關于循環(huán)流化床鍋爐熱平衡

1、關于循環(huán)流化床鍋爐熱平衡、灰平衡問題一、前言循環(huán)流化床燃燒技術是在泡床技術上自七十提代開展起來的一種新的燃燒技術，循環(huán)流化床鍋爐CFB爐亦被稱為第二代沸騰爐， 它克服了沸騰爐燃燒效率低， 埋管磨損嚴重等缺點， 增加了物料循環(huán) 系統(tǒng)。由于 CFB 爐上具有燃用料種類寬，負荷調(diào)整范圍大，以及在 爐內(nèi)加石灰石白云石可直接脫硫和降低 NOX 的排放等優(yōu)點，在 國外得到迅猛開展。目前 300t/h、400 t/h 容量的 CFB 爐已相繼投入 運行，更大容量的鍋爐正在安裝和研制中，可以說，國外 CFB 爐燃 燒技術是成熟的。我國盡管對沸騰爐的研究曾經(jīng)到達了相當高的水平， 并在運行方 面積累了較豐富的經(jīng)驗

2、，但對 CFB 爐的研究相對國外起步較晚，第 一臺 35T t/h CFB 爐于 1998年才投入運行。 然而，國內(nèi)近幾年 35 t/h、 75 t/h CFB爐卻供不應求。開展很快，尤其熱電聯(lián)產(chǎn)的地方中小型熱 電廠大多采用 CFB 爐，僅遼寧省已投運的就達 9 臺，正在安裝建設 的 28 臺，擬建的 23 臺，外加容量 220 t/h 的 3 臺，總計達 60 多臺。 鍋爐制造廠家由最初的幾家，現(xiàn)已開展到十幾家。由于我國對 CFB 爐的研究起步晚，在設計、制造、安裝、運行等方面經(jīng)驗不多，致使 已投運的 35TLH、75T H、CFB 爐較普遍存在：出力缺乏，磨損嚴 重以及爐內(nèi)結(jié)焦等問題， 給

3、使用單位帶來了很大的困難， 如果這些問 題不能得到盡快解決，勢必影響我國 CFB 爐技術的開展。本文針對 上述問題提出熱平衡、灰平衡的概念，并加以討論，供設計、制造、使用單位參考。二、熱平衡：循環(huán)流化床鍋爐燃燒室內(nèi)溫度一般在 8500C9500C 之間，當燃 料進入燃燒室后，在一定的煙氣流速下，較粗的顆粒落入下部，細小 顆粒懸浮于中部，微小的顆粒被煙氣帶入上部，各粒徑的燃料在上、 中、下部燃燒放熱。熱平衡就是：燃料在燃燒室內(nèi)沿高度上、中、下 各部 1所釋放出熱量與受熱面吸收熱量含爐墻散熱量的平衡。 只有到達這種平衡， 爐內(nèi)才有一個較均勻、 理想的溫度場， 一般來說， CFB 爐燃燒室內(nèi)溫度差縱

4、向、橫向在 200C 左右，最大不超過 500C 2只有在一個較理想的溫度場下，爐內(nèi)各部才能保證實現(xiàn)設計的 放熱系數(shù)，工質(zhì)才能吸收一定的、所需的熱量，從而到達各部的熱量 平衡，保證鍋爐的出力，且不會發(fā)生局部過熱、物料結(jié)焦等現(xiàn)象。如 何到達爐內(nèi)的熱量平衡？首先在設計時必須確定進入燃燒室內(nèi)的燃 料在下、中、上各部的燃燒份額。如果在燃料各部位的燃燒份額分配 的不合理，某處過大、或某處過小，就必然造成局部物料溫度過高直 至結(jié)焦以及局部溫度太低， 受熱面吸收不到所需的熱量， 從而影響鍋 爐的出力。目前，已投運的 CFB 爐在運行中發(fā)生結(jié)焦和達不到額定 負荷的一個主要原因， 正是鍋爐設計時燃料燃燒份額分配

5、的不盡合理 或燃料種類、粒徑發(fā)生變化后，運行中燃燒調(diào)整不當，致使燃料燃燒 份額分配未到達設計要求所造成的。例如：某臺早期的 CFB 爐設計 時燃料燃燒份額的分配是按沸騰爐推算而來的。 爐內(nèi)下部密相區(qū)燃料 燃燒份額 70，而當鍋爐投運后實地測試其燃燒份額應不大于 67， 加之煤種的變化和燃煤顆粒較粗， 實際運行下部密相區(qū)燃料燃燒份額 已大大超過了設計值。 這樣鍋爐下部燃料燃燒時放出的熱量不能很快 地或不能完全被受熱面工質(zhì)所吸收、帶走， 同時又無其它的調(diào) 節(jié)手段，鍋爐下部密相區(qū)就出現(xiàn)溫度過高超過灰融點溫度而結(jié)焦。 運行中為防止結(jié)焦， 往往采用減少給煤量或增大一次風量的方法， 前 者，給煤量的減少，

6、必然使鍋爐負荷降低，出力缺乏，后者增大一次 風量即增大爐內(nèi)風、煙速度一是受風機出力的限制，二是加劇了 受熱面的磨損。因此，燃燒份額確實定直接影響著爐內(nèi)熱量的平衡。 而這種燃料燃燒時放出的熱量及返回物料攜帶的熱量與受熱面在各 處工質(zhì)吸熱量之平衡是 CFB 爐的一個重要的特征，只有在設計時和 運行中保持這種平衡，鍋爐才能平安、經(jīng)濟、穩(wěn)定運行。三、灰平衡：為了更進一步地了解 CFB 爐內(nèi)物料與傳熱及鍋爐負荷之間的關 系，引出“灰平衡的概念。顯然這里所說的“灰是指爐內(nèi)物料， 對于不同類型，不同容量的 CFB 爐物料的組成成份顆粒特性也有所 不同，甚至差異很大。這主要與燃料特性，脫硫劑及爐內(nèi)傳熱系數(shù)A、

7、循環(huán)倍率K的大小等因素有關。與煤粉相比，CFB爐內(nèi)灰 的濃度是煤粉爐的幾十倍，甚至更高?？梢哉f對于不同類型的 CFB 爐對灰的要求即：灰量、灰的濃度梯度、灰的顆粒特性不是不同的， 而對每臺 CFB 爐，在各負荷下對灰的“要求也有所不同?；移胶猓?簡單地說就是爐內(nèi)灰與鍋爐負荷的平衡。 3灰平衡的概念包括三個 含義： 灰量與鍋爐的負荷的平衡； 灰的濃度梯度與負荷之間的平衡； 灰的顆粒特性與負荷的平衡。上述三個含義，缺一不可。對于 CFB 爐，每一負荷工況下，均 對應著一定的灰量， 爐內(nèi)灰量的減少和增加， 必然影響爐內(nèi)灰的濃度， 從而影響物料的傳熱系數(shù)， 即影響鍋爐的負荷； 如果僅僅灰量與負荷 到達

8、了平衡，但灰在爐內(nèi)濃度的分布梯度不合理。如：大多聚集 在爐內(nèi)的下部或上部或某一處， 而其它部位的灰量很小， 也必然影響 爐內(nèi)溫度場的均勻和熱量的平衡。另外，既使上述兩個條件滿足，但 灰的顆粒特性達不到設計要求 或者說鍋爐本身的要求 也很難實現(xiàn) 負荷的穩(wěn)定調(diào)整。 反過來說， 在灰的顆粒與特性與負荷不平衡的條件 下到達灰量和濃度的分布的平衡是很難的， 有時是不可能的， 如果僅 僅用改變一、 二次風比的方法來調(diào)整灰的濃度分布， 必然影響爐內(nèi)的 動力特性。另外，不容無視的是灰的顆粒大小對爐內(nèi)傳熱系數(shù)也有一 定的影響。因此，對 CFB 爐來說，當然用的燃料、流化速度、灰的 組成成份確定后，鍋爐負荷X丨與

9、灰丫之間應有如下函數(shù)關系：Y1 = f(X)Y=f (X) 丫 2=f(X)丫 3=f(X)(Y1 Y2 Y3 分別表示灰平衡中三個含義 )即： CFB 爐的任一負荷都對應著一個： “灰而這個“灰應滿足三 個條件：灰量 丫1 灰的濃度梯度 丫2和灰的顆粒特性 丫3與 負荷都具有一一對應的函數(shù)關系。這就是灰平衡的概念。四、實現(xiàn)熱平衡、灰平衡的方法：循環(huán)流化床鍋爐熱平衡， 灰平衡的概念不難理解， 應用這一概念 可以解釋 CFB 爐在運行中出現(xiàn)的許多問題。除上文提到的爐內(nèi)結(jié)焦 , 受熱面磨損，以及出力缺乏外， 還有，如：1當燃用同一種燃料時， 僅把燃料粒徑由大變小后，鍋爐負荷變就可升高， 2燃用含灰

10、量較 大的燃料與燃用含灰量較小的燃料， 鍋爐負荷變化較大， 前者負荷提 高，后者負荷減少，3、當回料閥堵塞后，鍋爐負荷驟減，而當回 料閥暢通后負荷又突升； 4、調(diào)整一、二次風比和調(diào)整下層二次風 與煤粉爐相比對負荷影響大得多等等。 這些問題的原因可以歸結(jié)到燃 燒份額和灰對 CFB 爐的影響問題。如何實現(xiàn)熱平衡、灰平衡，保證鍋爐平安、 經(jīng)濟、穩(wěn)定運行是 目前 CFB 爐亟待解決的問題。應當說明，熱平衡、灰平衡不僅相互 聯(lián)系，也相互作用，相互影響。根據(jù)作者赴德國、法國、蘇蘭三國對 CFB 爐考察以及國內(nèi) 35t/h、75 t/h CFB 爐運行實踐的了解提出建議如 下： 加強對 CFB 爐內(nèi)傳熱、動

11、力特性的根底研究，建立中試基地，盡量 減少和防止“商品鍋爐在投產(chǎn)后出現(xiàn)不應出現(xiàn)的設計技術問題。 設計時應充分表達出 CFB 爐適應燃料廣的優(yōu)點，鍋爐應可燃用無煙 煤至褐煤等多種燃料，且能保證其經(jīng)濟，穩(wěn)定出力。 確定合理的燃料顆粒特性曲線， 注重燃料制備系統(tǒng)的設備選型， 這是 實現(xiàn)熱平衡、灰平衡、保證鍋爐平安、經(jīng)濟、運行的一個重要的因素另文詳述 增加飛灰循環(huán)系統(tǒng)， 以使燃用含灰量較低的燃料 與設計值相差較大 時，采用飛灰回送，到達灰平衡，保證鍋爐出力。采用煙氣再循環(huán)， 煙氣再循環(huán)作為一次風送入， 不僅可以在低負荷滿 足一次“風量的需求，而且可控制爐內(nèi)下部密相區(qū)燃料燃燒份額 過 量空氣系小于 1。在運行中應根據(jù)煤種和負荷的變化調(diào)整一、 二次風比， 使爐內(nèi)溫度場 和濃度場更趨合理。根據(jù)燃用燃料特點， 可增加爐渣篩選返送系統(tǒng)或加砂， 使爐內(nèi)到達灰 平衡，保證特料的循環(huán)倍率。五、結(jié)束語盡管熱平衡、灰平衡問題對 CFB 爐至