1、65t/h 示范性油页岩循环流化床电厂锅炉运行实践姜秀民 1， 孙东红 1， 闫澈 1， 秦裕琨 2(1.东北电力学院，吉林 吉林 132012；2.哈尔滨工业大学，黑龙江 哈尔滨 150001)摘要：报道了目前世界上投运最大容量的燃用油页岩的 65 t/h 低倍率油页岩循环流化床锅炉及运行结果。长期商业运行实践表明，该锅炉燃烧效率高，负荷调节灵活，有害气体排放低，运行稳定，操作方便，各项指标达到设计要求，总体性能居国际先进水平。为油页岩高效、洁净、经济、合理利用能源开辟了有效途径，为进一步开发大型油页岩循环流化床电厂锅炉奠定了可靠的技术基础。关键词：油页岩； 流化床燃烧； 循环流化床锅炉；
2、锅炉运行1 引言油页岩是在矿物机体中含有固体可燃有机质的沉积岩，在化石燃料中它的储量折算为发热量仅次于煤而列第二位 1 ，如果将它折算成页岩油，世界上的油页岩储量将是 4750 亿吨，相当于目前世界天然原油探明可采储量的 5.4 倍2 ，是一种潜在的巨大能源。油页岩的能源开发利用已有近 200 年历史，主要是炼制页岩油和采用悬浮燃烧方式直接燃烧发电。实践证明传统油页岩能源利用方式由于存在着严重的技术、经济和环境问题而不能发展 35 。其有效的利用必须寻求新的途经。循环流化床燃烧技术的出现给油页岩的利用和油页岩燃烧发电技术注入了新的活力，并带来光明的前景。东北电力学院于 1992 年开始承担原能
3、源部电力工业重点科技项目，会同东方锅炉厂和国家电力公司西安热工研究院共同开发出 65 t/h 低倍率循环床油页岩电厂锅炉。3 台用于吉林省桦甸油页岩示范热电厂，其中 1 号锅炉于 1996 年8 月一次点火成功，现已运行三年多，锅炉运行稳定、效率高、负荷调节特性好，受热面系统无明显磨损，是目前世界上投入商业运行的最大容量燃用油页岩的循环流化床锅炉。长期商业运行实践表明，该锅炉总体性能居国际先进水平。2 65t/h 油页岩循环流化床锅炉设计特点2.1 锅炉参数与主要设计指标锅炉参数与主要设计指标如下：额定蒸发量：65t/h；过热蒸汽压力：5.29MPa；过热蒸汽温度：450；给水温度：150；连
4、续排污率：2%；冷空气温度：20；排烟温度：153.4；热风温度：240；锅炉保证效率：85%；空气流量：7.6 104Nm3/h；锅炉出口烟气流量：8.210 4Nm3/h；油页岩消耗量：24 215kg/h；燃料粒度：010mm； 平均粒度：2.69mm。2.2 设计与校核燃料设计与校核燃料为桦甸油页岩，其燃料特性见表 1。2.3 结构特点65t/h 低倍率油页岩循环床电站锅炉为单汽包自然循环、半塔式室内布置、全钢结构炉架。炉膛四周由膜式水冷壁组成，炉膛下部为密相区、中间为稀相区、上部为对流烟道。过热器和蒸发段布置在对流烟道内，整个炉膛为全悬吊结构。锅炉尾部在对流烟道内布置有省煤器和管式空
5、气预热器。炉膛与尾部烟道间布置有中温（525）旋风分离器及 U 型返料器。粒径为 010 mm 的油页岩从炉前 4 个给煤点送入锅炉，由鼓风机送入的燃烧所需要的空气 82%经空气预热器加热至 240后，其中的 78%作为一次风经炉膛底部布风装置送入燃烧室，余下 22%作为上二次风从锅炉侧墙送入燃烧室。18%的冷空气直接送入风水共冷排渣控制冷却器，对锅炉底部排出的大颗粒灰渣进行流化和冷却，冷却器出口风温达 260，作为底部二次风从燃烧室侧墙送入燃烧室。锅炉燃烧过程中产生的大颗粒灰渣由燃烧室底部排出，通过风水共冷排渣控制冷却器降至约150后排入除渣系统。燃烧室内的温度控制在 850左右。携带固体颗
6、粒的高温烟气通过炉膛上部对流烟道进入分离器，被分离器收下来的固体颗粒经返料立管和 U 型返料器部分或全部送回燃烧室内实现循环燃烧。返料器由单独的高压罗茨风机控制，通过改变回料的送风量来调节固体颗粒循环量。为方便负荷调节，在锅炉循环回路中还设有贮灰仓。离开旋风分离器的热烟气进入尾部对流烟道，经省煤器及空气预热器冷却后排出锅炉。锅炉总体结构见图 1。3 65t/h 油页岩循环流化床锅炉运行实践3.1 冷态点火启动该锅炉采用油枪床上点火方式，当床温升到 500550时，逐渐投入油页岩，直到床层温度达到 850时熄灭油枪，点火启动成功。图 2 示出了锅炉冷态启动时床温及炉膛出口烟温的变化情况。图中给出
7、床层 3 条温度变化曲线，其温度测点分别布置在炉前、炉后及炉右侧同一水平面上(距布风板 300 mm)。图示床层 3 个测点温度在时间相同时变化相差很小，表明该锅炉在点火启动过程中床层温度变化是很均匀的，密相区流化质量良好。炉膛出口温度在整个点火过程中逐渐上升，并没有发生急剧变化，说明该锅炉冷态点火启动特性良好。3.2 返料器的运行该锅炉采用 U 型返料器来实现锅炉运行时的返料调节。图 3 为松动风风门开度在 0%，16%和 25%条件下，流化风量与返料量之间的关系。从图中可见，对于松动风风门开度为零和 16%时，返料量随流化风量的增加而逐渐增加且接近呈线性关系的变化，但增加的速度相差较大。而
8、当松动风风门开度为 25%时，返料量随流化风量的增加呈非线性关系的变化，即当流化风量较小时，返料量随着流化风量的增加开始时增加很快，随后变化速度减慢。这说明一旦有流化风投入，物料输送室内停滞区迅速消失，返料量会骤然增大，这对于锅炉的运行是不利的。所以在调节返料量时，要避免出现这种情况。图 4 给出了流化风风门开度在 16%和 25%时，松动风量与返料量之间的关系。从图中可见，固定流化风量，调节松动风量，来调节返料量，不但可以很好地调节和控制固体颗粒通过返料器的流量，而且可有效地传输固体颗粒进行循环。相比之下，通过采用固定流化风量，调节松动风量的组合调节方式可使返料器获得良好的调节性能，是锅炉运
9、行中应采用的组合调节方式。此外，为防止固体颗粒在物料输送室和送入室沉积与结渣，流化风与松动风的最小极限风量分别为固体颗粒最小流化风量的 23 和 1.21.5 倍 6,7 。3.3 流化床操作速度流化床操作速度随锅炉负荷变化规律见图 5，相应风室压力变化见图 6。从图中曲线可知，操作速度、风室压力随着锅炉负荷的提高而增加。3.4 锅炉汽水温度分布该锅炉给水温度设计值为 150，省煤器出口水温为 254。图 7 给出了锅炉负荷和省煤器进出口水温的关系。如图所示，省煤器进出口水温可以达到设计值，说明设计是合理的。过热器分高低温 2 级布置，在高、低温过热器间布置了喷水减温器，以便调节锅炉运行因素对
10、汽温波动的影响。图 8 示出该锅炉过热汽温与锅炉负荷的关系，说明该锅炉的运行可保证对过热汽温的要求。3.5 锅炉各部温度分布锅炉再循环回路各部温度随负荷的变化示于图 9。从图中可见，再循环回路各部温度在低负荷时温度低，高负荷时温度相应提高，除了炉膛和返料器温度比前一部位温度略为提高外，床层至回料器出口温度是依次降低的。这是因为在炉膛处由于有二次风的送入，一部分可燃气体和固体颗粒在炉膛内继续燃烧，造成炉膛温度略高于床层。返料器出口温度高于分离器出口物料温度，说明在返料器内由于有返料风的送入，使部分循环灰在返料器内二次燃烧。图 9所示锅炉额定负荷时的温度分布与锅炉设计计算温度数据吻合较好。图 10
11、 为锅炉不同负荷下尾部烟道各部温度的变化情况。图示说明随着锅炉负荷的增加，各部温度升高，而沿尾部烟道烟气温度逐渐下降。锅炉额定负荷时排烟温度与设计值吻合，符合设计要求。3.6 SO2与 NOx浓度的测定结果图 11 为锅炉额定负荷下炉膛 SO2浓度的测定结果。从图中可见，14 m 高度处炉内烟气中含有少量的 SO2并沿炉膛径向深度方向变化较大，靠近水冷壁附近的 SO2浓度高于炉膛中心处。但到 22m 高度处，烟气中的 SO2含量已经很低，说明由于桦甸油页岩中矿物质含量很高，灰分中 CaO 含量高达 12.44%，本身的Ca/S 比为 3.839，而且油页岩灰分中 Na2O 和 K2O 等碱性氧
12、化物均有固硫能力，因此，油页岩本身具有很强的自脱硫能力。图 12 是额定负荷下，NO x在 2 个高度位置上的分布测定结果。从图中见，2 个高度位置，NO x浓度变化不大，并且沿径向深度方向 NOx的分布是较均匀的，桦甸 65 t/h 油页岩循环流化床锅炉沿炉膛高度布置有 3 层二次风，一、二次风比为 60/40，运行温度 850，循环倍率为 6。这对于改善锅炉燃烧，降低 NOx的排放浓度是非常有效的，可获得高的环保指标。3.7 旋风分离器性能试验图 13 示出各锅炉负荷下旋风分离器的阻力特性。从图中可见，旋风分离器的阻力随负荷增加而增加，锅炉负荷是影响旋风分离器阻力的主要因素。锅炉在 70%100%负荷内运行时，阻力波动仅 200Pa，具有稳定的阻力特性。额定负荷下分离器的阻力为 900Pa。旋风分离器在锅炉额定负荷时颗粒分级效率示于图 14。锅炉额定负荷下的分离效率为 97%。循环流化床锅炉物料循环系统的循环倍率反映了不同燃料颗粒在燃烧室内的不同循环次数和累计停留时间，对燃烧效率具有决定性的影响。综合考虑燃烧与燃尽，炉内传热强度，过热器汽温调节，负荷调节，运行的稳定性，分离系统的可靠性，受热面的磨损及动力消耗，65t/h 油页岩循环流化床锅炉的循环倍率为 68 。3.8 锅炉效率
