DOC《生物质循环流化床实验装置研究与设计文献综述》

生物质循环流化床实验装置研究与设计文献综述 1.

流化床的基本概念 1.1 流化现象的概念 在一个设备中,将颗粒物料堆放在分布板上,当气体由设备下部通入床层,随气流速度加大到某种程度,固体颗粒在床层上产沸腾状态,这状态称流态化,而这床层也称流化床[]. 1.2流化床燃烧 流化床燃烧与普通燃烧最大的区别在于燃料呈颗粒形状,燃料在流化床内处于流化状态进行燃烧反应和热交换[]. 2.循环流化床锅炉( CFBB) 2.1循环流化床 循环流化床锅炉的前身是沸腾炉, 也称鼓泡床, 它是德国人温克勒于

1921 年发明的.循环流化床锅炉真正成为具有工业使用价值是在二十世纪五六十年代, 而国外 CFBB 的研究始于二十世纪六七十年代, 它是从鼓泡床沸腾炉和化工行业的 CFB 工艺发展而来的[]. 2.2循环流化床锅炉的优点 1燃料适应性广 2锅炉的效率高 3锅炉负荷调节范围宽

4 脱硫效果好

5 氮氧化物 NOx排放量低

6 易于实现灰渣综合利用[] 循环流化床锅炉在运行过程中也有缺点,尤其是投运初期.例如,受热面磨损严重,排渣问题突出,风室漏灰严重,启炉时间长等缺点.但只要了解循环流化床技术的特点、规律,加强设备管理,且保证原锅炉设计比较合理,针对锅炉的薄弱环节加强检查和处理,锅炉的运行逐渐就应该能达到较好的水平. 在燃用劣燃料时,循环流化床技术具有无可比拟的竞争力.循环流化床技术通过粒子的再循环而获得良好的炭燃尽率,而且这种能力在燃料中含有大量细粒子和轻质物料时尤为重要.并且随着全球煤炭储量的不断减少和对环保要求的不断提高,给循环流化床技术的发展及推广带来了新的机遇[-]一二[]三四五六七[]. 2.3循环流化床国内外现状分析

1 国内研究现状及分析 中国与世界几乎同步于

20 世纪

80 年代初期开始研究和开发循环流化床锅炉技术.大体上我国的循环流化床燃烧技术发展可以分为

4 个阶段: 1980―1990 年为第一阶段,其间我国借用发展鼓泡床的经验开发了带有飞灰循环、取消了密相区埋管的改进型鼓泡床锅炉,容量在35~75 t/h.由于没有认识到循环流化床锅炉与鼓泡床锅炉在流态上的差别,这批锅炉存在严重的负荷不足和磨损问题. 1990―2000 年为第二阶段,我国科技工作者开展了全面的循环流化床燃烧技术基础研究,基本上掌握了循环流化床流动、燃烧、传热的基本规律.应用到产品设计上,成功开发了 75~220 t/h蒸发量的国产循环流化床锅炉,占据了我国热电市场. 2000―2005 年为第三阶段,其间为进入电力市场,通过四川高坝

100 MW 等技术的引进和自主开发,一大批 135~150 MWe超高压再热循环流化床锅炉投运.

2005 年之后为第四阶段,其间发改委组织引进了法国阿尔斯通全套300 MWe 亚临界循环流化床锅炉技术,第一个示范在四川白马(燃用无烟煤)取得了成功,随即,采用同样技术的云南红河电厂、国电开原电厂和巡检司电厂(燃用褐煤)以及秦皇岛电厂(燃用烟煤)均成功运行.由于我国已经形成了坚实的循环流化床锅炉设计理论基础,对引进技术的消化和再创新速度很快,引进技术投运不久,就针对其缺点,开发出性能先进、适合中国煤种特点的国产化

300 MWe 亚临界循环流化床锅炉,而且由于国产技术的价格与性能优势,2008 年后新订货的

300 MWe 循环流化床锅炉几乎均为国产技术[-]一二三四[]五六七[]. 2国外研究现状及分析 国外循环流化床锅炉的炉型也较多,各家公司都有自己独特的流派,主要有西德的Lurgi型、芬兰Ahlstrom型、公司的Pyroflow型、西德Bab-cock公司的Circoflow型等. 在西欧、北美和日本,循环流化床燃烧技术的开发受到高度重重视,许多有关的高等院校,科研机构一直在开展研究工作,经常举行各种国际性学术会议研讨循环流化床锅炉发展技术.现在国外一些电力公司正在考虑设计制造新一代的、更大的容量的循环流化床锅炉.国外循环流化床锅炉的先进性主要有以下几点. (1)基础工作扎实.国外对循环流化床锅炉的基础理论研究深入,设计方法科学先进.在循环流化床锅炉的设计中,利用相应的计算软件并进行冷态、热态实验,对燃料进行试烧等.另外,国外是在较低容量级的循环流化床锅炉上进行1~2年的性能测试,在掌握全部的特性曲线、建立相应的数学模型后,才向大型化发展的,这样就保证了较大容量循环流化床锅炉的安全、文明,经济运行. (2)锅炉岛的可用率较高.国外循环流化床锅炉岛的可用率已达90%左右.由于国外循环流化床锅炉设计制造技术先进合理,安装质量保证,有专用的循环流化床锅炉配套设备,辅机、给煤系统等的可靠性高,因此锅炉岛的连续运行时间达半年左右甚至更长. (3)锅炉的燃烧效率较高.国外循环流化床锅炉的燃烧效率均在97%以上,较高的可达98%~99%.飞灰含碳量可达1~3%. (4)锅炉的负荷可调节性好,自控水平高.国外控制系统的设备过关,在较大容量的循环流化床上均实现了闭环自动控制,参数调整迅速,运行操作简便[]. 3. 生物质循环流化床锅炉 生物质锅炉是将生物质直接作为燃料燃烧,将燃烧产生的能量用于发电. 3.1生物质流化床燃烧 流态化燃烧具有传热传质性能好、燃烧效率高、有害气体排放少、热容量大等一系列的优点,很适合燃烧水分大、热值低的生物质燃料.流化床燃烧技术是一种相当成熟的技术,在矿物燃料的清洁燃烧领域早已进入商业化使用.将现有的成熟技术应用于生物质的开发利用,在国内外早已进行了广泛深入的研究,并已进入商业运行[]. 3.2生物质燃料锅炉存在的问题 由于生物质燃料,尤其是农业废弃物,含有比化石燃料高的氯含量和碱金属含量,使得燃烧过程中出现一些技术难点,需要认真对待,其中主要为:沾污、腐蚀、结块,SOZ ,NOX,HCI以及气溶胶的排放等. 1沾污与腐蚀 生物质锅炉基本上都存在严重的各级受热面的积灰、过热器结渣与沾污的问题.严重的沾污会降低传热效率,在恶劣的情况下,局部传热表面会被沾污覆盖而丧失传热性能.积灰中存在大量的KCl ( 40%一80% ).积灰的形成主要是由于生物质本身高的钾和氯含量引起的.钾和氯会以KCl的形式直接沉积在传热表面,也可能钾与灰中的硅酸盐反应生成低熔点灰,增加了粘着在传热面的趋势. 生物质锅炉过热器同样存在腐蚀的问题,并且随着蒸汽温度的升高,腐蚀率也增加.生物质锅炉中的腐蚀机理与气相氯化物有关的腐蚀,沉积物中氯化物的固相反应以及熔化的氯化物与硫酸盐的反应有关.沾污和腐蚀现象通常是同时存在的.腐蚀多发生在过热器受热面上,以氯腐蚀为主. 2生物质燃料锅炉结渣 在燃用生物质的流化床中,发现存在严重的结块现象.其形成的主要原因是生物质本身含有的钾钠元素与床料(通常是石英砂)发生反应,形成K20・4Si0:和Nay 0・2 Si02的低温共熔混合物,其熔点分别为870℃和760℃.这种粘性的共晶体附着在砂子表面相互粘结,形成结块现象. 3有害气体的排放 生物质中S元素的含量一般都比较低,但在废气排放中仍可监测到有部分SO:气体.但在生物质燃烧过程中,HCl的排放则远远高于煤的燃烧,这主要归咎于生物质中的高氯含量.而这些排放物进一步与生物质中的钾元素反应,就很容易形成气溶胶.气溶胶排放到大气会造成环境污染,而且也容易粘着在催化剂(例如SCR)表面,影响催化剂作用. 以质量标准来看,生物质中的N含量要小于煤,但由于生物质的低热值,以能量为标准,生物质的N含量与煤同在一个数量级上.但由于流化床燃烧温度较低,且在高温旋风分离器后可较方便地采用喷氨脱硝措施以满足,100 m酬扩NO、排放的严格要求[].