循環流化床鍋爐與往復爐排鍋爐性能及應用

丁立群， 王 威

(哈爾濱工業大學 建筑學院 寒地城鄉人居環境科學與技術工業和信息化部重點實驗室， 黑龍江 哈爾濱 150090)

1 概述

隨著社會的發展進步，人們的生活水平、生活質量要求越來越高，集中供熱的規模越來越大,能源問題也越顯突出。目前我國供熱能源還是以燃煤為主，隨著能源需求的擴大，煤炭資源變得越來越緊張。尤其是優質煤(低位發熱量20 934 kJ/kg以上)價格飆升，資源匱乏。而劣質煤(低位發熱量13 816.4～18 840.6 kJ/kg)儲量豐富，如何在保證鍋爐出力和效率的前提下高效燃用劣質煤成為新的課題。

目前國內有兩種產品能夠燃用劣質煤。一種是循環流化床鍋爐，一種是大型往復爐排鍋爐。本文將分析這兩種鍋爐的綜合性能。

2 鍋爐介紹

① 往復爐排鍋爐

大型往復爐排鍋爐是在2000年以后逐步發展起來的。往復爐排鍋爐是層燃鍋爐中煤種適應性較廣的一種燃燒設備。在爐排往復推動中具有雙面引火及撥火功能，因此燃料適用性廣而得以向高參數大容量發展。至2012年，單機蒸發量200 t/h(熱容量145 MW)SHW145-1.6/150/90-AII型鍋爐問世，標志著大型往復爐排鍋爐的技術日趨成熟。現階段的往復爐排膜式壁鍋爐設計效率在85%以上，其結構緊湊，節省占地及空間，尾部采用鑄鐵省煤器，降低鍋爐排煙溫度，不懼低溫腐蝕。往復爐排鍋爐運行維護簡單方便，可隨意啟爐、停爐，鍋爐運行自身耗能低[1]。

② 循環流化床鍋爐

循環流化床鍋爐屬沸騰燃燒鍋爐，其特點是能燃用劣質煤，甚至煤矸石。其技術最早源自國外，目的是消除煤炭坑口的煤矸石。循環流化床鍋爐的發展也是適應了我國能源結構的需求。循環流化床鍋爐設計效率為87%～91%，煤的粒徑要求不大于10 mm。循環流化床鍋爐因必須有較大的流化空間，通常鍋爐尺寸相對較大，鋼耗量隨之增加。

循環流化床鍋爐埋床受熱面磨損較大，需定期維護；物料浮動燃燒，需高壓送風機，鍋爐運行自身能耗較大；點火復雜，需輔助燃料(天然氣或油)預熱爐膛，不宜頻繁停爐、啟爐；運行操作復雜，司爐必須經過專業培訓，其運行管理模式等同于熱電廠。循環流化床鍋爐最大的問題是粉煤灰無法自然堆放，很多中小城市使用循環流化床鍋爐因粉煤灰沒有接收單位，自然堆放又污染環境而被迫關停。循環流化床鍋爐燃燒效率高，可進行爐內脫硫，進行低氮燃燒控制，有利于環保。

3 經濟性比較

筆者調研了循環流化床鍋爐和往復爐排鍋爐系列容量自耗電功率，見表1、2。

表1 循環流化床鍋爐自耗電功率

表2 往復爐排鍋爐自耗電功率

根據表1、2，以蒸發量為130 t/h鍋爐為例，往復爐排鍋爐的引風機、送風機、爐排電機總功率為967 kW，鍋爐效率為85%，而循環流化床鍋爐引風機、送風機、二次風機、返料風機總功率為1 727 kW，鍋爐效率為90%。按煤的低位發熱量16 747.2 kJ/kg計算，往復爐排鍋爐小時耗煤量為22.94 t/h，循環流化床鍋爐小時耗煤量為21.66 t/h，二者相差1.28 t/h。若煤價按400元/t，即煤價相差512元/h。兩者的鍋爐自耗電功率差為760 kW，電價按0.8 元/(kW·h)計，循環流化床鍋爐每小時多耗電費608 元/h，合計差價為96 元/h。此處不計流化床鍋爐運行操作復雜，維護管理成本較高。單從運行費用比較，循環流化床鍋爐高于往復爐排鍋爐。

4 案例分析

① 遼寧本溪某熱力公司2004年安裝3臺蒸發量為80 t/h循環流化床鍋爐，2006年又增建了3臺蒸發量為40 t/h循環流化床鍋爐；隨著供熱面積增大，2009年又增建了2臺蒸發量為75 t/h循環流化床鍋爐(蒸汽拖動引風機、循環泵等做功后再供熱)。其中2004年安裝的蒸發量為80 t/h鍋爐和2006年安裝的蒸發量為40 t/h鍋爐在經過6～8 a的運行都進行過大修維護(包括更換部分輻射受熱面和對流受熱面)。在鍋爐燃用II類煙煤時，每運行80 d左右必須停爐對防磨板進行維護。后來改用褐煤情況好轉，鍋爐能夠持續運行一個供暖期，但每到夏季必須對鍋爐的防磨板、回料裝置、下煤口、膜式壁澆筑料(衛燃帶)進行維修維護。至2012年該熱源總裝機蒸發量為510 t/h，供熱面積為540×104m2。但由于鍋爐老化原因，實際蒸發量不足400 t/h。至2018年該熱源供熱面積為580×104m2，而循環流化床鍋爐的進一步老化已不能滿足供熱需求。

2018年該熱源新建4臺位蒸發量為140 t/h(SHW98-1.6/150/90-H)鍋爐房，先上3臺熱容量為98 MW往復爐排鍋爐，保留2臺蒸發量為75 t/h循環流化床蒸汽鍋爐；其他6臺鍋爐全部拆除[2]。待兩臺蒸發量為75 t/h循環流化床鍋爐老化淘汰后，又增加一臺蒸發量為150 t/h往復爐排鍋爐。

② 遼寧錦州某熱電公司，原有6臺蒸發量為80 t/h流化床蒸汽鍋爐。分別建于2003年至2006年。該公司是熱電聯產模式，隨著循環流化床鍋爐的老化，供熱面積增加，需要增加供熱鍋爐。該用戶經過多方考察論證，最終選擇新建大型往復爐排熱水鍋爐。2013年新建6臺位蒸發量為120 t/h(SHW91-1.6/130/70-H)鍋爐房，2013年投運2臺，2015年投運1臺。

③ 黑龍江煤城某熱電公司，原有4臺蒸發量為35 t/h鏈條爐排蒸汽鍋爐。分別建于2002年至2005年。至2012年因供熱負荷增加，舊鍋爐老化，筆者分別于2012年和2013年對舊鍋爐進行了改造。將鏈條爐排拆除，更換往復爐排，進而能夠燃用低位發熱量煤降，低供熱成本。改造后鍋爐蒸發量達到37 t/h，同時尾部煙氣余熱量回收達到2 MW。該公司在2015年供熱面積劇增的情況下，新建了2臺SHW70-1.25/115/70-IIA型熱水鍋爐。

5 結語

從環保角度看，循環流化床鍋爐具有爐內脫硫、低氮燃燒控制優勢。但國家環保部門依然要求燃煤鍋爐必須進行脫硫、脫硝、低濃度粉塵排放。對于僅供熱的企業，保證低濃度粉塵排放用布袋除塵器，層燃鍋爐原始排塵質量濃度低于2 000 mg/m3(溫度0 ℃，壓力101.325 kPa的標準狀態下),循環流化床鍋爐原始排塵質量濃度大于6 000 mg/m3，因此布袋除塵器的負擔加重，使用壽命會縮短。

對于小型熱電聯產企業，選用流化床蒸汽鍋爐先發電再供熱是目前的唯一途徑。筆者將DHL35-3.82/350-AII型鍋爐改造成DHW35-3.82/350-AII型鍋爐已逾10臺(尾部原空氣預熱器改造為省煤器，可多回收余熱2 MW)，運行時間最長的接近10 a。同時筆者設計了SHW75-2.5/300-AII型鍋爐及DHW100-5.3/480-AII型鍋爐，前者已運行5 a，后者在建設中。

筆者認為，在選擇燃用低熱值煤的鍋爐時，當單機蒸發量低于300 t/h(熱容量低于210 MW)，應優先考慮大型往復爐排鍋爐；如果燃料低位發熱量低于12 560.4 kJ/kg時，應選擇循環流化床鍋爐。