地运用此项资源，达到石煤资源更为有效且综合利用的目的，便需积极探索出适宜极低热值的石煤燃烧一种锅炉装置，因而，对极低热值的石煤燃烧循环式流化床的锅炉装置开展综合分析，有着一定的现实意义和价值。

1、关于石煤及循环式流化床的锅炉概述

1.1在石煤层面

石煤，它属于低热值、高灰分及少含碳量一种燃料，更属于品位低多金属类型共生矿。石煤，它是由4亿~5亿年之前的地质时期，众多菌藻类相关生物遗体，处于浅海环境当中，经过腐泥化及煤化各项作用所转变而成[1]。总体上呈偏灰色，且暗淡无光，内部夹杂钙质结核、磷、石英脉、黄铁矿等相对较多。劣质石煤并无较高的发热量，通常为800-1000大卡/㎏，热值极低。我国属于世界范围内少数的石煤资源拥有国，分布于我国浙江、江西、安徽、湖北及湖南一带缺煤地区，我国的石煤资源利用途径以发电所用燃料为主，且部分还应用到建材和石煤提钒工业当中。

1.2在循环式流化床的锅炉层面

循环式流化床的锅炉，属于工业化最高程度洁净煤的一种燃烧技术，实行流态化的燃烧，内部结构以燃烧室、循环回炉为主。燃烧室，其内含密相区及稀相区；而循环回炉，以温气固的分离装置、返料系统为主。

2、探讨极低热值的石煤燃烧循环式流化床的锅炉装置

2.1工况

湖北宜昌市的某水泥厂，周围区域石煤储量十分丰富，通过现场多次试验，经过焙烧过后所获取石煤渣，属于优质水泥混合型材料。该水泥厂自投产后，为能够确保石煤可实现被综合利用，把石煤燃烧的锅炉生产所产生蒸汽应用至发电当中，燃烧过后所剩灰渣，则用为水泥熟料混合材料，力求把水泥总体生产成本降低，实现更多经济效益获取。但因此地区石煤呈极低品质，存在着低热值、高灰分及难燃烧等情况，故长久以来并未开发研究出最适宜石煤焚烧的锅炉装置。石煤高效且综合利用的实现，最为重要的应当是开发出技术可行性及经济合理性较高的一种燃烧技术及装置。目前石煤煅烧设施设备以流化床炉、焙烧炉、平窑为主。流化床的锅炉，其焙烧呈高转化率、实操条件优良、可支持持续性的生产运行，且烟气已实现达标排放，属于石煤燃烧最优设备。但纯烧热值现阶段约850大卡的石煤焚烧一种锅炉仍然处于空白阶段，迫切需要开发设计并且运用极低热值的石煤燃烧循环式流化床的锅炉装置。

2.2在内部构成层面

此次所开发设计并应用这种极低热值的石煤燃烧循环式流化床的锅炉装置，其内部以炉膛、旋风分离装置、埋管、布风板、旁路冷灰装置、返料装置、包墙水冷式竖直烟道、三级空预装置、三级省煤装置、二级过热装置、二级蒸发装置等，详见图1。结合地区石煤呈极低品质、低热值、高灰分及难燃烧等情况，对锅炉部件实施创新设计和布局，确保锅炉装置燃烧热值稳定于750～950kcal/kg范围，确保该水泥厂能够成功投放运用极低热值的石煤燃烧循环式流化床的锅炉装置，锅炉所产生蒸汽可用于正常发电，焚烧过后灰渣则用为水泥混合型材料，实现最佳经济及环境效益的获取。下列是对极低热值的石煤燃烧循环式流化床的锅炉装置内部各重要构件或设备的详细阐述：一是，在炉膛层面。除炉膛位置少部分膜式水冷壁设光管，余下部分设绝热炉膛，对其上面敷设好隔热层及耐火层，促使辐射传热得以减少，确保密相区热容量及燃烧温度足够，入炉劣质石煤可快速着火，且实现稳定燃烧。因石煤呈较高灰分，故设计期间，炉膛总体截面烟速需把控至5m/s范围，确保烟气在炉内部停留时间充足，确保其能够燃烬[2]；二是，在埋管层面。管子表面部位设材质特殊波纹形耐磨层。把埋管设密相区内，传热相对强烈，充当部分因绝热炉膛所减少蒸发的受热面，防止密相区产生超温情况；三是，在布风板层面。对流化床式锅炉装置，实施较大面积布风、排渣大口径、低流化的风速等设计，流化风速设3～4m/s；四是，在高温分离装置和返料装置层面。实行低循环倍率，待分离后，高温灰则全部返回至炉膛1，部分可经旁通方式逐渐进入至冷灰机。因呈较大的返料灰量，对床温波动会产生影响，故设旁路冷灰装置，与负荷变化结合，对返炉灰量实施合理调节，确保床温维持稳定，以800～900℃为宜；五是，在包墙水冷式竖直烟道层面。对锅炉尾部位置，竖直烟道呈“U”形予以合理布局，以包墙水冷式烟道为基础，促使竖直烟道高温段形成，且三级的空气预热装置、三级省煤装置、二级过热装置、二级蒸发装置均布设于“U”形的竖起烟道当中；包墙水冷式烟道，呈膜式壁结构，把下集箱和锅炉的下降管妥善连接，上集箱和锅炉汽包则妥善连接；蒸发装置和包墙水冷式烟道一同构成锅炉装置蒸发的一个受热面；六是，在三级空预装置层面。流化床实行高温一次热风，对石煤着火基础燃烧条件予以合理优化。高温空预装置布设于烟气较高温度烟道当中，出口热空气温为300～350℃。经布风板，热空气可顺利进入至密相区当中。

图1锅炉装置内部构成示意图

2.3在实施方式层面

水泥厂内装设中温中压、自然循环、单锅筒的循环式流化床的锅炉装置，额定的蒸发量为40t/h。锅炉燃料选定当地劣质石煤，低位的发热量为800～900kcal/kg。该石煤经二级破碎装置，破碎处理后粒度为1～12mm，借助三台带式给煤输入炉膛当中。炉膛呈绝热炉膛布设，水冷壁上面敷设着隔热层及耐火的浇注层，该炉膛截面风速设为5m/s；埋管设密相区当中，管子表面为材质特殊波纹形耐磨层；设布风板面积为20m2，排渣管Φ300，且流化风速为3～4m/s。源自于高温空预装置350℃，实施一次热风后穿过该布风板风帽，快速进入至密相区；经高温分离装置有效分离处理后，一部分高温灰进入至冷灰装置当中，余下高温灰则返回炉膛当中[3]。冷灰装置当中冷却水取自锅炉补水，对灰渣物理热予以集中回收；而后进入至锅炉装置尾部的竖直烟道。高温空预装置布设于省煤装置较高烟温烟道内，出口位置热空气所达到温度为350℃。在锅炉装置底部零米层位置设两台冷渣装置，用于热渣物理热回收。最终，各点排灰及排渣收集送至水泥的生产线相应熟料库内，用为混合材料。

3、结语

综上所述，此次所开发设计极低热值的石煤燃烧循环式流化床的锅炉装置，其不仅能够有效解决石煤呈极低品质，存在着低热值、高灰分及难燃烧等问题，且可确保锅炉装置所产生蒸汽可用于正常发电，焚烧过后灰渣则用为水泥混合型材料，实现经济及环境效益最大化获取，值得持续推广及应用开来。

参考文献：

[1]张强,杨虎,邓启刚,等.大比例掺烧低热值废气循环流化床锅炉设计[J].节能,2021,40(041):429-430.

[2]李晓飞,于锴.超超临界循环流化床锅炉外置式换热器开发及关键技术研究[J].电脑乐园,2020,25(009):106-107.

[3]高琴.全燃石煤350 MW超临界循环流化床锅炉关键技术及设计方案研究[J].锅炉技术,2020,51(004):511-512.