生物质循环流化床锅炉问题研究

生物质循环流化床锅炉问题研究

郝文强 郭宏伟 刘非 辛力

内蒙古能源发电投资集团有限公司电力工程技术研究院 内蒙古自治区呼和浩特市  010020

摘要:循环流化床锅炉因其燃料适应性广等特点而广泛适用于生物质电厂，生物质燃料的特性决定了生物质循环流化床锅炉也存在很多特殊性。基于此，探讨生物质循环流化床锅炉存在的问题及解决措施。

关键词：生物质循环流化床锅炉；给料；受热面积灰；高、低温腐蚀；结焦

引言

与化石燃料相比，生物质燃料碱金属、氯、氧含量高，硫含量低，挥发份、水分高，灰分低，固定碳低，热值低。基于生物质燃料特性和循环流化床锅炉循环倍率高、蓄热量大等特点，可知生物质循环流化床锅炉具有以下特点：炉膛燃烧温度低，一般控制在800℃以下；燃料适应性广，可实现不同品质的生物质燃料的燃烧；燃烧效率高；循环物料少，会出现循环物料不足的现象；受热面积灰、高低温腐蚀问题严重，易结焦。

1 燃料储存及给料不稳定

生物质燃料受地域、季节等因素的影响，会出现燃料供应不足的现象，需提前大量储存。一台75t/h的生物质循环流化床锅炉年需燃料在250万吨左右，自然堆积所需场地较大，同时要注意防火。生物质燃料含水量较大，含水量增加会导致锅炉热效率降低，电厂经济性下降，故应尽量避免淋雨，加强通风，减少燃料储存过程中湿度的增加。

由于生物质燃料质量轻、易蓬堵、易钩挂、流动性差的特性，给料过程中时常会出现料仓蓬堵、给料不畅的现象，在给料量较大、负荷增加时会更加频繁，影响机组稳定运行。可采用螺旋蛟龙给料机，运行时加强监视，发生堵料及时疏通。

2 受热面积灰及高温、低温腐蚀

在高温环境下，生物质燃料中的碱金属会在受热面表面形成含有碱金属氯化物的高温粘结灰，同时，由于碱金属会降低灰的熔点，使灰更容易沉积在受热面上，造成受热面的积灰，影响传热。生物质锅炉受热面的腐蚀主要是来自燃料中的氯和烟气中的氯对受热面管壁造成的高温腐蚀和低温腐蚀。其中高温腐蚀主要发生在壁温大于470℃的过热器的高温区，一是因为过热器壁温处于易腐蚀区域，二是因为过热器管子表面生成的粘结灰会与烟气中硫化物和氯化物发生反应，对受热面管壁造成腐蚀。而低温腐蚀主要发生在空预器的冷段，尤其是冷空气进口端。当空预器管壁温度低于酸露点温度时，烟气中的酸性气体在空预器管子表面凝结形成酸液，对空预器管子造成酸性腐蚀。生物质燃烧生成的烟气中除了含有会形成硫酸的硫氧化物外，还含有能形成盐酸的氯化物。多数生物质燃料硫的含量极低且大多为硫酸盐形式的无机硫，因此，生物质循环流化床锅炉的低温腐蚀因硫氧化物造成的份额很小。生物质燃料中氯含量及碱金属含量都很高，正常状态下氯与碱金属形成碱金属盐，但在炉内高温下，燃料中部分氯与碱金属盐发生化学反应，以气相HCL的形式存在，当烟气温度低于酸露点温度时，氯化物所形成的盐酸是造成低温腐蚀的主要原因。管壁温度与腐蚀速度的关系如下图所示。

图1 管壁温度与腐蚀速度的关系

采取以下措施可防止高温腐蚀的发生：（1）高温过热器的管壁温度应避开易腐蚀区域，按烟气流程，过热器的布置方式可采用低温过热器在前，高温过热器在后；（2）提高金属材料等级，过热器管材选取耐腐蚀性高的不锈钢管材，以减轻腐蚀的影响；（3）炉内添加石灰石固化部分氯及氯化氢，降低腐蚀气体，添加煤灰、高岭土等添加剂固化碱金属氯化物；（4）受热面管子采取顺列布置，并加大管子间的横向节距，以减少管排间飞灰搭桥堵塞的可能性；布置性能良好的吹灰器，运行时将吹灰器多次投入使用，且在锅炉刚开始运行时就投入吹灰器，以防止灰分粘结在受热面管子表面。在此基础上采用多回程的对流烟道，烟道内布置屏式受热面，加大炉内管屏间距，适当提高烟速，选用较低的床温，可有效解决受热面的积灰问题。

针对低温腐蚀，可采取以下措施：（1）炉膛温度低，整个燃烧过程的烟气温度都低，低温燃烧可以将生物质中的氯大部分维持在灰相中，以碱金属氯化物的形式存在，减少气相氯的析出，可从根本上缓解低温腐蚀问题。（2）设计选取合理的排烟温度，使空预器管壁温度尽量高于酸露点。（3）选用耐腐蚀性强的空预器管子材质，如采用镀搪瓷管子。（4）空预器采用卧管式的形式布置，以便于检修更换。

3 炉内结焦

保证循环流化床锅炉正常运行的必要条件是炉膛内存在大量的循环物料，但是生物质燃料挥发份高、灰份低，导致循环灰量偏少，无法保证锅炉正常运行的循环灰量，在运行时需要添加惰性物料以增加循环物料量来保证锅炉正常运行。一般是向炉内添加石英砂，但存在两个问题，一是由于石英砂硬度高，会加剧锅炉受热面的磨损；二是由于生物质中钾、钠等碱金属含量较高，添加石英砂后，在燃料燃烧过程中，生物质燃料中的钾和钠与砂中的SiO₂在高温下发生化学反应，生成低熔点的共晶体，共晶体在高温下熔化，并沿着灰渣及砂子的缝隙流动，并粘结周围的灰渣及砂粒，形成块状，从而造成床料烧结和结渣。若此时流化不良，将会导致锅炉因炉膛结焦而停炉。由此可知，影响生物质循环流化床锅炉床料烧结的因素有炉膛温度、流化风速和物料成分，温度是影响结焦最主要的因素。

要防止运行中结焦现象的发生，可采取以下措施：（1）在锅炉结构上采取适当措施，避免炉膛温度过高的问题。比如选取合理的一、二次风配比，配合良好的供风系统，选取合理的炉膛截面宽深比和布置合理的炉膛受热面。布风均匀可使床料流化均匀，燃料与床料更好地混合，还可保证炉膛运行时温度场均匀，燃烧更加充分，炉膛运行温度不会过高。（2）添加的循环物料应具有能抑制低熔点共晶体形成的特点。可以选择富含抑制烧结元素的床料，提高烧结发生的温度，如燃煤循环流化床锅炉的底渣。（3）可以采用低温燃烧技术。实践证明，生物质循环流化床锅炉750℃左右的床温，在保证燃烧效率的同时，可解决炉内结焦问题。

结语

随着化石燃料的日益紧缺，生物质作为一种理想的可再生能源，逐渐进入人们的视野，生物质发电技术的应用也日益广泛。本文结合生物质燃料特性和循环流化床锅炉特点，简要介绍了生物质循环流化床锅炉存在的给料不稳定、受热面积灰及高温低温腐蚀、炉内结焦等问题，以及这些问题的解决措施，对生物质循环流化床锅炉有了比较清晰的认识。

参考文献

[1]卢啸风.大型循环流化床锅炉设备与运行[M].北京：中国电力出版社，2006.

[2]郎丽萍.生物质循环流化床锅炉技术介绍[J].电站系统工程，2019,35（4）:27-29.