洗煤设备关键要根据煤质设计：洗煤泥煤矸石CFB锅炉及其配套系统常见问题及其优化改进设计

威哥 2022-11-10 13:59:02 162

洗煤设备关键要根据煤质设计：洗煤泥煤矸石CFB锅炉及其配套系统常见问题及其优化改进设计5.11 洗煤泥和煤矸石燃料CFB锅炉，在运行的流化床中靠近炉膛四周存在边壁流现象，由于物料内循环的作用边壁流的厚度从上到下不断增加，在接近炉膛下部的某处与上升气流相碰撞而出现不规则的磨损。因炉膛四周的边壁流的叠加作用，炉膛四角的磨损较大。采用边壁流4通道的结构设计较边壁流3通道的结构设计，有利于降低炉膛四角的磨损。5.10 洗煤泥和煤矸石燃料CFB锅炉设计不宜采用常规蘑菇状小孔风帽。因洗煤泥燃料高水份特点，耐热铸铁风帽使用不仅磨损严重，而且风帽头部磨损后易剥落烧穿，长期运行易造成风室内漏入大量床料，造成流化床流化质量差直至停炉。改造实践证明，将普通铸铁材质改为耐热球墨铸铁，使用寿命有所延长，但远不能满足一个大修周期寿命要求。对于燃用相对煤泥锅炉而言颗粒较大的煤矸石CFB锅炉，设计或改造采用粗螺纹连接的特种铸钢（风帽材质为ZG4Cr26Ni4Mn3NRe）钟罩式大风帽，以防止颗粒较大的煤矸

图6 改进后的让弯防护

5.4 洗煤泥CFB锅炉，采用的下排气旋风分离器有圆形、方形两种结构方式，其分离效率基本相当。圆形分离器的内衬设计可采用高强度耐磨耐火浇注料或挂砖，方形分离器的内衬宜采用挂砖结构设计，即方便施工又耐磨。

5.5 由于洗煤泥CFB锅炉燃料灰份较高，且采用不排渣运行方式，烟气飞灰含量大，旋风分离器“靶区”部位内衬及分离装置排气筒磨损严重，兴隆庄煤矿电厂75t/h洗煤泥CFB锅炉运行仅9000h，排气筒上部近0.7米被全部磨掉。对磨损的内衬部位采取用高温耐磨可塑料进行修补，提高出口钢制排气筒的材质，改进为ZG8Cr33Ni9N铸钢材质可有效防磨。

5.6 关于中温旋风分离装置采用上排气或下排气方式的选择和设计优化：山东华聚能源股份有限公司技改实践证明：上排气中温旋风分离装置较下排气中温旋风分离装置的分离效率稍高，相差1%左右。中压洗煤泥CFB锅炉中温旋风分离装置采用下排气分离装置可将锅炉水平烟道与尾部烟道联为一体，形成П型布置，使锅炉结构更加紧凑。但是下排气旋风分离装置排气出口距离后部的省煤器入口尺寸如设计过小，因烟气扩散不好，易造成其后的磨损严重。根据现场7台75t/h煤泥循环流化床燃烧锅炉的运行实践，在空间布置允许的条件下，下排气旋风分离装置排气出口距离后部的省煤器入口超过3M可有效防止省煤器磨损，或者在下排气旋风分离装置排气出口采取气流消旋装置并对省煤器加强防磨措施。

5.7 对于煤泥和煤矸石燃料CFB锅炉，采用光管省煤器、膜式省煤器和螺旋鳍片式三种省煤器结构的优选：光管省煤器管系的防磨设计，尤其要强化第一、二排的防磨措施，可以增加合金钢防磨瓦，同时处理好穿墙弯管处的管束防磨。相对于光管省煤器管系而言，膜式省煤器因烟气在鳍片与管子焊接部位更易存在涡流而造成磨损再至磨穿泄漏，不仅出现在迎流面，同时出现在背风面。选择新型大节距螺旋鳍片式省煤器进行设计或改造，不仅强化传热，减少钢耗，而且降低了烟气流速，防磨效果明显，运行四年没有问题。

5.8 对于燃用高硫煤、炉外脱硫的CFB锅炉，设计或运行排烟温度较低的CFB锅炉。为防止出现低温腐蚀尾部受热面，可考虑采用搪瓷管空气预热器进行设计或改进。当尾部受热面壁温低于露点时，酸液凝结，引起灰垢粘附，导致通道堵塞。堵灰和低温腐蚀是空气预热器中两个密切相关又相互促进的问题，腐蚀引起积灰，积灰加剧腐蚀，最后导致堵灰。在空气预热器金属受热面上，沉积的硫酸溶液溶解管壁上氧化膜（Fe3SO4）和金属(Fe)，与飞灰反应，从而生成酸性粘结灰。酸性粘结灰成分是Al2(SO4)3、CaSO4和FeSO4、Fe2(SO4)3。当烟气中的SO3浓度在5uL/L以上时，空气预热器的低温腐蚀将很严重，同时也形成了较多的酸性粘结灰，引起空气预热器逐层剥蚀和积灰堵死。搪瓷管空气预热器传热系数虽然较普通钢管稍低，但是排烟温度降低换取锅炉效率的提高值得设计选择。

5.9 设计或改造采用螺旋肋片式空气预热器替代普通光管空气预热器，既有利于提高换热效率，又有利于减少空气预热器磨损和解决空气预热器积灰，提高锅炉效率、节约能源的同时保护了环境。

5.10 洗煤泥和煤矸石燃料CFB锅炉设计不宜采用常规蘑菇状小孔风帽。因洗煤泥燃料高水份特点，耐热铸铁风帽使用不仅磨损严重，而且风帽头部磨损后易剥落烧穿，长期运行易造成风室内漏入大量床料，造成流化床流化质量差直至停炉。改造实践证明，将普通铸铁材质改为耐热球墨铸铁，使用寿命有所延长，但远不能满足一个大修周期寿命要求。对于燃用相对煤泥锅炉而言颗粒较大的煤矸石CFB锅炉，设计或改造采用粗螺纹连接的特种铸钢（风帽材质为ZG4Cr26Ni4Mn3NRe）钟罩式大风帽，以防止颗粒较大的煤矸石进入风帽堵塞风帽孔。对于全部燃用洗煤泥CFB锅炉，可以取消风帽与芯管之间的螺纹连接，直接将钟罩式大风帽扣在芯管上使用，因煤泥燃料颗粒较细，无床料堵塞风帽孔之虞，且检修更换风帽非常方便。设计或改造采用特种铸钢钟罩式大风帽，可有效避免风帽磨损磨穿导致泄漏床料故障停炉，且使用寿命达到五年以上。

5.11 洗煤泥和煤矸石燃料CFB锅炉，在运行的流化床中靠近炉膛四周存在边壁流现象，由于物料内循环的作用边壁流的厚度从上到下不断增加，在接近炉膛下部的某处与上升气流相碰撞而出现不规则的磨损。因炉膛四周的边壁流的叠加作用，炉膛四角的磨损较大。采用边壁流4通道的结构设计较边壁流3通道的结构设计，有利于降低炉膛四角的磨损。

5.12 常规设计炉膛出口布置高温旋风分离器的洗煤泥和煤矸石燃料CFB锅炉，设计时要充分考虑保证炉顶和炉膛烟道出口的距离，以及高温旋风分离器水平烟道入口至上部顶棚管的距离，以免距离过小使炉顶水冷壁过度磨损造成锅炉泄漏。因现场条件限制，可将炉膛前水冷顶棚管高度提高，以改善该处的烟气流动特性，并采取金属喷涂防磨措施，以减轻涡流磨损。图7、8为改进前炉顶水冷壁和改进后的炉顶水冷壁管简图：

图7 改进前的炉顶水冷壁

图8 改进前的炉顶水冷壁

6.配套系统优化改进设计

6.1洗煤泥和煤矸石燃料CFB锅炉燃料输送系统

1996年煤科总院煤化所和原邢台矿务局联合进行高浓度煤泥浆制备技术用于UG-35/3.82-M12型CFB锅炉燃烧试验，将洗煤厂耙式浓缩机底浓度为35%左右的煤泥水，不经压滤机，而是通过螺杆泵进入制浆的主要设备——深锥浓缩机再浓缩，其底流经搅拌机搅拌，由螺杆泵直接送入CFB锅炉燃烧（其溢流返回洗煤厂耙式浓缩机）取得成功。结合目前国内洗煤泥CFB锅炉的管道泵送系统，可整体考虑减少洗煤厂压滤工艺环节和洗煤泥燃料CFB锅炉燃料输送系统结合起来进行优化设计，以减少和节约投资的同时实现洗煤泥CFB锅炉洁净燃烧。

国内CFB锅炉洗煤泥燃料输送系统，目前主要有：敞口式刮板皮带输送机煤泥螺旋给料机系统；洗煤泥胶管挤压泵管道输送系统；洗煤泥活塞泵管道输送系统。其中挤压泵管道输送系统的胶管运行寿命仅700多小时；活塞泵管道输送系统的煤泥喷枪易堵塞、强力搅拌轴承易损坏、缓冲搅拌仓底部筛网易堵塞、摆缸故障及漏油、分流器卡涩等问题，值得结构上优化设计和技术攻关。

北京中矿通过对煤泥搓和机改进设计，提高煤泥的处理量，细化了煤泥的出料粒度，缓解了下道搅拌工序的工作压力。煤泥在破碎腔内运行连续，实现了对煤泥的完全破碎，使煤泥输送系统更加完善，降低煤泥的搅拌成本。同时，研发新的煤泥分流设备（如下图9），此种分流器避免了现有分流设备的缺陷，通过定时改变流向，对有一定杂质的物料，无卡阻现象，可实现可靠分流，均匀给料效果好，从而达到对锅炉均匀供料的目的。

图9 分流器结构图

1壳体 2进料法兰 3滑阀 4防转杆 5接近开关 6液压油缸 7高压胶管

同时必须考虑煤泥系统的除杂设计，兖矿兴隆庄煤矿电厂2000年在煤泥预处理系统研制应用的首台煤泥燃料系统除铁设备，用于除去水分≥23%煤泥中混入单件重量≤50kg铁块，解决了敞口式煤泥燃料输送系统混入铁件杂物等造成系统设备卡堵而影响生产的问题，兖矿科澳电厂利用金属探测仪检测金属、利用振动筛装置除去煤泥中杂物等均值得设计借鉴和参考。

针对洗煤泥和煤矸石燃料混烧CFB锅炉因煤矸石或洗中煤燃料含粘土成分大、粒度细，炉前螺旋给煤机输出轴较长导致输送物料堆积挤压造成给煤机堵转的问题。可以将螺旋给煤机由等节距螺旋轴改造设计为逐渐加大的变节距给煤机轴，解决了螺旋给煤机后部挤煤、堵转的难题。

常规洗煤泥和煤矸石混烧CFB锅炉燃料制备系统，采用“筛分破碎”或二级筛分破碎系统，振动筛下物料的水分在14～20％之间，实际供应的煤矸石或洗中煤燃料入炉水分高达9～13％，造成煤仓和给煤斗经常蓬煤的问题。可以在振动筛下安装立式刮刀卸料离心脱水机，较脱水之前燃料水分能降低4～6％，煤的黏粘和成拱性大幅降低，可以有效解决蓬煤现象。

同时设计要高度重视CFB锅炉对燃料粒度的要求，采用干燥、筛分和多级破碎系统，以防止大颗粒燃料入炉造成燃烧问题。几种燃料配煤时可以先分别破碎，再进行粒度、发热量级配，为CFB锅炉提供高质量的燃料。

总之，要根据实际燃用燃料的颗粒分布特性优化锅炉设计；锅炉设计定型投运后，燃料的颗粒特性应该适合锅炉燃烧要求。同时根据下述原则优化设计：

（1）入炉燃料的粒度分布应符合宽筛分要求，燃料粒度的级配（各粒径的燃煤占总量的百分比）应该满足偏正态曲线要求。燃料的粒度分布，应能保证在已确定的流化速度条件下，有足够的细颗粒吹入悬浮段，以保证上部（稀相区）的燃烧份额，以及能形成足够的床料，保持物料平衡。

（2）不同锅炉燃料的粒度即随煤种、循环倍率的不同而调整。一般情况下，我国CFB锅炉采用的颗粒尺寸一般为0-13mm、0-10mm、0-8mm或0-6mm。高倍率的循环流化床锅炉，燃煤粒径较细，低倍率的循环流化床锅炉燃料粒径较粗；挥发分低的煤种，粒径一般应较细，高挥发分、易燃煤种，颗粒可粗些。

6.2洗煤泥和煤矸石燃料CFB锅炉简单实用的脱硫系统

根据山东华聚能源股份有限公司联合浙江大学、山东科技大学的煤泥CFB锅炉工业性脱硫试验结果，采用将石灰石均匀混入煤泥中，一起入炉燃烧进行脱硫，其主要工艺过程如下图10所示：

石灰石加料系统

↓

煤泥棚　→　煤泥刮板机　→　煤泥给料机　→煤泥输送皮带机→炉顶配仓刮板机

→　立式螺旋煤泥给料机　→　锅炉燃烧脱硫

图10 洗煤泥CFB锅炉石灰石脱硫系统框图

该系统由一石灰石仓、螺旋给料机及变频控制装置组成，在煤泥棚刮板机上方增设一套脱硫剂添加系统，可以按照一定Ca/S比将石灰石按要求定量加到刮板机上与煤泥混合，然后经立式煤泥给料机搅拌，煤泥输送皮带多次转载，炉顶刮板机及煤泥给料机的搅拌等多环节充分混合后，给入锅炉燃烧、脱硫。综合考虑脱硫剂的比表面积和在炉膛内的停留时间的关系，以及加工成本，选择脱硫剂粒度为0－2mm。经在东滩矿电厂试验测试，在钙硫比为2.0， 75t/h煤泥CFB锅炉出力90%时，SO2排放浓度为413mg/Nm3；钙硫比为2.5，锅炉出力为90%时，SO2排放浓度为378mg/Nm3。

据此，山东华聚能源股份有限公司对下属六座电厂（包括煤矸石CFB锅炉）进行了推广应用，并全部实现SO2达标排放，通过地方环保局验收。在此基础上，利用CFB热工试验台和热重分析方法深入研究了石灰石的煅烧、磨损特性和脱硫性能；结合洗煤泥CFB锅炉的运行特点，研究了3种粒径石灰石的磨损性能，确定石灰石作为洗煤泥CFB锅炉床料的可行性及其粒度配比方案；研究锅炉床温、石灰石的粒径等对异比重煤泥循环流化床锅炉脱硫的影响，提出煤泥循环流化床锅炉稳定运行、高效脱硫适用的钙硫比和运行参数。经过兴隆庄矿电厂75t/h洗煤泥CFB锅炉工业试验测试钙硫比为2.8时，床温在900℃时，SO2排放浓度平均为285 mg/m3，脱硫效率达到76.4％。即节省了锅炉添加石英砂底料费用，又提高了脱硫效率。

目前该技术工艺已经在兴隆庄矿电厂、鲍店矿电厂等实际应用，取得了良好的效果，具有良好的推广前景。可供有关同类洗煤泥CFB锅炉设计借鉴。

6.3 辅机系统节能降耗

洗煤泥和煤矸石燃料CFB锅炉配套辅机设计时，要针对能耗较大的送、引风机、给煤机等辅机采用调速型液力耦合器、变频调节或开关磁阻电动机调速技术节能改造。采用专利型热功联产小汽轮机应用于小焓降、小功率、低转速条件下取代电动机驱动锅炉给水设备运行，采用汽机一抽抽汽作为锅炉汽动给水装置的进汽，将中压锅炉汽动给水装置的排汽用于冬季供热热网和非供暖期的除氧器、低压加热器供汽，将次高压锅炉汽动给水装置的排汽用于冬季供热热网和非供暖期的除氧器、高压加热器供汽，以利于能源梯级利用和节能降耗。

参考文献：

[1]中华人民共和国国家统计局，中华人民共和国2006年国民经济和社会发展统计公报， 2007年2月28日，http://www.stats.gov.cn/tjgb/ndtjgb/qgndtjgb/t20070228_402387821.htm

[2]国家“十一五”资源综合利用指导意见 http://hzs.ndrc.gov.cn/newjsjyxsh/t20070117_111722.htm

[3]潘清波，35t/h洗煤泥流化床燃烧锅炉运行技术的研究《动力工程》，1992年第5期

[4]潘清波等，煤矸石BFBC锅炉改造为CFBC锅炉的实践与优化

[5]蒋旭光等，75t/h煤泥循环流化床锅炉的设计和应用，煤炭工业技术委员会、国家水煤浆工程研究中心《煤泥燃烧利用技术论文集》，2000年4月

[6]哈尔滨锅炉厂有限责任公司，南屯220t/h煤泥煤矸石混烧循环流化床锅炉设计说明书

[7]哈尔滨锅炉厂有限责任公司，济三440t/h煤泥煤矸石混烧循环流化床锅炉设计说明书

[8]潘清波，煤水混合物流化床燃烧锅炉优化改进的技术研究与应用《电站系统工程》，2007年第1期

[9]李文忠，洗煤泥、煤矸石混烧发电技术的研制与开发，煤炭工业技术委员会、国家水煤浆工程研究中心《煤泥燃烧利用技术论文集》，2000年4月

[10]由振莆等，高浓度煤泥浆制取技术及在流化床锅炉燃烧的研究和设计，煤炭工业技术委员会、国家水煤浆工程研究中心《煤泥燃烧利用技术论文集》，2000年4月

[11]吴钰晶等，SLC30煤泥搓和机改进设计，2007年1月