1、全國化工熱工設計技術中心站年會論文集 237.貴州氮肥企業應用循環流化床沸騰爐存在的問題與分析雷奎源貴州省化工醫藥設計院內容摘要 本文論述貴州氮肥企業在應用循環流化床沸騰爐中所存在的諸如鍋爐選型、過熱器嚴重磨損、煙塵與SO2排放濃度超標等問題，并分析其原因。關 鍵 詞 CFB爐選型 磨損 煙速 環保1 引言由于循環流化床沸騰爐（以下簡稱CFB爐）具有燃料適應性廣、燃燒效率與熱效率高、低NOX排放、可進行爐內脫硫、負荷調節性好等優點，以及該種爐型因適應我省氮肥企業燃料供應狀況燃料的多種性（鍋爐必須燃用造氣爐篩分不用的粒度<30mm的碎焦或碎無煙煤，不足量部分還需燃用就近小煤窯的不同煤種）、

2、摻燒造氣爐爐渣（殘碳量約20%）和燃料硫（S）含量較高等實際情況，因此CFB爐適用于氮肥企業，并有著明顯的節能和環保效果，故在我省氮肥廠得到普遍的重視和應用。但是，我省氮肥廠近十年應用CFB爐的實踐證明，CFB爐在我省氮肥廠的應用存在著各方面的問題：鍋爐選型單一、過熱器磨損嚴重、CFB爐輔機的配套與應用、設計與運行經驗的不足等等，這些問題既影響鍋爐的安全經濟運行，也影響氮肥廠的正常生產和環境保護。2 鍋爐選型單一八十年代后期，貴州化肥廠作為我國首批CFB爐運行試驗單位之一，將一臺30t/h拋煤機鏈條爐改造為高倍率CFB爐，幾經磨練未能運行成功，又于九二年將該爐重新改造為我省第一臺運行成功的低倍

3、率CFB爐，隨即又新建一臺35t/h CFB爐和改造一臺35t/h鏈條爐為CFB爐。鑒于貴州化肥廠運用CFB爐的成功經驗，九十年代中期我省興義、安順、凱里等小氮肥廠在實施4萬噸尿素技改工程中，也相繼各新建一臺20t/h CFB爐。以上六臺已投運的CFB爐均由B鍋爐廠設計改裝或制造供貨的。目前，正在進行技改的畢節地區化肥廠仍選用了B鍋爐廠制造的兩臺同類型的35t/h CFB爐（安裝中）。至此，形成我省氮肥廠CFB爐選型單一的局面。 B鍋爐廠的上述八臺CFB爐是在鼓泡床沸騰爐基礎上進行設計制造的。該爐為重型爐墻，有埋管，采用碳化硅平面流高溫分離器、凹型布風板和L形飛灰回送裝置，床上人工點火方式，無

4、二次風機、無空氣預熱器，過熱器布置在爐膛出口分離器之后。鍋爐設計熱效率為80.65% (35t/h爐)和76.75% (20t/h),設計燃料發熱值QDW= 13519KJ / kg ( 3233 Kcal / kg )。該種CFB爐銷售價低、耗鋼量較少，操作簡便，但過熱器磨損嚴重，連續運行時間短，檢修頻繁和維修費用高，用戶反映強烈，意見頗大。 我省氮肥企業CFB爐選型單一的狀況與我國CFB爐多種類型和不斷發展改進的局面形成較大的反差，其原因是作為一種新爐型人們一開始對CFB缺少全面深入的調查研究，其次是對鍋爐的選擇以價格是否低廉為主要標準，同時,對CFB爐的不斷改進和發展亦認識不足。九十年代

5、初我國的CFB爐產品與現今相比，不可同日而語，不僅生產制造廠家較多，且型號規格不少。僅就CFB爐分離器而言，除了平面流分離器之外，還有分離效率較高的異形水冷分離器、旋渦內分離器、內旋風分離器、外旋風分離器（又有高溫和低溫之分）、兩級分離器（如高溫百葉窗加中溫旋風分離）等等。至于布風系統、返料裝置、點火方式、防磨措施、受熱面的布置乃至爐體結構等，各鍋爐廠產品各具特點各有所長。總之，我國CFB爐在近十年中向完善化方面不斷發展，同時，通過生產運行實踐，現在我省用戶對CFB爐的認識亦有很大的提高，并積累了豐富的經驗。3 過熱器磨損嚴重我省氮肥廠CFB爐存在的最大問題是過熱器磨損爆管嚴重，無論是20t/

6、h爐還是35t/h爐，其過熱器有的運行3045天、有的運行時間稍長就磨穿爆管造成停爐和影響全廠化肥生產，20t/h爐還出現省煤器磨穿爆管現象。而用戶擔心的埋管磨損問題，在我省氮肥廠CFB爐中并不突出，有的運行兩年尚未換管。而我省某煤礦發電廠使用的A鍋爐廠35t/h CFB爐自94年10月投運以來，省煤器于97年1月方更換5組管子，過熱器迄止97年8月還未更換過管子。是何原因造成我省氮肥廠CFB爐磨損嚴重？人們開始懷疑是材質問題、管子質量問題等，從而在這幾方面著手進行改進，但幾經實踐卻收效甚微。通過下表對A、B、C三個鍋爐廠的CFB爐進行比較可究其原因。 CFB爐類型煙氣流速 (m/s)防磨措施

7、沸騰層過熱器省煤器B鍋爐廠平面流分離CFB爐20t/h3.349.438.561.埋管上密集焊有防磨銷釘；2.過熱器管子壁厚 3.5mm,第一排管子迎煙氣側和下部彎頭有防磨板；3.省煤器管子壁厚3.5mm，第一排管子上有防磨板。35t/h3.358.256.20C鍋爐廠高溫旋風分離CFB爐20t/h4.286.35上級：8.23下級：7.351.無埋管；2、3 同上。A鍋爐廠兩級分離CFB爐35t/h55高過：5.4低過：6.0上級：5.90下級：5.001. 無埋管；2. 過熱器管子壁厚4.0mm,高過第一排管子加防磨板并噴涂Ni基合金；3.省煤器管子壁厚4mm，采用膜式結構，第一排管子上有

8、防磨板。注：1. 帶號數字8.25 m/s系B鍋爐廠“熱力計算綜合表”所列數字，但其“煙風阻力計算書”中過熱器煙速為：縱向沖刷煙氣平均速度9.3m/s,橫向沖刷煙氣平均速度10.2m/s。 2. 以上三個鍋爐廠的高溫過熱器管子材質均為15CrMo鋼，低溫過熱器和省煤器的管子材質均為20鋼。通過上表比較可以看出，我省氮肥廠已投運的B鍋爐廠CFB爐之過熱器的煙氣平均流速（9.43, 8.52 m/s）遠遠大于A、C兩個鍋爐廠取值（6.53, 5.4 m/s）。眾所周知，管壁的磨耗量與煙氣速度的三次方（V3）成正比，在相同條件下灰粒的特性、含塵濃度、管材耐磨系數、使用時間等相同時，B鍋爐廠的過熱器管

9、壁磨耗量是C鍋爐廠的3倍（9.433/6.533=3）, 是A鍋爐廠的3.66倍（8.253/5.43=3.66）。加之防磨措施與A廠相比又低一個檔次，因此不難找出我省氮肥廠CFB爐在短期內磨穿的原因：煙氣速度過大和防磨措施不力。這也可從B鍋爐廠CFB爐自身的比較得到佐證：其一，由于沸騰層煙速很低，只有3.34m/s,加之埋管上密集焊有防磨銷釘，才使得人們原來擔心的埋管磨損反而大大低于過熱器磨損。其二，20t/h 鍋爐省煤器煙速8.56m/s, 比 35t/h鍋爐省煤器煙速6.2m/s高出2.36m/s, 因此，我省氮肥廠20t/h 鍋爐省煤器磨損程度比35t/h鍋爐嚴重亦在情理之中。還須指出

10、的是，B鍋爐廠的平面流分離器的分離效率低，致使爐內煙氣含塵濃度高，加劇了受熱面的磨損，也是一個重要的因素。面對過熱器嚴重磨損和爆管，我省氮肥廠紛紛采取補救措施，或加防磨板，或加防磨套管，幾經反復均未獲得預期的效果，有的廠干脆取消過熱器，后又在無奈中給予恢復，隱患猶存。顯然，不降低煙速難以達到明顯的效果。要想降低煙速，只有加大過熱器處的爐內幾何尺寸，但是，這對已安裝投運的鍋爐來說顯然是很困難的這牽涉到爐體結構和鍋爐基礎的更改。近期，貴州化肥廠已采用將過熱器從平面流分離器后煙速較高（8.25m/s）的位置改在煙速較低（3.55m/s）的爐膛稀相區布置，若同時實施適當的防磨措施，應當是一種有效的方法

11、，當然，這有賴于運行實踐給予證明。4 連續運行時間短我省氮肥廠CFB爐事故停爐頻繁、連續運行時間短（一般低于1000小時），這對氮肥廠的安全與正常生產影響極大。國家經貿委對75t/h的 CFB爐完善化示范工程的目標中要求CFB爐連續運行時間大于3000小時，正是針對過去我國CFB爐連續運行時間短而提出的。該問題牽涉面廣，但主要與爐膛和金屬受熱面的磨損有關。我省氮肥廠CFB爐事故停爐頻繁、連續運行時間短也主要是磨損的引起，其次是操作不當的原因如加煤量過大造成爐溫超高而引起結焦；燃料煤顆粒過大（個別氮肥廠曾燃用0-40mm粒徑的燃煤）引起沸騰床局部不能沸騰而造成的低溫結焦等。有的運行廠在鍋爐壓火期

12、間也出現結焦現象，其原因是，鼓風機雖然已停運，但風道閥門未關或未關嚴，或冷渣管已排空，使空氣進入爐膛內造成的低溫結焦。5 除塵器問題由于種種原因，我省氮肥廠CFB爐的煙氣凈化均采用花崗巖文丘里水膜除塵器，該類除塵器的除塵效率在95%左右。國標GB1327191“鍋爐大氣污染排放標準”中規定：CFB爐的初始排放最高允許煙塵濃度為15000mg/Nm3。以此計算，該煙氣經文丘里水膜除塵器凈化后，其煙塵排放濃度為750mg/Nm3 左右,大大超過GB13271-91的規定值（一類地區100mg/Nm3，二類地區250 mg/Nm3，三類地區350mg/Nm3）。顯然，文丘里水膜除塵器不適用于CFB爐

13、的煙氣除塵。事實上各鍋爐廠的CFB爐因分離器分離效率問題，其出口煙氣初始含塵濃度不一，有的廠家提供的數據為14500 mg/Nm3,有的在18000mg/Nm3左右,也有提不出可靠數據的。因此，在進行CFB爐鍋爐房設計時，首先需要了解收集所選型號規格的CFB爐的煙塵初始排放濃度測定值，或要求鍋爐廠的CFB爐的初始排放最高允許煙塵濃度符合GB13271-91中的規定值(15000mg/Nm3） ; 然后，選用除塵效率98.5%的除塵裝置（二類地區），或選用除塵效率98%的除塵裝置（三類地區）。目前 ，國內已有適用于CFB爐煙氣除塵脫硫一體化裝置，如濕式篩網式、噴霧旋流塔式、文丘里水浴式、旋風水膜

14、-XP型塔板式、PC型泡沫除塵器等，其除塵效率為98-99%，脫硫效率為80-85%，阻力為1000-1400Pa，主體材料為花崗巖，但價格差異較大。無論如何，為符合國家環保標準，除塵器的選擇必須以可靠的測定數據為依據，并作技術經濟比較后確定。6 爐內脫硫問題 我省氮肥廠CFB爐盡管燃用按一定比例的高硫煤、低硫無煙煤（或土焦）和造氣爐渣的混合燃料，但因高硫煤所占的比例大，其混合燃料煤的計算硫含量仍然高于2%，一般在3%左右，因此，其煙氣中SO2排放濃度大約為26003000mg/Nm3,超過了國標GB13271-91中最高允許SO2排放濃度為1800mg/Nm3的 規定值（當煤的硫含量S>

15、;2%時）。為達到國家環保標準，各氮肥廠應充分利用CFB爐低溫燃燒、適合摻燒石灰石進行爐內脫固硫的特點，進行煙氣脫硫，以減少對大氣的污染，降低我省酸雨較嚴重的現狀。但至今仍無一家氮肥廠對此有所嘗試。7 冷渣器問題冷渣器既可回收高溫爐渣熱量，也可降低爐渣溫度保證爐渣的安全排放，同時因連續均勻地排放爐內已燃盡爐渣而有效控制沸騰床層厚度，起著穩定燃燒作用。但是，我省氮肥廠CFB爐均未配置冷渣器，采用根據爐膛負壓值或風室風壓值來確定何時排渣的間歇式的直接排放熾熱高溫爐渣方式，此排渣方式很不安全，也造成渣塵飛揚，同時難以掌握排渣量的適度，從而不易控制沸騰床層厚度和不利于鍋爐的穩定燃燒。另外，經調查，一些

16、外省CFB爐運行廠所使用的螺旋水冷冷渣器磨損問題突出，使用年限也很不理想，而且國內冷渣器（風冷或水冷式）產品可供選擇的型號規格也不盡人意，價格也較高，如一臺螺旋水冷冷渣器要25萬元左右，相當于一臺4t/h鍋爐的主輔機設備價格，令使用廠不易接受，加之使用年限不長，難以推崇其經濟性。因此，冷渣器的問題有待于研究部門和制造廠今后去解決。8 結束語貴州氮肥企業CFB爐應用存在的上述問題，除爐型選用單一外，其余問題實際上是我國CFB爐及其應用所存在的共同問題，特別是磨損問題（防磨材料、防磨結構及防磨措施）亟待解決，本文僅就過熱器和省煤器的磨損問題對A、B、C三個廠家的產品作了粗淺的比較與分析，并非斷言某些廠家已經解決了磨損問題，只不過磨損程度不同罷了，何況CFB爐的磨損不僅僅出現在過熱器和省煤器處，水冷壁、對流管束、爐膛和分離器等處的金屬或耐火材料的磨損亦較突出,均是鍋爐制造廠共同面臨的課題。另外，CFB爐鍋爐房的設計與其他類型鍋爐房設計既有共同之處，也有