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./循環(huán)流化床鍋爐培訓(xùn)資料2005年11月.前言為滿足我廠循環(huán)流化床鍋爐培訓(xùn)的需要,根據(jù)相關(guān)資料編制本教材,全面介紹循環(huán)流化床鍋爐的基本知識和實用操作方法,使技術(shù)人員、操作人員盡快熟悉循環(huán)流化床的基本原理和特點,為將來裝置的開車和生產(chǎn)運行做好準(zhǔn)備.本書共分十章,第一、二章分別介紹了循環(huán)流化床鍋爐的概念、基本原理和特點以及循環(huán)流化床鍋爐的計算機控制系統(tǒng)原理；第三、四章分別介紹了循環(huán)流化床的主體結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵部位與主要輔助系統(tǒng)；第五章主要介紹循環(huán)流化床鍋爐的試驗與調(diào)試方法；第六、七章主要講述了循環(huán)流化床鍋爐的開停爐及正常運行調(diào)整方法；第八章對循環(huán)流化床鍋爐的常見運行事故及故障處理方法進行了探討；第九章主要介紹煤的特性；第十章介紹我廠循環(huán)流化床鍋爐的工藝狀況. 本書由霍愛明、劉光明負(fù)責(zé)編制,季紹卿、徐玉陵審核.由于部分設(shè)備廠家資料不全,加之水平所限,書中謬誤和不妥之處在所難免.懇請讀者批評指正.二〇〇五年十一月.目 錄第一章循環(huán)流化床鍋爐的概念、原理及特點1第一節(jié)循環(huán)流化床鍋爐的概念1一、流態(tài)化1二、臨界流態(tài)化速度2三、顆粒的夾帶、揚析3四、寬篩分顆粒特性3第二節(jié)循環(huán)流化床鍋爐的工作原理4一、循環(huán)流化床鍋爐的典型工作條件4二、循環(huán)流化床鍋爐的基本構(gòu)成4三、循環(huán)流化床內(nèi)煤的燃燒過程5四、循化流化床鍋爐的燃燒區(qū)域7五、循環(huán)流化床燃燒過程的特點8六、循環(huán)流化床鍋爐的爐內(nèi)傳熱10七、循環(huán)流化床鍋爐的脫硫與氮氧化物的排放控制.13八、循環(huán)流化床鍋爐的運行調(diào)節(jié)14九、循環(huán)流化床鍋爐的優(yōu)點21十、循環(huán)流化床鍋爐與煤粉爐的區(qū)別22十一、循環(huán)流化床鍋爐目前存在的主要問題22第二章循環(huán)流化床鍋爐的計算機控制系統(tǒng)24第一節(jié)鍋爐燃燒控制24一、母管壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)25二、主汽壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)25三、燃料控制系統(tǒng)25四、給煤量調(diào)節(jié)系統(tǒng)26五、總風(fēng)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)26六、一次風(fēng)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)26七、二次風(fēng)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)26八、二次風(fēng)壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)26九、播煤風(fēng)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)26十、床層溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)27十一、石灰石供量調(diào)節(jié)27十二．點火風(fēng)量控制系統(tǒng)27十三、床層壓差調(diào)節(jié)系統(tǒng)27十四、爐膛壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)28十五、汽包水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)28十六、蒸汽減溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)29十七、燃燒器風(fēng)量調(diào)節(jié)29十八、燃燒器油系統(tǒng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)29十九、汽包連排調(diào)節(jié)系統(tǒng)29第二節(jié)爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)29一、循環(huán)流化床鍋爐的主燃料切除保護30二、對鍋爐燃用油的控制31三、MFT復(fù)歸的必要條件31四、鍋爐的熱態(tài)啟動的條件31五、MFT動作31六、爐膛安全檢測保護32第三節(jié)機爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)33第三章循環(huán)流化床鍋爐本體35第一節(jié)爐膛35第二節(jié)旋風(fēng)分離器37一、旋風(fēng)分離器的作用37二、旋風(fēng)分離器的形式37三、旋風(fēng)分離器的特點37第三節(jié)回料裝置38一、回料裝置的用途及其分類38二、返料裝置的結(jié)構(gòu)及工作原理39第四節(jié)布風(fēng)裝置39一、風(fēng)帽40二、布風(fēng)板40第五節(jié)水汽系統(tǒng)及煙風(fēng)系統(tǒng)41一、循環(huán)流化床鍋爐的水汽系統(tǒng)41二、循環(huán)流化床鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)46第六節(jié)膨脹與密封系統(tǒng)48第七節(jié)耐磨材料49第八節(jié)構(gòu)架和平臺扶梯50第九節(jié)爐墻50第十節(jié)安全附件50第四章循環(huán)流化床鍋爐輔助系統(tǒng)51第一節(jié)風(fēng)機51一、一次風(fēng)機51二、二次風(fēng)機51三、引風(fēng)機52四、高壓風(fēng)機52五、螺桿壓縮機53第二節(jié)排渣系統(tǒng)53第三節(jié)給煤系統(tǒng)54一、稱重式皮帶給煤機54二、播煤風(fēng)系統(tǒng)55第四節(jié)石灰石系統(tǒng)55第五節(jié)點火油系統(tǒng)56第六節(jié)布袋除塵系統(tǒng)56第七節(jié)輸灰系統(tǒng)57第五章循環(huán)流化床鍋爐的試驗與調(diào)試59第一節(jié)鍋爐水壓試驗與安全門校驗59一、水壓試驗種類及目的59二、水壓試驗前的檢查與準(zhǔn)備60三、水壓試驗方法60四、安全門校驗61第二節(jié)轉(zhuǎn)動機械試運轉(zhuǎn)及聯(lián)鎖關(guān)系試驗63一、循環(huán)流化床鍋爐聯(lián)鎖條件63二、試驗步驟63三、轉(zhuǎn)動機械試運轉(zhuǎn)64第三節(jié)冷態(tài)空氣動力場試65第四節(jié)烘爐67一、烘爐的目的67二、烘爐步驟67第五節(jié)化學(xué)清洗及煮爐69一、化學(xué)清洗69二、煮爐70第六節(jié)蒸汽沖管71一、沖管的目的71二、沖管方法、范圍及吹管參數(shù)71三、沖管步驟72第七節(jié)輸灰系統(tǒng)調(diào)試75一、調(diào)試機組設(shè)備規(guī)范75二、調(diào)試步驟、作業(yè)程序75第八節(jié)除渣系統(tǒng)調(diào)試76一、設(shè)備概述76二、啟動前應(yīng)具備的條件76三、控制系統(tǒng)試驗76四、啟動調(diào)整77第九節(jié)布袋除塵調(diào)試77第十節(jié)點火燃燒系統(tǒng)調(diào)試方案78一、燃油系統(tǒng)調(diào)試的目的78二、燃燒系統(tǒng)試運前應(yīng)具備的條件78三、燃油系統(tǒng)蒸汽沖洗及油循環(huán)79四、油槍霧化試驗79五、點火試驗79第十一節(jié)給煤系統(tǒng)調(diào)試方案80一、給煤系統(tǒng)概述80二、給煤系統(tǒng)啟動前應(yīng)具備的條件80三、靜態(tài)試驗及調(diào)整80四、帶負(fù)荷運轉(zhuǎn)81五、安全技術(shù)措施82第十二節(jié)鍋爐整套起動82一、鍋爐整套起動的目的82二、調(diào)試對象及范圍82三、調(diào)試要求84四、調(diào)試前應(yīng)具備的條件及準(zhǔn)備工作84五、調(diào)試步驟、作業(yè)程序86六、整套啟動過程中的注意事項87七、鍋爐運行的控制與調(diào)整88八、事故緊急停爐和故障停爐91九、安全技術(shù)措施92第十三節(jié)鍋爐性能驗收試驗92一、鍋爐額定出力特性試驗92二、鍋爐連續(xù)最大出力試驗93三、鍋爐負(fù)荷特性試驗93四、機組散熱測試93五、鍋爐啟動、停止特性試驗93六、變動工況試驗93第六章循環(huán)流化床鍋爐的起動與停運94第一節(jié)鍋爐的冷態(tài)啟動94一、鍋爐啟動前的準(zhǔn)備94二、鍋爐啟動98第二節(jié)壓火熱備用及熱態(tài)起動101一、鍋爐的壓火熱備用101二、鍋爐壓火后的熱態(tài)起動102第三節(jié)停運和保養(yǎng)102一、正常停爐102二、非計劃停爐〔MFT操作103三、停爐時的注意事項103第四節(jié)停爐后的冷卻104一、停爐后的冷卻104二、沖洗過熱器104三、停爐后的防腐105第七章循環(huán)流化床鍋爐正常運行調(diào)整107第一節(jié)床溫控制107第二節(jié)床壓控制108第三節(jié)汽溫調(diào)整108第四節(jié)負(fù)荷調(diào)整109第五節(jié)回料器調(diào)整109第八章循環(huán)流化床鍋爐常見事故及故障處理方法111緊急停爐情況111第一節(jié)爐膛結(jié)焦事故112第二節(jié)爆燃事故113第三節(jié)耐火材料坍塌事故113第四節(jié)返料器的堵塞事故114第五節(jié)冷渣器的堵塞事故115第六節(jié)爐管爆破事故115一、爐管爆破的原因116二、爐管爆破的現(xiàn)象117三、爐管爆破的處理117第七節(jié)水冷布風(fēng)板漏渣事故117一、漏渣主要現(xiàn)象117二、漏渣的主要原因117三、預(yù)防布風(fēng)板漏渣的措施118第八節(jié)布袋除塵器故障118一、粉塵排放超標(biāo)118二、阻力過高119三、濾袋的壽命過短120第九節(jié)石灰石系統(tǒng)故障120一、石灰石輸送管堵塞120二、石灰石倉內(nèi)不下料121三、旋轉(zhuǎn)給料機故障121第十節(jié)鍋爐熄火事故121一、鍋爐熄火的原因121二、鍋爐熄火的現(xiàn)象121三、鍋爐熄火的處理122第十一節(jié)輔機故障122一、一次風(fēng)機常見故障及預(yù)防措施122二、二次風(fēng)機常見故障及預(yù)防措施123三、高壓風(fēng)機常見故障及預(yù)防措施123四、給煤系統(tǒng)常見故障及預(yù)防措施124五、點火油系統(tǒng)124第九章鍋爐的燃料126第一節(jié)燃煤的成分及特性126一、煤的元素分析和工業(yè)分析126二、煤的主要成分126三、燃煤的特性127第二節(jié)點火用油129一、燃油的主要特性指標(biāo)129二、點火燃用油130第三節(jié)燃煤的燃燒特性131一、煤的燃燒特性131第四節(jié)燃料成分對鍋爐運行的影響132一、硫分的影響132二、灰分的影響132三、水分的影響132四、揮發(fā)分的影響133五、灰的熔化性質(zhì)的影響133第十章裝置總體說明134第一節(jié)主要工藝參數(shù)134一、裝置能力134二、裝置組成134三、原材料規(guī)格和產(chǎn)品規(guī)格134四、原材料消耗量及產(chǎn)品、副產(chǎn)品產(chǎn)量138五、公用物料和消耗指標(biāo)140第二節(jié)工藝設(shè)計說明142一、概述142二、工藝設(shè)計說明143第三節(jié)主要設(shè)備參數(shù)149一、概述149二、主要設(shè)備設(shè)計參數(shù)149第四節(jié)生產(chǎn)過程中主要危害151.第一章循環(huán)流化床鍋爐的概念、原理及特點循環(huán)流化床鍋爐燃燒技術(shù)是一種新型的高效低污染、目前商業(yè)化最好的清潔燃燒技術(shù)之一,20世紀(jì)70年代的能源危機和越來越突出的環(huán)保問題促進了這種燃燒技術(shù)的發(fā)展.循環(huán)流化床鍋爐兼有鼓泡流化床鍋爐和常規(guī)煤粉鍋爐的長處,又克服了鼓泡流化床鍋爐燃燒和脫硫效率低、難以大型化等缺點,同時也避免了煤粉爐所需價格昂貴的煙氣脫硫裝置.流化床燃燒設(shè)備按流體動力特性分為鼓泡流化床和循環(huán)流化床,按工作條件分為常壓和增壓式流化床.現(xiàn)在大型循環(huán)流化床鍋爐按鍋爐自身特點和開發(fā)廠商名稱分類的主要爐型有三大流派,分別為：以德國Lurgi公司為代表的魯奇型和以美國的FosterWheeler公司、芬蘭的Alstorm公司〔兩者兼并為代表的FWPyroflow型和德國Babcock公司的Circofluid型.按物料循環(huán)倍率可分為：<1>低循環(huán)倍率循環(huán)鍋爐,循環(huán)倍率K＜15.<2>中循環(huán)倍率循環(huán)鍋爐,循環(huán)倍率15<K<40.<3>高循環(huán)倍率循環(huán)鍋爐,循環(huán)倍率K>40.第一節(jié)循環(huán)流化床鍋爐的概念一、流態(tài)化在流化床中,當(dāng)固體顆粒中有流體通過時,隨著流體速度逐漸增大,固體顆粒開始運動,且固體顆粒之間的摩擦力也越來越大,當(dāng)流速達(dá)到一定值時,固體顆粒之間的摩擦力與它們的重力相等,每個顆?？梢宰杂蛇\動,所有固體顆粒表現(xiàn)出類似流體狀態(tài)的現(xiàn)象,這種現(xiàn)象稱為流態(tài)化.固體顆?！泊擦?、流體〔流化風(fēng)以及完成流態(tài)化過程的設(shè)備稱為流化床.對于液固流態(tài)化的固體顆粒來說,顆粒均勻地分布于床層中,稱為散式流態(tài)化.而對于氣固流態(tài)化的固體顆粒來說,氣體并不均勻地流過床層,固體顆粒分成群體作紊流運動,床層中的空隙率隨位置和時間的不同而變化,這種流態(tài)化稱為聚式流態(tài)化.循環(huán)流化床鍋爐屬于聚式流態(tài)化.當(dāng)氣體通過顆粒床層時,床層隨著氣流速度的變化會呈現(xiàn)不同的流動狀態(tài).如圖1-2所示,固體顆粒隨著氣流速度的增大分別呈現(xiàn)五種不同的流動狀態(tài)：固定床、鼓泡流化床、湍〔紊流流化床、快速流化床、氣力輸送.循環(huán)流化床處于紊〔湍流流化床與快速流化床階段.<1>固定床,如圖1-1<a>所示.此種狀態(tài)下,氣流在顆粒的縫隙中流過,所有的固體顆粒呈靜止?fàn)顟B(tài).<2>鼓泡流化床,如圖1-1<b>所示.當(dāng)氣流速度達(dá)到一定值時,靜止的床層開始松動,當(dāng)氣流速度超過臨界流化風(fēng)速時,料層內(nèi)會出現(xiàn)氣泡,并不斷上升,而且還聚集成更大的氣泡穿過料層破裂.整個料層呈現(xiàn)沸騰狀態(tài).鼓泡流化床存在明顯的分界面,其上部為稀相區(qū),包括床層表面至流化床出口間的區(qū)域,稱為自由空間或懸浮段.下部為密相區(qū),也稱為沸騰段.<3>湍〔紊流流化床,如圖1-1〔c所示.隨著氣流速度繼續(xù)上升到一定數(shù)值,固體顆粒開始流動,床層分界面逐漸消失,固體顆粒不斷被帶走,以顆粒團的形式上下運動,產(chǎn)生高度的返混.此時的氣流速度為床料終端速度.<4>快速流化床,如圖1-1<d>所示.當(dāng)氣流速度進一步增大,固體顆粒被氣流均勻帶出床層.此時氣流速度大于固體顆粒的終端速度,床內(nèi)顆粒濃度基本相等.床內(nèi)顆粒濃度呈上稀下濃狀態(tài).循環(huán)流化床的上升段屬于快速流化床.快速流態(tài)化的主要特征為床層壓降用于懸浮和輸送顆粒并使顆粒加速,單位高度床層壓降沿床層高度不變.<5>氣力輸送,如圖1-1<e>所示.分為密相氣力輸送和稀相氣力輸送.對于前者,床內(nèi)顆粒濃度變稀,并呈上下均勻分布狀態(tài),其單位高度床層壓降沿床層高度不變.增大氣流速度,床層壓降減小.對于后者,增大氣流速度,床層壓降上升.密相氣力輸送的典型特征為：床層壓降用于輸送顆粒并克服氣、固兩相與壁面的摩擦.稀相氣力輸送的床層壓降主要受摩擦壓降支配.圖1-1不同氣流速度下固體顆粒床層的流動狀態(tài)<a>固定床；<b>鼓泡流化床；<c>紊流流化床；<d>快速流化床；<e>氣力輸送二、臨界流態(tài)化速度<1>對于由均勻粒度的顆粒組成的床層中,在固定床通過的氣體流速很低時,隨著風(fēng)速的增加,床層壓降成正比例增加,并且當(dāng)風(fēng)速達(dá)到一定值時,床層壓降達(dá)到最大值,該值略大于床層靜壓,如果繼續(xù)增加風(fēng)速,固定床會突然出現(xiàn)"解鎖"現(xiàn)象,床層壓降降至為床層的靜壓.如果床料是由寬篩分顆粒組成的話,其特性為：在大顆粒尚未運動前,床內(nèi)的小顆粒已經(jīng)部分流化,床層從固定床轉(zhuǎn)變?yōu)榱骰驳慕怄i現(xiàn)象并不明顯,而往往會出現(xiàn)分層流化的現(xiàn)象.顆粒床層從靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱鲬B(tài)化所需的最低速度,稱為臨界流態(tài)化速度.隨著風(fēng)速的進一步增大,床層壓降幾乎不變.循環(huán)流化床鍋爐正常運行所需的流化風(fēng)速一般是2～3倍的臨界流化速度.圖1-2床溫與臨界流態(tài)化風(fēng)速的關(guān)系<2>影響臨界流態(tài)化速度的因素有：1>料層厚度對臨界流速影響不大.2>料層的當(dāng)量平均料徑增大則臨界流速增加.3>固體顆粒密度增加時臨界流速增加.4>流體的運動粘度增大時臨界流速減?。喝绱矞卦龈邥r,臨界流速減小.床溫與臨界流速比值〔qt的關(guān)系如圖1-2所示.三、顆粒的夾帶、揚析當(dāng)床層流動狀態(tài)轉(zhuǎn)到湍流流化床時,密相床層和稀相床層的界面開始模糊,顆粒夾帶量明顯增加.當(dāng)氣流通過顆粒層時,一些終端速度小于床層表觀氣速的細(xì)顆粒將被上升氣流帶走,這一過程稱為揚析.由于揚析過程中更多顆粒被夾帶著離開床層,其中終端速度大于床層表觀氣速的顆粒,經(jīng)過一定的分離高度后會陸續(xù)返回床層,因此存在著輸送分離高度,英文簡稱TDH.此過程就是通常所說的循環(huán)流化床的內(nèi)循環(huán).在TDH以上的空間,顆粒濃度不再降低,床層表面至TDH之間的空間稱為自由空間,燃用寬篩分的燃煤流化床鍋爐,其爐膛出口高度通常低于TDH,因此同時存在著夾帶和揚析現(xiàn)象.發(fā)生揚析現(xiàn)象的顆粒的來源有三個：<1>給煤中的細(xì)顆粒.<2>煤在揮發(fā)分析出階段破碎形成的細(xì)顆粒.<3>在煤燃燒的同時,由于磨損造成的細(xì)顆粒.四、寬篩分顆粒特性1．寬篩分顆粒定義進入鍋爐的燃料顆粒直徑一般是不相同的,如果粒徑粗細(xì)范圍較大,即較寬,稱為寬篩分；粒徑粗細(xì)范圍較小,稱為窄篩分.循環(huán)流化床〔氣固流化床床料中的顆粒通常是粒徑由小到大的寬篩分布,由于顆粒的直徑不同,其流動工況和規(guī)律也各不相同.這樣就需要顯示出顆粒大小的分布規(guī)律,利用此規(guī)律來研究兩相流動和燃燒,或者求出分散相顆粒直徑的平均值,以平均直徑顆粒的運動來代表分散相顆粒群的運動規(guī)律,粒徑的分布規(guī)律是一個重要特性.除了要知道顆粒尺寸的分布規(guī)律外,還要了解各顆粒所占表面積的分布規(guī)律和各顆粒重量的分布規(guī)律.燃料的篩分對鍋爐運行的影響較大,一旦鍋爐確定下來,其燃料篩分基本就確定下來.對于揮發(fā)分較高的煤,粒徑允許范圍較大,篩分較寬；對于揮發(fā)分較低的煤,其粒徑要求較小,篩分較窄.2．寬篩分顆粒分類1>C類顆粒.這類顆粒粒度很細(xì),一般都小于20μm,顆粒間相互作用力很大,很難流態(tài)化.2>A類顆粒.這類顆粒粒度比較細(xì).一般為20～90μm,通常很易流化.3>B類顆粒.這類顆粒具有中等粒度,粒度范圍為90～650μm,具有良好的流化性能.它在流體速度達(dá)到臨界流化速度后就會發(fā)生鼓泡現(xiàn)象.4>D類顆粒.這類顆粒粒度通常具有較大的粒度和密度,并且在流化狀態(tài)時顆粒混合性能較差.大多數(shù)循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)的床料和燃料均屬于D類顆粒.3.寬篩分顆粒流化時的動力特性1>小于流體密度的物體浮在床層表面,密度大于流體密度的物體會下沉.2>床層表面保持水平,形狀保持容器的形狀.3>在任一高度的靜壓近似等于在此高度以上單位床截面積內(nèi)固體顆粒的重量.4>床層內(nèi)顆?；旌狭己?加熱床層時所有床料溫度基本保持均勻.5>床層內(nèi)固體顆?？梢韵窳黧w一樣從底部或側(cè)面的孔中排出.6>幾個流化床底部連通后,床層高度自動保持同一水平高度.第二節(jié)循環(huán)流化床鍋爐的工作原理一、循環(huán)流化床鍋爐的典型工作條件循環(huán)流化床鍋爐的典型工作條件可歸納為表1-1.表1-1循環(huán)流化床鍋爐的工作條件項目數(shù)值項目數(shù)值床層溫度〔℃850～950床層壓降KPa6～12流化速度〔m/s4～8爐內(nèi)顆粒濃度〔kg/m3150～600〔爐膛底部床料粒度〔ηm100～7003～40〔爐膛上部床料密度〔kg/m31800～2600Ca/S摩爾比1.5～3燃料粒度〔mm0～13壁面?zhèn)鳠嵯禂?shù)[W/<m2·K>]130～250脫硫劑粒度〔mm0～2二、循環(huán)流化床鍋爐的基本構(gòu)成循環(huán)流化床鍋爐可分為兩個部分.第一部分由爐膛〔流化床燃燒室、氣固分離設(shè)備〔分離器、固體物料再循環(huán)設(shè)備〔返料裝置或稱返料器和外置換熱器〔有些循環(huán)流化床鍋爐沒有該設(shè)備等組成,上述部件形成了一個固體物料循環(huán)回路.第二部分為尾部對流煙道,布置有過熱器、再熱器、省煤器和空氣預(yù)熱器等,與常規(guī)火炬燃燒鍋爐相近.圖1-3為典型循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)的示意.燃料和脫硫劑由爐膛下部進火鍋爐,燃燒所需的一次風(fēng)和二次風(fēng)分別從爐膛的底部和側(cè)墻送入,燃料的燃燒主要在爐膛中完成.爐膛四周布置有水冷壁,用于吸收燃燒所產(chǎn)生的部分熱量.由氣流帶出爐膛的固體物料在分離器內(nèi)被分離和收集,通過返料裝置送回爐膛,煙氣則進入尾部煙道.圖1-3典型的循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)示意1．爐膛爐膛的燃燒以二次風(fēng)入口為界分為兩個區(qū).二次風(fēng)入口以下為大粒子還原氣氛燃燒區(qū)〔密相區(qū),二次風(fēng)入口以上為小粒子氧化氣氛燃燒區(qū)〔稀相區(qū).燃料的燃燒過程、脫硫過程、NOx和N2O的生成及分解過程主要在燃燒室內(nèi)完成.燃燒室內(nèi)布置有受熱面,它完成大約50％燃料釋熱量的傳遞過程.流化床燃燒室既是一個燃燒設(shè)備,也是一個熱交換器、脫硫、脫硝裝置,集流化過程、燃燒、傳熱與脫硫、脫硝反應(yīng)于一體.所以流化床燃燒室是流化床燃燒系統(tǒng)的主體.2．分離器循環(huán)流化床分離器是循環(huán)流化床燃燒系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一.它的形式?jīng)Q定了燃燒系統(tǒng)和鍋爐整體布置的形式和緊湊性,它的性能對燃燒室的空氣動力特性、傳熱特性、物料循環(huán)、燃燒效率、鍋爐出力和蒸汽參數(shù)、對石灰石的脫硫效率和利用率、對負(fù)荷的調(diào)節(jié)范圍和鍋爐啟動所需時間以及散熱損失和維修費用等均有重要影響.國內(nèi)外普遍采用的分離器有高溫耐火材料內(nèi)砌的絕熱旋風(fēng)分離器、水冷或汽冷旋風(fēng)分離器、各種形式的慣性分離器和方形分離器等.3．返料裝置返料裝置是循環(huán)流化床鍋爐的重要部件之一.它的正常運行對燃燒過程的可控性、鍋爐的負(fù)荷調(diào)節(jié)性能起決定性作用.返料裝置的作用是將高溫旋風(fēng)分離器分離下來的高溫灰,從分離器下部的低壓側(cè)〔一般為負(fù)壓輸送到燃燒室下部的高壓側(cè)〔正壓,分離器收集下來的物料送回流化床循環(huán)燃燒,并保證流化床內(nèi)的高溫?zé)煔獠唤?jīng)過返料裝置短路流入分離器.實現(xiàn)這種輸送的動力來自流化后的物料重力.因此,分離器與回料器之間的立管高度和料位高度對回送的實現(xiàn)非常重要.返料裝置既是一個物料回送器,也是一個鎖氣器.如果這兩個作用失常,物料的循環(huán)燃燒過程建立不起來,鍋爐的燃燒效率將大為降低,燃燒室內(nèi)的燃燒工況變差,鍋爐將達(dá)不到設(shè)計蒸發(fā)量.流化床燃燒系統(tǒng)中常用的返料裝置是非機械式的.通常采用的返料器主要有兩種類型：一種是自動調(diào)整型返料器,如流化密封返料器；另一種是閥型返料器,如"L"閥等.自動調(diào)整型返料器能隨鍋爐負(fù)荷的變化,自動改變返料量,不需調(diào)整返料風(fēng)量.閥型返料器要改變返料量則必須調(diào)整返料風(fēng)量,也就是說,隨鍋爐負(fù)荷的變化必須調(diào)整返料風(fēng)量.4．外置換熱器部分循環(huán)流化床鍋爐采用外置換熱器.外置換熱器的作用是,使分離下來的物料部分或全部〔取決于鍋爐的運行工況和蒸汽參數(shù)通過它,并將其冷卻到500℃外置換熱器的實質(zhì)是一個細(xì)粒子鼓泡流化床熱交換器,流化速度是0.3～0.45m/s,它具有傳熱系數(shù)高、磨損小的優(yōu)點.采用外置換熱器的優(yōu)點如下：可解決大型循環(huán)流化床鍋爐床內(nèi)受熱面布置不下的困難；為過熱蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度的調(diào)節(jié)提供了很好的手段；增加循環(huán)流化床鍋爐的負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍；增加同一臺鍋爐對燃料的適應(yīng)性；節(jié)約鍋爐受熱面的金屬消耗量.三、循環(huán)流化床內(nèi)煤的燃燒過程1．煤的加熱和干燥.煤粒送入循環(huán)流化床內(nèi)迅速受到高溫物料和煙氣的輻射而被加熱和干燥,加熱速率一般在100～1000℃/s的范圍內(nèi),即加熱時間僅有幾秒鐘.首先水分蒸發(fā),然后煤粒中的揮發(fā)分析出并燃燒、最后是焦炭的燃燒.其間伴隨著煤粒的破碎、磨損,而且揮發(fā)分析出燃燒過程與焦炭燃燒過程都有一定的重疊.煤粒在流化床中的燃燒過程如圖1-4循環(huán)流化床內(nèi)沿高度方向可以分為密相床層和稀相空間,密相床層運行在鼓泡床和紊流床狀態(tài).循環(huán)流化床內(nèi)絕大部分是惰性的灼熱床料,其中的可燃物只占很小的一部分.這些灼熱的床料成為煤顆粒的加熱源,在加熱過程中,所吸收的熱量只占床層總熱容量的千分之幾,而煤粒在l0s左右就可以燃燒〔顆粒平均直徑在0～8mm,所以對床溫的影響很小.2．循環(huán)流化床內(nèi)煤的燃料著火.流化床內(nèi)燃料著火的方式,固體質(zhì)點表面溫度起著關(guān)鍵作用,是產(chǎn)生著火的點灶熱源,這類固體近質(zhì)點可以是細(xì)煤粒,也可以是經(jīng)分離后的高溫灰?；蛘呤遣硷L(fēng)板上的床料.當(dāng)固體質(zhì)點表面溫度上升時,煤顆粒會出現(xiàn)迅猛著火.另外,顆粒直徑大小對著火也有很大的影響,對一定反應(yīng)能力的煤種,在一定的溫度水平之下,存在臨界的著火粒徑,小于這個顆粒直徑,因為散熱損失過大,燃料顆粒就不能著火,逸出爐膛.圖1-4燃燒燒過程圖3．循環(huán)流化床內(nèi)煤的破碎特性.煤在流化床內(nèi)的破碎特性是指煤粒在進入高溫流化床后粒度急劇減小的一種性質(zhì).但引起粒度減小的因素還有顆粒與劇烈運動的床層間磨損以及埋管受熱面的碰撞等.影響顆粒磨損的主要因素是顆粒表面的結(jié)構(gòu)特性、機械強度以及外部操作條件等.磨損的作用貫穿于整個燃燒過程.煤粒進入流化床內(nèi)時,受到熾熱床料的加熱,水分蒸發(fā),當(dāng)煤粒溫度達(dá)到熱解溫度時,煤粒發(fā)生脫揮發(fā)分反應(yīng),對于高揮發(fā)分的煤種,熱解期間將伴隨一個短時發(fā)生的擬塑性階段,顆粒內(nèi)部產(chǎn)生明顯的壓力梯度,一旦壓力超過一定值,已經(jīng)固化的顆粒表層可能會崩裂而形成破碎；對低揮發(fā)分煤種,塑性狀態(tài)雖不明顯,但顆粒內(nèi)部的熱解產(chǎn)物需克服致密的孔隙結(jié)構(gòu)都能從煤粒中逸出,因此顆粒內(nèi)部也會產(chǎn)生較高的壓力,另外,由于高溫顆粒群的擠壓,顆粒內(nèi)部溫度分布不均勻引起的熱應(yīng)力,這種熱應(yīng)力都會引起煤顆粒破碎.煤粒破碎后會形成大量的細(xì)小顆粒,特別是一些可揚析顆粒會影響鍋爐的燃燒效率.細(xì)煤粒一般會逃離旋風(fēng)分離器,成為不完全燃燒損失的主要部分.破碎分為一級破碎和二級破碎.一級破碎是由于揮發(fā)分逸出產(chǎn)生的壓力和孔隙網(wǎng)絡(luò)中揮發(fā)分壓力增加而引起的；二級破碎是由于作為顆粒的聯(lián)結(jié)體—形狀不規(guī)則的聯(lián)結(jié)"骨架"〔類似于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被燒斷而引起的破碎.煤的破碎發(fā)生的同時也會發(fā)生顆粒的膨脹,煤的結(jié)構(gòu)將發(fā)生很大的變化.一般破碎和膨脹受下列因素的影響：揮發(fā)分析出量；在揮發(fā)分析出時,碳水化合物形成的平均質(zhì)量；顆粒直徑；床溫；在煤結(jié)構(gòu)中有效的孔隙數(shù)量；母粒的孔隙結(jié)構(gòu)等.4．焦炭的燃盡.焦炭的燃燒過程通常是在揮發(fā)分的析出完成后開始的,有時這兩個過程也存在著一定的重疊.即在初期以揮發(fā)分的析出與燃燒為主,后期則以焦炭燃盡為主,至于二者的持續(xù)時間,則受煤種及運行工況的影響,很難確切劃分.一般認(rèn)為,煤中揮發(fā)分的析出時間約為1～10s,而揮發(fā)分的燃燒時間一般小于1s；而焦炭的燃盡時間比揮發(fā)分的燃燒時間大兩個數(shù)量級.也就是說焦炭的燃燒過程控制著煤粒在循環(huán)流化床內(nèi)的整個燃燒時間.在焦炭燃燒過程中,氣流中的氧先被傳遞到顆粒表面,然后在焦炭表面與碳發(fā)生氧化反上生成CO2和CO.焦炭是多孔顆粒,有大量不同尺寸和形狀的內(nèi)孔,這些內(nèi)孔面積要比焦炭外表面積大好幾個數(shù)量級.在有些情況下,氧通過擴散進入內(nèi)孔并與內(nèi)孔表面的碳產(chǎn)生氧化反應(yīng).在不同的燃燒工況,焦炭燃燒可在外表面或內(nèi)孔孔壁發(fā)生.燃燒工況由燃燒室的工作條件和焦炭特性所決定,具體可分為三種類型.1動力燃燒在動力燃燒中,化學(xué)反應(yīng)速率遠(yuǎn)低于擴散速率.無孔大顆粒焦炭在900℃左右燃燒以及多孔大顆粒焦炭在600℃以下燃燒可能屬于該工況.對于細(xì)顆粒多孔焦炭,如果傳質(zhì)速率很高,可能在〔1循環(huán)流化床鍋爐啟動過程,此時溫度低,化學(xué)反應(yīng)速率也低；〔2細(xì)顆粒燃燒,此時擴散阻力很小.2過渡燃燒在過渡燃燒中,反應(yīng)速率與內(nèi)部擴散速率相當(dāng).在此工況下,氧在焦炭中的透入深度有限,接近外表面處的小孔消耗掉大部分氧.這種燃燒工況常見于鼓池流化床和循環(huán)流化床某些區(qū)域中的中等粒度焦炭,此時微孔傳質(zhì)速率和化學(xué)反應(yīng)速率相當(dāng).3擴散燃燒在擴散燃燒中,傳質(zhì)速率遠(yuǎn)低于化學(xué)反應(yīng)速率.由于化學(xué)反應(yīng)速率很高,傳質(zhì)速率相對較慢的有限氧分在剛到達(dá)焦炭外表面就被化學(xué)反應(yīng)所消耗.這種工況常見于大顆粒焦炭,因為此時傳質(zhì)速率比化學(xué)反應(yīng)速率低.我國的循環(huán)流化床鍋爐和鼓泡流化床鍋爐所使用燃煤的粒徑大部分為0～13mm,在相同的床料粒度、床溫和氧濃度下,循環(huán)流化床的氣固傳輸速率比鼓泡流化床要高得多.隨著燃燒的進行,焦炭顆粒縮小,氣固傳輸速率增加,燃燒工況也從擴散燃燒移到過渡燃燒,最后到動力燃燒.四、循化流化床鍋爐的燃燒區(qū)域不同結(jié)構(gòu)形式的循環(huán)流化床鍋爐,其燃燒區(qū)域略有差別.對于帶高溫氣固分離器的循環(huán)流化床鍋爐,燃燒主要存在于三個不同的區(qū)域,即爐膛下部密相區(qū)〔二次風(fēng)口以下、爐膛上部稀相區(qū)〔二次風(fēng)口以上和高溫氣固分離器區(qū).采用中溫氣固分離器的循環(huán)流化床鍋爐只有爐膛上、下部兩個燃燒區(qū)域.循環(huán)流化床鍋爐的其他部分,例如立管、返料裝置等,對燃燒的貢獻(xiàn)很小,因而從燃燒的角度不再將其劃為燃燒區(qū)域.在爐膛下部的密相區(qū),充滿了灼熱的物料,是一個穩(wěn)定的著火熱源,也是一個貯存熱量的熱庫.新鮮的燃料以及從高溫分離器收集的未燃盡的焦炭被送入該區(qū)域.由一次風(fēng)將床料和加入的燃料流化.一次風(fēng)量約為燃料燃燒所需風(fēng)量的40％～80％,燃料中揮發(fā)分的析出和部分燃燒發(fā)生在該區(qū)域.當(dāng)鍋爐負(fù)荷增加時,增加一次風(fēng)與二次風(fēng)的比值,使得能夠輸送數(shù)量較大的高溫物料到爐膛的上部區(qū)域燃燒并參與熱量交換和質(zhì)量交換.當(dāng)鍋爐負(fù)荷低而不需要分級燃燒時,二次風(fēng)也可以停掉,以滿足負(fù)荷變化的要求.該區(qū)域內(nèi)通常處于還原性氣氛.在爐膛上部稀相區(qū),燃燒所需要的空氣都會流經(jīng)此處.被輸送到這里的焦炭和一部分揮發(fā)分以富氧狀態(tài)燃燒,大多數(shù)的燃燒反應(yīng)也都發(fā)生在這個區(qū)域.一般而言,上部區(qū)域比下部區(qū)域在高度上要大得多.焦炭顆粒在爐膛截面的中心區(qū)域向上運動,同時沿截面貼近爐墻向下移動,或者在中心區(qū)域隨顆粒團向下運動.這樣焦炭顆粒在被夾帶出爐膛之前已沿爐膛高度循環(huán)運動了多次,因而延長了焦炭顆粒在爐膛內(nèi)的停留時間,有利于焦炭顆粒的燃盡.在高溫氣固分離器區(qū),未燃盡的焦炭顆粒被夾帶出爐膛進入該區(qū)域.焦炭顆粒在此停留的時間較短,而且此處的氧濃度較低,因而焦炭在旋風(fēng)分離器中的燃燒份額很小.不過,一部分一氧化碳和揮發(fā)分常常在高溫旋風(fēng)分離器中燃燒,使其燃燒份額略有增加.按照燃燒模式可把循環(huán)流化床鍋爐中的焦炭分為以下三類,它們主要發(fā)生的燃燒區(qū)域也不完全相同.1．細(xì)顆粒焦炭燃燒細(xì)顆粒焦炭的粒徑一般小于50～100μm,其燃燒處于動力燃燒工況.在燃用寬篩分煤粒時,其中必然會存在一部分細(xì)顆粒；另外,粗顆粒煤在燃燒時經(jīng)過一級、二級破碎和磨耗也會產(chǎn)生一部分細(xì)顆粒焦炭.細(xì)顆粒焦炭的燃燒區(qū)域大部分在爐膛上部的稀相區(qū),也會有少量在高溫分離器內(nèi)燃燒.部分細(xì)顆粒由于隨顆粒團運動而被分離器捕集,其余部分則逃離分離器,形成鍋爐飛灰,是鍋爐末燃盡損失的主要部分.在實際的循環(huán)流化床鍋爐中,分離效率要比理論計算值高得多.這是因為在快速流化床內(nèi)進入旋風(fēng)分離器的氣固混合物中固體顆粒濃度比在其他常規(guī)旋風(fēng)分離器中要高得多,這樣細(xì)顆粒就容易以顆粒團的形式出現(xiàn),易于被捕集,使分離器的分離效率提高.在循環(huán)流化床鍋爐中,固體物料除了通過爐膛、旋風(fēng)分離器和再循環(huán)系統(tǒng)的外循環(huán)以外,也在爐膛內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)循環(huán).細(xì)顆粒焦炭在中心區(qū)域隨氣流向上運動,在形成顆粒團和顆粒團被上升氣流沖散的過程中,又在貼近爐墻區(qū)域向下運動,因此細(xì)顆粒焦炭在爐內(nèi)停留的時間取決于內(nèi)循環(huán)、爐膛高度和分離裝置的性能.為使細(xì)顆粒焦炭充分燃盡,其停留時間必須大于燃盡所需的時間.2．焦炭碎片燃燒焦炭碎片的典型尺寸為500～1000μm,燃燒通常處于過渡燃燒工況.它由一級破碎和二級破碎產(chǎn)生.焦炭碎片在爐內(nèi)的停留時間與平均床料的停留時間很接近.對于焦炭碎片,作為飛灰逃離分離器和由床層底部冷渣口排出爐膛的可能性不大,因此外循環(huán)倍率是影響焦炭碎片停留時間的主要因素.循環(huán)倍率提高,有利于焦炭碎片的燃盡.3．粗顆粒焦炭燃燒粗顆粒焦炭直徑大于1mm,其燃燒處于擴散燃燒或過渡燃燒工況.這些粗顆粒一部分在爐膛下部密相區(qū)燃燒,一部分被帶往爐膛上部稀相區(qū)繼續(xù)燃燒.被夾帶出爐膛的這些顆粒也很容易被分離器捕集后送回爐膛內(nèi)再燃,因而粗顆粒在爐內(nèi)的停留時間長,燃盡度高.粗顆粒一般從爐膛底部的冷渣口排出.粗顆粒爐渣的含碳量很低,由粗顆粒煤粒產(chǎn)生的固體未完全燃燒損失最小.五、循環(huán)流化床燃燒過程的特點圖1-5典型循環(huán)流化床鍋爐簡圖典型循環(huán)流化床鍋爐結(jié)構(gòu)一般如圖1-5所示,其基本流程為：煤和脫硫劑送入爐膛后,迅速被大量惰性高溫物料包圍,著火燃燒,同時進行脫硫反應(yīng),并在上升煙氣流的作用下向爐膛上部運動,對水冷壁、爐內(nèi)布置的屏式過熱器和翼形水冷壁等受熱面放熱.粗大粒子進入懸浮區(qū)域后在重力及外力作用下偏離主氣流,從而貼壁下流.氣固混合物離開爐膛后進入高溫旋風(fēng)分離器,大量固體顆?！裁毫?、脫硫劑被分離出來回送爐膛,進行循環(huán)燃燒.未被分離出來的細(xì)粒子隨煙氣進入尾部煙道,以加熱對流式過熱器、省煤器和空氣預(yù)熱器,經(jīng)除塵器,由引風(fēng)機通過煙囪排至大氣.1．低溫的動力控制燃燒．循環(huán)流化床燃燒是一種在爐內(nèi)使高速運動的煙氣與其所攜帶的湍流擾動極強的固體顆粒密切接觸,并具有大量顆粒返混的流態(tài)化燃燒反應(yīng)過程,同時,在爐外將絕大部分高溫的固體顆粒被捕集,并將它們送回爐內(nèi)再次參與燃燒過程,反復(fù)循環(huán)地進行燃燒,延長了燃料在爐膛內(nèi)燃燒的時間.大量高溫惰性物料的存在改善了燃燒條件.在這種燃燒方式下,既可以實現(xiàn)較高溫度燃燒,也可以實現(xiàn)中溫燃燒.由于添加了脫硫劑,爐內(nèi)溫度水平受脫硫最佳溫度的限制,一般為850～950℃左右.這樣的溫度遠(yuǎn)低于普通煤粉爐中的溫度水平,并低于一般煤的灰熔點,這就免去了灰熔化帶來的種種煩惱.這種"中溫燃燒"方式有許多優(yōu)點：爐內(nèi)結(jié)渣及堿金屬析出均比煤粉爐要改善很多；對灰特性的敏感性減低,也無須很大空間去使高溫灰冷卻下來；氮氧化物生成量低；可于爐內(nèi)組織廉價而高效的脫硫工藝等等.從燃燒反應(yīng)動力學(xué)角度看,循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)的燃燒反應(yīng)控制在動力燃燒區(qū)〔或過渡區(qū)內(nèi).由于循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)相對來說溫度不高,并有大量固體顆粒的強烈混合,這種情況下的燃燒速率主要取決于化學(xué)反應(yīng)速率,也就是決定于溫度水平,而物理因素不再是控制燃燒速率的主導(dǎo)因素.循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)燃料的燃盡度很高.通常,性能良好的循環(huán)流化床鍋爐燃燒效率可達(dá)98%~99%.2．高速度、高濃度、高通量的固體物料流態(tài)化循環(huán)過程從圖1-3中可以看出,循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)的固體物料〔包括燃料、殘?zhí)?、灰、脫硫劑和惰性床料等?jīng)歷了由爐膛、分離器和返料裝置所組成的外循環(huán),同時有快速流態(tài)化的特點,在爐膛內(nèi)固體物料存在內(nèi)循環(huán).因此,循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)的物料參與了外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種循環(huán)運動.整個燃燒過程以及脫硫過程都是在這兩種形式的循環(huán)運動的動態(tài)過程中逐步完成的.3．高強度的熱量、質(zhì)量和動量傳遞過程在循環(huán)流化床鍋爐中,大量的固體物料在強烈的湍流下通過爐膛,通過人為操作可改變物料循環(huán)量,并可改變爐內(nèi)物料的分布規(guī)律,以適應(yīng)不同的燃燒工況.在這種組織方式下,爐內(nèi)的熱量、質(zhì)量和動量傳遞過程是十分強烈的.這就使整個爐膛高度的溫度分布均勻.運行實踐也充分證實了這一點.物料分離系統(tǒng)是循環(huán)流化床鍋爐的結(jié)構(gòu)特征,它由高溫分離器、立管和回料裝置三部分組成組成.大量物料參加循環(huán)實現(xiàn)整個爐膛內(nèi)的控制燃燒過程,是循環(huán)流化床鍋爐區(qū)別于鼓泡流化床鍋爐的根本特點.后者的燃燒主要發(fā)生于床內(nèi),盡管一些鼓泡流化床鍋爐帶有飛灰復(fù)燃系統(tǒng),但由于灰量很小,床面之上的空間溫度仍然很低,不足以形成燃燒環(huán)境.快速流態(tài)化特點決定了循環(huán)流化床鍋爐燃燒必須有三個條件：〔1要保證流化床流態(tài)處于快速流化床區(qū)域附近范圍,并要保證一定的氣流速度,同時要保證物料粒徑處于適當(dāng)?shù)?、在該流速下能處于快速流化區(qū)域的粒度.〔2要有足夠的物料分離.〔3要有物料回送.各種燃燒方式的主要特性比較如表1-2所示.〔4在實際運行過程中,要準(zhǔn)備必要的物料補充和排出手段以維持物料的平衡.表1-2各種燃燒方式的主要特性比較燃燒方式固定床鼓泡流化床循環(huán)流化床懸浮燃燒顆粒平均直徑<mm><3000.03～3<80.02～0.08燃料燃燒區(qū)高度<m>0.21～215～4027～45過?？諝庀禂?shù)1.2～1.31.2～1.251.1～1.21.15～1.3燃燒區(qū)域風(fēng)速<m/s>1～30.5～33～1215～30床層與受熱面間的傳熱系數(shù)[W/<m2·K>]50～150200～500100～25050～100磨損小中中較小燃燒效率<%>97～99.985～9090～9699燃燒燒中心溫度<℃>1200850～950850～9501600煤的粒度<mm>6～326以下13以下0.1以下截面熱負(fù)荷<MW/m2>0.5～1.50.5～1.53.0～5.04.0～6.0脫硫效率<%>80～9080～90低氣體混合接近塞柱流復(fù)雜二相流彌散塞柱流接近塞柱流固體運動靜止上下運動大部分向上、部分向下向上空隙率0.4～0.50.5～0.850.85～0.990.98～0.998溫度梯度大很小小顯著NOx排放〔mg/m3400～600300～40050～200400～600六、循環(huán)流化床鍋爐的爐內(nèi)傳熱循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)的傳熱過程是與燃燒過程同時發(fā)生的.循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)的傳熱包括氣體與固體顆粒之間的傳熱、顆粒與顆粒之間的傳熱、整個氣固多相流與受熱面之間的傳熱、氣固多相流與入床氣流間的傳熱等.燃料在燃燒過程中所放出的熱量通過氣固多相流和受熱面之間的換熱而傳遞到管內(nèi)的工質(zhì)水,使之汽化產(chǎn)生蒸汽.在熱量的傳遞過程中,存在三種基本的傳熱方式,即熱傳導(dǎo)傳熱、對流傳熱和輻射傳熱.熱量通過緊貼水冷壁外表面向下流動的內(nèi)循環(huán)灰與水冷壁外表面的傳熱屬于熱傳導(dǎo)過程；靠近水冷壁外表面的高溫粒子和氣體對水冷壁外表面的熱量傳遞屬于輻射傳熱；而在水冷壁管的火側(cè)有高溫氣固混合流,水側(cè)有汽水混合物的兩相流動,伴隨著兩側(cè)流體流動發(fā)生的熱量從床層傳到管壁外表面和從管壁內(nèi)表面?zhèn)鞯狡旌衔锏膿Q熱過程則屬于對流傳熱.由于循環(huán)流化床內(nèi)存在著復(fù)雜的氣固兩相流動,加之鍋爐結(jié)構(gòu)布置的多樣化,使得循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)的傳熱問題變得比較復(fù)雜,目前對于循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)傳熱的機理尚不十分清楚.下面僅對爐內(nèi)床層和受熱面之間傳熱的特點及影響因素作一簡單介紹.1．爐內(nèi)傳熱的基本形式對于循環(huán)流化床鍋爐,爐內(nèi)傳熱主要有以下三種基本形式.圖1-6Pyroflow循環(huán)流化床鍋爐爐膛1顆粒對流換熱內(nèi)沿爐膛高度主導(dǎo)傳熱方式隨固體顆粒聚集成顆粒團是循環(huán)流化床的一個主要特征.〔1-ε的變化關(guān)系.每一顆粒團是由數(shù)量眾多的顆粒聚集而成的,顆粒團的溫度與床溫相同,這些顆粒團自成一運動主體.當(dāng)它們運動到受熱面附近時,與受熱面形成很大的溫差,這時熱量很快地從顆粒團經(jīng)過氣膜以熱傳導(dǎo)方式傳給受熱面,或者顆粒團直接碰撞受熱面把攜帶的熱量傳給受熱面.受熱面被間斷的顆粒團掃過而不是為連續(xù)的顆粒層所覆蓋.顆粒在運行一段距離后就會彌散或離開壁面,壁面處又會被新的顆粒團所取代.顆粒團停留在受熱面附近的時間愈長,顆粒團與受熱面間的溫差則愈小.反之,若顆粒團停留時間愈短,亦即顆粒團更新頻率愈高,則顆粒團與受熱面間的溫差愈大,熱量傳遞速率就愈高.在其他條件相同的情況下,顆粒尺寸減小,單位受熱面上接觸的顆粒數(shù)量越多,傳熱就越激烈.此外,當(dāng)床溫升高時,床層與受熱面之間的放熱系數(shù)增大.通常顆粒粒徑為40～000μm時,顆粒對流放熱是傳熱的主要方式.2氣體對流換熱固體顆粒與受熱面接觸發(fā)生熱傳導(dǎo)的同時,氣流也在顆粒與受熱面表面間進行對流換熱.一般情況下顆粒對流傳熱的份額要比氣體對流傳熱的份額大得多,但在循環(huán)流化床稀相區(qū)顆粒濃度極低的情況下氣體對流傳熱就變得重要起來.由于循環(huán)流化床中顆粒團以外的部分并非是沒有顆粒的,在上升氣流中還包含少量的顆粒,這些顆粒增加了氣體的擾動,使顆粒間氣流處于湍流前的過渡狀態(tài)或湍流狀態(tài),氣流的對流放熱非常顯著,因而在熱量傳遞過程中所占的比例大大增加.3輻射傳熱輻射傳熱也是循環(huán)流化床鍋爐中的主要傳熱方式.當(dāng)床溫高于530℃以后,輻射傳熱越來越重要,輻射傳熱的份額更大.當(dāng)粒子濃度減小時,由于顆粒對流傳熱的減小,輻射傳熱的份額也會增大.在循環(huán)流化床鍋爐的密相區(qū)顆粒濃度較高,對受熱面的輻射作用則相對減少,主導(dǎo)傳熱方式傳熱系數(shù)[W/<m2·K>]固體和氣體輻射57～141固體對流和輻射141～340固體對流340～454在循環(huán)流化床鍋爐中,沿爐膛高度方表1-3各主導(dǎo)傳熱方式的傳熱系數(shù)向,隨著爐內(nèi)兩相混合物的固氣比不同,不同區(qū)段的主導(dǎo)傳熱方式和傳熱系數(shù)均不相同.圖1-6為循環(huán)流化床鍋爐爐膛內(nèi)沿爐膛高度主導(dǎo)傳熱方式隨團體顆粒濃度的變化關(guān)系.由圖中可以看出,沿著爐膛高度方向隨著固體顆粒所占的份額〔1-ε的減小〔濃度降低,主導(dǎo)傳熱過程由爐膛下部的顆粒對流傳熱為主轉(zhuǎn)變?yōu)轭w粒對流傳熱和輻射傳熱為主,繼而轉(zhuǎn)變?yōu)闋t膛上部的顆粒和氣體的輻射傳熱為主,各部分的傳熱系數(shù)大小如表1-3所示.而對于沿爐膛高度方向上的某一截面,由于邊壁處顆粒濃度高于中心區(qū)域,所以床中心傳熱系數(shù)最小,而邊壁處較大.2．循環(huán)流化床鍋爐下部密相區(qū)與受熱面之間的傳熱循環(huán)流化床鍋爐下部密相區(qū)固體顆粒濃度較大,多屬湍流流化區(qū),流動狀態(tài)類似于鼓泡流化床的流化區(qū),其傳熱也類似于鼓泡流化床的傳熱.循環(huán)流化床密相區(qū)與受熱面之間的傳熱包括：氣體對流傳熱、顆粒對流傳熱和輻射傳熱.由于密相區(qū)顆粒濃度很大,氣體對流傳熱作用較小,對受熱面的輻射作用相對也較小,所以顆粒對流傳熱是循環(huán)流化床密相區(qū)與受熱面間傳熱的主要部分.對于密相區(qū)與受熱面之間的傳熱,許多學(xué)者提圖1-7顆粒團換熱模型出了不同的觀點,在此僅對大多數(shù)學(xué)者公認(rèn)的顆粒團理論進行簡要說明.顆粒團理論認(rèn)為,可以將流化床中的物料看成是由許多"顆粒團"組成的,傳熱熱阻來自貼近受熱面的顆粒團.顆粒團在氣泡作用下,在換熱壁面附近周期性地更替,流化床與壁面之間的傳熱速率依賴于這些顆粒團的放熱速率以及顆粒團與壁面的接觸頻率.圖1-7為顆粒團換熱模型.3．循環(huán)流化床鍋爐上部稀相區(qū)與受熱面之間的傳熱在循環(huán)流化床鍋爐上部的稀相區(qū),氣團懸浮體與受熱面之間的傳熱也包含了氣體對流傳熱、顆粒對流傳熱和輻射傳熱三種形式.在循環(huán)流化床上部稀相區(qū)極低顆粒濃度的情況下,氣體對流傳熱變得重要起來.另外在上升氣流中除顆粒團外還包含少量的分散顆粒,它們對受迫對流傳熱起重要的作用.顆粒團與分散顆粒交替地與壁面接觸進行傳熱,顆粒團與壁面間的傳熱熱阻包括與壁面的接觸熱阻和顆粒團本身的熱傳導(dǎo)熱阻兩部分.在稀相區(qū),由于顆粒濃度較小,顆粒對流傳熱下降,輻射傳熱份額變大.4．影響循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)傳熱的主要因素由前面的分析可知,床層與受熱面之間的傳熱機理十分復(fù)雜,各種因素對傳熱的影響又因三種不同的傳熱方式而有顯著的差別.下面討論主要的設(shè)計和運行參數(shù)對傳熱的影響.1顆粒濃度的影響在循環(huán)流化床內(nèi)所發(fā)生的傳熱強烈地受到床內(nèi)物料顆粒濃度的影響.爐內(nèi)傳熱系數(shù)隨著床內(nèi)物料顆粒濃度的增加而增大,這是因為爐內(nèi)熱量向受熱面的傳遞是由四周沿壁面向下流動的固體顆粒團和中部向上流動的含有分散固體顆粒的氣流來完成的,由顆粒團向壁面的導(dǎo)熱比起由分散相的對流換熱要高得多.較密的床層有較大份額的壁面被這些顆粒團所覆蓋,受熱面在密的床層會比在稀的床層受到更多的來自物料顆粒的熱交換.圖1-8反映了截面平均顆粒濃度對傳熱系數(shù)的影響.由圖可以看出,顆粒濃度對爐內(nèi)傳熱系數(shù)的影響是比較顯著的.這是因為固體顆粒的熱容要比氣體大得多,在傳熱過程中起著重要的作用.圖1-8顆粒濃度對傳熱系數(shù)的影響2流化速度的影響隨著流化速度的增加,鼓泡床轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鞔?再轉(zhuǎn)變成快速床,而床層和換熱表面間的傳熱系數(shù)在開始時隨著流化速度的增加而增加,在達(dá)到一個最大值以后,再增加流化速度,對小顆粒床傳熱系數(shù)會減小,而對于大顆粒床傳熱系數(shù)基本保持不變.對于循環(huán)流化床,流化速度對傳熱沒有明顯的直接影響.在一定的物料濃度下,不同的流化速度對傳熱系數(shù)的影響很小.這是因為,當(dāng)流化速度增大時,若保持固體顆粒的循環(huán)量不變,床層內(nèi)的顆粒濃度就會減小,從而造成傳熱系數(shù)的下降；而與此同時,由于流化速度的增加又會引起傳熱系數(shù)的上升.這兩個相反趨勢共同作用,使得當(dāng)床層粒子濃度一定時傳熱系數(shù)在不同流化速度下變化很小.3床層溫度的影響在較高的床層溫度下,氣體和顆粒的熱阻力減小,氣體的熱傳導(dǎo)系數(shù)和輻射傳熱都會增大,其綜合作用如圖1-9所示.由圖中可以看出,在相對高的粒子濃度〔20kg/m3時,傳熱系數(shù)隨溫度的升高線性增加.而在爐膛上部由于輻射傳熱起主要作用則情況不同.4循環(huán)倍率的影響循環(huán)倍率對爐內(nèi)傳熱的影響,實質(zhì)上是顆粒濃度對爐內(nèi)傳熱系數(shù)的影響.循環(huán)倍率增大,即返送回爐內(nèi)床層的物料增多,爐內(nèi)物料量加大,而風(fēng)速不變,顆粒在床內(nèi)的停留時間基本保持不變,因而床內(nèi)物料的顆粒濃度增加,傳熱系數(shù)增大.因此,循環(huán)倍率越圖1-9床溫對傳熱系數(shù)的影響大,爐內(nèi)傳熱系數(shù)也愈大,反之亦然.5顆粒尺寸的影響在鼓泡流化床中小顆粒的傳熱系數(shù)要比大顆粒的傳熱系數(shù)大,但是在循環(huán)流化床中顆粒尺寸對傳熱系數(shù)的影響并不非常明顯.運行結(jié)果表明,在具有水冷壁的商業(yè)應(yīng)用循環(huán)流化床鍋爐中顆粒尺寸對傳熱系數(shù)無明顯的直接影響.但是在寬篩分的循環(huán)流化床鍋爐中,如果細(xì)顆粒所占的份額增多,則會有較多的顆粒被攜帶到床層的上部,增加了截面顆粒濃度,從而間接地加強了傳熱.6肋片對傳熱的強化在循環(huán)流化床鍋爐中可通過采用肋片來加強壁面換熱.肋片的形式可以是焊接于管子表面的豎直金屬條,也可以是針肋,統(tǒng)稱為擴展表面；而焊接到相鄰管子之間的金屬片與管子一起構(gòu)成膜式冷水壁,這種肋片稱為側(cè)向肋.膜式水冷壁構(gòu)成了鍋爐包覆面,而側(cè)向肋也增加了壁面的吸熱,但側(cè)向肋僅有一個面從爐膛吸收熱量,另一面沒有得到利用.在管子頂部焊接的擴展助片則可使兩面都得到利用.另外與側(cè)向肋不同的是,擴展助片可以相對方便地增加或移去,從而可對鍋爐內(nèi)的換熱面積進行細(xì)調(diào).7懸掛受熱面的傳熱對于大容量鍋爐,在鍋爐壁面不能布置足夠的受熱面時,就需要使用流化床外部熱交換器或在爐內(nèi)懸掛受熱面.國內(nèi)不少循環(huán)流化床鍋爐在爐內(nèi)應(yīng)用懸掛受熱面,它們或者集中在爐子的一邊〔管屏,或者水平布置在爐子中部〔Ω管.不少研究者在試驗臺上測量了室溫下傳熱系數(shù)的橫向分布,發(fā)現(xiàn)越靠近壁面處傳熱系數(shù)越大,這與局部顆粒濃度的變化是一致的.但是在高溫爐膛中,情況就會發(fā)生改變.在離開壁面的地方,顆粒的對流傳熱雖然是低的,但由于在爐子中心的角系數(shù)最大,輻射傳熱作用大大增強,因而總傳熱系數(shù)在離開壁面處稍高于或大致等于壁面處的傳熱系數(shù),在顆粒濃度較低時尤其是這樣.但在高顆粒濃度時則會由于顆粒對流的增強,其變化情況正相反.七、循環(huán)流化床的脫硫與氮氧化物的排放控制.SO2是一種嚴(yán)重危害大氣環(huán)境的污染物,SO2與水蒸氣進行化學(xué)反應(yīng)形成硫酸,和雨水一起降至地面即為酸雨.NOx包括NO、NO2、NO3三種,其中NO是導(dǎo)致酸雨的主要原因之一,同時它還參加光化學(xué)作用,形成光化學(xué)煙霧,還造成了臭氧層的破壞.煤加熱至400℃時開始首先分解為H2S,然后逐漸氧化為SO2FeS2＋2H2-→2H2S＋FeH2S＋O2→H2O＋SO2對SO2形成影響最大的因素是床溫和過量空氣系數(shù),床溫升高、過量空氣系數(shù)降低則SO2越高.循環(huán)流床燃燒過程中最常用的脫硫劑就是石灰石,當(dāng)床溫超過其煅燒溫度時,發(fā)生煅燒分解反應(yīng),即CaCO3→CaO＋CO2此時吸熱183kJ/mol,接著發(fā)生脫硫反應(yīng)方程,即CaO＋SO2＋1/2O2→CaSO4影響循環(huán)流化床脫硫效率的各種因素：<1>Ca/S摩爾比的影響.Ca/S摩爾比是影響脫硫效率的首要因素,脫硫效率在Ca/S低于2.5時增加很快,而繼續(xù)增大氣固多相流比或脫硫劑量時,脫硫效率增加得較少.循環(huán)流化床運行時Ca/S摩爾比一般在1.5～2.5之間.<2>床溫的影響.床溫的影響主要在于改變了脫硫劑的反應(yīng)速度、固體產(chǎn)物分布及空隙堵塞特性,從而影響脫硫率和脫硫劑利用率.床溫在900℃<3>粒度的影響.采用較小的脫硫劑粒度時,循環(huán)流化床脫硫效果較好.<4>氧濃度的影響.脫硫與氧濃度關(guān)系不大,而提高過量空氣系數(shù)時脫硫效率總是提高的.<5>床內(nèi)風(fēng)速的影響.對一定的顆粒粒度,增加風(fēng)速會使脫硫效率降低.<6>循環(huán)倍率的影響.循環(huán)倍率越高,脫硫效率越高.<7>SO2在爐膛停留時間的影響.脫硫時間越長對脫硫效率來說越不利,應(yīng)該保證段SO2在床內(nèi)停留時間不少于2～4s.<8>負(fù)荷變化的影響.當(dāng)循環(huán)流化床負(fù)荷變化在相當(dāng)大的范圍內(nèi)時,脫硫效率基本恒定或略有升降.<9>其他因素的影響.床壓的影響：增加壓力可以改善脫硫效率,并且能夠提高硫酸鹽化反應(yīng)速度.煤種的影響：灰分對脫硫效率并無不利影響.<10>給料方式的影響.石灰石與煤同點給入時脫硫效率最高.雖然循環(huán)流化床的脫硫效果很好,但在床溫達(dá)到850℃,即脫硫效率最高的溫度時,NOx的生成量卻最大,對環(huán)境造成極大的破壞,所以一定要把床溫控制在850～950℃八、循環(huán)流化床鍋爐的運行調(diào)節(jié)鍋爐設(shè)備運行的目的就是生產(chǎn)合格的蒸汽,然而在其生產(chǎn)過程中,反映運行工況的各狀態(tài)參數(shù)會因一些外部或內(nèi)部因素的變化而發(fā)生變化.為了保證鍋爐運行的各狀態(tài)參數(shù)能在其安全、經(jīng)濟的范圍內(nèi)波動,就需要通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)來滿足.循環(huán)流化床鍋爐的廣泛應(yīng)用為我們提供了豐富的經(jīng)驗和有關(guān)運行調(diào)節(jié)的參考依據(jù).下面就循環(huán)流化床鍋爐運行的性能指標(biāo)和燃燒、負(fù)荷調(diào)節(jié)作一介紹.1．典型循環(huán)流化床鍋爐的性能與運行指標(biāo)自從20世紀(jì)70年代Lurgi公司首次申請循環(huán)流化床鍋爐專利以來,目前世界上已出現(xiàn)眾多循環(huán)流化床流派和風(fēng)格,典型循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計參數(shù)如表1-4所示.表1-4幾臺典型性的循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計參數(shù)項目單位DuisbergRomerbruckeNucla燃燒熱功率MW226120發(fā)電功率MW66.4～95.840110蒸汽發(fā)生量t/h270150420主蒸作參數(shù)MPa/℃14.5/53511.4/53510.5/540再熱蒸汽量t/h230再熱蒸汽參數(shù)MPa/℃3.0/320/535熱風(fēng)溫度℃175200給水溫度℃235164排煙溫度℃130140床溫℃850～900約850788一940燃料及發(fā)熱量kJ/kg煙煤23000～30150煙煤17500～22000煙煤15000～27000過量空氣系數(shù)1.2～1.31.21.2鍋爐熱效率％88.3表1-5國外典型循環(huán)流化床鍋爐運行指標(biāo)項目單位數(shù)值項目單位數(shù)值燃燒效率%96～99.5分離器阻力Pa＜2000鍋爐效率%88～92布袋除塵器壽命a2脫硫效率%90<Ca/S=1.5～2.5>固氟率%90廠用電率%8～10HCI排放mg/m3100最低負(fù)荷%25～30CO排放mg/m3120～200負(fù)荷變化速率%/min5SO2排放mg/m3200～250冷態(tài)啟動時間h8～10Nox排放mg/m3100～200熱態(tài)啟動時間h1～2N20排放mg/m350～100分離效率%90.0～99.7粉塵排放mg/m350表1-6幾種循環(huán)流化床鍋爐的運行參數(shù)項目單位Lurgi型Circofluid型Pyroflow型MSFB型密相區(qū)流化風(fēng)速m/s5～8.53.5～5.55～86～9懸浮段最大煙氣流速m/s8～105～688爐膛出口過量空氣系數(shù)-1.15～1.21.2～1.251.21.2一次風(fēng)/二次風(fēng)%40/6060/4070/3040/60循環(huán)倍率4010～2040～12035～40分離器入口灰濃度kg/m310～12210～255～7爐膛煙氣停留時間s≥45≥4≥3密相區(qū)燃燒份額%60～65燃料粒度mm0～60～100～100～50石灰石粒度mm0.1～0.50～20～20～2一次風(fēng)壓頭Pa18000～3000015000～1900013000～20000壓力控制點分離器出口布風(fēng)板上2m給煤點下壓力控制點壓力Pa06000～8000-700～-1000近年來循環(huán)流化床鍋爐在實際中得到不斷完善、發(fā)展.隨著其參數(shù)的提高、容量的增大、運行臺數(shù)的增多,鍋爐的運行指標(biāo)不斷提高,表1-5是當(dāng)今國外典型循環(huán)流化床鍋爐所具有的較為先進的運行指標(biāo).為了達(dá)到先進的運行指標(biāo),各開發(fā)機構(gòu)與制造廠家采取了不同的技術(shù)路線,從而確定了不同的鍋爐運行參數(shù),表1-6是四種循環(huán)流化床鍋爐的運行參數(shù)對照.可見不同的鍋爐在運行參數(shù)的選取上各具特色.另需注意的是某些參數(shù)隨著循環(huán)流化床鍋爐的發(fā)展也在不斷變化,并不是一成不變的數(shù)值.2．主要運行參數(shù)的調(diào)節(jié)循環(huán)流化床鍋爐運行參數(shù)的調(diào)節(jié)主要包括汽壓、汽溫、給水流量及燃燒調(diào)節(jié)和負(fù)荷調(diào)節(jié)等幾個方面.1蒸汽壓力的變化與調(diào)節(jié)蒸汽壓力是鍋爐安全和經(jīng)濟運行的最重要指標(biāo)之一.一般規(guī)定過熱蒸汽的工作壓力與額定值的偏差不得超過±〔0.05～0.1Mpa.當(dāng)出現(xiàn)外部或內(nèi)部擾動時,汽壓發(fā)生變動.如汽壓變化速度過大,不僅使蒸汽質(zhì)量不合格,還會使水循環(huán)惡化,影響鍋爐安全及經(jīng)濟運行.汽壓的穩(wěn)定與否決定于鍋爐蒸發(fā)設(shè)備輸入和輸出能量之間是否平衡,輸入能量大于輸出能量時,蒸發(fā)設(shè)備內(nèi)部能量增多,汽壓上升；反之,汽壓下降.蒸發(fā)設(shè)備輸入能量包括水冷壁吸熱量、汽包進水熱量；輸出能量主要是蒸汽熱量,其他還有連續(xù)排污、定期排污等.影響汽壓速度變化的因素有兩個,一是鍋爐蒸發(fā)區(qū)蓄熱能力的大小,二是引起壓力變化不平衡趨勢的大小.蒸發(fā)區(qū)的蓄熱能力愈大,則發(fā)生擾動時蒸汽壓力的變動速度就愈??；引起壓力變化的不平衡勢愈大,壓力變動的速度也愈大.蒸汽壓力的調(diào)節(jié)是通過燃燒調(diào)節(jié)來實現(xiàn)的,當(dāng)蒸汽壓力升高時,應(yīng)減弱燃燒；當(dāng)蒸汽壓力降低時,應(yīng)加強燃燒.2燃燒調(diào)節(jié)由于燃燒方式的不同,循環(huán)流化床鍋爐的燃燒調(diào)節(jié)方法與煤粉爐和火床爐有著很大差別.循環(huán)流化床鍋爐的燃燒調(diào)節(jié),主要是通過對給煤量、返料量、一次風(fēng)量、一二次風(fēng)分配、床溫和床高<床壓>等的控制和調(diào)節(jié),來保證鍋爐穩(wěn)定、連續(xù)運行以及脫硫脫硝.〔1給煤量調(diào)節(jié)當(dāng)燃煤性質(zhì)一定時,給煤量總是與一定的鍋爐負(fù)荷相適應(yīng),當(dāng)鍋爐負(fù)荷發(fā)生變化時,給煤量也要成比例發(fā)生變化.再者運行中若煤質(zhì)發(fā)生變化,給煤量也要發(fā)生相應(yīng)的變化.改變給煤量和改變風(fēng)量應(yīng)同時進行.一般,在增加負(fù)荷時,通常是先加風(fēng),后加煤；而在減小負(fù)荷時,應(yīng)先減煤,后減風(fēng),以減少燃燒損失.〔2風(fēng)量調(diào)節(jié)對于循環(huán)流化床鍋爐的風(fēng)量調(diào)節(jié),不僅包括一次風(fēng)量的調(diào)節(jié)、二次風(fēng)量的調(diào)節(jié),有時還包括二次風(fēng)上下段、以及播煤風(fēng)和回料風(fēng)的調(diào)節(jié)與分配等.A．一次風(fēng)量的調(diào)節(jié)一次風(fēng)的主要作用是保證物料處于良好的流化狀態(tài),同時為燃料燃燒提供部分氧氣.基于這一點,一次風(fēng)量不能低于運行中所需的最低風(fēng)量.實踐表明,對于粒徑為0～10mm的煤粒,所需的最低截面風(fēng)量約為1800〔m3/h／m2.風(fēng)量過低,燃料不能正常流化,影響鍋爐負(fù)荷,還可能造成結(jié)焦；風(fēng)量過大,不僅會影響脫硫,而且爐膛下部難以形成穩(wěn)定燃燒的密相區(qū),對于鼓泡流化床鍋爐還會造成大量的飛灰損失；對于循環(huán)流化床鍋爐,大風(fēng)量增大了不必要的循環(huán)倍率,使受熱面磨損加劇,風(fēng)機電耗增大.因此,無論在額定負(fù)荷還是在最低負(fù)荷,都要嚴(yán)格控制一次風(fēng)量使其保持在良好的流化風(fēng)量范圍內(nèi).一次風(fēng)量的調(diào)節(jié)對床溫會產(chǎn)生很大影響,給煤量一定時一次風(fēng)量增大,床溫將會下降；反之床溫將上升.因此調(diào)整一次風(fēng)量時,必須注意床溫的變化,應(yīng)使其保持在要求的范圍之內(nèi).通常在運行中,通過監(jiān)視一次風(fēng)量的變化,可以判斷一些異?，F(xiàn)象.如：風(fēng)門未動、送風(fēng)量自行減小,說明爐內(nèi)物料增多,可能是物料返回量增加的結(jié)果；如果風(fēng)門不動、風(fēng)量自動增大,表明物料層變薄,阻力降低,原因可能是煤種變化,含灰量減少；或料層局部結(jié)渣,風(fēng)從料層較薄處通過；也可能是物料回送系統(tǒng)回料量減少等.因此,要密切關(guān)注一次風(fēng)的變化,當(dāng)一次風(fēng)量出現(xiàn)自行變化時,要及時查明原因、進行調(diào)節(jié).B.一、二次風(fēng)量的配比與調(diào)節(jié)燃燒中所需要的空氣常分成一次風(fēng)和二次風(fēng),它們從不同位置分別送入流化床燃燒室,這被稱做分段送風(fēng).分段送風(fēng)不僅可以在密相區(qū)內(nèi)造成缺氧燃燒形成還原性氣氛,大大降低熱力型NOx的生成；還可控制燃料型NOx的生成.另外一次風(fēng)比〔一次風(fēng)占總風(fēng)量的份額直接決定著密相區(qū)的燃燒份額.在同樣的條件下,一次風(fēng)比大,必然導(dǎo)致高的密相區(qū)燃燒份額,此時就要求有較多的低溫循環(huán)物料返回密相區(qū),帶走燃燒釋放的熱量,以維持密相區(qū)溫度.如果循環(huán)物料量不足,必然會導(dǎo)致床溫過高,無法多加煤,負(fù)荷帶不上去.根據(jù)煤種不同,一般一次風(fēng)量占總風(fēng)量的60%～40%,二次風(fēng)量占40%～60％.播煤風(fēng)及回料風(fēng)約占5%左右.通常,二次風(fēng)一般在密相床的上部噴入爐膛,一是補充燃燒所需要的空氣；二是起到擾動作用,加強氣、固兩相混合；三是改變爐內(nèi)物料的濃度分布.二次風(fēng)口的位置很重要,如設(shè)置在密相區(qū)上部過渡區(qū)灰濃度較大的地方,就可將較多的碳粒和物料吹入上部空間,增大爐膛上部的燃燒份額和物料濃度.一、二次風(fēng)的配比,對流化床鍋爐的運行非常重要.鍋爐啟動時,先不啟動二次風(fēng),燃燒所需的空氣由一次風(fēng)供給.實際運行時,當(dāng)負(fù)荷在正常運行變化范圍內(nèi)下降時,一次風(fēng)按比例下降,當(dāng)降至臨界流化流量時,一次風(fēng)量基本保持不變,再降低二次風(fēng).這時循環(huán)流化床鍋爐進入鼓泡床鍋爐的運行狀態(tài).一般,運行中的一次風(fēng)量主要根據(jù)料層溫度來調(diào)整,料層溫度高時應(yīng)增加一次風(fēng)量,反之,應(yīng)減少.但一次風(fēng)量在任何情況下,不能低于臨界流化風(fēng)量,否則,易發(fā)生結(jié)焦；二次風(fēng)量主要根據(jù)煙氣的含氧量來調(diào)整,氧量低說明爐內(nèi)缺氧,應(yīng)增加二次風(fēng)量,反之則應(yīng)減少二次風(fēng)量,一般二次風(fēng)調(diào)整中的參考依據(jù)是控制過熱器后煙氣含氧量在3％～5%之間.如果二次風(fēng)分段送入,第一段的風(fēng)量必須保證下部形成一個亞化學(xué)當(dāng)量的燃燒區(qū)〔過?？諝庀禂?shù)小于1.0,以便控制NOx的生成量,降低NOx的排放.C.播煤風(fēng)和回料風(fēng)調(diào)節(jié)播煤風(fēng)和回料風(fēng)是根據(jù)給煤量和回料量的大小來調(diào)節(jié)的.負(fù)荷增加,給煤量和回料量必須增加,播煤風(fēng)和回料風(fēng)也相應(yīng)增加.因此,播煤風(fēng)和回料風(fēng)是隨負(fù)荷增加而增大的.這樣,只要設(shè)計合理,在實際運行中可根據(jù)給煤量和回料量的大小來做相應(yīng)調(diào)整.〔3料層高度的調(diào)節(jié)維持相對穩(wěn)定的床高或爐膛壓降是循環(huán)流化床鍋爐運行中十分必要的,通常把循環(huán)流化床中某處作為壓力控制點,監(jiān)測此處壓力,并用料層壓降來反應(yīng)料層高度的大小.有時料層高度也會用爐床布風(fēng)板下的風(fēng)室靜壓表來反映.冷態(tài)試驗時,風(fēng)室靜壓力是布風(fēng)板阻力和料層阻力之和.由于布風(fēng)板阻力相對較小,所以運行中利用風(fēng)室靜壓力可大致估計出料層阻力,也就是說,根據(jù)靜壓力的變化情況,可以了解運行中沸騰料層的高低與流化質(zhì)量的好壞.風(fēng)室靜壓增大,說明料層增厚；風(fēng)室靜壓降低,說明料層減薄.良好的流化燃燒狀態(tài)下,壓力表指針擺動幅度較小且頻率高；如果指針變化緩慢且擺動幅度加大,說明流化質(zhì)量較差,這時應(yīng)進行合理的調(diào)整.鍋爐運行中,床層過高或過低都會影響流化質(zhì)量,甚至引起結(jié)焦.放底渣是常用的穩(wěn)定床高的方法,在連續(xù)放底渣的情況下,放渣速度是由給煤速度、燃料灰分和底渣份額確定的,并與排渣機構(gòu)或冷渣器本身的工作條件相協(xié)調(diào).在定期放渣時,通常的做法是設(shè)定床層壓降值或用控制點壓力的上限作為開始放底渣的基準(zhǔn),而設(shè)定的壓降或壓力下限則作為停止放渣的基準(zhǔn).這一原則對連續(xù)排渣也是適用的.如果流化狀態(tài)惡化,大渣沉積將很快在密相區(qū)底部形成低溫層,故監(jiān)測密相區(qū)各點溫度可以作為放渣的輔助判斷手段.風(fēng)機風(fēng)門開度一定時,隨著床高或床層阻力的增加,進入床層的風(fēng)量將減小,故放渣一段時間后風(fēng)量會自動有所增加.〔4爐膛差壓的調(diào)節(jié)燃燒室上部區(qū)域與爐膛出口之間的壓力差被稱為爐膛差壓,它是一個反映爐膛內(nèi)循環(huán)物料濃度量大小的參數(shù).爐內(nèi)循環(huán)物料越多,爐膛差壓越大,反之越小.爐內(nèi)循環(huán)物料的上下湍動,使?fàn)t膛內(nèi)傳熱不僅有對流和輻射傳熱而且還有循環(huán)物料與水冷壁之間的熱傳導(dǎo),這就大大提高了爐內(nèi)的傳熱系數(shù),此爐膛差壓越大,爐內(nèi)傳熱系數(shù)越高,鍋爐負(fù)荷也越高,反之亦然.一般情況下,爐膛差壓應(yīng)控制在0.3～6.0kPa之間.在運行中應(yīng)根據(jù)不同負(fù)荷保持不同的爐膛差壓.差壓太大時應(yīng)從返料裝置的放灰管中放掉部分循環(huán)物料.此外,爐膛差壓還是一個反映返料裝置工作是否正常的參數(shù),當(dāng)返料裝置堵塞,返料停止后,爐膛差壓會突然降低,甚至為零,因此運行中需特別注意.〔5床層溫度的調(diào)節(jié)維持正常床溫是循環(huán)流化床鍋爐穩(wěn)定運行的關(guān)鍵.一般來說,床溫是通過布置在密相區(qū)和爐膛各處的熱電偶來監(jiān)測的.目前國內(nèi)外研制和生產(chǎn)的循環(huán)流化床鍋爐,密相床溫度大都選在800～1000℃范圍內(nèi),溫度太高,不利于燃燒脫硫,另當(dāng)床溫超過灰的變形溫度時就可能產(chǎn)生高溫結(jié)焦；溫度過低,對煤粒著火和燃燒不利.若在安全運行允許的范圍內(nèi)一般應(yīng)盡量保持床溫高些,燃燒無煙煤時床溫可控制在900～1000℃；當(dāng)燃用較易燃燒的煙煤時,床溫可控制在850～950℃范圍內(nèi).對于采用石灰石進行爐內(nèi)脫硫的鍋爐,床溫最好控制在830～930℃范圍內(nèi).選用這一床溫主要基于該床溫是常用石灰石脫硫劑的最佳反應(yīng)溫度,同樣條件下能取得更高的脫硫效率.影響爐內(nèi)溫度變化的原因是多方面的.如負(fù)荷變化時,風(fēng)、煤未能很好地及時配合；給煤量不均或煤質(zhì)變化；物料返回量過大或過??；一、二次風(fēng)配比不當(dāng)；過多過快地排放冷渣等.綜合這些因素主要是由風(fēng)、煤、物料循環(huán)量的變化引起的.在正常運行中,如果鍋爐負(fù)荷沒有增減,而爐內(nèi)溫度發(fā)生了變化,就說明煤量、煤質(zhì)、風(fēng)量或循環(huán)物料量發(fā)生了變化.當(dāng)床溫波動時,應(yīng)首先確認(rèn)給煤速度是否均勻,然后再判斷給煤量的多少.給煤過多或過少、二風(fēng)量過小或過大都會使燃燒惡化,床溫降低；而在正常范圍內(nèi),當(dāng)負(fù)荷上升時,同時增加投煤量和風(fēng)量會使床溫水平有所升高.風(fēng)量一般比較好控制,但給煤量和煤質(zhì)〔特別是混合煤不易控制.運行中要隨時監(jiān)視爐內(nèi)溫度的變化,可通過及時調(diào)整風(fēng)量來保證床溫.循環(huán)流化床鍋爐的燃燒室熱慣性很大,在爐內(nèi)溫度的調(diào)整上,往往采用"前期調(diào)節(jié)法"、"沖量調(diào)節(jié)法"或"減量給煤法".所謂前期調(diào)節(jié)法,就是當(dāng)爐溫、汽壓稍有變化時,就要及時地根據(jù)負(fù)荷變化趨勢小幅度調(diào)節(jié)燃料量；不要等爐溫、汽壓變化較大時才開始調(diào)節(jié),否則將難以保證穩(wěn)定運行,床溫會出一現(xiàn)更大的波動.沖量調(diào)節(jié)法是指當(dāng)爐溫下降時,立即加大給煤量.加大的幅度是爐溫未變化時的1～2倍,同時減小一次風(fēng)量,增大二次風(fēng)量,維持1～2min后,然后恢復(fù)原給煤量.如果在上述操作2～3min時間內(nèi)爐溫沒有上升,可將上述過程再重復(fù)一次,確保爐溫上升.減量給煤法就是爐溫上升時,不要中斷給煤量,且把給煤量減到比正常時值低得多的水平,同時增加一次風(fēng)量,減少二次風(fēng)量,維持2～3min,觀察爐溫,如果溫度停止上升,就要把給煤量恢復(fù)到正常值,不要等爐溫下降時再增加給煤量,因煤燃燒有一定的延時時間.對于采用中溫分離器或飛灰再循環(huán)系統(tǒng)的鍋爐,用調(diào)節(jié)返回物料量和飛灰量的多少來控制床溫是最簡單有效的方法.因為中溫分離器捕捉到的物料溫度和飛來再循環(huán)系統(tǒng)返回的飛灰溫度都很低,當(dāng)爐溫突升時,增大進入爐床的循環(huán)物料量或飛灰再循環(huán)量,可迅速抑制床溫的上升.但這樣會改變爐內(nèi)的物料濃度,從而對爐內(nèi)的燃燒和傳熱產(chǎn)生一定的影響,所以在額定負(fù)荷下,一般是通過改變給煤量和風(fēng)量來調(diào)節(jié)床溫的,盡可能不采用改變返料量的方法.有的鍋爐采用冷渣減溫系統(tǒng)來控制床溫.其做法是利用鍋爐排出的廢渣,經(jīng)冷卻至常溫干燥后,再由給煤設(shè)備送入爐內(nèi)降溫.因該系統(tǒng)的降溫介質(zhì)與床料相同,又是向爐床上直接給入的,冷渣與床溫的溫差很大,故降溫效果良好而且穩(wěn)定.應(yīng)該注意的是該方案需經(jīng)鍋爐給煤設(shè)備送入床內(nèi),故有一定的時間滯后.對于有外置式換熱器的鍋爐,也可通過外置式換熱器調(diào)節(jié)床溫；對于設(shè)置煙氣再循環(huán)系統(tǒng)的鍋爐,還可采用再循環(huán)煙氣量對床溫進行調(diào)節(jié).3負(fù)荷調(diào)節(jié)循環(huán)流化床鍋爐的變負(fù)荷運行能力比煤粉爐要大得多,所以其負(fù)荷調(diào)節(jié)靈敏度較好.在調(diào)峰電站和供熱負(fù)荷變化較大的中小型熱電站,循環(huán)流化床鍋爐有很好的應(yīng)用前景.循環(huán)流化床鍋爐的負(fù)荷變化范圍和變化速度因爐型、燃料種類、性質(zhì)的不同而不同.一般循環(huán)流化床鍋爐的負(fù)荷可在25％～110％范圍內(nèi)變化,升負(fù)荷速度大約為每分鐘5%～7%,降負(fù)荷速度約為每分鐘10％～15％.循環(huán)流化床鍋爐的變負(fù)荷調(diào)節(jié)過程,是通過改變給煤量、送風(fēng)量和循環(huán)物料量或外置換熱器〔EHE冷熱物料流量分配比例來實施的,這樣可以保證在變負(fù)荷中維持床溫基本穩(wěn)定.在負(fù)荷上升時,投煤量和風(fēng)量都應(yīng)增加,如總的過量空氣系數(shù)及一二次風(fēng)比不變,則預(yù)期密相區(qū)和爐膛出口溫度將稍有變化,但變化最大的是各段煙速及床層內(nèi)的顆粒濃度,研究表明,采取上述措施后各受熱面?zhèn)鳠嵯禂?shù)將會增加,排煙溫度也會稍有增加.如某220t/h的循環(huán)流化床鍋爐,負(fù)荷率由70%開始每增加10%,床溫上升10～20℃,爐膛出口煙溫上升30～40℃,排煙溫度上升約6℃對于無外置式換熱器的鍋爐,變負(fù)荷調(diào)節(jié)一般采用如下方法：〔1改變給煤量和總風(fēng)量,是最常用也是最基本的負(fù)荷調(diào)節(jié)方法.〔2改變一、二次風(fēng)比,以改變爐內(nèi)物料濃度分布,從而達(dá)到調(diào)節(jié)負(fù)荷的目的.爐內(nèi)物料濃度改變,傳熱系數(shù)必然改變,從而使傳熱量改變.一般隨著負(fù)荷增加,一次風(fēng)比減小,二次風(fēng)比增加,爐膛上部稀相區(qū)物料濃度和燃燒份額都增大,爐膛上部及出口煙溫升高,從而增加相應(yīng)受熱面的傳熱量,滿足負(fù)荷增加的需要.〔3改變床層高度.提高或降低床層高度,可以改變密相區(qū)與受熱面的傳熱量,從而達(dá)到調(diào)節(jié)負(fù)荷的目的.這種調(diào)節(jié)方式對于密相區(qū)布置有埋管受熱面的鍋爐比較方便.〔4改變循環(huán)灰量.利用循環(huán)灰收集器或爐前灰渣斗,在增負(fù)荷時可增加煤量、風(fēng)量及灰渣量；減負(fù)荷時可減少煤量、風(fēng)量和灰渣量.〔5采用煙氣再循環(huán)方法,改變爐內(nèi)物料流化狀態(tài)和供氧量,從而改變物料燃燒份額,達(dá)到調(diào)節(jié)負(fù)荷的目的.對有外置式換熱器的循環(huán)流化床鍋爐,可通過調(diào)節(jié)冷熱物料流量比例來實現(xiàn)負(fù)荷調(diào)節(jié).負(fù)荷增加時,增加外置換熱器的熱灰流量；負(fù)荷降低時,減少外置換熱器的熱灰流量.外置換熱器的熱負(fù)荷最高可達(dá)鍋爐總熱負(fù)荷的25%～30%.在鍋爐變負(fù)荷過程中,汽水系統(tǒng)的一些參數(shù)也發(fā)生變化,所以在進行燃燒調(diào)節(jié)的同時,必須同時進行汽壓、汽溫、水位等的調(diào)節(jié),維持鍋爐的正常運行.3．流化床鍋爐的運行監(jiān)測與連鎖保護為確保循環(huán)流化床鍋爐的安全運行,應(yīng)重點考慮如下方面的保護方案.1爐膛燃燒監(jiān)測循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)溫度分布均勻,爐膛徑向和軸向溫度波動很小.為此,一般循環(huán)流化床鍋爐多采用溫度檢測方式進行爐膛監(jiān)測.首先,必須在爐膛內(nèi)適當(dāng)位置安裝熱電偶,通過觀察溫度的變化間接了解爐膛火焰的狀況,有時也可通過觀察爐膛出口處氧濃度來監(jiān)視爐內(nèi)的燃燒狀況.2主燃料跳閘〔MFT系統(tǒng)．循環(huán)流化床鍋爐主燃料的跳閘原則應(yīng)該是根據(jù)確保送風(fēng)壓差足夠高,使入爐燃料能穩(wěn)定著火、燃燒來判斷.如果床溫未達(dá)到預(yù)定的最低值,應(yīng)防止主燃料進入床區(qū),該最低值可根據(jù)經(jīng)驗設(shè)置,一般可取760℃.此外,在下列情況之一發(fā)生時,即應(yīng)緊急停爐—所有送風(fēng)機或引風(fēng)機不能正常工作；爐膛壓力大于制造商推薦的正常運行上限；床溫或爐膛出口溫度超出正常范圍；床溫低于允許投煤溫度,且輔助燃燒器火焰未被確認(rèn).主燃料跳閘后,應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場情況決定是否關(guān)停風(fēng)機.在不停風(fēng)機時,應(yīng)慎重控制入爐風(fēng)量,而不應(yīng)盲目地立即減小風(fēng)量.3聯(lián)鎖保護聯(lián)鎖系統(tǒng)的基本功能是在裝置接近于不合理的或不穩(wěn)定的運行狀態(tài)時,依靠預(yù)設(shè)順序限定該裝置的動作,或是驅(qū)動跳閘設(shè)備產(chǎn)生一個跳閘動作.對于循環(huán)流化床鍋爐,當(dāng)流化床燃燒室內(nèi)達(dá)到正壓極限時,鍋爐保護將動作,停止輸入燃料并切斷所有送、引風(fēng)機.在引風(fēng)機后面的閉式擋板維持開啟位置的同時,全開風(fēng)機入口擋板,在引風(fēng)機惰走作用下爐膛減壓.但是,由于流化床燃燒室是密閉的,因而存在著由于引風(fēng)機惰走而迅速達(dá)到負(fù)荷極限的危險.為此,在引風(fēng)機后面裝了閉式擋板,其關(guān)閉時間為2s.當(dāng)達(dá)到爐膛負(fù)壓極限時,閉式擋板即可關(guān)閉,切斷引風(fēng)機的全部氣流.4吹掃循環(huán)流化床鍋爐在下列情況下需要進行吹掃：冷態(tài)啟動之前；運行中主燃料跳閘使床溫低于760℃運行中給煤機故障使床溫低于650℃進行熱態(tài)或溫態(tài)啟動之前.吹掃時應(yīng)使足夠的風(fēng)量進入爐膛,以將可燃?xì)怏w從爐膛帶走,并防止一切燃料入爐.吹掃時應(yīng)確認(rèn)入爐風(fēng)量符合吹掃要求,執(zhí)行吹掃程序直到達(dá)到規(guī)定時間.4．固體物料循環(huán)系統(tǒng)的運行固體物料循環(huán)系統(tǒng)能否正常投入運行,對循環(huán)流化床鍋爐運行,特別是對鍋爐負(fù)荷和燃燒效率具有十分重要的影響.1返料裝置的運行圖1-10為循環(huán)流化床鍋爐上常用的返料裝置.它由耐火材料與不銹鋼鋼板制成,將其分成Ⅰ灰室和Ⅱ灰室.其布風(fēng)系統(tǒng)由風(fēng)帽、布風(fēng)板和兩個獨立的風(fēng)室組成.風(fēng)量由一次風(fēng)管或單獨的返料風(fēng)管引來,由閥門控制.根據(jù)需要可分別調(diào)節(jié)Ⅰ灰室和Ⅱ灰室的風(fēng)量,達(dá)到改變回送灰量的目的.鍋爐點火投運一段時間后〔如4h返料裝置中便積滿了灰,這時可投入灰循環(huán)系統(tǒng).投運前,先從返