循环流化床锅炉与往复炉排锅炉性能及应用

丁立群， 王 威

(哈尔滨工业大学 建筑学院 寒地城乡人居环境科学与技术工业和信息化部重点实验室， 黑龙江 哈尔滨 150090)

1 概述

随着社会的发展进步，人们的生活水平、生活质量要求越来越高，集中供热的规模越来越大,能源问题也越显突出。目前我国供热能源还是以燃煤为主，随着能源需求的扩大，煤炭资源变得越来越紧张。尤其是优质煤(低位发热量20 934 kJ/kg以上)价格飙升，资源匮乏。而劣质煤(低位发热量13 816.4～18 840.6 kJ/kg)储量丰富，如何在保证锅炉出力和效率的前提下高效燃用劣质煤成为新的课题。

目前国内有两种产品能够燃用劣质煤。一种是循环流化床锅炉，一种是大型往复炉排锅炉。本文将分析这两种锅炉的综合性能。

2 锅炉介绍

① 往复炉排锅炉

大型往复炉排锅炉是在2000年以后逐步发展起来的。往复炉排锅炉是层燃锅炉中煤种适应性较广的一种燃烧设备。在炉排往复推动中具有双面引火及拨火功能，因此燃料适用性广而得以向高参数大容量发展。至2012年，单机蒸发量200 t/h(热容量145 MW)SHW145-1.6/150/90-AII型锅炉问世，标志着大型往复炉排锅炉的技术日趋成熟。现阶段的往复炉排膜式壁锅炉设计效率在85%以上，其结构紧凑，节省占地及空间，尾部采用铸铁省煤器，降低锅炉排烟温度，不惧低温腐蚀。往复炉排锅炉运行维护简单方便，可随意启炉、停炉，锅炉运行自身耗能低[1]。

② 循环流化床锅炉

循环流化床锅炉属沸腾燃烧锅炉，其特点是能燃用劣质煤，甚至煤矸石。其技术最早源自国外，目的是消除煤炭坑口的煤矸石。循环流化床锅炉的发展也是适应了我国能源结构的需求。循环流化床锅炉设计效率为87%～91%，煤的粒径要求不大于10 mm。循环流化床锅炉因必须有较大的流化空间，通常锅炉尺寸相对较大，钢耗量随之增加。

循环流化床锅炉埋床受热面磨损较大，需定期维护；物料浮动燃烧，需高压送风机，锅炉运行自身能耗较大；点火复杂，需辅助燃料(天然气或油)预热炉膛，不宜频繁停炉、启炉；运行操作复杂，司炉必须经过专业培训，其运行管理模式等同于热电厂。循环流化床锅炉最大的问题是粉煤灰无法自然堆放，很多中小城市使用循环流化床锅炉因粉煤灰没有接收单位，自然堆放又污染环境而被迫关停。循环流化床锅炉燃烧效率高，可进行炉内脱硫，进行低氮燃烧控制，有利于环保。

3 经济性比较

笔者调研了循环流化床锅炉和往复炉排锅炉系列容量自耗电功率，见表1、2。

表1 循环流化床锅炉自耗电功率

表2 往复炉排锅炉自耗电功率

根据表1、2，以蒸发量为130 t/h锅炉为例，往复炉排锅炉的引风机、送风机、炉排电机总功率为967 kW，锅炉效率为85%，而循环流化床锅炉引风机、送风机、二次风机、返料风机总功率为1 727 kW，锅炉效率为90%。按煤的低位发热量16 747.2 kJ/kg计算，往复炉排锅炉小时耗煤量为22.94 t/h，循环流化床锅炉小时耗煤量为21.66 t/h，二者相差1.28 t/h。若煤价按400元/t，即煤价相差512元/h。两者的锅炉自耗电功率差为760 kW，电价按0.8 元/(kW·h)计，循环流化床锅炉每小时多耗电费608 元/h，合计差价为96 元/h。此处不计流化床锅炉运行操作复杂，维护管理成本较高。单从运行费用比较，循环流化床锅炉高于往复炉排锅炉。

4 案例分析

① 辽宁本溪某热力公司2004年安装3台蒸发量为80 t/h循环流化床锅炉，2006年又增建了3台蒸发量为40 t/h循环流化床锅炉；随着供热面积增大，2009年又增建了2台蒸发量为75 t/h循环流化床锅炉(蒸汽拖动引风机、循环泵等做功后再供热)。其中2004年安装的蒸发量为80 t/h锅炉和2006年安装的蒸发量为40 t/h锅炉在经过6～8 a的运行都进行过大修维护(包括更换部分辐射受热面和对流受热面)。在锅炉燃用II类烟煤时，每运行80 d左右必须停炉对防磨板进行维护。后来改用褐煤情况好转，锅炉能够持续运行一个供暖期，但每到夏季必须对锅炉的防磨板、回料装置、下煤口、膜式壁浇筑料(卫燃带)进行维修维护。至2012年该热源总装机蒸发量为510 t/h，供热面积为540×104m2。但由于锅炉老化原因，实际蒸发量不足400 t/h。至2018年该热源供热面积为580×104m2，而循环流化床锅炉的进一步老化已不能满足供热需求。

2018年该热源新建4台位蒸发量为140 t/h(SHW98-1.6/150/90-H)锅炉房，先上3台热容量为98 MW往复炉排锅炉，保留2台蒸发量为75 t/h循环流化床蒸汽锅炉；其他6台锅炉全部拆除[2]。待两台蒸发量为75 t/h循环流化床锅炉老化淘汰后，又增加一台蒸发量为150 t/h往复炉排锅炉。

② 辽宁锦州某热电公司，原有6台蒸发量为80 t/h流化床蒸汽锅炉。分别建于2003年至2006年。该公司是热电联产模式，随着循环流化床锅炉的老化，供热面积增加，需要增加供热锅炉。该用户经过多方考察论证，最终选择新建大型往复炉排热水锅炉。2013年新建6台位蒸发量为120 t/h(SHW91-1.6/130/70-H)锅炉房，2013年投运2台，2015年投运1台。

③ 黑龙江煤城某热电公司，原有4台蒸发量为35 t/h链条炉排蒸汽锅炉。分别建于2002年至2005年。至2012年因供热负荷增加，旧锅炉老化，笔者分别于2012年和2013年对旧锅炉进行了改造。将链条炉排拆除，更换往复炉排，进而能够燃用低位发热量煤降，低供热成本。改造后锅炉蒸发量达到37 t/h，同时尾部烟气余热量回收达到2 MW。该公司在2015年供热面积剧增的情况下，新建了2台SHW70-1.25/115/70-IIA型热水锅炉。

5 结语

从环保角度看，循环流化床锅炉具有炉内脱硫、低氮燃烧控制优势。但国家环保部门依然要求燃煤锅炉必须进行脱硫、脱硝、低浓度粉尘排放。对于仅供热的企业，保证低浓度粉尘排放用布袋除尘器，层燃锅炉原始排尘质量浓度低于2 000 mg/m3(温度0 ℃，压力101.325 kPa的标准状态下),循环流化床锅炉原始排尘质量浓度大于6 000 mg/m3，因此布袋除尘器的负担加重，使用寿命会缩短。

对于小型热电联产企业，选用流化床蒸汽锅炉先发电再供热是目前的唯一途径。笔者将DHL35-3.82/350-AII型锅炉改造成DHW35-3.82/350-AII型锅炉已逾10台(尾部原空气预热器改造为省煤器，可多回收余热2 MW)，运行时间最长的接近10 a。同时笔者设计了SHW75-2.5/300-AII型锅炉及DHW100-5.3/480-AII型锅炉，前者已运行5 a，后者在建设中。

笔者认为，在选择燃用低热值煤的锅炉时，当单机蒸发量低于300 t/h(热容量低于210 MW)，应优先考虑大型往复炉排锅炉；如果燃料低位发热量低于12 560.4 kJ/kg时，应选择循环流化床锅炉。