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1、1循环流化床（CFB）锅炉低温烘炉的实践1 引 言 我国电力事业的发展，是以煤炭作为主要的一次能源。煤炭的燃烧势必造成对大气环境的污染。循环流化床（CFB）燃烧技术是公认为燃烧煤炭造成环境污染较低的燃烧方式。近年来随着环境保护要求的日益严格，CFB 锅炉获得了很大程度的应用，目前已有 140 多台 100MW150MW 级的 CFB 锅炉投运和正在建造，已有 11 台 300MW 级的 CFB 锅炉在建造，并有 2 台已投运。正拟发展 600MWCFB锅炉机组。中国是世界上 CFB 拥有数量最多、装机容量最大的国家。CFB 锅炉由于其燃烧机理不同于其它类型的锅炉，在锅炉结构上有其独特之处，其最
2、大的特点是燃料在炉内被控制在较低温度（800900）下燃烧。燃料颗粒在炉内多次循环，以达到抑止烟气中 Nox 的生成和利用循环物料中固硫剂作用降低 So2 的排放。物料在炉内循环是 CFB 锅炉最大特色，必然要求锅炉在结构上适应。CFB 锅炉的炉膛、旋风分离器、回料器、外置床、冷渣器以及各部件相联的通道在锅炉运行中都将经受 800900的高温烟气和物料冲刷，其内壁必须敷设耐火或耐火耐磨的内衬材料。 CFB 锅炉运行中，高浓度的固体物料将长期冲刷循环系统各部的内衬材料，因此，对耐火耐磨内衬材料提出了严格的要求，根据锅炉部件的特点，除合理选择耐火耐磨内衬材料的材质之外，内衬材料还必须要适应该部件的
3、结构特点来敷设，除了结构规矩的部位采用烧成的耐火耐磨砖衬之外，大多数部位都采用具有可塑性的耐火耐磨浇注料。这些内衬材料均在锅炉安装现场就地制作成型，它将经历“加水浇注成型”、 “自然养护”、 “烘炉（干燥和固化）”的过程，才能使内衬材料达到预期的性能要求，其中，内衬材料的干燥过程显得格外重要，它将直接关系内衬材料的2质量和性能以及内衬材料的使用寿命，影响到锅炉运行可靠性。 原始的烘炉方法是采用在炉内燃烧木柴、焦碳和启动点火油燃烧器作为烘炉热源。这种加热方法，由于加热温度和升温速度均无法控制，热源位置也受到很大限制而造成内衬材料敷设部位有不能加热的死角，因此烘炉招致内衬材料的缺陷甚至大面积损坏屡
4、见不鲜。无法确保内衬材料性能和质量的要求。 哈尔滨普华烘炉技术服务公司在上海锅炉厂有限责任公司和山东电建一公司的支持下，开发了一种新型烘炉工艺无焰烘炉，经过二年多的实践，证实该烘炉方法不仅是一种省工、省时、省燃料的先进烘炉工艺，更能确保烘炉的质量。 2、低温烘炉工艺 烘炉的目的是保证不损坏内衬材料的前提下，通过加热方法使内衬材料得到充分干燥，干燥后再加热，使内衬材料在高温下固化并使其陶瓷性结合而达到最优的物理性能。因此，把烘炉工艺区分为低温烘炉阶段和高温烘炉阶段。内衬材料的干燥低温烘炉是确保烘炉的成功和内衬材料质量的关键。也就是对内衬材料干燥过程作有效控制，使其适应内衬材料水份析出的规律。 内
5、衬材料的水份，由吸附方式与材料结合的游离水（自由水）和与材料矿物质化合方式结合的结晶水（化合水）组成，游离水常压下在水沸点温度蒸发逸出。一般在110左右已具备完全逸出的条件。结晶水一般在 200左右开始逸出。对于结构致密的内衬材料来说，如果水份转化为水蒸汽的速度远大于蒸汽逸出的速度，积累的蒸汽压力超过材料抗张强度，会使材料爆裂剥落。研究材料水份析出规律，以便为确定烘炉工艺的温度、温升速度，加热时间等参数提供依据。 图 1 所示为二种氧化铝基浇注料在升温过程中的脱水率。从图中看出，自然养护中将会大量析出游离水，适当延长脱模后自然养护时间有利于游离水的析出和烘3炉加热干燥，加热 0 到 200左右
6、水份析出速度趋缓，并随温度升高继续析出，至 500时，水份已基本逸出，继续升温已无助于水份的析出。 为了进一步验证烘炉过程中，水份析出和温度、时间的相关性，公司曾取烘炉现场的样品，在试验室热天平中作水份析出试验，试样的加热升温过程模拟了烘炉的升温过程，即升温至 150保持恒温，再升温至 350保持恒温，再升温至 600。热重测试的结果示于图 2。 图 2 中看出，在整个升温和恒温过程中，水份析出是连续的，恒温过程并不影响到水份析出，但延缓了水份析出速度。升温至 400水份已基本析出，继续升温对水份析出已无意义。图 1 与图 2 所示的测试结果，得出了基本一致规律，验证了游离水和结晶水析出的温度
7、条件，升温过程中升温速度与水份析出速度的相关性。特别是图 2 所示结果，对烘炉工艺参数的制订更有指导意义。 3、低温烘炉工艺参数、烘炉温度和温升曲线 根据内衬材料水份析出特性，确定了如下的以内衬材料无损坏干燥的低温烘炉工艺原则：烘炉温度由常温开始缓慢升高至 400左右，保证水份能缓慢地充分析出；同时要求锅炉各烘炉部位温度应该是均匀的，一则是避免水份过快蒸发导致内衬材料爆裂、剥落，再则使材料在缓慢和均匀升温中顺利膨胀，避免材料在受热过程中因为内外层温度梯度过大产生应力集中而招致损坏，因此升温速度宜控制在10/小时以下；再则，为保证内衬材料中游离水充分析出，温度至 150时，恒温一段时间，温升至
8、350400时作较长时间的恒温，以保证结晶水充分析出。按上述原则制订的低温烘炉温升曲线。 待低温烘炉阶段结束，还必须进行高温烘炉阶段，使内衬材料进一步固化和陶瓷化结合。烘炉温度可达到 600800，4因为内衬已经充分干燥，其升温速度可以提高至 50/时。高温烘炉温升曲线示于图 4。 高温烘炉阶段一般是在低温烘炉后随即启动的初次投运中进行，不必要作专门的烘炉安排。 4、无焰烘炉机 根据低温烘炉工艺要求，哈尔滨普华煤燃烧技术开发中心开发并研制了无焰烘炉机 （专利号：ZL03275601.1）。为实施低温烘炉工艺从炉外向炉内内衬材料提供干燥热源。对无焰烘炉机的主要性能要求是：具有足够的燃烧热功率，烘
9、炉机产生的热烟气温度可以大幅度调节以满足烘炉温度及升温速度的控制要求，烟气入炉有足够的压头和冲程，使烟气在炉内充满和无死角，烘炉机能满足多种气、油燃料的燃烧条件并能燃烧完全以避免未燃尽燃料 入炉构成炉内再燃隐患，控制调节参数显示明显并调节操作方便，设备安全性良好等等。图 5 所示为无焰烘炉机的外形图。 5、低温烘炉工艺实施要点 在 CFB 锅炉炉墙施工结束，内衬材料经过适当自然养护后，才可进入低温烘炉的工艺程序。在其烘炉之前，应做好如下烘炉的准备工作以确保烘炉工艺的成功实施： 合理布置烘炉机，按照锅炉需烘炉部位的内衬材料数量布置烘炉机，其数量按烘炉机热功率能满足该部份内衬材料干燥所需热量而定。
10、图 6 所示为烘炉机布置示意图。 合理设计烟气流程，使具有内衬材料的部分均有烟气冲刷而无死角。烟气流程的控制是用烟气通道中设置隔断来达到。 5.3 CFB 锅炉的分离器出口是烘炉烟气行程的末端。应设置烟气的专用排出口或5在出口端隔断上留出排烟间隙，使烟气通过锅炉尾部排出。 5.4 CFB 锅炉炉膛水冷壁必须充水保护，并准备好在烘炉时有补水及升压的条件。5.5 对风水冷渣器和外置床的受热面尽可能在低温烘炉后装入，否则应用绝热材料严密包裹受热面，同时热烟气入口不允许直冲受热面以避免受热面过烧损坏。 5.6 具有内衬材料部件的金属外壁均应开足够的水蒸汽排出孔。 5.7 在烘炉的各主要部位设置试块，以
11、监测内衬材料的干燥程度。5.8 在烘炉部位均应有监测点，监测各部位温度工况，以便遵循烘炉曲线来调整烘炉机热功率。 CFB 锅炉采用低温和高温二阶段烘炉的实践证明：采用无焰烘炉工艺进行低温烘炉是 CFB 锅炉耐火耐磨内衬材料无损干燥的关键。结合高温烘炉，使耐火耐磨内衬材料达到预期的性能和保证了烘炉质量。公司按此工艺经历了四十余台锅炉的烘炉实践以及所烘的 CFB 锅炉经历二年运行的考验，证明了无焰烘炉的低温烘炉和结合初投运时的高温烘炉是切实可行的。也说明了在这种烘炉工艺已经达到了完全成熟的程度。 由于低温烘炉在国内还是初次实践，在制定烘炉温升曲线时基于稳妥考虑在时间上是特别充裕的，由烘炉时作为检测干燥程度的试样结果看出，其含水率远远低于内衬材料烘炉结束后的允许值。在现时燃油价格昂贵的情况下，适当的缩短时间减少输入热量并最有效的利用输入热量来节约耗油量。仍是一个值得研讨的课题。 参考文献 张全胜 高洪路 . 国产大型 CFB 锅炉高温烘炉时的注意事项 周宁生 倪晓辉 . 对我国循环流化床锅炉用耐火材料现存问题的探讨 侯栋岐 梁 巍 . 耐火耐磨材料的干燥特性与低温烘炉曲线 6宋党文 CFB 锅炉无焰烘炉法作者简介 谢毓麟 研究员级高工 长期从事锅炉燃烧技术开发 ， 中国电力百科锅炉分支主编， 低温烘炉烘炉机及烘炉工艺主要开发者。现任职普华煤燃烧技术开发中心。
