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循环流化床锅炉的 摘要循环流化床锅炉是八十年代发展起来的高效率、低污染和良好综合利用的燃煤技术，由于它在煤种适应性和变负荷能力以及污染物排放上具有的独特优势，使其得到迅速发展。循环流化床锅炉的原理及其脱硫工艺等加工技术的发展，带来了社会效益和经济效益。 关键词循环流化床 锅炉 加工分析 0 引言 循环流化床锅炉采用流态化的燃烧方式，是介于煤粉炉悬浮燃烧和链条炉固定燃烧之间的燃烧方式，即通常所讲的半悬浮燃烧方式。自循环流化床燃烧技术出现以来，循环流化床锅炉已在世界范围内得到广泛的应用。循环流化床锅炉是一种国际公认的洁净煤燃烧技术，以其燃料适应性广、脱硫效果好、nox排放量低、负荷调节性能好等优点在我国燃煤电站中方兴未艾。我国循环流化床锅炉技术已步入世界先进水平，循环流化床锅炉总装机容量也居世界第一位，但是，我国锅炉的脱硫现状还不很乐观，脱硫系统的可用率、锅炉脱硫效率不高，因此循环流化床锅炉的应用加工还存在不少问题，离国际先进水平有一定差距。 1 循环流化床锅炉的特点 由于循环流化床内气、固两相混合物的热容量比单相烟气的热容量大几十倍甚至几百倍，循环流化床锅炉中燃料的着火、燃烧非常稳定。在床内沿炉膛高度所进行的燃烧和传热过程，基本上是在十分均匀的炉膛温度下一般为850℃～900℃进行的，从而可使循环流化床锅炉达到98～99的燃烧效率。在钙与燃料中的硫摩尔比为115～215的情况下可以达到90 以上的脱硫效率。由于循环流化床锅炉是低温燃烧，而且燃烧过程是在整个炉膛高度上进行的，所以可以方便地组织分级燃烧，因而可以有效地抑制nox的生成，降低nox的排放。由于炉内气、固两相流对受热面的传热是在整个炉膛内进行的，不需在床内布置埋管受热面，因而完全避免了埋管的磨损问题。而布置在炉膛出口外的高效分离器可将大部分固体颗粒从烟气中分离出来，大大减少了尾部烟道中烟气的粉尘浓度，减少了尾部受热面的磨损。 ①燃料适应性强。由于循环流化床中的燃料仅占床料的1－3，不需要辅助燃料而燃用任何燃料，可以燃用各种劣质煤及其它可燃物，特别包括煤矸石、高硫煤、高灰煤、高水分煤、煤泥、垃圾等，可以解决令人头疼的环境污染问题。②燃烧效率高。循环流化床比鼓泡床流化床燃烧效率高，燃烧效率通常在97以上，基本与煤粉相当。③脱硫率高。循环流化床的脱硫方式是最经济的方式之一，其脱硫率可以达到90。④氮氧化物排放低。这是循环流化床另外一个非常吸引人的特点，其主要原因是一低温燃烧，燃烧温度一般控制在850－900℃之间，空气中的氮氮一般不会生成nox；二分段燃烧，抑制氮转化为nox，并使部分已生成的nox得到还原。⑤燃烧强度高，炉膛截面积小，负荷调节范围大，调节速度快。⑥易于实现灰渣综合利用，由于其灰渣含炭量较低，属于低温烧透，有着更大的利用价值。⑦燃料预处理系统简单，其燃料的粒度一般小于12mm， 破碎系统比煤粉炉更为简化。 2 循环流化床内的燃烧加工过程 循环流化床锅炉的脱硫原理是在燃烧中加入适当比例和颗粒度的石灰石与燃料一起进行循环燃烧，加入的石灰石在炉内循环时间长，使石灰石磨得非常细的时候才会从分离器中飞到后面去。循环流化床锅炉的燃烧温度是900 ℃左右，这一温度既能抑制二氧化硫的生成，又使石灰石能充分分解。 2.1 煤粒送入循环流化床内迅速受到高温物料和烟气的辐射而被加热，首先水分蒸发，然后煤粒中的挥发份析出并燃烧、最后是焦炭的燃烧。其间伴随着煤粒的破碎、磨损，而且挥发份析出燃烧过程与焦炭燃烧过程都有一定的重叠。循环流化床内沿高度方向可以分为密相床层和稀相空间，密相床层运行在鼓泡床和紊流床状态。循环流化床内绝大部分是惰性的灼热床料，其中的可燃物只占很小的一部分。这些灼热的床料成为煤颗粒的加热源，在加热过程中，所吸收的热量只占床层总热容量的千之几，而煤粒在10 秒钟左右就可以燃烧（颗粒平均直径在0～8mm），所以对床温的影响很小。 2.2 循环流化床内煤的燃料着火。流化床内燃料着火的方式，固体质点表面温度起着关键作用，是产生着火的点灶热源，这类固体近质点可以是细煤粒，也可以是经分离后的高温灰粒或者是布风板上的床料。当固体质点表面温度上升时，煤颗粒会出现迅猛着火。另外，颗粒直径大小对着火也有很大的影响，对一定反应能力的煤种，在一定的温度水平之下，有一临界的着火粒径，小于这个颗粒直径，因为散热损失过大，燃料颗粒就不能着火，逸出炉膛。 2.3 循环流化床内煤的破碎特性。煤在流化床内的破碎特性是指煤粒在进入高温流化床后粒度急剧减小的一种性质。但引起粒度减小的因素还有颗粒与剧烈运动的床层间磨损以及埋管受热面的碰撞等。影响颗粒磨损的主要因素是颗粒表面的结构特性、机械强度以及外部操作条件等。磨损的作用贯穿于整个燃烧过程。煤粒进入流化床内时，受到炽热床料的加热，水份蒸发，当煤粒温度达到热解温度时，煤粒发生脱挥发份反应，对于高挥发份的煤种，热解期间将伴随一个短时发生的拟塑性阶段，颗粒内部产生明显的压力梯度，一旦压力超过一定值，已经固化的颗粒表层可能会崩裂而形成破碎；对低挥发份煤种，塑性状态虽不明显，但颗粒内部的热解产物需克服致密的孔隙结构都能从煤粒中逸出，因此颗粒内部也会产生较高的压力，另外，由于高温颗粒群的挤压，颗粒内部温度分布不均匀引起的热应力，这种热应力都会引起煤颗粒破碎。煤粒破碎后会形成大量的细小粒子，特别是一些可扬析粒子会影响锅炉的燃烧效率。细煤粒一般会逃离旋风分离器，成为不完全燃烧损失的主要部分。破碎分为一级破碎和二级破碎，一级破碎是由于挥发份逸出产生的压力和孔隙网络中挥发份压力增加而引起的。二破碎是由于作为颗粒的联结体形状不规则的联结“骨架”（类似于网络结构）被烧断而引起的破碎。煤的破碎发生的同时也会发生颗粒的膨胀，煤的结构将发生很大的变化。一般破碎和膨胀受下列因素的影响挥发份析出量；在挥发份析出时，碳水化合物形成的平均质量；颗粒直径；床温；在煤结构中有效的孔隙数量；母粒的孔隙结构等。 3 循环流化床锅炉发展中存在的一些问题及加工剖析 由于循环流化床锅炉炉膛没有设置埋管，不存在磨管现象。也不存在点火时有一部分热量被水冷系统带走的问题，点火启动，停炉都比较方便。冷炉状态20分钟炉子就可以点着，热炉状态只用5到6分钟，一般压火24小时没有问题，环境污染小。由于循环流化床锅炉的低温燃烧特性，二氧化硫和氮氧化物排放浓度非常低氮氧化物的生成温度约为1000 ℃，其排放浓度可控制在200ppm以下，是链条炉和煤粉所不容易实现的。由于循环燃烧使它的炉渣几乎不含碳，呈黄褐色小颗粒，可以作为水泥制品的掺和料。并相对减少了总出渣量。 3.1 我国内目前已运行的循环流化床锅炉看遇到的主要问题有①炉蒸发量不到设计的额定值；②高温分离器和物料返送器内结焦；③耐火材料和受热面磨损；④锅炉排烟温度偏高。 3.2 锅炉调试及运行中的控制重点 3.2.1 流化不良的预防方法①必需保证布风板风帽小孔的畅通，这就要求在加床料之前把风帽小孔及床面清理干净；②运行后一次风量必需大于临界流化风量；③升温升压过程中，控制升温速度，防止炉内耐磨耐火材料脱落堵塞风帽；④原煤粒度控制在6～10mm之间，避免因为原煤粒度过大流化不良；⑤控制燃煤中矸石及铁块的含量，定期将大颗粒物料排除，确保流化良好。⑥在升负荷及调整过程中，加煤和调风不能猛增猛减。 3.2.2 超温结焦的预防控制方法①控制合理的床压，防止燃煤直接接触风帽造成燃煤堆积爆燃超温结焦。②点火启动阶段，控制合理油枪配风，保证燃油完全燃烧，避免未燃尽油雾沾附在煤粒上造成结焦。 3.2.3 两床失稳预防控制①运行中给煤、返料量、排渣控制合理，保证两侧床压一致。②给煤量调整时应将各点给煤均匀，使燃煤在整个床面分布均匀，如一侧给煤量减少时，应立即减少另一侧给煤量，控制炉膛两侧床压偏差小于2.5kpa。③炉膛两侧外置床返料量调整基本一致，避免因为返料量偏差而产生床温床压偏差。④调整炉膛两侧风量及给煤量，使两侧床温及一次风量均衡。 3.2.4 堵煤预防控制与启动调试①循环流化床锅炉无煤粉制备系统，粗、细碎煤机将原煤破碎成6～8mm的煤粒后进入原煤斗，再通过给煤机直接进入炉内。由于破碎后的煤粒表面积增大，水分、内水分增高，因此极易在碎煤机、原煤斗、给煤机落煤口等部位发生堵煤现象。堵煤时将直接危及锅炉的稳定运行，主要故障有a原煤破碎设备堵塞原煤破碎设备堵塞是指原煤粘在破碎机出口及入口管道上，导致下煤不畅输煤中断，或原煤粘在破碎机内部导致破碎机堵塞；b原煤斗堵煤原煤斗堵煤是由于破碎后的煤粒在原煤斗内受到挤压，导致在原煤斗内搭桥下煤不畅；且原煤斗设计为方形，原煤和煤斗之间的接触面积增大，下煤阻力增大导致原煤斗堵煤；c落煤口堵煤进入落煤口的煤粒由于受到回灰的加热，导致煤粒中外水分大量蒸发，上升水蒸汽在落煤口聚集并冷凝成水滴，最终导致煤粒搭桥堵塞落煤口。d运行中不但要加强给煤设备的监视及维护，还要注意以上区域是否堵煤，如发生堵煤应及时疏通，在给煤恢复后应注意燃烧及汽温的控制。②启动调试的主要内容a风量测量装置的标定。锅炉燃烧风量是运行人员调整燃烧的的重要依据，其测量的准确性直接影响到锅炉的经济安全运行。安装在锅炉风道上的风量测量装置，往往由于安装位置管道直段不能满足设计要求、装置加工误差等原因使流量系数偏离设计值，为锅炉运行的需要，我们对锅炉主要的风量进行了测量。按等截面布置测量点，标准测速元件采用毕托管，压差信号用电子微压计读取。由于风量测量装置厂家的设计数据在试运期间多次修改，根据厂家最后提供的数据，dcs上显示风量与实测值基本相符。b风量调节挡板检查。风门挡板检查在冲管结束后进行，通过实地检查及在全关、全开状态下风量测量及管道压力判断风门能否关严，并检查判断与指示开度位置、dcs显示是否一致。要通过多次反复检查，锅炉风系统如有较多的风门挡板实际位置与dcs显示不符的问题已解决，单多数调节挡板全关状态下关闭不严，仍需进一步解决。c冷渣器布风板阻力试验及风室间窜风情况检查。冷渣器布风板阻力试验由于冷却风量小、波动大，数据可靠性差，由此计算出的风量值不可靠，因此无法整理出合理的风量与布风板阻力的关系曲线。冷渣器风室间窜风将会影响冷渣器内物料的流化，特别是在炉膛排渣量较大时，选择室的流化质量更难保证，最后导致冷渣器堵塞，冷渣器风室间窜风检查非常必要，热工调试内容包括热工信号及连锁保护校验、热工信号逻辑及报警系统试验、锅炉炉膛安全监控系统试验、负责dcs端子排以外的热控装置的二次调整、锅炉各种自动及保护的投运等。 4 循环流化床锅炉在工业锅炉方面的应用 ①使用循环流化床锅炉需要具备比层燃炉更加严格的管理和使用条件。使用循环流化床锅炉，需要具备完善的仪表及自动化控制系统，要求司炉工有较高的操作技术和责任心，要求热负荷比较稳定。因此，锅炉使用单位要注重司炉工的选拔和培训，并配备所需的专业技术人员。②循环流化床锅炉用电量较大。与层燃炉相比，循环流化床锅炉具有较高的燃烧效率，但其鼓风、引风、碎煤等设备的用电量都比较大。所以，循环流化床锅炉用电量较大。③工业锅炉出口烟尘浓度较大，需要配备高效除尘器，有时甚至采取两级除尘或静电除尘，在环保要求严格的地区尽量不要使用。④循环流化床锅炉可以燃烧低质煤，比层燃炉具有更好的燃料适应性能。循环流化床锅炉比层燃炉的热效率更高。⑤循环流化床锅炉受热面容易磨损，维修费较高。循环流化床燃烧技术是一种高效低污染的燃烧技术。工业锅炉用户在选用循环流化床锅炉时需要对热负荷和燃煤情况进行综合分析，并对用电与用煤的总成本进行计算，以确定是否经济合理。 5 结束语 循环流化床燃烧技术是一种高速度、高浓度、高通量的固体物料流态化循环过程，它有着污染物排放少，锅炉负荷适应性好、燃料适应性广、燃烧效率高以及环境污染少等优点。企业采用流态化循环燃烧，通过提高其燃煤效率进而简化其工作地流程，大大的提高的企业的工作效率。我国现在二氧化硫产生的酸雨已严重危害着环境，一般工业锅炉配套的脱硫设备不但投资较大，而且脱硫效果也不尽人意。若采用循环流化床锅炉，这一问题也能得到较好地解决。再者，由于温室效应、全球沙漠化、缺水等问题日趋严重，要求控制co2排放量的呼声越来越高。我国作为一个co2排放大国，提高锅炉运行效率，减少燃煤消耗势在必行，循环流化床锅炉因它结构所决定的节能和环保上的优势，应该得到广泛的应用。 参考文献 1李烁主编.循环流化床锅炉.吉林科技出版社.2006年4月. 2张同，陈力，鞠兵.循环流化床锅炉的发展方向.2008年5月. 3冯俊凯，岳光溪，吕俊复.循环流化床燃烧锅炉m.北京.中国电力工业出版社.2003.