循環(huán)流化床鍋爐的特點(diǎn)及其運(yùn)行中的優(yōu)化調(diào)整摘要循環(huán)流化床鍋爐作為一種相對新興的爐型具有常規(guī)的鍋爐無法相比的優(yōu)勢和突出的特點(diǎn)，結(jié)合循環(huán)流化床鍋爐的特點(diǎn)和燃燒、傳熱特性，對于充分發(fā)揮其優(yōu)勢，提高運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性尤為重要。關(guān)鍵詞循環(huán)流化床鍋爐燃燒和傳熱運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整一、 循環(huán)流化床鍋爐的特點(diǎn)燃料適應(yīng)性廣，幾乎可以燃燒各種煤，這對充分利用劣質(zhì)燃料具有重大意義。環(huán)保效益突出，低污染一由于該爐系中溫［(850—900)°C］燃燒和分級送風(fēng)［二次風(fēng)率(40%?50%)］，在這種狀況下非常有利于爐內(nèi)脫硫和抑制氮氧化物(NOx)。脫硫劑隨固體物料多次循環(huán)，所以具有較高的脫硫效率(Ca/S比為2時，脫硫效率可達(dá)90%)，使煙氣中的S02和N0x的排放量很低，環(huán)保效益顯著。負(fù)荷調(diào)節(jié)性能好，循環(huán)流化床鍋爐比常規(guī)鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)幅度大得多，一般在30—110%，這一特點(diǎn)非常適應(yīng)熱負(fù)荷變化較大的熱電廠。燃燒強(qiáng)度大和傳熱能力強(qiáng)一由于未燃燼碳粒隨固體物料的多次循環(huán)，使飛灰含碳量下降，保證了燃燒效率高，可與煤粉爐媲美。造價相對便宜，由于燃燒熱強(qiáng)度大，循環(huán)流化床鍋爐可以減少爐膛體積，降低金屬消耗?；以C合利用性能好，爐內(nèi)燃燒溫度低，灰渣不會軟化和粘結(jié)，活性較好，可以用于制造水泥的摻合料或其它建筑材料，有利于綜合利用。存在著磨損、風(fēng)帽損壞快、自動化水平要求高、理論和技術(shù)尚不成熟，運(yùn)行方面還沒有成熟的經(jīng)驗。二、 循環(huán)流化床鍋爐的燃燒和傳熱特性(一)燃燒特性(1)循環(huán)流化床鍋爐燃燒技術(shù)最大特點(diǎn)是通過物料循環(huán)系統(tǒng)在爐內(nèi)循環(huán)反復(fù)燃燒和中溫燃燒。循環(huán)流化床燃燒時由于流化速度較快，絕大多數(shù)的固體顆粒被煙氣帶出爐膛，在爐膛出口處的分離器將固體顆粒分離下來并經(jīng)過反料器送回爐床內(nèi)再燃燒，如此反復(fù)循環(huán)，就形成了循環(huán)流化床。由于循環(huán)燃燒使燃料顆粒在爐內(nèi)的停留時間大大增加，直至燃盡，流態(tài)化的燃燒是以高擾動、固體粒子強(qiáng)烈混合以及沒有固定床面和物料循環(huán)系統(tǒng)為其特征，被煙氣攜帶床料經(jīng)氣固分離器后，返回床內(nèi)繼續(xù)燃燒。物料的這種多次循環(huán)和爐膛內(nèi)固體粒子劇烈碰撞混合，提高了燃燒效率和鍋爐的燃燒效率。循環(huán)流化床的床溫一般控制在850—900°C左右。送入布風(fēng)板下的一次風(fēng)量是用來流化物料，而二次風(fēng)是沿著爐墻從不同高度送入稱作分級送風(fēng)，床內(nèi)惰性熱物料在任何時候都占全部床內(nèi)固體物料的97%—98%，床內(nèi)的含碳量只占95%?2.18%，因而可以將燃燒溫度控制在850C?900C范圍內(nèi)以保證穩(wěn)定和高效的燃燒。由于床內(nèi)98%以上惰性熱物料的巨大熱容量以及流態(tài)化燃燒過程，使得燃燒熱強(qiáng)度增大，其爐膛截面熱強(qiáng)度可達(dá)3?8MW/m2（300MW機(jī)W型煤粉爐為4.71MW/m2），爐膛容積熱強(qiáng)度可達(dá)1.5?2MW/m2，是煤粉爐的8?11倍。（3）循環(huán)流化床鍋爐的爐內(nèi)燃燒過程1煤粒在循環(huán)流化床內(nèi)燃燒大致經(jīng)歷四個過程：干燥和加熱 歷時約0—3s，加熱速率可達(dá)100—1000C/min；揮發(fā)份析出和燃燒一一歷時約10—15s；c，膨脹和一次破碎一一在揮發(fā)份析出過程中發(fā)生；d.焦炭燃燒和二次破碎、磨損一一這一過程比較復(fù)雜。上述過程有時并不依次發(fā)生，更多時候是前一個過程還沒結(jié)束，后一過程已經(jīng)開始。其中，最為復(fù)雜的是焦炭的燃燒過程。2燃燒過程中煤顆粒尺寸的變化循環(huán)流化床鍋爐燃燒室內(nèi)煤顆粒尺寸在燃燒過程中不斷減小是該爐與化工領(lǐng)域內(nèi)的普通循環(huán)流化床反應(yīng)器之間的重大差別。新鮮煤粒在爐內(nèi)所經(jīng)歷的一次破碎、二次破碎及磨損過程，是煤顆粒尺寸變化的主要原因。一次破碎是煤的揮發(fā)分在析出過程中，煤粒內(nèi)部壓力增大所致。二次破碎是在焦炭燃燒過程中，焦炭內(nèi)部小孔增多，連接力下降所致。顆粒與顆粒之間的機(jī)械作用而產(chǎn)生粉末（其粒徑通常小于100um）的過程稱為磨損。細(xì)煤粒及磨損所形成的粉末構(gòu)成循環(huán)流化床鍋爐最主要的機(jī)械未完全燃燒熱損失。3循環(huán)流化床鍋爐的爐內(nèi)燃燒區(qū)域從燃燒的觀點(diǎn)來看，循環(huán)流化床鍋爐燃燒室內(nèi)存在三個燃燒區(qū)域：燃燒室下部燃燒區(qū)域（二次風(fēng)口以下）；燃燒室上部燃燒區(qū)域（二次風(fēng)口以上）；高溫氣固分離器。新鮮的煤粒以及從高溫分離器收集的未燃燼的焦炭粒被送人燃燒室下部區(qū)域，該區(qū)域的風(fēng)量約占總風(fēng)量的40%—80%,一般處于還原性氣氛。為防止金屬管壁腐蝕，受熱面用耐蝕材料覆蓋。燃燒室上部區(qū)域由于二次風(fēng)加人而處于富氧燃燒狀態(tài)。床料顆粒在此進(jìn)行內(nèi)循環(huán)，大部分燃燒發(fā)生在該區(qū)域。在高溫氣固分離器中，氧濃度很低，焦炭粒子停留時間很短，燃燒份額很小。但可燃?xì)怏w（揮發(fā)分、CO等）常常在此區(qū)域內(nèi)燃燒。（二）鍋爐的傳熱特性（1）概述循環(huán)流化床傳熱是一個極其復(fù)雜的過程，其復(fù)雜性不僅在于該過程同時涉及到導(dǎo)熱、對流、輻射三種基本傳熱方式，而且傳熱過程也受同時存在的燃燒過程、流動過程及諸多運(yùn)行操作參數(shù)的強(qiáng)烈影響。循環(huán)流化床內(nèi)的傳熱涉及氣體與顆粒、顆粒與顆粒之間的傳熱及床層與換熱表面之間的傳熱。而床層與換熱表面之間的傳熱主要為床層與床壁面之間傳熱。由于在循環(huán)流化床內(nèi)氣因之間混合劇烈，氣體與顆粒、顆粒與顆粒之間能在瞬間達(dá)到熱平衡，從而一般只考慮床層與換熱表面之間的傳熱。（2）傳熱機(jī)理循環(huán)流化床床層與壁面間的傳熱是近壁處顆?；蝾w粒團(tuán)非穩(wěn)定導(dǎo)熱、氣體對流傳熱、輻射傳熱共同作用的結(jié)果。一般認(rèn)為：近壁處顆?；蝾w粒團(tuán)非穩(wěn)定導(dǎo)熱是傳熱的主要部分；在高溫和床內(nèi)顆粒的濃度較低時輻射換熱也占相當(dāng)份額；而氣體對流比例相對來說要小得多，若運(yùn)行于較低氣流速度與床內(nèi)顆粒濃度很高時，其作用皆可忽略不計。有的學(xué)者認(rèn)為：爐膛中固體顆粒濃度是影響傳熱的最主要因素，隨后是床溫和換熱表面的縱向長度。（3）循環(huán)流化床鍋爐的傳熱系數(shù)K值K值經(jīng)實驗而得，一般K值在100?200w/m2?°C之間，且其值主要隨著床內(nèi)固體顆粒濃度變化而變化。三、運(yùn)行中的優(yōu)化調(diào)整入爐物料顆粒度的控制對燃煤鍋爐來說入爐物料主要是入爐煤和脫硫劑。應(yīng)首先選用合適的破碎設(shè)備和流程，使煤的顆粒度達(dá)到設(shè)計要求。國內(nèi)流化床爐運(yùn)行的一個問題是燃顆粒度達(dá)不到要求，而按多少來設(shè)計，特別是分級的要求往往確定也不準(zhǔn)確。一般來說對燃用低灰份的煤可采用較大顆粒尺寸，燃用高灰份的煤宜采用較小的粒度。如某種AY=38.6%的煤，煤粒徑為0—10MM比較合適，最佳的分級要求應(yīng)為S型即中間多，兩頭少，特別是粒徑大的不能多，因大粒徑在爐膛底部易引起超溫結(jié)焦和缺氧產(chǎn)生較多的CO,同時也會造成總風(fēng)量增加和電耗成本。我國流化床鍋爐燃煤粒度大多為0—10MM的篩分范圍，用機(jī)械破碎，振動篩篩分制成，其中小于0.5MM的細(xì)粒煤約占25—30%有時甚至超過30%。煤在床層燃燒時，會發(fā)生爆裂相互碰撞和磨擦等，將使小顆粒增多，所以當(dāng)運(yùn)行的速度一定時粒子帶出量亦增多，q4損失主要與帶出床層的粒子含碳量有關(guān)，對于常規(guī)流化床鍋爐，其燃燒率低，主要原因中飛灰量大，飛灰含碳量高，一般小型工業(yè)流化用流化床鍋爐其飛灰含碳量達(dá)15—25%，有的高達(dá)30—40%，引起q4損失增大。流化床鍋爐的q4損失由冷渣（LH）和溢流渣（YL）與沉降灰（CH）和飛灰（FH）中的含量組成。隨著粒徑小于0.55mm以下的細(xì)粒含量百分?jǐn)?shù)的增加，冷渣和溢流渣中含碳量lgq4+q4ys是減小的，而細(xì)灰含碳量是增加的，因為飛灰的損失占整個固體不完全燃燒損失的70—80%，細(xì)粒子中0.1—0.7MM的損失占主要，因此，我們要提高流化床鍋爐燃燒效率首先要采取有效措施減少細(xì)灰量和細(xì)灰中的可燃物含量，以減少固體不完全燃燒損失，提高鍋爐的燃燒效率。床溫對燃燒效率的影響要比過量空氣的影響重要得多。燃燒中加入石灰石的粒度分級是影響脫硫率的一個重要因素，但石灰石的優(yōu)劣及燃燒溫度也將影響Ca/S和脫硫率。運(yùn)行實踐證明，要保證同樣的脫硫率，不同質(zhì)量的石灰石需要不同的Ca/S。一般來說對高揮發(fā)分煤的顆粒度大于低揮發(fā)份的煤的顆粒度。點(diǎn)火時料位的調(diào)整合適的底料能夠有效的控制鍋爐的點(diǎn)火時間，降低燃料和廠用電的消耗量，并能積蓄最多的熱量，著火后能夠安全過渡到穩(wěn)定燃燒，克服不安全因素，并達(dá)到最佳經(jīng)濟(jì)點(diǎn)。因此點(diǎn)火底料的選取和合適厚度是非常重要的。點(diǎn)火時，油燃燒的熱煙氣經(jīng)過布風(fēng)板加熱床上的底料，底料起到蓄熱作用。底料的粒度應(yīng)在0?5mm之間，厚度在400±50mm左右。底料備好后，就應(yīng)確定所需的臨界流化風(fēng)量，就是把爐料從因定狀態(tài)變成流化狀態(tài)時最小風(fēng)量，是避免點(diǎn)火結(jié)焦的重要參考因素。在這里如果底料的粒度大。那么它就和熱煙氣的接觸面積則小，熱交換的熱量就減小，底料被加熱的時間就長；同時粒度大所需臨界沸騰風(fēng)量就大，被風(fēng)帶走的熱量也就增加，兩者同時都是增加了點(diǎn)火的時間，如果這個時間超出了規(guī)定的點(diǎn)火時間，這就浪費(fèi)了燃料油和廠用電。料的厚度如果偏大，所需的臨界風(fēng)量也大，所需要的熱量還是增加，把料加熱到能夠投煤的時間自然也就加長，同樣也是延長了點(diǎn)火時間，耗費(fèi)了原料。如果料的厚度較小，所需的風(fēng)量和熱量減小了，但是容易造成點(diǎn)火時間短，水冷壁及汽包的溫升過快，會給鍋爐帶來不安全因素和減少鍋爐的使用壽命。同時底料少投煤著火后還會出現(xiàn)燃燒不穩(wěn)和長時間帶不上負(fù)荷等現(xiàn)象的發(fā)生。投煤后在穩(wěn)定燃燒前的控制鍋爐在投煤著火后，進(jìn)一步的工作就是使鍋爐穩(wěn)定燃燒，并且使之達(dá)到額定負(fù)荷。在這個過渡階段，由于剛點(diǎn)火，爐料量較少，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到正常運(yùn)行時的爐料，這就需要一段時間積累爐料。同時，當(dāng)床溫升至920±50°C時，就應(yīng)該投一次返料和二次返料，兩級返料對鍋爐負(fù)荷有很大的影響。這里返料是物料，其一是返回爐膛再燃燒，降低含碳量，提高效率。二是起到傳熱媒質(zhì)的作用。物料粒子由冷風(fēng)送入爐膛底部，并且進(jìn)一步燃燒，并把爐膛底部的熱量攜帶到爐膛的上部，使燃燒充滿整個爐膛，有利于水冷壁的熱量吸收，同時也降低了床面溫度，對增加鍋爐的負(fù)荷起到重要作用。在合格的煤正常燃燒時，如果不投入二次返料，鍋爐的負(fù)荷會下降20%左右，可見返料作用之大。返料投入時應(yīng)先投入一次返料，穩(wěn)定后再投入二次返料。在這里應(yīng)特別注意：由于點(diǎn)火過程中在一次返料的小床里和二次返料的灰管里積蓄了大量的冷灰，如果投入操作過快，大量的冷料進(jìn)入爐膛，會把剛點(diǎn)燃的鍋爐壓滅火。因此，首先應(yīng)緩慢開啟返料風(fēng)門，同時注意爐膛的溫度變化，當(dāng)溫度變化不大時，然后再開大風(fēng)門，直至開到合適的開度之后，通過調(diào)整進(jìn)煤量和風(fēng)量來逐漸提高鍋爐的負(fù)荷。穩(wěn)定燃燒后的控制鍋爐進(jìn)入穩(wěn)定燃燒并且達(dá)到額定負(fù)荷后，就需要運(yùn)行人員調(diào)節(jié)，使鍋爐達(dá)到最經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。首先要耗用最小的煤量，能夠達(dá)到良好沸騰狀態(tài)的最小風(fēng)量，還要有最佳運(yùn)行料位，合適的一次返料和二次返料。鍋爐的運(yùn)行調(diào)整是以煤的質(zhì)量為依據(jù)的，對于不同粒度和不同發(fā)熱量的煤所需的風(fēng)量、料位、返料量就有所改變，因此要做相應(yīng)的調(diào)節(jié)。煤的粒度大，要增大一次風(fēng)量加強(qiáng)沸騰，防止沸騰不好造成結(jié)焦，也可通過降低料位來增加風(fēng)量，還要加大一次返料和二次返料量。增大循環(huán)倍率，讓返料的物料將床面積蓄的熱量迅速輸送到爐膛上部，強(qiáng)化熱量交換。否則，會出現(xiàn)床面超溫，甚至結(jié)焦；若減少煤量，則釋放的熱量減少，會降低出力。當(dāng)煤的粒度小時，調(diào)節(jié)則相反。煤的發(fā)熱量大其調(diào)節(jié)方法同煤粒大調(diào)節(jié)一樣，但最好加大返料調(diào)節(jié)，由此可見煤的粒度配比和煤質(zhì)配比對鍋爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有很大的影響。當(dāng)煤質(zhì)不變時，隨著運(yùn)行時間增長，爐料就會逐漸增多。爐料的多少是根據(jù)風(fēng)室壓力來判斷的。風(fēng)室的壓力等于布風(fēng)板的阻力和料位的阻力之和，布風(fēng)板的阻力為定值，則風(fēng)室壓力的變化就直接反映了料位的變化。我們把通過布風(fēng)板的氣流向上托力為F，爐膛內(nèi)灰粒和煤粒的重為W，當(dāng)F<W時則物料為固定狀態(tài)，F(xiàn)=W時為浮動沸騰狀態(tài)，即為流化床運(yùn)行狀態(tài)，F(xiàn)>W時則物料被氣流帶走，也稱為氣力輸送。而物料粒度是大小不一的，因此沸騰時物料會充滿整個爐膛，只是密度不同，這就形成密相區(qū)和稀相區(qū)，粒度大的物料就匯集在爐膛的底部，粒度不大的就隨氣流由煙道排走。隨著爐料的增加，則料的總重量W0增加，風(fēng)室的壓力就增加，相應(yīng)地進(jìn)入爐膛的風(fēng)量就減少了，則風(fēng)機(jī)的壓頭就變大，也直接影響了返料風(fēng)。如果料位再高，就會造成沸騰不好，煤不能良好地燃燒，料位長勢會更快，此時如果風(fēng)量加大，煤就劇烈燃燒，會造成超溫而結(jié)焦，最好處理辦法就是加大放料量并加大風(fēng)量，使之不超溫，以保持正常運(yùn)行。如果料位偏低則W0變小，風(fēng)量變大，多數(shù)物料粒子被抬高，就形成了氣力輸送，熱量還沒有完全交換，就從煙道排出，使排煙熱損失增大，降低了鍋爐的效率。因此要選擇最佳料位。當(dāng)鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行時，煤量風(fēng)量不變，料位達(dá)到某一數(shù)值時，鍋爐的出力最大，此時料位為最佳料位，為保持最佳料位，需要放料來調(diào)整。目前，放料一般采用間斷性人工放料，人工放料畢竟隨意性較大，雖然采用每次少放勤放的原則，但被灰渣帶走的未燃盡的和正在燃燒的煤的成份還是較大，造成了機(jī)械不完全燃燒熱損失q4和灰渣物理熱損失q6的增加，為了降低q4和q6的損失，因此最好采用機(jī)械地連續(xù)排渣，這樣從煤燃燒產(chǎn)生爐料量和連續(xù)排渣量保持一個動態(tài)平衡，使鍋爐始終保持在最佳料位運(yùn)行。由此減少了由于料位變化而對風(fēng)量的調(diào)整，簡化了鍋爐運(yùn)行頻繁的操作，增加了鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性，因此對爐料的自動排放是循環(huán)流化床鍋爐急待解決的問題。送風(fēng)量的控制循環(huán)流化床鍋爐的送風(fēng)的作用是保證爐內(nèi)物料的正常流化和充分有效的燃燒。在燃燒中的一個重要的特點(diǎn)是物料非一次燃