超低排放循环流化床锅炉的设计及其应用

3.2.2低料层阻力

增加有效物料床存量，提高物料床质量是还原气场设计的必要条件。提高物料床质量，燃料颗粒表面积增大，可提高燃料燃烧速度，有利于CO形成，同时可以保证循环流化床锅炉运行时物料携带量，保证传热的需要。降低料层阻力，虽然减小了一次风量，但仍可保证物料正常流化，可以降低一次风机耗电量。循环流化床锅炉要实现低料层阻力运行，分离器的分离效率是关键。

3.2.3提升二次风高度

循环流化床锅炉属于分段燃烧。为了确保物料燃尽、炉内传热，二次风以上炉膛部分氧量必须是过剩的。目前一般设计过剩空气系数为1.2～1.25。提升二次风高度，拉大二次风与布风板之间的距离，可为NO和CO发生充分的化学反应留出足够的时间与空间。

3.3分离器设计

分离器是超低排放循环流化床锅炉的一个关键部件。一般要求分离器对分离物料切割粒径d50在10μm以下，否则循环物料的床质量不能满足传热和循环燃烧需要。超低排放循环流化床锅炉必须对分离器进行优化设计。分离器的优化设计集中体现在分离器入口形状，流速，加速段、分离器直径，中心筒的形状与布置等。

4工程应用

基于前文提出的超低排放原理设计的50mW超低排放循环流化床锅炉(锅炉1)于2015年4月在山西霍氏自备电厂投入运行。2016年8月国家特种设备检测研究院对该锅炉燃用不同煤种时的性能进行了鉴定试验。该锅炉设计参数见表1。

鉴定试验煤种元素分析结果见表2，其中：QNet为低位发热量;maR、Vdaf、aaR分别为水分、挥发分、灰分质量分数;CaR、HaR、OaR、NaR、SaR分别为碳元素、氢元素、氧元素、氮元素、硫元素质量分数。

燃用煤种1时，锅炉蒸发量为222～224t˙H-1，床温为820～860℃。投运石灰石后锅炉烟气中SO2和NOx的初始排放质量浓度分别为9.88、49.82mg˙Nm-2，钙硫摩尔比为1.6。燃用煤种2(贫煤)时，锅炉蒸发量为214～216t˙H-1，床温为820～860℃。此时，未投运石灰石情况下锅炉烟气中SO2和NOx的初始排放质量浓度分别为676.70、26.69mg˙Nm-2。

2016年10月国家特种设备检测研究院对2016年2月在山东临清三和纺织集团自备电厂投入运行的50mWe超低排放循环流化床锅炉(锅炉2)进行了鉴定试验。该锅炉设计参数见表2。鉴定试验煤种为贫煤，其元素分析结果见表4。

试验时，锅炉蒸发量为222.85～222.5t˙H-1，床温为820～860℃。投运石灰石后锅炉烟气中SO2和NOx的初始排放质量浓度分别为22.6、46.18mg˙Nm-2，钙硫摩尔比为1.82。

上述试验结果表明，基于超低排放原理设计的循环流化床锅炉燃用不同煤种并投运石灰石后，其烟气中SO2、NOx的初始排放质量浓度均低于25、50mg˙Nm-2的超低排放要求。

5结语

为实现循环流化床锅炉的超低排放，通过对流化床床温、流化床和密相区还原气场、分离器等的优化，对流态重构循环流化床锅炉进行了超低排放优化设计。锅炉的实际运行试验结果表明，所开发的循环流化床锅炉烟气中NOx、SOx初始排放质量浓度达到了超低排放求。研究为该类型循环流化床锅炉的进一步推广应用奠定了基础。

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