0  前言

循環(huán)流化床鍋爐優(yōu)點(diǎn)之一是燃料適應(yīng)性廣，幾乎可以燃燒各種煤以及煤矸石、油質(zhì)巖等，并能達(dá)到較理想的燃燒效率，它的這一優(yōu)點(diǎn)，對充分利用劣質(zhì)燃料具有重大意義。福建省無煙煤儲量大，具有揮發(fā)分含量極低、細(xì)粉含量很高和灰熔點(diǎn)低等三大特點(diǎn)，屬特別難燃的煤種。在循環(huán)流化床鍋爐推出之前，難以在福建燃煤鍋爐中作為主燃料。隨著循環(huán)流化床燃燒技術(shù)的推廣應(yīng)用，循環(huán)流化床鍋爐燃用福建無煙煤的各種技術(shù)已趨于成熟，循環(huán)流化床鍋爐成為福建工業(yè)及電站鍋爐的首選，福建無煙煤也從外運(yùn)為主變成基本在省內(nèi)消化的態(tài)勢。

但是由于福建無煙煤的固有特征，在燃燒效率上與省外同類型鍋爐相比還顯得很不理想，即使是220t/h以上的中大型鍋爐仍有差距。燃用福建無煙煤的循環(huán)流化床鍋爐普遍存在飛灰含碳量高和爐內(nèi)、分離器及返料器易結(jié)焦等問題，小型循環(huán)流化床鍋爐（指35t/h以下）尤其明顯，飛灰含碳量通常都在30％左右，甚至超過40％。目前，在循環(huán)流化床鍋爐往大型化發(fā)展的同時，許多工業(yè)鍋爐用戶也在從鏈條鍋爐往循環(huán)流化床鍋爐轉(zhuǎn)型，對燃用福建無煙煤的小型循環(huán)流化床鍋爐提高燃燒效率作進(jìn)一步探討，對于廣大的新老用戶仍然有極大的現(xiàn)實(shí)意義。

1  循環(huán)雙流化床簡介

東方鍋爐為滿足中小型工業(yè)用戶的需求，開發(fā)出循環(huán)雙流化床鍋爐（CFDB）。它是一種循環(huán)流化床鍋爐的改進(jìn)爐型，研制于八十年代，1989年取得國家專利，專利號“ZL97107787.8”，適用于小型燃煤鍋爐,是東方鍋爐工業(yè)鍋爐的主導(dǎo)產(chǎn)品。第一臺這種鍋爐在1990年10月投運(yùn)取得了良好的效果，這臺鍋爐至今仍在四川資陽寶蓮酒廠運(yùn)行。到目前已有一百多臺產(chǎn)品和幾十臺改造爐（原主要是鏈條爐）投運(yùn)，最大已發(fā)展到50t/h。實(shí)際運(yùn)行狀況表明它有大型循環(huán)流化床鍋爐的優(yōu)點(diǎn)（煤種適應(yīng)性廣，熱效率高，負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍寬等），并較好的克服了循環(huán)流化床鍋爐小型化后所出現(xiàn)諸如飛灰含碳量高、受熱面磨損較快、自用電量大等各種問題。因此，雖然東鍋生產(chǎn)各種形式的循環(huán)流化床鍋爐，但在小容量鍋爐上首推循環(huán)雙流化床鍋爐。

2  循環(huán)雙流化床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

循環(huán)雙流化床鍋爐是一種改進(jìn)了的循環(huán)流化床鍋爐，其最主要特點(diǎn)就是有兩個流化床，一個燃煤的主床，一個專燒飛灰的副床（見圖一）。

2.1  主床：主床內(nèi)沒有埋管，流化速度較高。煤由一臺螺旋給煤機(jī)送入主床密相區(qū)（正壓給煤），迅速與高溫床料混合后著火燃燒，空氣由高壓主床風(fēng)機(jī)通過布風(fēng)裝置送入，并使床料流化，大部分燃料在密相區(qū)燃燒。高溫?zé)煔鈯A帶大量飛灰離開密相區(qū)進(jìn)入懸浮室，未燃燼的煙氣與飛灰在爐膛內(nèi)繼續(xù)燃燒。

2.2  副床：副床位于懸浮室之后，燃燼室的下部，副床燒灰，流化速度很低，只有l(wèi)m／s左右，是低速飛灰床，床內(nèi)設(shè)有埋管以充分利用埋管傳熱。副床灰來自三部分：①煙氣從懸浮室轉(zhuǎn)向到燃燼室時，粗顆粒的高溫灰被分離，直接進(jìn)入副床燃燒。②煙氣在對流管轉(zhuǎn)向，一部分飛灰被分離掉進(jìn)副床。③在對流管后布置旋風(fēng)分離器（從多管旋風(fēng)子改進(jìn)），分離下來的飛灰，經(jīng)氣力輸送槽至副床。

2.3  爐膛：爐膛分割成三室，組成折疊式爐膛，煙氣在爐膛內(nèi)作N形流動，鍋爐的外形尺寸與鏈條爐相似。

2.4  氣力輸送槽：由于分離器置于對流管束之后，送回副床還有一段水平距離，常用的循環(huán)床回料裝置不能適應(yīng)。由東鍋設(shè)計開發(fā)的氣力輸送槽，可以將循環(huán)灰輸送到相距一段距離的副床。

3  循環(huán)雙流化床的優(yōu)點(diǎn)

根據(jù)燃燒理論，在流化床燃燒室中要獲得理想的燃燒效果必須遵循公認(rèn)的“3T”原則[2]：

①Turbulence（強(qiáng)烈的擾動）

②Temperature（高的溫度）

③Time（長的停留時間）

東鍋在小型循環(huán)流化床鍋爐采用雙床形式，主床螺旋機(jī)給煤、不設(shè)埋管、折疊式爐膛、設(shè)副床燃燒飛灰，完全遵循 “3T”原則,具有常規(guī)循環(huán)流化床鍋爐不可比擬的優(yōu)點(diǎn)：

3.1  煤由螺旋給煤機(jī)送入主床密相區(qū)，煤粒子與床料迅速而充分的混合,強(qiáng)烈的擾動使得它們之間獲得非常高的換熱系數(shù)。同時細(xì)微的煤顆粒受到碰撞，增加了其在爐內(nèi)停留的時間。

3.2  從圖一中可看到，對流管束前的整個煙氣流程都保證煙氣溫度在800℃以上，使得煤粒子能夠充分燃燒。

3.3  福建無煙煤燃燼時間長，這就需要爐膛有一定的高度，這對于小容量鍋爐來說恰恰是個局限。而循環(huán)雙流化床組成折疊式爐膛，煙氣流程很長，滿足了分離器不能分離的細(xì)灰的燃燒要求，而煙氣多次轉(zhuǎn)向造成的擾動，使煙氣混合很好，增強(qiáng)了擾動效果。

3.4  由于主床內(nèi)沒有埋管受熱面，床面積較小，鍋爐點(diǎn)火起動容易，燃料品種不受限制，在同一臺鍋爐中可以燒5000~26000kJ/㎏的各類煤，也可全燒造氣渣或鏈條爐爐渣。由于流化速度高，負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍寬，調(diào)節(jié)比可達(dá)l：0.3。

3.5  副床內(nèi)設(shè)埋管，由于流化速度低，床料細(xì)，床料的沖刷不會造成副床埋管明顯磨損，埋管無須加防磨措施。

3.6  用副床燒灰有幾大優(yōu)點(diǎn)：①飛灰在副床內(nèi)平均有半小時以上的燃燒時間，飛灰在副床內(nèi)燃燒得非常完全，副床灰中可燃物含量低于2％；②副床通過定時從排灰管排灰保持合適的床層風(fēng)壓，排出的灰渣量超過主床，這樣就減少了飛灰份額與鍋爐初始排塵濃度，即使燒劣質(zhì)煤，也容易達(dá)到初始排放濃度的排放標(biāo)準(zhǔn)，③飛灰在爐內(nèi)不需無限循環(huán)，爐膛煙道中飛灰濃度僅為一般循環(huán)床鍋爐的幾十分之一，這對保護(hù)受熱面免受飛灰的磨損非常有效，在CFDB中受熱面的磨損不構(gòu)成問題。

4  循環(huán)雙流化床燃用福建無煙煤的獨(dú)有優(yōu)勢

4.1  在氣固分離裝置發(fā)展到旋風(fēng)分離、分離效率大幅提高之后，CFB鍋爐燃用福建無煙煤普遍存在為保證運(yùn)行時床層溫度而必須從事故排灰管放灰的情況。這一現(xiàn)象可以從兩相鼓泡理論來解釋：進(jìn)入爐膛密相區(qū)的燃煤與床料混合后，煤粒子呈乳化相，且細(xì)灰包裹在外圍。從風(fēng)室送入的空氣呈氣泡狀上升，燃燒反應(yīng)需要的氧是從氣泡往乳化相中滲透，當(dāng)燃料灰分較高時（如福建無煙煤），分離器捕捉下來的循環(huán)灰量增加，床料平均粒徑下降，導(dǎo)致乳化相的細(xì)灰包裹層更加致密，氣泡中的氧往乳化相滲透的能力削弱，燃燒反應(yīng)受到抑制，造成床溫下降。而CFDB 將捕捉下來的細(xì)灰集中在副床燃燒，在燃燒高灰煤和造氣爐灰渣等劣質(zhì)燃料時，盡管灰量大增也不會影響主床燃燒，因此主床的控制簡單化了。同時，由于沒有床溫的困擾，分離器可以往最高效率方向設(shè)計。這也是CFDB在小型CFB鍋爐中效率突出的主要原因之一。

4.2  旋風(fēng)分離器捕捉不到的細(xì)料子一般是120um以下（即尾部飛灰部分），資料顯示120um的煤粒子的燃燼時間約3秒[1]，而福建無煙煤更需要成倍以上的時間，受爐體高度的限制，要在小型CFBB上做到滿足旋風(fēng)分離器捕捉不到的細(xì)料子的燃燼停留時間要求是不現(xiàn)實(shí)的，而CFDB的折疊式爐膛最大限度延長了細(xì)粒子停留時間，所以CFDB的飛灰可燃物含量較同類型CFB鍋爐低。

4.3  CFDB尾部飛灰可燃物含量通常燃用煙煤為3～8％，燃用無煙煤為15～25％。對于飛灰可燃物含量的用戶，可采用增大爐膛容積、延長飛灰在爐內(nèi)停留時間的措施，在常規(guī)指標(biāo)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低。同時，CFDB尾部飛灰份額小。如燃料構(gòu)成是40％造氣爐渣＋30％煤矸石＋30％福建無煙煤，細(xì)粉比例為小于1mm占50％以上，則燃燒殘余物的比例分別是大渣30％、付床灰40％、尾部飛灰30％，尾部飛灰的份額遠(yuǎn)小于CFBB。

4.4  CFDB的中溫分離理念也符合福建無煙煤的燃燒需要。由于成本等方面的原因，小型CFBB都是絕熱式分離器，因此要避免返料系統(tǒng)堵塞必須將分離器后移，也就是中溫分離。

5  循環(huán)雙流化床的典型用戶

5.1  湖北當(dāng)陽化肥廠于 2003 年上了第一臺35t/hCFDB，燃料是70%造氣爐渣＋30％劣質(zhì)無煙煤,燃料平均熱值僅為2500Kcal/Kg，燃料成本很低，用戶從資源綜合利用的技改中得到了很好的回報，到現(xiàn)在已發(fā)展到四臺，從工業(yè)鍋爐（35t/h）做到電站鍋爐（45t/h）。大渣、付床灰與尾部飛灰的可燃物含量分別是5％（因?yàn)槿剂蠠嶂档停霠t量大，排渣時間短）、2％和7％。

5.2  廣東江門新會信和染整有限公司的DG25-2.45/400型鍋爐，燃用越南無煙煤，噸標(biāo)煤產(chǎn)汽量達(dá)到8.8噸，熱效率為86.4%。 

5.3  廣東順德明洋紡織印染有限公司多方考察后，50t/h電站鍋爐采用了該爐型。目前正在調(diào)試階段，最大出力已達(dá)到60t/h。

5.4  第一臺投運(yùn)的四川資陽寶蓮酒廠10t/h改造爐，全廠只有這一臺爐來保證生產(chǎn)，至今運(yùn)行16年，但只換過幾根水冷壁管，對流管從未更換。

5.5  福建富寶實(shí)業(yè)有限公司通過對省內(nèi)、外10多臺鍋爐及四家鍋爐制造企業(yè)的考察，將原有10t/h鏈條鍋爐改造成15t/h循環(huán)雙流化床鍋爐，把企業(yè)積存多年的造氣爐渣全部消化。

5.6  福建省邵武化肥廠根據(jù)國家“十一五”工業(yè)企業(yè)十大節(jié)能工程實(shí)施意見精神，與我司簽訂協(xié)議，將沸騰爐改造為CFDB，設(shè)計燃料為造氣爐渣(1/3)＋吹風(fēng)器除塵器收集細(xì)灰(1/3)＋劣質(zhì)無煙煤(1/3)，并將鍋爐參數(shù)提高到中溫中壓，實(shí)現(xiàn)廢物利用和熱電聯(lián)產(chǎn)的目的。

6  結(jié)束語

在國家大政方針非常強(qiáng)調(diào)節(jié)能的今天，在中小型鍋爐中推廣應(yīng)用CFDB，符合我國能源環(huán)保政策，會為國家節(jié)約更多優(yōu)質(zhì)能源，消化大量的工業(yè)固體廢棄物，為企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益，為社會創(chuàng)造和諧環(huán)境。我們也希望能針對福建無煙煤對該型鍋爐進(jìn)一步優(yōu)化完善，讓用戶得到更好的產(chǎn)品和服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

1. 岑可法等《循環(huán)流化床鍋爐原理設(shè)計及運(yùn)行》中國電力出版社

2. 趙長遂等《飛灰底飼回燃技術(shù)應(yīng)用于循環(huán)流化床鍋爐的機(jī)理和實(shí)例分析》東南大學(xué)潔凈煤發(fā)電及燃燒技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

3. 東方鍋爐廠黃世漢《循環(huán)雙流化床鍋爐介紹》福建熱能動力2000

文章作者：福建省東鍋節(jié)能科技有限公司 福州 350004 熊賢周 方桂平