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1、提高循环流化床锅炉热效率的措施,华中科技大学煤燃烧国家重点实验室,2020/8/4,1,CFB锅炉的优点,燃料适应性特别好 燃烧效率高 负荷调节性能好 灰渣综合利用 环境性能特别好:能脱除SO2,NOX和CO2,2020/8/4,2,锅炉厂生产的CFB锅炉业绩表(-2007年3月),2020/8/4,3,受热面磨损、爆管。 耐热防磨层磨损、破裂。 风帽磨损与漏灰。 冷渣器堵塞与结渣。 燃烧分层。 燃烧脉动。 燃烧爆炸。,大型CFB锅炉运行中的主要问题,2020/8/4,4,某台135MW CFB锅炉热效率和各项热损失,影响循环流化床锅炉热效率的主要因素有: 燃烧温度、燃煤种类、飞灰含碳量、炉渣
2、含碳量、和排烟温度。 过剩空气系数,燃煤粒度及分布,脱硫,一、二次风比率,给煤方式及灰渣物理热损失。,2020/8/4,5,提高循环流化床锅炉热效率的技术措施,适当提高燃烧温度,2020/8/4,6,其中:p为碳粒子的燃烬时间,s;T b为燃烧温度,;dp为碳粒子直径,cm。 碳粒子的燃烬时间与燃烧温度有关,提高燃烧温度能明显的缩短碳粒子的燃烬时间。,燃烧温度,2020/8/4,7,不同粗碳粒子的燃烬时间随燃烧温度的变化,2020/8/4,8,细碳粒子燃烬时间随燃烧温度的变化,煤粒径,mm,当 从800升高到950时,碳粒子的燃烬时间缩短6倍左右,2020/8/4,9,温度 颗粒粒径 燃尽时间
3、,2020/8/4,10,燃烧温度(),当燃烧温度从870提高到920,燃烧温度增加50时,锅炉燃烧效率提高了2个百分点左右,2020/8/4,11,提高循环流化床锅炉热效率的技术措施,降低飞灰含碳量提高锅炉燃烧效率,2020/8/4,12,影响飞灰含碳量的主要因素,燃烧温度 煤的种类 分离飞灰的循环倍率 燃烧室上部燃烧偏斜 燃烧氧量的供给 分离器的分离效率 除尘灰再循环燃烧,2020/8/4,13,(1) 提高燃烧温度,当燃烧温度从900提高到950时,飞灰含碳量从22.5%降到10%左右,降低了12.5个百分点。燃烧温度提高1,飞灰含碳量降低0.25个百分点。,2020/8/4,14,当燃
4、烧温度从900提高到950时,飞灰含碳量从22.5%降到15%,降低了7.5个百分点。燃烧温度提高1,飞灰含碳量降低了0.15个百分点。,与煤种1相比, 影响程度的不同是由煤的燃烧反应性差异所决定的。,2020/8/4,15,(2) 煤种的影响,挥发分低的难燃煤种,如福建龙岩的无烟煤飞灰含碳量较高;挥发分高的易燃煤种,如烟煤,褐煤等,飞灰含碳量较低。 一般无烟煤的飞灰含碳量比烟煤要高5-10个百分点。,2020/8/4,16,(3) 分离灰循环倍率的影响,2020/8/4,17,分离灰循环倍率为5时,飞灰含碳量为12.5%左右。 分离灰循环倍率从3提高到4,飞灰含碳量降低约2.5个百分点。 从
5、7提高到8时,降低了1个百分点。 从14 提高到18时,只降低了0.5个百分点。 分离灰循环倍率在2-6之间变化,对飞灰含碳量的影响是最有效的。 分离灰循环倍率为7时,飞灰含碳量为11%,为进一步降低飞灰含碳量宜采用尾部降尘灰再循环燃烧。,2020/8/4,18,(4) 燃烧偏斜的影响,某135MW CFB锅炉燃烧偏斜特征,2020/8/4,19,左侧分离器进口烟气温度为923,返料温度为867,经分离器后温度降低了56。 右侧分离器进口烟气温度为889,返料温度为956,经分离器后温度升高了67。 这时Cf =11%。 若消除了燃烧室上部的燃烧偏斜,飞灰含碳量Cf 8%是有可能的。,2020
6、/8/4,20,燃烧室深度(m)(左为前墙方向),(5) 燃烧氧量供给的影响,高坝电厂410t/h CFB锅炉燃烧室深度方向烟气含氧量分布: 靠前墙2m之内含氧量较低,在3%-6%范围内; 靠后墙1.5m之内含氧量较高,在6%-10%之间; 在燃烧室中心区2.5m范围内,含氧量最低,接近于零。,2020/8/4,21,原因:,前墙缺氧:回料管给煤,煤燃烧消耗了氧气; 后墙富氧:燃烧少耗氧少; 中心区缺氧:二次风穿透能力弱,送不到中心区,引起了供氧不足。,2020/8/4,22,调整后高坝410t/h CFB锅炉燃烧室深度方向烟气含氧量分布,调整燃烧室前后墙的二次风量,增加前部供风量,减少后部供
7、风量,和加强二次风的穿透能力。 在燃烧室出口烟气含氧量为3%-4%的情况下,燃烧室中心区烟气含氧量从原来的零提高到了3%左右,后墙区含氧量从9%降到了7%。,2020/8/4,23,(6) 提高分离器分离效率,分离器的分离效率与分离灰循环倍率的关系:,m为分离灰循环倍率,c为分离器分离效率,Ay为燃煤灰分含量,为飞灰份额 。,分离效率高,分离灰循环倍率大; 煤中灰份含量高,分离灰循环倍率大; 燃烧室出口飞灰份额大,分离灰循环倍率高。,2020/8/4,24,分离效率与循环倍率的关系,2020/8/4,25,为保证分离灰循环倍率为9 对热值为22.212MJ/kg的III类烟煤,要求分离器的分离
8、效率为98%; 对热值为9.308 MJ/kg 的类煤矸石,要求分离效率为96%。,2020/8/4,26,高坝410t/hCFB锅炉飞灰含碳量与粒径的关系, 37m的灰粒,Cf为1%左右 6-18m的灰粒, Cf = 28%。 降低6-18m灰粒的Cf是提高燃烧效率的关键,2020/8/4,27,偏心排气管旋风分离器,480t/h CFB锅炉: 偏心556mm; 加速段,向下倾斜10; 倒锥形,锐角取5.2。,2020/8/4,28,分离器改造前后对比,改造后的分离器的dc50,从180 m降为80 m,分离效率明显提高、飞灰含碳量明显降低。 同样的脱硫效率,改造后的Ca/S下降40%。,2
9、020/8/4,29,(7) 除尘灰再循环燃烧,R=0.3,Cf从23%降到13% R=0.6,Cf从23%降低到4%,高坝410t/hCFB锅炉 第一电场除尘灰再循环燃烧,Cf从28%降到13%,c达到设计值97.2% 。,2020/8/4,30,石家庄永泰热电厂75t/h CFB锅炉,锅炉改造前后飞灰含碳量和热效率比较,2020/8/4,31,镇海220t/h CFB锅炉改造前后飞灰含碳量比较,2020/8/4,32,提高循环流化床锅炉热效率的技术措施,3. 降低床底渣含碳量,2020/8/4,33,粗粒子在浓相床内的停留时间:,Hb - 静止床料高度,m ; Fd - 布风板面积,m2;
10、 b -静止床料的堆积密度,kg/m3; B为燃煤消耗量,kg/h; 为燃煤中粗粒子的份额 。,2020/8/4,34,粗粒子在浓相床内的停留时间(75t/h CFB锅炉),2020/8/4,35,热值为25.08MJ/kg的高热值优质煤, 为29.8min; 热值为4.18MJ/kg的低热值煤, 为6.2min。 高热值煤的停留时间为低热值煤的5倍。这就是CFB锅炉烧低热值煤床底渣含碳量高的原因。,2020/8/4,36,对于75t/hCFB锅炉(比较前面的数据),烧热值16.72MJ/kg煤: 在950的燃烧温度下,所有粗粒子的停留时间大于燃 烬时间,床底渣烧透; 当燃烧温度为900时,大
11、于4mm的粗粒子停留时间小于燃烬时间,存在夹碳损失; 当燃烧温度为850,大于2mm的粒子停留时间小于燃烬时间,存在夹碳损失; 当燃烧温度为800时,大于1mm的粒子停留时间小于燃烬时间,存在夹碳损失;,2020/8/4,37,烧热值低于12.54MJ/kg的劣质煤,燃烧温度小于900时,所有大粒子的燃烬时间大于其停留时间,床底渣均有夹碳损失。,2020/8/4,38,降低床底渣含碳量的技术措施,设计锅炉时:保证粗粒子在浓相床内的停留时间大于其燃 烬时间。烧劣质煤时,宜将床截面积大一 些,流化速度取低一点,料层厚度设计厚一 些。 锅炉运行时:维持合理燃烧温度,适当提高料层厚度。 制备合适粒度及
12、大小分布的燃煤,防止燃烧分 层。,2020/8/4,39,135MW CFB锅炉燃烧室的截面燃烧温度的分布,2020/8/4,40,图中部43个温度测点离布风板300mm,温度相差大( 151.1 - 939.1 ) ; 占燃烧室截面积的5/6,高度估计有300mm到500mm的区域,温度低于790,发生燃烧分层; 估计1/3的浓相床区域发生了燃烧分层,粗粒子在浓相床内停留时间减少了约1/3;,2020/8/4,41,135MW CFB分层燃烧发生的原因,排渣出口从4个改为2个 排渣口布置不均匀 风帽出口小孔风速偏低(25m/s) 消除分层燃烧现象,将床底渣含碳量从4%降到2%以下是有可能的。
13、,2020/8/4,42,提高循环流化床锅炉热效率的技术措施,4. 降低排烟温度,减少排烟热损失,2020/8/4,43,影响排烟热损失的主要两个因素,排烟温度 (130 140 ) 过剩空气系数 (1.35 1.40),2020/8/4,44,降低排烟温度的技术措施,将光管省煤器改为螺旋管省煤器,增加受热面; 定期吹灰,清理受热面; 降低排烟温度,排烟温度降低15,锅炉热效率提高约1%。,2020/8/4,45,提高循环流化床锅炉热效率的技术措施,1、根据燃煤性质,设计CFB锅炉技术路线,包括煤制备系统、炉膛结构、分离器型式等,制定恰当的运行策略; 2、适当提高炉膛燃烧温度; 3、通过提高燃
14、烧温度、分离器效率、保证炉膛中心区氧量供应、避免燃烧偏斜、电除尘灰再循环等措施降低飞灰含碳量 4、布置适量排渣口、保证布风质量和燃煤级配,通过运行调整,避免燃烧分层,降低炉渣含碳量; 5、适当降低排烟温度(130-140 )。,2020/8/4,46,谢 谢 华中科技大学煤燃烧国家重点实验室,2020/8/4,47,提高循环流化床锅炉热效率的技术措施,5. 优化燃烧调整和控制,2020/8/4,48,优化燃烧,提高燃烧效果,900-950 改善脱硫效果,830-880 控制NOX的生成量200mg/Nm3-400 mg/Nm3之间,(830-930),2020/8/4,49,烟气成分检测,烟气
15、成分包括O2、NO2(NO)、N2O、SO2(SO3)、CO2、CO、N2等。 根据O2,CO和CO2含量控制空气量 根据SO2含量控制石灰石加入量 根据NOX含量控制燃烧温度,2020/8/4,50,雷曼激光气体分析仪,可同时多点检测多种气体; 检测精度高; 检测速度快,可达毫秒级的响应时间; 是一种工业级产品,可在各种恶劣环境中长期稳定运行; 可以将测得的数据或模拟信号传输给电厂控制部门,实现燃烧的优化闭环控制; 能通过区域网或因特网进行远程操作,将数据传输到控制室或上级监测部门,实现实时监测。,2020/8/4,51,激光气体成分分析仪的工作原理,2020/8/4,52,激光气体分析仪的
16、特点,测量气体可达300种以上; 测试速度快,达毫秒级; 测量范围大,精度高; 同时测8种气体; 就地安装; 全自动。,2020/8/4,53,激光气体分析仪的种类,实验室型 移动型 现场安装型,2020/8/4,54,实验室型LGA,2020/8/4,55,移动型LGA,2020/8/4,56,LGA的系统安装,2020/8/4,57,LGA显示屏幕,2020/8/4,58,LGA的测试数据图,2020/8/4,59,LGA在火电厂中的应用,同时检测CO2,O2,CO,SO2,NOX,CxHy,SO3和N2,为优化燃烧和脱硫过程提供测试数据。 CO2低 O2多,减少空气供给量。 SO2高,添加石灰石,调整燃烧温度。 NOX高,调整分级空气量的比率、总空气量和燃烧温度。 美国电厂锅炉装了LGA和采取燃烧过程自动控制之后,燃烧效率提高了0.5%3%。,2020/8/4,60,LGA系统安装在电力行业煤燃烧中的应用,2020/8/4,61,激光