一、前言

    循環(huán)流化床鍋爐以其能夠使用劣質(zhì)燃料，對燃料品種的適應(yīng)面廣以及設(shè)備和運行成本較低等重大優(yōu)點，特別適合我國的國情，因此從八十年代開始，發(fā)展非常迅猛，現(xiàn)在小型電站鍋爐和大、中型工業(yè)鍋爐中，循環(huán)流化床鍋爐已經(jīng)獨具風騷，占有壓倒優(yōu)勢。目前在運行操作的燃料制備方面，還未形成一套優(yōu)化的系統(tǒng)工程組合，致使大量細粉燃料進入循環(huán)流化床，同時，在燃燒過程中，細粉份額將不斷增加。當爐膛溫度不夠高及停留時間不足時，飛灰顆粒來不及燃燼就被氣流帶走。又由于一定分割直徑的旋風分離器對細灰(d1≤100μ)的分離能力差，使其隨煙氣排出，造成較大的機械不完全燃燒損失，一般達到12％左右，從而限制了鍋爐效率的進一步提高。為了提高鍋爐在市場上的競爭優(yōu)勢，除進一步采取措施以降低q4外，從降低排煙溫度來挖掘潛力也是一條途徑。目前這類鍋爐的排煙溫度一般在150℃以上，若能進一步降至130℃左右，則20℃的溫差可使鍋爐效率提高1．0個百分點。在這種思想指導下，本設(shè)計放棄了純管式空氣預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)，采用了螺紋槽管和中間相變介質(zhì)組合的“復(fù)合相變換熱器”。該換熱器可使排煙溫度下降至130℃的同時，尾部受熱面的最低壁溫仍能保持在100℃左右，它可根據(jù)實際需要在90—110℃之間任意設(shè)定及自動保持。這就保證了壁溫遠高于煙氣的酸露點，絕對防止了受熱面的結(jié)露，從而避免了低溫腐蝕的發(fā)生。復(fù)合相變換熱器熱力計算見下附表：

附表1：復(fù)合相變換熱器熱力計算綜合表

    復(fù)合相變換熱器分成兩部分；高溫段采用較常規(guī)的螺紋槽管空氣預(yù)熱器，低溫段采用具有中間相變介質(zhì)的空氣預(yù)熱器，后者不同于通常的熱管式空氣預(yù)熱器。為了得到高效傳熱性能，相變管外側(cè)焊有密集的高翅片，而翅片管束一般會發(fā)生嚴重的灰堵現(xiàn)象。

    循環(huán)流化床鍋爐的煙氣中相對含灰量較高，因此，磨損和灰堵始終困擾著設(shè)計人員構(gòu)思的實現(xiàn)，誰也不敢設(shè)想能把流化床鍋爐與復(fù)合相變換熱器配套使用。經(jīng)過認真分析和精心設(shè)計，第一臺循環(huán)流化床鍋爐配備有密集高翅片復(fù)合相變換熱器的新產(chǎn)品終于在江西鍋爐廠誕生了，填補了這個領(lǐng)域中的一項空白。由于該鍋爐整體的灰顆粒循環(huán)和分離效果較好，在尾部煙道的煙氣中飛灰濃度低且大顆粒飛灰份額小，經(jīng)8個月運行后的停爐檢查，受熱面沒有出現(xiàn)磨損痕跡；同時由于尾部受熱面不結(jié)露，加上采取正確的吹灰措施之后，檢查受熱面時發(fā)現(xiàn)翅片

上積灰很少，符合經(jīng)濟運行的要求。

這次設(shè)計中采用的又一項新技術(shù)是防磨環(huán)。由于空氣預(yù)熱器的螺紋槽管入口端的磨損較嚴重，傳統(tǒng)方法是在入口端加裝180mm長的防磨套管，而實際運行結(jié)果，該防磨套管的防磨性能并不佳。這次設(shè)計采用防磨環(huán)結(jié)構(gòu)除了防止磨損外還具有流阻低的優(yōu)點。經(jīng)實際運行后的檢查，該結(jié)構(gòu)達到防磨的效果。

    二、低頻聲波除灰2S的應(yīng)用

    低頻聲波除灰器是近幾年發(fā)展起來的一項新技術(shù)。由于在鍋爐上使用的時間還不長，所以尚未積累起成熟的經(jīng)驗。一般說對于不結(jié)露的受熱面，即對不會粘附的干灰的清除是相當成功的，根據(jù)這種情況，本設(shè)備在最易產(chǎn)生灰堵的相變段翅片管束側(cè)面裝設(shè)了一臺低頻聲波除灰器，取得了良好的除灰效果，甚至對被細灰完全堵塞了的翅片管束，其清除能力也是明顯的。通常使用0．4一0．5MPa的壓縮空氣，振動頻率在50Hz左右，耗氣量為1．5m3／min。

    聲波振動除灰與通常壓縮空氣或過熱蒸汽吹灰的原理不同，前者是利用氣體疏密振動能量，使積灰松動懸浮，從而被流動的煙氣帶走。聲波振動源按球面擴散，并有繞射作用，故聲源不必移動，在允許的作用空間內(nèi)不產(chǎn)生死角，在管子背后同樣起到除灰作用。長波傳播的衰減較慢，使它有足夠的作用距離，且不具有方向性；后者則依靠氣體射流的動能去沖擊積灰，射流能量在短距離內(nèi)明顯衰減，故有效作用距離很短且有強烈的方向性，在后排或管子背后的積灰就無法清除。傳統(tǒng)吹灰器已有悠久的歷史，但直到目前為止在其吹灰效果上都沒有本質(zhì)的突破，可以說高效傳熱的翅片管和低頻聲波除灰器的聯(lián)合使用是鍋爐尾部受熱面的一種最優(yōu)選擇。

    在鍋爐70％負荷運行(此時煙氣流速低，容易積灰)時，根據(jù)阻力變化情況每間隔4—5小時吹灰一次(持續(xù)5分鐘)，就能得到良好的效果。當停止除灰超過48小時，檢測發(fā)現(xiàn)翅片管束阻力增加了50Pa，相應(yīng)的排煙溫度約上升5℃。在鍋爐滿負荷運行時，除灰的間隔時間還可增加。

    三、煤、灰顆粒的循環(huán)、再燃與分離

    煤、灰顆的爐內(nèi)沉降、循環(huán)、回送再燃與分離是循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計成敗的核心問題。JG25—3．82／450一WlI鍋爐是針對福建無煙煤的特性設(shè)計的。該煤種揮發(fā)物Vdaf＝2．5％且可磨性差，經(jīng)破碎后，di≤0．2mm的細顆粒占30％以上，對一般的燃燒設(shè)備，鍋爐效率將≤65％；而采用一般流化床鍋爐時，鍋爐效率也≤68％，因為機械不完全燃燒將≥25％。本鍋爐設(shè)計時認真分析了煤質(zhì)的這種特性，決定采用低倍率循環(huán)流化床鍋爐的技術(shù)，在結(jié)構(gòu)上采取措施，使0．18≤di≤0．8mm的細顆粒的相當一部分通過旋風分離器的分離作用后經(jīng)回送裝置循環(huán)再燃，以降低機械不完全燃燒損失。對于di≤0．18的顆粒在組織燃燒時，通過采用較低的爐內(nèi)流速及保證一定的燃燒溫度，使細顆粒有較長時間通過爐膛從而得到較充分的燃燼，以減輕分離器的壓力，節(jié)約能源，最終達到提高鍋爐效率的目的。表2列出了進爐燃料、分離灰及水膜除塵順沉降灰的篩分特性。

    表2  本鍋爐運行中燃料和不同部位灰粒的篩分特性 

    經(jīng)過對沉降灰進行可燃物化驗結(jié)果，得含碳量Cfh一28％，與同類型循環(huán)化床鍋爐相比，其Cfh要降低10％。因此，從根本上解決了循環(huán)流化床鍋爐效率偏低的難題。福建產(chǎn)無煙煤在爐內(nèi)燃燒過程中，由于摩擦、爆裂等原因，爐內(nèi)d1≤0．18mm的細顆粒將不斷增多，因此在分離器設(shè)計時應(yīng)充分考慮這部分顆粒的分離及回送再燃問題。分析表2的篩分特性可知，本鍋爐所設(shè)計分離器的分離特性較好，d1＜0．18mm的細顆粒占18．93％，這也是本鍋爐效率較高的原因，采

用這種分離器，其運行阻力≤600Pa，從而可以降低能耗。

    為使分離灰有效地回送入爐內(nèi)再燃，采用結(jié)構(gòu)合理的回送裝置是極其重要的，目前回送裝置有“L”、“v”、“H”和“J”閥等結(jié)構(gòu)型式，本設(shè)計采用“+”閥的結(jié)構(gòu)，它具有結(jié)構(gòu)簡單，便于操作控制，對料腿的高度要求不嚴、回送風壓及風量低等特點。運行實踐證明，經(jīng)調(diào)試后，“+”閥在工況不變的運行中一般不必再作調(diào)整，并保證分離灰回送暢通。對中、低溫型式的煙氣分離器，其回送裝置的位置對鍋爐的正常運行至關(guān)重要。一般情況下，鍋爐運行時是通過回灰量來調(diào)節(jié)負荷及過熱蒸汽濕度的，由于回送灰的溫度較床溫要低的多，因此，如直接將其送入床內(nèi)難以達到目的。此外，二次風的調(diào)節(jié)也是有利于爐內(nèi)的組織燃燒。設(shè)計時，應(yīng)注意二次風的噴嘴間流量調(diào)節(jié)的可能性。否則二次風的作用難以實現(xiàn)。對低倍率循環(huán)流化床鍋爐，爐內(nèi)存在有一定的煙氣偏析，通過二次風的調(diào)整可以進行糾正。

    四、低排煙溫度對引風機工作的影響

    通常鍋爐的排煙溫度在160一170℃之間，由于環(huán)保的要求，現(xiàn)在鍋爐用戶大多在引風機前加裝水膜除塵設(shè)備，經(jīng)過水膜的冷卻作用，引風機前煙溫約降至70一80℃。當排煙溫度大幅度下降時，對引風機的工作也會產(chǎn)生新的影響：首先煙溫約在50℃左右，可能低于露點溫度；此外煙氣流中還存在有一定的懸浮水滴，所以引風機葉輪表面將產(chǎn)生嚴重的結(jié)露。從而將引起酸性腐蝕，曾有用戶半年就要更換一次葉輪。在利用漂染工藝排出的污水(帶堿性)作為水膜除塵器的噴水后，腐蝕現(xiàn)象基本得以消除。其次是除塵后煙氣中還攜帶有細灰將對葉輪產(chǎn)生粘附。福建晉江風竹集團公司鍋爐曾作了排煙溫度在50一60℃的一個多月試運行后，發(fā)現(xiàn)引風機壓頭不斷降低，從額定壓頭4000Pa降至1600Pa以下，經(jīng)停爐后檢查發(fā)現(xiàn)引風機葉輪上嚴重掛灰成為一個泥團，經(jīng)清理后性能恢復(fù)正常。后采用前述的低頻聲波吹灰器措施后，葉輪掛灰現(xiàn)象消除。   

    五、結(jié)束語

這次安裝在福建晉江鳳竹集團公司的25t／h循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計是成功的，排煙溫度在125℃，熱風溫度在140℃左右，尾部受熱面壁溫在100℃且可上下調(diào)整。鍋爐運行正常穩(wěn)定。旋風分離器工作良好，分離灰回送暢通。由于煙氣流中飛灰濃度低，且顆粒徑小，從而大大改善了尾部受熱面的磨損現(xiàn)象。經(jīng)測試滿負荷時鍋爐效率在81％以上，超負荷能力在28t／h以上．

文章作者：江西動力設(shè)備工程(集團)有限責任公司 陳應(yīng)明