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中国电业【2020年第7期】

  • ID:271850
  • 浏览:3635
  • 学科:产业经济
  • 更新时间:2020-07-17 15:16:34
  • 期刊: 中国电业
内容简介
《中国电业》杂志创办于1950年,是全国电力行业创办时间最早、覆盖面最广、影响最大的杂志。杂志以多种形式准确、及时、深刻地反映电力工业的改革和发展,以深度调查和理论探讨形成独到风格,在国际国内及电力行业内外都有较大影响,在电力媒体中长期处于领军位置。

循环流化床锅炉燃烧优化控制及节能分析

2020-07-17 15:30:24 产业经济 汪吉昌
资料简介

摘要:循环流化床燃烧技术具有燃料适应性广、较高的燃烧效率、高效脱硫、低氮排放的特点,因此,相比煤粉炉等室燃型锅炉,循环流化床的燃烧自动控制更为复杂、难度更大。由于循环流化床锅炉燃烧的复杂性和特殊性,对一般煤粉锅炉和其他过程控制对象行之有效的常规控制方法,已难保证循环流化床锅炉各项控制指标的实现。针对循环流化床特性的优化控制系统对锅炉安全经济运行有重要意义。

循环流化床锅炉燃烧优化控制及节能分析

汪吉昌

宁夏国华宁东发电有限公司 宁夏银川 750408

摘要:循环流化床燃烧技术具有燃料适应性广、较高的燃烧效率、高效脱硫、低氮排放的特点,因此,相比煤粉炉等室燃型锅炉,循环流化床的燃烧自动控制更为复杂、难度更大。由于循环流化床锅炉燃烧的复杂性和特殊性,对一般煤粉锅炉和其他过程控制对象行之有效的常规控制方法,已难保证循环流化床锅炉各项控制指标的实现。针对循环流化床特性的优化控制系统对锅炉安全经济运行有重要意义。

关键词: 循环流化床;燃烧;节能

引言

循环流化床煤燃烧技术作为一种洁净燃烧技术,通过在其中添加石灰石就可以在炉内完成脱硫工作,从而有效降低脱硫成本。这种低成本污染控制技术,可以推动循环流化床锅炉的全面推广应用。近年来新建的设备机组,在脱硫方面运行较为规范,可以在钙硫比较低的情况下达到最佳的脱硫效率。

1循环流化床锅炉的结构

对于循环流化床锅炉来说,其一般采用的是单锅炉筒,是一种自然循环方式,有前部以及尾部的两个竖井部分,前部竖井是总吊的结构,而水冷壁组成其四周,包括了风室、稀相以及密相等;尾部烟道是通过从高到低温的过热器以及预热器来构成的,竖井主要使用的是支撑的结构,前后的两个竖井间是通过旋风性的分离器进行连接,而分离器的下方和冷灰器或者循回的装置进行连接。燃烧室内和分离器内部有防磨的内衬设置,前部与尾部竖井具有不同炉墙,其前部一般使用的是敷管,而尾部是用的是轻型,其锅炉整体的重力是通过外部8根的钢管进行支撑。在锅炉中的煤或者是油的燃烧,往往是分级进行的,并通过干式实现灰渣的排放和分离,后通过螺旋的出渣机与灰斗将其排除。

2循环流化床锅炉特点

循环流化床锅炉的特点主要可以概括为两个方面:一方面是内部燃料的燃烧效率较高,另一方面为适用性较广。企业在生产过程中应用此类技术可以让物料燃烧效率达到百分之九十以上。燃料在燃烧过程中,会在流化的作用下产生扰动,有利于传质以及导热,在不断循环的作用下,物料可以达到反复燃烧,最终完全燃烧。因为适应性较广,所以可以适用于多种煤料的燃烧处理,同时也不会因为低质燃料的应用,降低燃烧效率。循环流化床锅炉还有十分鲜明的环保性。在燃料燃烧过程中,循环流化床锅炉所产生的床温是800℃-950℃,同时这个温度区间也是发生脱硫反应的最佳温度。脱硫效率可以提高到百分之九十以上。同时因为我们锅炉中的燃烧温度不高,空气中的氮不会发生反应生产N0x。在分段燃烧时,不仅能使燃料中的氮抑制不发生反应生成N0x,同时还可以将已经生成的N0x还原,所以循环流化床锅炉产生的污染排放物含量远远少于其他锅炉,可以很容易就达到国家排放物标准。

3环流化床锅炉燃烧优化控制及节能措施

3.2降低N0x排放控制

针对循环流化床锅炉的N0x排放,可以从以下几个方面进行控制:①选择性还原。生产过程中可以在悬浮阶段或者是分离器区域当中加入液氨以及尿素等添加剂,可以有效的实现对N0x气体的还原。例如其与液氨的反应方程式如下所示:4NH3+4NO+O2=4N2+6H2O。此种还原反应需要在特定温度下进行,通常情况下反应温度需要保持在810~820℃之间,而尿素反应温度则需要达到890℃。②分级送风。通过降低锅炉内部的空气系数可以达到降低N0x气体的排放目的。并且在应用分级送风的过程中,需要将一次送风效率降低,二次送风升高才能达到降低N0x气体排放的目的。研究表明,当燃烧空气为三分之一左右时,进行二级送风,则锅炉内部的N0x气体排放可以降到最低。需要注意,不同内部结构的锅炉其一次送风和二次送风的规定并不相同,应根据实际情况进行分析考虑。③选择床温。适当的降低床温可以有效的减低N0x气体排放量,并且还有利于内部脱硫。但是此种方式将会造成N2O含量的上升,同时锅炉内部的一氧化碳含量也会增加,最终导致锅炉内部的燃烧效果下降。试验表明,循环流化床锅炉的床温应该维持在850℃~900℃最为合适。④天然气。生产过程中可以在密相区的上半部分注入天然气,这样N0x气体就可转化为氮气和一氧化碳。此环节中,如果想要进一步提升燃烧效率,则可以在上方继续加注燃烧空气。

3.3硫氧化物排放与控制

燃料燃烧期间,燃料当中的硫成分会和氧气反应生成二氧化硫;硫酸盐中的硫还会分解产生相应的二氧化硫。循环流化床燃烧在里面添加一定的石灰石就可以在炉内完成脱硫工作。将一定颗粒大小的石灰石放到炉膛当中,可以发生一定的煅烧反应,即石灰石高温分解为二氧化碳与氧化钙。二氧化硫进入氧化钙中,在有氧条件下,会发生反应最终三者共同作用生成硫酸钙物质。不管是在实验台上还是在循环流化床锅炉当中,都能发现当床温处在一个特定温度下,脱硫效率会达到最佳水平。当床温在某个特定温度以下时,煅烧反应速度将会不断下降,这种煅烧反应的进行抑制了脱硫反应开展,所以会降低脱硫反应效率。相关实验表明,脱硫反映在表层几十微米条件下进行的为表面反应,这也要求颗粒直径要比较小;但受到主循环停留时间的影响,颗粒大小不能过小,最好是在150~200μm。脱硫反应的速度还受到氧化钙活性的影响,因此要对脱硫反应中的石灰石进行合理选择,为了选定最佳石灰石来源,一定要开展相关的实验研究。二氧化硫排放量与燃料中的含硫量有很大关系,当前循环流化床锅炉燃料选择的多为劣质材料,硫含量很高,因此对于二氧化硫的排放量要求十分不利。针对燃料硫含量在1.5%以下的机组,要适当增加钙硫比以逐渐达到相应的标准。针对高硫燃料而言,循环流化床炉内脱硫难以直接达到相应标准,这就需要让炉内脱硫与烟气净化进行联合。循环流化床锅炉当中添加一定的石灰石,高温分解后可以吸收一定的二氧化硫,当然其中还有一部分没有和二氧化硫反应,转化成氧化钙的形式变成飞灰。氧化钙进入到脱硫装置后,会和水发生反应,形成生石灰。生石灰可以吸收二氧化硫。在炉膛中添加的石灰石既可以用于一次脱硫,也可以用于二次脱硫。

3.4除尘技术

CFB锅炉常用除尘技术为低温电除尘技术、移动电极电除尘技术、烟气调质技术、新型高压电源控制技术、粉尘凝聚技术等,除尘质量浓度为20mg/m3,达到重点地区环保标准要求。单纯利用电袋复合除尘,很难实现排放的烟尘质量浓度为5mg/m3。对此,可基于WESP技术在除尘器上安装喷水设施,使水雾喷向电场,利用电晕场的作用将水雾雾化,借助电荷作用将水雾凝聚,从而聚集粉尘离子,最后被水膜冲刷至灰斗排出。

结语

循环流化床锅炉由于具有燃烧效率高、污染排放低、燃料适应性广等优点,在我国得到了广泛的应用。但是,循环流化床锅炉在大规模商业化过程中仍存在着长期不能满负荷运行、燃烧效率低、分离器效率低、飞灰含碳量高、结渣、受热面磨损等问题,从长远来看,该技术仍存在一些不足。随着循环流化床锅炉技术更加广泛的应用于生产当中,在市场经济条件下必将实现技术创新,更好地促进未来工业生产的可持续发展,从而促进社会文明进步。

参考文献

[1]黄中,杨娟,车得福.大容量循环流化床技术发现应用现状[J].热力发电,2019,48(6):1-8

[2]余洁.循环流化床锅炉的污染物排放与控制探讨[J].煤质技术,2012(03):46-49.

[3]张宗国.循环流化床锅炉的特点及运行问题分析[J].科技经济导刊,2018,26(5):28.

[4]陆业宇.循环流化床锅炉超低排放技术研究[J].石油石化节能,2018(12).