淺談循環(huán)流化床鍋爐的運用

王玲

摘 要：循環(huán)流化床鍋爐是八十年代發(fā)展起來的高效率、低污染和良好綜合利用的燃煤技術，由于它在煤種適應性和變負荷能力以及污染物排放上具有的獨特優(yōu)勢，使其得到迅速發(fā)展。循環(huán)流化床鍋爐的原理及其脫硫工藝等加工技術的發(fā)展，帶來了社會效益和經濟效益。

關鍵詞：循環(huán)流化床 鍋爐 加工分析

1 引言

循環(huán)流化床鍋爐采用流態(tài)化的燃燒方式，是介于煤粉爐懸浮燃燒和鏈條爐固定燃燒之間的燃燒方式，即通常所講的半懸浮燃燒方式。自循環(huán)流化床燃燒技術出現(xiàn)以來，循環(huán)流化床鍋爐已在世界范圍內得到廣泛的應用。循環(huán)流化床鍋爐是一種國際公認的潔凈煤燃燒技術，以其燃料適應性廣、脫硫效果好、NOx排放量低、負荷調節(jié)性能好等優(yōu)點在我國燃煤電站中方興未艾。我國循環(huán)流化床鍋爐技術已步入世界先進水平，循環(huán)流化床鍋爐總裝機容量也居世界第一位，但是，我國鍋爐的脫硫現(xiàn)狀還不很樂觀，脫硫系統(tǒng)的可用率、鍋爐脫硫效率不高，因此循環(huán)流化床鍋爐的應用加工還存在不少問題，離國際先進水平有一定差距。

2 循環(huán)流化床鍋爐的特點

由于循環(huán)流化床內氣、固兩相混合物的熱容量比單相煙氣的熱容量大幾十倍甚至幾百倍，循環(huán)流化床鍋爐中燃料的著火、燃燒非常穩(wěn)定。

①燃料適應性強，由于循環(huán)流化床中的燃料僅占床料的1%-3%，不需要輔助燃料而燃用任何燃料，可以燃用各種劣質煤及其它可燃物，特別包括煤矸石、高硫煤、高灰煤、高水分煤、煤泥、垃圾等，可以解決令人頭疼的環(huán)境污染問題。②燃燒效率高，循環(huán)流化床比鼓泡床流化床燃燒效率高，燃燒效率通常在97%以上，基本與煤粉相當。③脫硫率高，循環(huán)流化床的脫硫方式是最經濟的方式之一，其脫硫率可以達到90%。

3 循環(huán)流化床內的燃燒加工過程

循環(huán)流化床鍋爐的脫硫原理是在燃燒中加入適當比例和顆粒度的石灰石與燃料一起進行循環(huán)燃燒，加入的石灰石在爐內循環(huán)時間長，使石灰石磨得非常細的時候才會從分離器中飛到后面去。循環(huán)流化床鍋爐的燃燒溫度是900 ℃左右，這一溫度既能抑制二氧化硫的生成，又使石灰石能充分分解。

煤粒送入循環(huán)流化床內迅速受到高溫物料和煙氣的輻射而被加熱，首先水分蒸發(fā)，然后煤粒中的揮發(fā)份析出并燃燒、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)份析出燃燒過程與焦炭燃燒過程都有一定的重疊。循環(huán)流化床內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之幾，而煤粒在10 秒鐘左右就可以燃燒（顆粒平均直徑在0～8mm），所以對床溫的影響很小。

3.1 循環(huán)流化床內煤的燃料著火

流化床內燃料著火的方式，固體質點表面溫度起著關鍵作用，是產生著火的點灶熱源，這類固體近質點可以是細煤粒，也可以是經分離后的高溫灰粒或者是布風板上的床料。當固體質點表面溫度上升時，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，對一定反應能力的煤種，在一定的溫度水平之下，有一臨界的著火粒徑，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。

3.2循環(huán)流化床內煤的破碎特性

煤在流化床內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。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構特性、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。煤粒進入流化床內時，受到熾熱床料的加熱，水份蒸發(fā)，當煤粒溫度達到熱解溫度時，煤粒發(fā)生脫揮發(fā)份反應，對于高揮發(fā)份的煤種，熱解期間將伴隨一個短時發(fā)生的擬塑性階段，顆粒內部產生明顯的壓力梯度，一旦壓力超過一定值，已經固化的顆粒表層可能會崩裂而形成破碎；對低揮發(fā)份煤種，塑性狀態(tài)雖不明顯，但顆粒內部的熱解產物需克服致密的孔隙結構都能從煤粒中逸出，因此顆粒內部也會產生較高的壓力，另外，由于高溫顆粒群的擠壓，顆粒內部溫度分布不均勻引起的熱應力，這種熱應力都會引起煤顆粒破碎。煤粒破碎后會形成大量的細小粒子，特別是一些可揚析粒子會影響鍋爐的燃燒效率。細煤粒一般會逃離旋風分離器，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)份逸出產生的壓力和孔隙網(wǎng)絡中揮發(fā)份壓力增加而引起的。二破碎是由于作為顆粒的聯(lián)結體——形狀不規(guī)則的聯(lián)結“骨架”（類似于網(wǎng)絡結構）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，煤的結構將發(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)份析出量；在揮發(fā)份析出時，碳水化合物形成的平均質量；顆粒直徑；床溫；在煤結構中有效的孔隙數(shù)量；母粒的孔隙結構等。

4.國內目前已運行的循環(huán)流化床鍋爐遇到的主要問題有：

①爐蒸發(fā)量不到設計的額定值；②高溫分離器和物料返送器內結焦；③耐火材料和受熱面磨損；④鍋爐排煙溫度偏高。

4.1鍋爐調試及運行中的控制重點：

4.2 流化不良的預防方法：

①必需保證布風板風帽小孔的暢通，這就要求在加床料之前把風帽小孔及床面清理干凈；②運行后一次風量必需大于臨界流化風量；③升溫升壓過程中，控制升溫速度，防止爐內耐磨耐火材料脫落堵塞風帽；④原煤粒度控制在6～10mm之間，避免因為原煤粒度過大流化不良；⑤控制燃煤中矸石及鐵塊的含量，定期將大顆粒物料排除，確保流化良好。⑥在升負荷及調整過程中，加煤和調風不能猛增猛減。

4.3 超溫結焦的預防控制方法：

①控制合理的床壓，防止燃煤直接接觸風帽造成燃煤堆積爆燃超溫結焦。②點火啟動階段，控制合理油槍配風，保證燃油完全燃燒，避免未燃盡油霧沾附在煤粒上造成結焦。

4.4 兩床失穩(wěn)預防控制：

①運行中給煤、返料量、排渣控制合理，保證兩側床壓一致。②給煤量調整時應將各點給煤均勻，使燃煤在整個床面分布均勻，如一側給煤量減少時，應立即減少另一側給煤量，控制爐膛兩側床壓偏差小于2.5kPa。③爐膛兩側外置床返料量調整基本一致，避免因為返料量偏差而產生床溫床壓偏差。④調整爐膛兩側風量及給煤量，使兩側床溫及一次風量均衡。

5 循環(huán)流化床鍋爐在工業(yè)鍋爐方面的應用

①使用循環(huán)流化床鍋爐需要具備比層燃爐更加嚴格的管理和使用條件。使用循環(huán)流化床鍋爐，需要具備完善的儀表及自動化控制系統(tǒng)，要求司爐工有較高的操作技術和責任心，要求熱負荷比較穩(wěn)定。因此，鍋爐使用單位要注重司爐工的選拔和培訓，并配備所需的專業(yè)技術人員。②循環(huán)流化床鍋爐用電量較大。與層燃爐相比，循環(huán)流化床鍋爐具有較高的燃燒效率，但其鼓風、引風、碎煤等設備的用電量都比較大。

6 結束語

循環(huán)流化床燃燒技術是一種高速度、高濃度、高通量的固體物料流態(tài)化循環(huán)過程，它有著污染物排放少，鍋爐負荷適應性好、燃料適應性廣、燃燒效率高以及環(huán)境污染少等優(yōu)點。企業(yè)采用流態(tài)化循環(huán)燃燒，通過提高其燃煤效率進而簡化其工作地流程，大大的提高的企業(yè)的工作效率。

參考文獻：

[1]遼寧省電力工業(yè)局編、鍋爐運行、北京：中國電力出版社、1995

[2]樊泉桂，閻維平、鍋爐原理、北京：中國電力出版社、2004

[3]林宗虎，徐通模、實用鍋爐手冊、北京：化學工業(yè)出版社、1999

[4]童有武，張孝勇、鍋爐安裝調試運行維護實用手冊、北京：地震出版社、1999

[5]朱全利、鍋爐設備及系統(tǒng)、北京：中國電力出版社、2006

[6]劉弘睿、工業(yè)鍋爐技術標準規(guī)范應用大全、北京：中國建筑工業(yè)出版社、2000

[7]馮俊凱，沈幼庭、鍋爐原理及計算、第3版、北京：科學出版社、2003