燃低热值固废循环流化床焚烧炉设计与应用.pdf
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1、文章编号:():./.燃低热值固废循环流化床焚烧炉设计与应用收稿日期:陈玉娇 (中科合肥煤气化技术有限公司北京市分公司北京)摘 要:为解决低热值固废在燃烧领域资源化利用的技术难题通过晋华炉产生的气化灰渣在/气化灰渣燃烧中试平台燃烧试验的研究掌握了气化灰渣在循环流化床()燃烧装置内的流动、燃烧及污染物排放特性获得了气化灰渣 燃烧规律并据此研发了一台燃气化灰渣的 /焚烧炉 经工程应用该焚烧炉结构设计合理运行稳定解决了气化灰渣在 焚烧炉中稳定燃烧的技术难题可为低热值固体废物资源化利用的推广打下坚实的基础关键词:循环流化床()焚烧炉低热值固废设计应用中图分类号:.文献标识码:作者简介:陈玉娇()女工程
2、师长期从事 锅炉技术研究与工程应用工作 (.):()/./.:()引言在煤炭的开采、加工和利用过程中产生了一类低热值固体废弃物 这类低热值固体废弃物主要包括两大类一类是低热值煤如煤矸石、石煤、煤泥和洗中煤等另一类是煤基固废主要是煤化工项目副产的含碳较高的一般固体废弃物如煤气化灰渣、细粉灰和炉渣等 这类低热值固体废弃物的燃料特性是水分高、灰分高、挥发分极低收到基低位发热量低 挥发分极低接近 使得其燃点高且水分高、热值低使得其难以稳燃用常规的燃烧方式难以进行燃烧处理 如何对这类低热值固体废弃物进行资源化燃烧利用一直是行业内关注的重要课题也是当代煤炭梯级利用技术的重要组成部分是助力实现碳达峰碳中和战
3、略目标的重要技术手段基于工程热物理研究所循环流化床技术核心研发团队残炭燃烧试验研究得出的残炭高效燃烧技术准则笔者公司进一步对循环流化床焚烧炉系统技术和工艺进行研究探索和实践形成了一整套系统的低热值固体废弃物从运输、上料、炉内焚烧、烟气净化处理和排灰渣处理的技术体系燃低热值固废循环流化床焚烧炉设计与应用低热值固体废弃物循环流化床焚烧炉关键设计低热值固废 气化灰渣的元素分析和工业分析表明气化灰渣具有反应活性差、粒度细、堆密度小、在一般的 锅炉中难以燃尽的特点基于这些燃料特性经 /气化灰渣燃烧中试装置燃烧试验得到气化灰渣在 焚烧炉中的燃烧特性如下:()气化灰渣可在循环流化床中试平台上稳定燃烧不用添加
4、辅助床料可建立稳定的物料循环()焚烧炉炉膛烟气运行温度为 ()气化灰渣在 焚烧炉上燃烧时低于 会灭火必须有备用的辅助燃料加入口()含水量高的气化灰渣输送系统要稳定可靠防止燃料在料仓内堵塞、架桥以上所述气化灰渣的燃料特性及在 焚烧炉中的燃烧特性是低热值固体废弃物高效燃烧的技术准则对于气化灰渣 焚烧炉的设计具有关键的指导作用也基于此得出低热值固体废弃物循环流化床焚烧炉的设计关键在于燃料处理及给料系统的设计、炉膛设计、分离器分离效率及蒸发器设计的结论 以下将对 焚烧炉的关键设计(给料设计、炉膛设计、分离器分离效率和蒸发器设计)进行具体介绍.给料设计常规燃煤循环流化床锅炉无法纯烧收到基低位发热量在 /
5、范围内的低热值煤和煤基固废 这类低热值固体废弃物工业分析收到基水分含量为 收到基灰分含量为 收到基挥发分含量为 燃料入炉粒度为 低热值固体废弃物燃烧特性满足上述试验要求时可直接送入 焚烧炉纯烧并且可以实现稳定燃烧低热值固体废弃物水分含量的高低直接影响低热值固体废弃物在焚烧炉中的着火特性和稳燃 当需要处理的低热值固体废弃物产量足够多可以使锅炉负荷维持在不低于(锅炉最大连续蒸发量 )时对于水分含量不大于 的低热值煤和煤基固废不需要进行脱水和干燥处理可以直接入炉燃烧水分含量的低热值煤和煤基固废则需要通过燃料处理装置中的板框压滤机和除湿干化机进行机械压滤和脱水干燥处理将燃料含水量降到 以下可满足焚烧炉
6、稳定燃烧要求 当需要处理的低热值固废产量不足只能使锅炉负荷维持在 时需要通过脱水干燥处理将燃料水分含量降为 可满足焚烧炉稳定燃烧要求入炉燃料粒度是影响循环流化床焚烧炉燃烧效率、灰循环倍率和配风的重要因素同时燃料粒度直接影响燃料颗粒在床层上的加热速率粒度大则加热速率小 通常粉煤灰、炉渣等煤基固废是煤在锅炉中经过燃烧后收集的含碳较高的飞灰和底渣气化灰渣为煤在气化炉中经过高温气化得到的 粒径为 无须破碎处理直接达到入炉 的粒度要求 对于低热值煤则需要经燃料处理装置中的破碎装置进行筛分和破碎将其破碎成粒径为 的煤粉后达到入炉粒度要求给料入口位于焚烧炉前墙分散对称布置视燃料处理量大小和种类给料口数量可设
7、置 个可单层或双层布置 给料口高度为配风装置上方.处这样的布置方式可使燃料在整个床层面上播撒均匀.炉膛设计设计低热值固体废弃物 焚烧炉的主要难点是解决低热值固体废弃物在 焚烧炉中稳定燃烧且燃尽的问题焚烧炉飞灰和底渣含碳量是表征低热值固体废弃物燃烧充分的关键指标低热值固体废弃物的燃烧反应主要是在炉膛中完成 焚烧炉炉膛设计综合考虑了炉膛燃烧温度、炉膛流化风速和炉膛配风三方面的因素可保证低热值固体废弃物在 焚烧炉炉膛中稳定燃烧且使燃烧后烟气中收集的飞灰含碳量和焚烧炉底部排出的底渣含碳量均低于()设计炉膛温度较高的炉膛燃烧温度是降低灰渣含碳量最有效的方式之一 低热值固体废弃物着火困难且难以稳燃经测定着
8、火温度为 温度小于 时不着火要实稳定燃烧设计焚烧炉炉膛温度为 炉膛下部密相区床层温度为 炉膛上部稀相区及出口温度为 在热值如此低的前提下要保证焚烧炉炉膛温度达到 就必须减少炉膛内蒸发受热面的布置或者不在炉膛内布置膜式水冷壁而在尾部烟道布置蒸发器 炉膛膜式水冷壁贴炉膛四周布置受热面面积占整个炉膛面积的 剩余炉墙敷设耐火浇注料()设计炉膛流化风速燃低热值固废循环流化床焚烧炉设计与应用设计炉膛内烟气流速为 /烟气在炉内的停留时间能达到 可延长低热值固废在炉膛内燃烧反应时间有助于燃料中碳的燃尽()炉膛配风设计焚烧炉炉膛设计两级配风一次风经空气预热器升温至 左右后进入水冷风室经过布风板上的风帽进入炉膛
9、二次风经空气预热器升温至 左右进入二次风箱经布置成上下两层的支管进入炉膛 床下、床上风量比为 运行中可以适当调节一二次风风量的配比.分离器分离效率设计设计旋风分离器分离效率.灰循环倍率为 大量的循环灰可反复参与燃烧反应间接延长了灰中碳的燃烧时间最大限度降低灰渣中的碳含量 同时燃料中挥发分含量极低炉膛出口的飞灰量极大飞灰中未燃尽的碳会在旋风分离器中发生二次燃烧可进一步提高燃尽率降低灰渣含碳量.蒸发器设计焚烧炉工质的吸热量可以分为三部分:预热吸热量、蒸发吸热量和过热吸热量 对于高温高压以下蒸汽参数的 焚烧炉蒸发吸热量占工质总吸热量的比值不小于 且蒸汽参数越低蒸发吸热量占总吸热量的比例越大因此需布置
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