豫園鍋爐和清華大學(xué)合作，深入分析了常規(guī)循環(huán)流化床鍋爐面臨的問題和挑戰(zhàn)，提出了低能耗循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)理論和方法，形成了低能耗循環(huán)流化床鍋爐全套設(shè)計(jì)導(dǎo)則，完成了低能耗循環(huán)流化床鍋爐的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，低能耗型循環(huán)流化床鍋爐與常規(guī)產(chǎn)品比較：
節(jié)電30%以上
節(jié)煤3-6%
爐內(nèi)NOX含量可低至50-100mg
性能優(yōu)異，可靠性高，連續(xù)運(yùn)行時(shí)間為5000h，年運(yùn)行時(shí)間8000h。
低能耗型循環(huán)流化床鍋爐代表了流化床技術(shù)發(fā)展的新方向，顯示出強(qiáng)大的技術(shù)優(yōu)越性。
1、低能耗型CFB鍋爐理論基礎(chǔ)
1.1 低能耗型CFB鍋爐的技術(shù)優(yōu)勢就是節(jié)煤、節(jié)電、低排放和高可靠性，技術(shù)關(guān)鍵就是在低床壓運(yùn)行時(shí)，要維持爐膛物料濃度和流經(jīng)分離器的循環(huán)物料量基本不變。對CFB鍋爐而言，床壓降低，不影響到鍋爐的傳熱性能。
1.2 傳統(tǒng)觀念存在誤區(qū)，認(rèn)為：鍋爐床壓降的高低對循環(huán)量的影響很大，從而對爐內(nèi)傳熱及鍋爐負(fù)荷產(chǎn)生較大影響。實(shí)際上，床壓降的提高對傳熱的貢獻(xiàn)很小，而爐膛中下部物料濃度的增加必然帶來磨損的加劇、風(fēng)機(jī)電耗的增加等不利影響。
1.3 床存量降低后，二次風(fēng)區(qū)域物料濃度降低，二次風(fēng)穿透擾動(dòng)效果增強(qiáng)，爐膛上部氣固混合效果得以改進(jìn)，提高了鍋爐燃燒效率，降低了NOX的生成，降低了鍋爐機(jī)組的供電煤耗。
1.4 床存量降低后，物料流化需要的動(dòng)力減小，鍋爐一、二次風(fēng)機(jī)的壓頭降低，風(fēng)機(jī)電耗下降，從而降低鍋爐機(jī)組的廠用電率。
1.5 床存量降低后，爐膛下部物料濃度大幅度減小，從而可以減輕爐膛下部濃相區(qū)特別是防磨層與膜式壁交界處的磨損，提高鍋爐機(jī)組的可用率。
2、低能耗型CFB鍋爐流態(tài)確定
2.1 “定態(tài)設(shè)計(jì)”理論解決了開發(fā)低能耗型CFB鍋爐的基礎(chǔ)問題，即流態(tài)如何選擇的問題，因?yàn)镃FB鍋爐技術(shù)研發(fā)一旦選定流態(tài)，有關(guān)床內(nèi)的物料質(zhì)量、循環(huán)量、物料沿床高濃度分布、相應(yīng)傳熱系數(shù)沿床高的分布、燃燒份額的分布等設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)均需要從工程實(shí)踐中逐步積累、并需要匹配相應(yīng)的結(jié)構(gòu)及輔機(jī)系統(tǒng)來保證，再更改流態(tài)十分困難。
2.2 低能耗型爐內(nèi)流化狀態(tài)在實(shí)際運(yùn)行過程中具有可控性，當(dāng)發(fā)生物料量或物料濃度漂移時(shí)，可以通過調(diào)整床存量而保持設(shè)計(jì)的流化狀態(tài)不變。
3、低能耗型CFB鍋爐性能計(jì)算
3.1低能耗型CFB鍋爐性能計(jì)算采用了清華大學(xué)編制的“熱力性能計(jì)算”軟件。清華大學(xué)以定態(tài)設(shè)計(jì)理論為基礎(chǔ)，研究總結(jié)了國內(nèi)外數(shù)百臺(tái)流化床鍋爐的實(shí)際運(yùn)行工況及相應(yīng)煤種的大量數(shù)據(jù)，完成了以我國燃煤條件為基礎(chǔ)編制的狀態(tài)參數(shù)的“熱力性能計(jì)算”軟件。
3.2 應(yīng)用這一軟件計(jì)算出的鍋爐各種結(jié)構(gòu)參數(shù)，充分考慮了環(huán)境地質(zhì)條件、燃料、脫硫、鍋爐汽水參數(shù)、司爐運(yùn)行操作等各種因素的影響，成為鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)最基本的計(jì)算數(shù)據(jù)。
3.3 該軟件在25t/h、35t/h、75t/h、100t/h、130t/h、260t/h、480t/h鍋爐產(chǎn)品上應(yīng)用，獲得成功。
低能耗型CFB鍋爐產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特征
1、產(chǎn)品開發(fā)的總體狀況
1.1 清華大學(xué)與豫園鍋爐合作開發(fā)的低能耗型鍋爐產(chǎn)品系列采用高溫絕熱旋風(fēng)分離器的主流爐型，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用了多項(xiàng)專利和專有技術(shù)。
1.2 應(yīng)用低能耗型技術(shù)的鍋爐在整體布置、熱量分配和部件方面均有不同，同時(shí)采用了一系列的結(jié)構(gòu)變化，從而保證鍋爐在較低風(fēng)室風(fēng)壓下仍能達(dá)到相同的傳熱需要并在流態(tài)遷移后對燃燒產(chǎn)生積極的影響，降低了NOX的生成。
1.3 對鍋爐核心部件進(jìn)行優(yōu)化，保證流化床內(nèi)的物料達(dá)到要求的“品質(zhì)”和“數(shù)量”，是節(jié)能型CFB鍋爐最根本的結(jié)構(gòu)保證。
1.4 核心部件的優(yōu)化都從系統(tǒng)的角度考慮問題，部件之間相互關(guān)聯(lián)、協(xié)調(diào)配合，共同支撐著系統(tǒng)可靠的運(yùn)轉(zhuǎn)。
2、爐膛結(jié)構(gòu)優(yōu)化
2.1 按照清華大學(xué)定態(tài)理論確定的流態(tài)選取爐膛煙氣流速和爐膛出口煙氣中的物料攜帶量；
2.2 爐膛頂部采用失速區(qū)防磨結(jié)構(gòu)；
2.3 給煤管和二次風(fēng)管等與膜式壁采用廠內(nèi)預(yù)制式連接密封結(jié)構(gòu)；
2.4 爐膛下部交界處采用系統(tǒng)性防磨措施與讓管結(jié)構(gòu)相結(jié)合的方式；
2.5 規(guī)范爐膛內(nèi)煙氣溫度壓力測點(diǎn)的結(jié)構(gòu)及位置；
2.6 爐膛出煙口結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)充分考慮了爐內(nèi)煙氣流場的分布并兼顧分離器入口煙道的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
3、低阻力、不漏渣的風(fēng)帽結(jié)構(gòu)
3.1 風(fēng)帽設(shè)計(jì)吸取引進(jìn)鐘罩式風(fēng)帽不漏渣的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，克服其容易磨損、阻力大和更換困難的缺點(diǎn)。
3.2 在風(fēng)帽中增加易更換夾套，采取合理的風(fēng)帽直徑和風(fēng)帽小孔結(jié)構(gòu)型式，選取合理的風(fēng)帽阻力，風(fēng)帽磨損后只需更換夾套和風(fēng)帽頭，縮短了檢修周期，減小了檢修費(fèi)用。
4、二次風(fēng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化
4.1 優(yōu)化二次風(fēng)在爐膛四周的布置位置；
4.2 優(yōu)化二次風(fēng)布置層數(shù)及噴口結(jié)構(gòu)形式；
4.3 優(yōu)化不同區(qū)域二次風(fēng)量的配置；
4.4 優(yōu)化二次風(fēng)口的數(shù)量及噴口流速；
4.5 根據(jù)不同燃料特性優(yōu)化選取二次風(fēng)比例
5、分離器結(jié)構(gòu)優(yōu)化
5.1 優(yōu)化分離器的結(jié)構(gòu)模型；
5.2 分離器進(jìn)口煙道采用足夠長的加速段并優(yōu)化其高寬比；
5.3 分離器中心筒采用偏置、縮徑等一系列結(jié)構(gòu)措施；
5.4 分離器圓筒截面根據(jù)優(yōu)選的煙氣上升流速來確定；
5.5 錐體角度尺寸與煙氣流場相協(xié)調(diào)，同時(shí)與料腿結(jié)構(gòu)相匹配。
6、低阻力、大流率、小風(fēng)量回料裝置
6.1 優(yōu)化回料裝置的物料流動(dòng)模型和回料閥阻力；
6.2 優(yōu)化回料腿物料下降流速及料腿直徑；
6.3 優(yōu)化返料隔墻結(jié)構(gòu)形式及尺寸；
6.4 優(yōu)化水平回料通道結(jié)構(gòu)形式及尺寸；
6.5 按照清華大學(xué)繪制的《回料立管負(fù)壓差移動(dòng)床流動(dòng)流譜》對返料風(fēng)系統(tǒng)及返料風(fēng)量進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和選?。?/p>
6.6 回料裝置為專利技術(shù)。
7、尾部煙道結(jié)構(gòu)優(yōu)化
7.1 分離循環(huán)燃燒系統(tǒng)優(yōu)化后，對尾部煙道結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化；
7.2 尾部煙道結(jié)構(gòu)及受熱面排布與循環(huán)燃燒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)相匹配，確保在尾部受熱而又不會(huì)出現(xiàn)磨損的同時(shí)又能很好的避免積灰，保證尾部受熱面地進(jìn)行換熱。
8、提高鍋爐部件的廠內(nèi)裝配率
8.1 為限度的減小現(xiàn)場安裝質(zhì)量不能保證給鍋爐帶來的隱患，豫園鍋爐秉承在廠內(nèi)進(jìn)行限度裝配的設(shè)計(jì)理念。
8.2 對鍋爐的一些關(guān)鍵部件，如水冷床、膜式壁密封塊、爐膛出煙口、膜式壁的讓管、爐墻護(hù)架等采用整體出廠的方式。
9、系統(tǒng)及輔機(jī)選配優(yōu)化
9.1、對一二次冷熱風(fēng)系統(tǒng)、返料風(fēng)系統(tǒng)、引風(fēng)系統(tǒng)、給煤系統(tǒng)、石灰石脫硫系統(tǒng)、出渣系統(tǒng)等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
9.2 對一二次風(fēng)機(jī)、羅茨風(fēng)機(jī)、給煤機(jī)、冷渣器、吹灰器、耐磨耐火材料提出選型規(guī)范。
結(jié)論：豫園鍋爐與清華大學(xué)合作研發(fā)的 “基于流態(tài)重建的節(jié)能型循環(huán)流化床鍋爐”，根據(jù)清華大學(xué)開發(fā)的物料平衡模型分析不同粒度顆粒停留時(shí)間，根據(jù)不同粒度燃料燃燼時(shí)間曲線確定所需的該顆粒度顆粒存量；以此為指導(dǎo)，適當(dāng)降低構(gòu)成快速床的有效料床存量，以大顆粒燃燼為限制適當(dāng)降低構(gòu)成循環(huán)床下部鼓泡床的無效床存量。避免多余存料量引起的不必要的風(fēng)機(jī)能耗和受熱面磨損。提高床質(zhì)量，降低床存量，達(dá)到減耗和磨損的目的。
通過改進(jìn)分離器的分類效率、改進(jìn)物料回送裝置的流動(dòng)特性、控制燃料粒度達(dá)到設(shè)計(jì)要求及更新傳熱系數(shù)和燃燒份額分配設(shè)計(jì)導(dǎo)則，來實(shí)現(xiàn)提高床料質(zhì)量，降低床存量。通過實(shí)踐證明，優(yōu)化床壓降，即可快維持快速流化狀態(tài)，保證傳熱性能要求，又降低了過渡區(qū)物料濃度，減輕受熱面磨損、降低風(fēng)機(jī)電耗并獲得燃燒效率。同時(shí)基于流化床兩相流理論、傳熱理論及燃燒理論，開發(fā)的鍋爐產(chǎn)品在運(yùn)行中爐膛氮氧化物濃度可低至50mg左右。