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

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

潘清波

【摘 要】 通过对洗煤泥、煤矸石等煤水混合燃料CFB锅炉及其配套系统的技术特点、实践存在的问题，提出优化设计，可供同行设计、改造借鉴。

【关键词】 煤水混合物 CFB锅炉 配套系统 优化改进

引言

洗煤泥、煤矸石作为煤炭生产过程中的副产品，随着煤炭产量的增加而不断增加。有关统计资料显示：2006年我国煤炭产量达到23.8亿吨，洗煤泥产量达7500万t、矸石产量达 万t。煤炭工业技术委员会预计2010年、2020年，我国煤炭需求量将分别达到23.4亿t、28.4亿t。目前我国煤炭工业的煤矸石和煤泥等固体废弃物综合利用率、原煤入洗比重分别约为50％、35％，到“十一五”期末，煤矸石和煤泥等固体废弃物综合利用率、原煤入洗比重分别达７０％、５０％。采用CFBC技术燃用洗煤泥、煤矸石发电，符合国家循环经济、清洁生产政策和煤炭工业可持续发展政策。

兖矿集团有限公司（原兖州矿务局）自承担国家“七五”重点科技攻关项目——兴隆庄煤矿电厂一期全国第一台35 t/h洗煤泥燃烧锅炉——1990年投入运行以来，矿区经过拓展主业和辅助产业范围和不断配套新、改、扩建项目，目前形成35t/h、40t/h、75t/h、220t/h、440t/h共五个容量等级洗煤泥、煤矸石混合燃料的CFB锅炉，拥有杭锅、无锅、济锅、江锅、哈尔滨五个锅炉制造厂的产品，分为中压（3.82Mpa）、次高压（5.3 Mpa）、高压（9.81 Mpa）、超高压（13.7 Mpa），目前主要燃用洗煤泥、煤矸石等煤水混合燃料共24台、总蒸吨为2275t（总装容量514MW），单台CFB锅炉年运行小时数最好水平达8044h。

1洗煤泥、煤矸石CFB锅炉燃料特点

1.1 兖矿集团有限公司近年来CFB锅炉燃用洗煤泥、煤矸石等燃料,其典型特性见下表1。

表1 洗煤泥、煤矸石等燃料典型特性

项 目	符 号	单 位	洗 煤 泥	煤 矸 石
收到基碳份收到基氢份收到基氧份收到基氮份收到基硫份收到基灰份收到基水份干燥基无灰挥发份收到基低位发热量灰软化温度灰变形温度灰融化温度颗粒度	CarHarOarNarSarAarWarVarQnet.arDTSTFT	%%%%%%%%J/g℃℃℃mm	34.51-43.252.31-2.896.39-7.640.61-0.800.43-0.5017.05-32.0420.73-32.0437.25-42.3412348-163091250-12701290-13501300-1390100%＜0.5	30.46-33.822.07-2.442.88-8.20.52-1.240.56-0.6252.91-53.834.3-6.1518.85-43.3211182-115301450//0～10

1.2 兖矿集团有限公司近年来燃用洗煤泥、煤矸石等燃料的CFB锅炉，根据各矿CFB锅炉燃料供应情况及锅炉设计特点，实际运行的CFB锅炉正常燃用的燃料比例构成基本分为：

（1）100%全部燃烧洗煤泥：典型的如山东华聚能源股份有限公司兴隆庄煤矿电厂、鲍店煤矿电厂、东滩煤矿电厂、济二煤矿电厂

（2）100%全部燃烧煤矸石：典型的如山东华聚能源股份有限公司南屯电厂

（3）洗煤泥、煤矸石混烧，混烧比例高达（60-70）% ：（30—40）%：典型的如兖矿集团科澳铝业有限公司南屯电厂、济三电厂

特殊情况下因矿区采煤工作面短期影响洗煤厂煤泥、煤矸石的生产而与电厂锅炉燃料需用量不匹配时，CFB锅炉短期采用原煤与煤泥或煤矸石混烧。

2洗煤泥、煤矸石燃料CFB锅炉炉型结构特点

2.1 首台35t/h洗煤泥流化床燃烧锅炉

全国首台35t/h洗煤泥流化床燃烧锅炉1989年安装于兖矿兴隆庄煤矿电厂一期工程，用于配套6MW 汽轮发电机组，1990年11月19日投入运行。其型号NG-35/39-M5，由浙江大学、原杭州锅炉厂、兖矿集团等承担的国家“七五”重点科技攻关项目并联合研制。锅炉本体由燃烧室、布风装置、过热器、上下锅筒、对流管束、省煤器、空气预热器、点火装置、钢架平台护梯、炉墙等部件及要应的辅助设备组成。燃烧室分为流化床及悬浮段两部分，在流化床内布置有4排埋管受热面，顺列倾斜布置，沿埋管周围方向布置了纵向防磨肋片。流化床截面3米×4.72米，用隔墙分成三个分床，每个分床配有独立的布风系统，并各装有一个冷渣口。正常运行情况下，煤泥由三个煤泥给料机通过三个高位布置的给料口落入流化床。为增强入炉煤泥的扩散能力及避免在给料区域出现还原性气氛，采用了变开孔率的风帽加导流板的布风装置。在水平烟道中依烟气流向布置了高低温过热器，采用表面式减温器。

该炉采用异重床和不排渣运行方式，燃烧调整一般只需调节给料机转速，变动大时相应调节风量，不需像常规燃煤锅炉那样频繁地放渣调整床高，运行调节较简便灵活，灰渣处理也大为简化。该炉原设计对流管沉降灰采用2只飞灰回燃装置从后墙通过一次风分支管路送入炉膛埋管区复燃，通过效率测试采用飞灰回燃较停用飞灰回燃装置其锅炉燃烧效率提高0.5%。后因该回燃区域炉墙磨损严重，现场撤除飞灰回燃装置。

锅炉外形尺寸：

宽（两侧柱中心线） 5.77米

深（前后柱中心线） 8.93米

上锅筒中心标高 17.00米

运行层标高 6.00米

首台35t/h洗煤泥流化床燃烧锅炉简图如图1：

图1 首台35t/h洗煤泥锅炉简图

35t/h洗煤泥锅炉设计主要技术参数见下表2：

表2 35t/h煤泥锅炉主要技术参数

项 目	单 位	参 数
蒸发量过热蒸汽压力过热蒸汽温度给水温度床温床温下空塔速度洗煤泥耗量收到基水份收到基低位发热量流化床断面热强度排烟温度燃烧效率锅炉效率	t/hMpa℃℃℃Nm3/st/h%kJ/kgw/m2℃%%	353.82450150961.83.669.47525123512.38×106167.79280.7

35t/h洗煤泥锅炉发电燃料制备系统工艺如下图2所示：

图2 35t/h洗煤泥锅炉发电燃料制备系统工艺框图

2.2 40t/h煤矸石CFB锅炉

为满足日益严格的环保、节能工作要求，山东华聚能源股份有限公司分别于2003年、2004年对南屯煤矿电厂原江西锅炉厂80年代末制造的2台SHF35－39/450型煤矸石BFB锅炉进行技术改造，改造为40t/h煤矸石CFB锅炉。改造后锅炉型号为HG-40/3.82-L.MG18，由哈尔滨电站设备成套设计研究所、哈尔滨锅炉厂有限责任公司、山东华聚能源股份有限公司联合研制。40t/h煤矸石CFB锅炉主要技术规范见下表3：

表3 40t/h煤矸石CFB锅炉主要技术规范

项 目	单 位	参 数
蒸发量过热蒸汽压力过热蒸汽温度给水温度床温投料量应用基低位发热量排烟温度锅炉效率	t/hMpa℃℃℃t/hkJ/kg℃%	403.824501509509.4751153015086

40t/hCFB锅炉采用露天布置，炉型参考Pyroflow炉型的设计方式，结合国内经验在结构上有所改进，锅炉主要由炉膛、高温旋风分离器、自平衡“U”形回料阀和尾部对流烟道组成。其较为显著的特点为：该锅炉采用单汽包、单炉膛、平衡通风、全钢构架悬吊加支撑结构，燃烧室(炉膛)蒸发受热面采用膜式水冷壁，水循环采用单汽包、自然循环、单段蒸发系统。燃烧室与尾部过热器包墙均采用水平绕带式刚性梁来防止内外压差作用造成的变形。锅炉炉膛出口布置两个高温绝热旋风分离器，左右对称布置于锅炉中部，外壳由钢板制造，内衬绝热材料及耐磨耐火材料，防磨绝热材料采用拉钩、抓钉、支架固定。尾部竖井对流烟道中布置Ⅱ级、Ⅰ级过热器，省煤器，空气预热器。过热蒸汽温度由布置在过热器之间的面式减温器调节。Ⅱ级、Ⅰ级过热器区、省煤器、空气预热器烟道采用护板结构。循环物料的回送采用自平衡“U”回料阀，布风板采用鳍片管结构水冷布板，风帽采用大直径、钟罩结构。循环流化床燃烧用空气分级送入燃烧室，以降低NOx的生成量，除从布风板送入的一次风外，还从燃烧室下部锥段分两层不同高度引入二次风。锅炉给煤采用螺旋给煤机通过炉前两点送入燃烧室，单台给煤机输送量为锅炉总燃料消耗量的100%。锅炉采用床上炭火层点火启动方式。

锅炉外形尺寸：

炉膛宽度 4.18米

炉膛深度 2.56米

锅筒中心标高 25.80米

运行层标高 5.50米

40t/h煤矸石CFB锅炉简图如右图3：

图3 40t/h煤矸石CFB锅炉简图

2.3首台75t/h洗煤泥CFB锅炉

全国首台75t/h洗煤泥CFB锅炉于1996年安装于兖矿东滩煤矿电厂，用于配套12MW汽轮发电机组，1997年12月18日投入运行。其型号UG-75/3.82-M23，由浙江大学、原无锡锅炉厂、兖矿集团联合研制。锅炉采用大粒度给料、异比重床料运行方式，炉膛出口高温槽形板碰撞分离加中温旋风分离，将飞灰分离回燃以提高燃烧效率、减少床砂损失及减轻高温过热器和尾部对流受热面的磨损。70—80%热风经水冷布风板进入床层，其余20—30%热风由布置在床层上部的二次风口送入炉膛形成二段燃烧，以降低NOx排放。锅炉系单锅筒自然循环、半露天布置，由床层、炉膛、槽形板碰撞分离装置、锅筒及其内部装置，下排气旋风分离器、流化床回料室、过热器、省煤器、空气预热器、床下点火及辅助燃烧系统、平台扶梯、炉墙钢架等主要部件组成。锅炉正常给料采用兖矿集团自主研制的3台立式煤泥给料机从炉顶给料口投入炉内床层。含尘烟气在炉膛出口冲刷槽形板碰撞分离器，一部分飞灰分离后落回炉膛继续燃烧。高温烟气经高低温过热器后进入下排气旋风分离器，分离下来的飞灰经流化床回料器送回炉内继续燃烧。烟气流经省煤器再次沉降部分烟尘后进入空气预热器，经静电除尘器、引风机、烟囱排入大气。

75t/h洗煤泥CFB锅炉主要技术参数如下表4：

表3 75t/h煤泥锅炉主要技术参数

项 目	单 位	参 数
蒸发量过热蒸汽压力过热蒸汽温度给水温度床温布风板有效面积 洗煤泥耗量收到基水份收到基低位发热量排烟温度锅炉效率	t/hMpa℃℃℃M2t/h%kJkg℃%	753.8245015090018.7816.93251384015084

75t/h洗煤泥CFB锅炉简图如下图4：

图4 75t/h洗煤泥CFB锅炉简图

2.4 高压（超高压）煤泥和煤矸石混烧CFB锅炉

哈尔滨锅炉厂有限责任公司吸取ABB-ALSTOM的CFB技术优势，同兖矿集团有限公司合作研制国内首台220t/h、440 t/h洗煤泥和煤矸石混烧CFB锅炉。

2.4.1首台220t/h洗煤泥和煤矸石混烧CFB锅炉

国内首台220t/h洗煤泥和煤矸石混烧CFB锅炉，2002年安装于兖矿集团科澳铝业有限公司南屯电厂，2003年投入运行。锅炉型号为HG—220/9.8—L.MN17，设计燃料煤种为70%煤泥+30%煤矸石（校核煤种为40%煤泥+60%煤矸石和原煤）。

锅炉主要技术规范见下表5：

表5 220t/h洗煤泥和煤矸石混烧CFB锅炉主要技术规范

项 目	单 位	参 数
蒸发量过热蒸汽压力过热蒸汽温度给水温度床温燃料耗量应用基低位发热量排烟温度锅炉效率	t/hMpa℃℃℃t/hKJ/kg℃%	2209.8154021586042.371477114289.81

锅炉系高压参数、单锅筒、自然循环蒸汽锅炉，采用CFBC方式，高温旋风分离，露天布置。锅炉主要由5部分组成：燃烧室、高温旋风分离器、回料阀、尾部对流烟道及冷渣器。燃烧室位于锅炉前部，四周和顶棚布置有膜式水冷壁，底部为水冷布风板，前墙中上部垂直布置有三片水冷屏和三片II级过热器。燃烧室后有一个旋风分离器，回料阀位于旋风分离器下，与燃烧室和分离器相连接。燃烧室、旋风分离器和回料阀构成了粒子外循环回路。尾部对流烟道在锅炉后部，烟道上部的四周由包墙过热器组成，其内沿烟气流程依次布置有III级过热器和I级过热器，下部烟道内，依次布置有省煤器和卧式空气预热器，一、二次风分开布置。

锅内采用单段蒸发系统，下降管采用集中与分散相结合的供水方式；过热蒸汽温度采用二级喷水减温调节；锅炉采用露天布置，运转层下按全封闭设计；锅炉采用支吊结合的固定方式，旋风分离器、回料阀、冷渣器和空气预热器为支撑结构，其余均为悬吊结构（过热器、省煤器、汽包水冷壁）；为防止因炉内爆炸引起水冷壁和炉墙的破坏，本锅炉设有刚性梁；锅炉设有膨胀中心，以膨胀中心为原点自由膨胀。

采用风水联合冷渣器系统，设有两台冷渣器风机，两台冷渣器冷却水泵，两台换热器冷却水泵，一台投运，一台备用。两个锥形阀排放口互为亢余，每个口的容量均为100%，可以根据炉膛床料存量的控制要求，分别交替启动两个排灰程序，灰渣出口温度达到150以下。

燃料室内添加石灰石直接脱硫，无需在尾部设置烟气脱硫设备，即可满足环保要求。低燃烧温度和分级燃烧可降低NOx排放量，无需对烟气处理也能满足最严格的排放标准要求。

煤泥喷枪布置在距布风板上约1米处，水平布置，其中前墙2个，两侧墙各1个，共4个，煤泥喷枪与炉膛水冷壁为固定连接。煤泥喷枪装置主要由煤泥喷枪管、外套管、墙盒管、密封装置、球阀和插板门组成。喷枪头部的喷头为螺纹连接，运行时，煤泥从喷枪中心管进入炉膛。每个煤泥喷枪的额定出力为7.5t/h,最大出力为9t/h。在煤泥管和外套管之间有雾化空气，在头部与煤泥混合，以使其均匀分布。

锅炉外形尺寸：

炉膛宽度（两侧水冷壁中心线距离） 6.45米

炉膛深度（前后水冷壁中心线距离） 6.45米

锅炉宽度（两侧外支柱中心线距离） 19.45米

锅炉深度（K1柱至K4柱中心线距离） 30.86米

锅筒中心标高 39.83米

锅炉最高点标高（顶板上标高） 45.00米

运行层标高 8.00米

2.4.2首台440t/h洗煤泥和煤矸石混烧CFB锅炉

兖矿集团有限公司在南屯220 t∕h洗煤泥和煤矸石混烧CFB锅炉成功投运的基础上，国内首台440 t∕h洗煤泥和煤矸石混烧CFB锅炉于2004年安装于兖矿集团科澳铝业有限公司济三电厂，2005年7月投入运行。锅炉型号：HG-440/13.7- L.YM13，该超高压一次中间再热、单汽包自然水循环、平衡通风锅炉，配套135MW汽轮发电机组。设计燃料35%煤泥+65%洗混煤。

440t/h洗煤泥和煤矸石混烧CFB锅炉主要技术规范见下表6：

表6 440t/h洗煤泥和煤矸石混烧CFB锅炉主要技术规范

项 目	单 位	参 数
蒸发量过热蒸汽压力过热蒸汽温度给水温度床温排烟温度锅炉效率	t/hMpa℃℃℃℃%	44013.754024790015091

3.洗煤泥和煤矸石燃料CFB锅炉存在的问题

3.1 锅炉本体磨损问题

3.1.1 35—75t/h洗煤泥和煤矸石燃料CFB锅炉

主要的磨损区域集中表现在：埋管、膜式水冷壁密相过渡区和炉顶水冷壁、省煤器等受热面磨损，以及风帽损坏、炉膛密相区和旋风分离器“靶区”耐磨内衬材料的磨损等问题。

3.1.2 220、440t/h洗煤泥和煤矸石燃料CFB锅炉

炉内受热面的磨损主要集中在炉膛四角、密相区上部过渡区、后墙分离器入口侧水冷壁以及分离器相对应高度的两侧水冷壁、过热器及焊缝附近。特别是后水冷壁与耐磨料浇筑料台阶结合部位磨损尤为严重。

3.2 早期建成投运的35—75t/h洗煤泥和煤矸石燃料CFB锅炉，因当时设计未考虑脱硫除硝问题，加之随着矿井洗煤工艺品质的要求提高，煤泥燃料发热量较设计偏高，造成额定负荷下运行床温较高，不利于脱硫除硝。

4 洗煤泥和煤矸石燃料CFB锅炉配套系统问题

4.1 燃料输送系统问题

4.1.1兖矿集团洗煤泥和煤矸石燃料混烧CFB锅炉洗煤泥输送系统，目前采用的煤泥输送系统可分为两大类：

中压（次高压）CFB锅炉因建设于上世纪90年代初、中期，仍基本采用由煤泥装载机、煤泥刮板输送机、皮带输送机、炉顶煤泥铸石刮板机、炉顶立式煤泥螺旋给料机组成的敞开式煤泥输送系统。该煤泥输送系统因采用敞开式运输方式，即使煤泥中含有小的铁件或其它硬的杂块，对煤泥输送影响小且易于人工处理。但是也明显暴露出煤泥粘挂、滴淌而污染环境，入炉给料口封闭后易在出料短接粘挂煤泥影响下料而敞口运行造成漏风大，而且炉顶给料造成厂房高度增加而造成基本建投资大。

高压（超高压）CFB锅炉洗煤泥输送系统采用煤泥泵送系统，基本形式有两种：

一是采用德国进口的由煤泥仓、拨料臂、出料螺旋、预压螺旋、双缸煤泥活塞泵、煤泥喷枪及附属管路组成的煤泥泵送系统。该煤泥输送系统存在的主要问题是煤泥喷枪对煤泥品质要求十分“洁净”，不能混入颗粒和纤维，否则很容易堵塞。另外设备价格贵、进口泵备品配件供应周期长，易影响检修和生产。

二是采用北京中矿研发的由搓和机、上料螺旋、搅拌缓冲仓、预压螺旋，检修闸板阀、煤泥泵、高压低阻复合管、高压浓料换向阀、多功能给料器等设备组成的“MNS煤泥管道输送系统”。该煤泥输送系统具有输送出口压力高、流量大、距离远、输送量无级调节、远程控制、输送过程无污染、管路布置灵活等特点，但存在的主要问题是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、分流器卡涩等故障。

4.1.2 洗煤泥和煤矸石燃料混烧CFB锅炉，其煤矸石或洗中煤燃料系统设计要求煤矸石或洗中煤水分在4～8％之间，实际供应的燃料水分经常达9～13％，燃料输送系统煤仓和给煤斗经常发生蓬煤现象。同时，由于煤矸石或洗中煤燃料水分和粒度的变化，加之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。

4.2 辅机系统能耗问题

辅机系统能耗问题主要表现在：大部分洗煤泥和煤矸石燃料混烧CFB锅炉辅机系统配套设计时，未考虑配套辅机（如送、引风机、给水泵等）的节能降耗措施，造成厂用电消耗较大。

5.洗煤泥和煤矸石燃料CFB锅炉改进及优化设计

5.1 中压洗煤泥和煤矸石燃料CFB锅炉，已从重型炉墙结构、带有埋管受热面的第一代BFB发展到床内无埋管受热面、膜式水冷壁结构的CFB锅炉，避免因埋管磨损造成锅炉停运和检修。

对于设计采用低循环倍率、带埋管结构的CFB锅炉，在校核水动力计算的基础上可加厚埋管壁厚，并改进埋管防磨鳍片的结构和提高材质进行改进，将16Mn防磨鳍片提高为1Cr18Ni9Ti防磨鳍片，并针对磨损部位增加防磨鳍片，严重磨损部位可采用耐高温、耐磨损的Cr25Ni20Si2防磨鳍片，较采用表面喷涂镍基金属等防磨措施即经济又简单实用。通过运行实践，可使原来设计的埋管使用寿命由7000h提高到22000h左右。

同时，埋管设计不宜采用与前墙水冷壁共用一只集箱的下降管作为供水管路，以免埋管热态运行膨胀受碍。下降管总流通截面积与前墙水冷壁总流通截面积和埋管流通截面积之和的比值为0.55左右较为安全，比值过低可导致供水不足产生管壁超温造成管材抗磨损能力下降。将锅炉的埋管系统与膜式水冷壁分开布置设计较为合理，将埋管拉出前、后墙水冷壁，并增加埋管上、下集箱，建立独立的汽水循环回路，埋管受热时可前后自由膨胀，彻底解决因埋管设计膨胀困难造成焊口拉裂等损坏现象。

5.2 中压洗煤泥CFB锅炉原膜式水冷壁内衬采用挂砖结构，因膨胀和磨损问题易发生脱落，设计改进采用高强度耐磨耐火浇注料后使用效果良好。注意床体部分与浇注料接触的部分涂2—3mm厚沥青漆，以解决水冷壁与膜式水冷壁之间的膨胀。这样经过高温烧结后，整个床体的浇注料形成一个整体，密封性能好，既对床体部分的水冷壁起到了可靠的保护作用，又方便维修。

5.3 中压煤矸石燃料CFB锅炉膜式水冷壁原设计采用非金属防磨加金属护瓦的防护技术。在炉膛密相区采用耐磨耐火浇注料浇注，在过渡区使用金属护瓦，仅投运35天水冷壁就发生了泄漏，磨损最严重的部位集中在炉膛内耐磨浇筑料与膜式水冷壁交界过渡区域内。

针对该处水冷壁采取让弯结构的设计改进，设置耐磨耐火浇注料并在其上部500mm区域进行了防磨喷涂。弯管使得炉膛在过渡区形成一个外缩的空间，沿管壁下落回流的物料落在弯管处形成软垫层，尽量减弱该处物料涡流的影响，以减轻磨损。同时该处的让弯结构也使得金属管和非金属浇注料在垂直面上没有了结合的台阶面，避免了水冷壁与浇注料结合处的磨损，这种防护措施取得明显的效果。改进前后的结构设计如下图5、6所示。

图5　原设计金属护瓦防护

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 ， 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

http://www.zhongkuang.com.cn/yjs/news_view.asp?newsid=236

[12]赵巧芝等，一种新型煤泥分流器的研制与应用，2007年1月

http://www.zhongkuang.com.cn/yjs/news_view.asp?newsid=238

[13]张兴顺等，煤泥燃烧技术在大型CFB锅炉上的应用，《山东科学》，2007年第5期

[14]刘学冰，异比重煤泥循环流化床锅炉脱硫的研究与应用，《山东科学》，2007年第5期