高低差速床燃烧技术在低热值煤上的应用

高低差速床燃烧技术在低热值煤上的应用

吴东火，张晓博

1、前言

低热值煤通常是指煤矸石、煤泥和中煤。我国是煤炭生产和消费大国，矿区在为市场提供煤炭的同时，却在区域内滞留了大量煤矸石，同时还有一定量的煤泥和中煤没有得到利用。煤矸石、煤泥和中煤的堆存排弃，给煤矿区带来了极大的危害。目前我国堆存的煤矸石量约50亿吨，每年还在以亿吨以上的速度递增，已形成了1500余座矸石山，占压土地1.3万顷以上，不仅加剧了人地矛盾，还改变了原有土地结构和功能，破坏了原有生态系统，煤矸石长期露天堆存会发生自燃而释放出有害气体污染大气。矸石山扬尘不仅影响大气环境，落地还会造成土壤污染，煤矸石中有害元素会经雨水淋溶进入水域和渗入土壤，影响水体和土壤的质量。煤泥和中煤的排弃不仅浪费资源，也同样污染环境。

如何用低热值煤来发电、产汽、供暖，是近几年各锅炉厂家重点技术投入的方向。

2、低热值煤燃烧稳定性的保证

低热值煤由于其热值低，单位时间内进入炉内的量较大，燃烧前需要大量的热量。如果燃烧区域热量不足，将会影响到燃料的着火燃烧，因此低热值燃料稳定性的保证极其重要。高低差速床锅炉采用了低倍率大燃烧床面，密相区的热容量是普通流化床的2.5倍以上。热容量的大小取决于床面的物料量，物料量与床

面和流化方式有关，比较如下：

（1）床面比较：

（2）燃料入口区热底料量比较：

因此差速床锅炉燃烧稳定性最好。

3、燃烧效率的保证

锅炉燃烧效率的高低主要由两项数据指标反映出来，一个是飞灰含碳量，一个是底渣含碳量。由于低热值煤可燃物含量低，能保证稳定燃烧的情况下，底渣含碳量一般都比较低，Cpz≤1.5%，但是飞灰的含碳量就截然不同。飞灰含碳量是燃烧效率高低的主要反映，影响它有三个因素，炉膛温度、停留时间和空气的混合

1—水冷壁

2—炉膛

3—高速床（主床）4—低速床（付床）5—埋管

6—返料

7—给煤口

此高度差保证了大颗粒不会被带入低速床，只需较低的流化

风速即可实现低速床的流化，而主床仍采用常规沸腾床的流

化风速以保证大颗粒的流化燃烧。

2）特有的炉内循环形成机理

由于高速床与低速床之间不同的流化风速，溢流于高速床上表面的细颗粒在主床较高风速的带动下，不停像涌泉一

样翻腾到付床上，使付床上的压力增加，由底部重新返回到

主床，这样就形成了高低差速床锅炉特有的内循环过程。

3）锅炉外循环过程与常规流化床锅炉相同，只是物料的循环

流量较高倍率锅炉少。

4）内循环的意义

锅炉内循环的存在，实现了不同粒径的燃料分床燃烧的特点，使布置在付床上的埋管磨损问题得到了根本解决，同

时由于主床上未布置受热面，主床上燃烧放出的热量除一部

分由风带走外，大部分需靠内循环将其带入付床，由付床上

的埋管吸收，其过程是：主床上的高温物料由内循环带入付

床，与付床上的埋管受热面换热后，温度降低约50~100℃，

然后重新回到主床吸热，控制主床温度。内循环使细颗粒在

炉膛内循环流动，加长了停留时间，不仅提高了燃料的燃烧

效果，而且使脱硫剂的利用率也得到了提高。

4.2埋管磨损问题的处理

4.2.1埋管磨损问题的解决，主要从以下四个方面：

1）首先了解一下磨管磨损的公式：M∝C•d1.5w2.3，从公式中我们可以看出，埋管的磨损量M与材料的耐磨性C、与物料粒径d的

1.5次方、与流化风速w的

2.3次方成正比。

2）材料方面，我们使用了高温耐磨材料1Cr20Ni14Si2作为防磨筋片，大大增强了埋管的耐磨性。

3）从高低差速床的工作原理中，我们知道，埋管布置在风速较低

的低速床上，此处流化风速仅为沸腾床锅炉的一半左右，大大减轻了物料对埋管的磨损

4）燃料颗粒的分床自选过程，实现了低速床上较小的物料颗粒组成，再一次降低了埋管的磨损量。

通过以上几点，高低差速床锅炉上埋管的使用寿命大大增长，可达三万小时以上，解决了因埋管磨损问题造成的锅炉经

常停炉问题。

4.2.2其它受热面磨损问题的解决：

高倍率锅炉炉膛内传热是靠烟气中高浓度的高温物料与水冷壁碰撞实现的，这必然带来水冷壁的磨损问题，事实上也

证实了，高倍率锅炉水冷壁磨损问题是其无法解决的难题。

高低差速循环流化床锅炉是一种低倍率锅炉，其烟气中物料携带量较低，且因烟气流速低，所携带物料的颗径也非常小，

炉膛内传热密相区部分主要是靠埋管，悬浮段部分主要是靠辐

射传热实现的，这使烟气中的物料对受热面的冲刷大大减少，

有效控制了水冷壁的磨损。同时合理选取过热器的烟气流速，

使其即使布置在分离前也不会带来磨损问题。

5、分离器问题的解决

5.1高低差速床锅炉采用了中温分离技术，烟气分离器布置在低温级过热器后，此处烟气温度小于550℃，飞灰当中的炭不可能形成二次燃烧，彻底解决了高温分器易结焦的问题；

5.2高低差速床锅炉烟气中较低的物料携带量，大大减少了烟气分离器的分离负荷以及磨损，使分离器工作更加稳定可靠。

6、环保特性

高低差速床锅炉作为一种循环流化床锅炉，具备了循环流化床锅炉特有的环保特性：

6.1方便、经济、高效的炉内脱硫方式

影响炉内脱硫的两个方面：脱硫剂的停留时间以及合适的脱硫温度。

1）床温850~950℃，是理想的炉内脱硫温度；

2）高低差速循环流化床锅炉内循环及外循环的存在，大大延长了物料在炉膛内的停留时间，加上高效的蜗壳式旋风分离器，使细小的石灰石颗粒能够多次循环利用，大大增加了脱硫剂的利用率，在钙硫比为2时，能保证脱硫利大于90%。

6.2分床、分段配风技术，使炉内各部分的过氧系数均控制在较低水平，加上循环流化床锅炉的低温燃烧特性，将NOx的生成量控制在了较低水平；

7．江联重工股份有限公司燃烧低热值燃料的产品

7.1山东泰山阳光电力股份有限公司130t/h中温中压煤矸石锅炉（2

台）

7.1.1锅炉参数：

7.1.2煤矸石燃料：