循环流化床锅炉燃烧特性

循环流化床锅炉燃烧特性
循环流化床锅炉的燃烧主要发生在炉膛下部的密相区，上部的稀相区和分离器区。

锅炉炉膛布风板上布有几十公分厚的惰性材料。

是一个充满灼热的物料，是一个稳定贮存热量的火热源。

燃煤与分离器返回的未然尽的焦碳在该区域燃烧，炉膛再一次风的作用下形成了物料流化，一次风同时提供了燃烧所需求含氧量。

风量约占燃料燃烧所需的风量的60%左右，煤燃料挥发分的析出和燃烧大部分发生在密相区。

当增加负荷时，加大一次风与二次风的比值。

提高硫化速度，流化速度为5-8m/，把份额较大粒径较大的煤粒，输送炉膛上部稀相区在二次风提供氧量，输送物料进行燃烧并参加热量交换。

当锅炉负荷降低，压火时停止二次风以满足负荷变化的需求，此时的密相区处于还原性气氛。

炉膛二次风口以上的稀相区，燃煤燃烧的需氧量流经此处。

在稀相区的焦炭和一部分挥发份，以富氧状态燃烧。

约70%的中心区域向上运动。

同时在流体力学的作用下，同时沿截面贴近炉墙向下移动。

进沸腾炉旋转，物料循环延长了焦炭在炉膛内燃烧状态的停留时间。

有利于焦炭颗粒的燃尽。

在炉膛未然尽的焦炭颗粒在流化风的作用下夹带到分离器，焦炭颗粒在分离器的停留时间很短，而此处氧的含量低，焦炭在该区域燃烧份额很小，只有一氧化碳和一小部分挥发份在此燃烧。

循环流化床锅炉交谈的燃烧模式分为：细颗粒燃烧，焦炭碎片燃烧，粗颗粒焦炭燃烧。

细颗粒焦炭的粒径在30~100μm之间。

属于动力燃烧工况。

在燃用宽筛分煤粒时，夹带着一定数量的细颗粒。

粗颗粒在炉膛内燃烧经过一级破碎，一级破碎和碰撞磨损也产生细颗粒焦炭。

细颗粒焦炭的燃烧在流化风和二次风的作用下大部分处在炉膛内二次风口以上部位的稀相区和分离区燃烧，部分细颗粒在浮力定律的作用下随颗粒运动经分离器返回炉膛，也有少量细颗粒形成锅炉飞灰，是锅炉未燃尽损失的主要部分，因此循环流化床锅炉的热效率是于燃煤煤种有一定关系的。

在实际循环流化床锅炉的运行中，一般分离效率大于理论计算数据。

在实际工况下，从流化床内进入到旋风分离器的气固混合物中的固体颗粒浓度比在其他常规旋风分离器中要高的多。

这样的颗粒通常以颗粒团的形式出现,在离心力的作用下更容易被搜集，使分离器的分离效果增大。

在循环流化床锅炉实际燃烧工况下，固体物料经过炉膛分离器和再循环系统的外循
环以外，还有一部分在炉膛内进行内循环完成燃烧，达到锅炉的物料平衡，烟气平衡，主要形式表现在细颗粒焦炭在中心区域随气流向上运动。

形成的颗粒团被上升的气流冲散。

在惯性和重力的作用下，沿贴膛壁处向下运动，细颗粒焦炭在5~8m/s的流化速度的作用下，在炉内停留时间大于细颗粒焦炭燃烧所需时间，达到完全燃烧的目的和热能转换。

通常把尺寸为500~1000μm的称为焦炭碎片，在炉内是由一级破碎，二级破碎产生的，属于过渡燃烧工况，它于循环流化床锅炉平均床料在炉内停留的时间大致相同。

受循环倍率的影响，循环倍率越大，焦炭碎片在炉内停留的时间越长，达到焦炭碎片燃尽的目的。

通常情况下，根据循环流化床的特性，焦炭碎片一般不会作为飞回逃离和由床层底部冷渣排除炉膛。

在热力学中，通常把大于1mm的焦炭颗粒称为粗颗粒焦炭，在循环硫化床中燃烧处于扩散燃烧和过渡燃烧。

大多数参与物料循环，受循环倍率影响最大，它在炉膛内的燃烧途径大致分为，一部分在炉膛密相区燃烧，一部分在浮力的作用下在炉膛上部的稀相区燃烧，另一部分被分离器惯性分离返回炉膛燃烧。

因此，粗颗粒在炉膛内停留时间长，燃尽程度高。

粗颗粒炉渣含碳量很低，由冷渣口排除炉外，粗颗粒未燃损失量一般很小。

循环流化床在额定运行中炉膛内燃烧份额和一，二次风的分配对锅炉的燃烧特性和热效率影响的重要因素。

燃烧份额是循环流化床锅炉每一个燃烧区域中燃烧量占总燃烧量的比例。

用燃料在各燃烧区域内释放出的热量占燃料总发热量的百分比来表示。

燃烧份额就是燃烧在各个燃烧区的燃烧程度。

循环流化床锅炉的大部分燃烧主要是密相区和稀相区，这两个趋于的燃烧份额约为1:1主要是密相区的燃烧份额影响到料层的温度控制。

锅炉内的热传导以及锅炉的安全运行，是锅炉运行的一个敏感问题，在实际运行中，因一次风、二次风、煤种、粒径、硫化程度、物料循环量及倍率等因素影响，密相区的燃烧份额增加时，相对燃煤的放热量增加，由于锅炉运行控制设入了DCS系统中，密相区出口温度不变，这时就得增加密相区的吸热量，相应增加密相区的受热面积，如果锅炉的实际状况达到，就会使密相区出口烟温提高，即带入稀相区的焓增加。

如果增加的这部分热量不能有效地被密相区受热面吸收或被烟气带到稀相区，势必造成密相区的热量平衡就被破坏，从而使密相区的炉膛温度升高达到额定温度以上，极易出现高温炉床结焦现象发生严重影响锅炉安全运行，甚至因结焦引起保护联锁动作，造成紧急停炉事件，这个时候继续保护锅炉运行，
必须提高过量空气系数既加大一次风量的办法来进行降温操作。

但是，改变了锅炉的燃烧工况。

煤种也是影响燃烧份额的重要因素之一，它表现在挥发份的无烟煤及劣质煤的燃烧份额大，越是挥发份高煤种，其燃烧份额越小。

我们可以这样解释，煤的挥发份在密相区析出后，一部分来不及在床层燃烧，在流化风的作用下，进入稀相区燃烧，则燃烧份额小。

如果温度、一二次风的配比相同，循环流化床锅炉燃烧工况炉膛呈负压，这就确定了锅炉密相区燃烧始终处于特殊的缺氧状态。

虽然密相区底部的氧含量月在3%左右，但流化床内的一氧化碳的浓度高达2%，从而证明了密相区缺氧。

同时，一氧化碳挥发份被带到了稀相区继续燃烧。

完成燃烧放热，传导热量的动能。

循环流化床锅炉燃烧特性与煤种粒径、粒径的分布、流化速度、循环倍率、过量空气系数、床层温度等因素有直接关系。

影响到循环流化床锅炉的安全运行和经济效益。

在同样的流化速度下，粒径小、挥发份高的煤在密相区的燃烧份额小，大部分被杨析到炉膛上部得稀相区进行燃烧。

循环流化床锅炉的燃煤粒径一般在0~10mm之间。

如流化速度高时，密相区的燃煤细小颗粒，被带到稀相区燃烧，使密相区的燃烧份额相对减少。

物料循环量是循环流化床锅炉的主要特征之一是锅炉流体动力。

燃烧、传热，工况变化特性的主要影响特性因素，对物料循环的定量表述一般以德国鲁奇型，美国的巴特尔型，奥斯龙型为主。

它分为三种方法，第一种方法采用循环倍率的概念定义来确定物料循环量与投煤的比值。

与煤种，加入的脱硫剂不同，投煤比值也不同。

只能根据所要求的负荷和实际工况来调节。

第二种方法，用炉膛出口烟气携带物料的多少，也就是固体物与气体之间的比值或者携带率的大小来确定。

第三种方法是把循环倍率定义为床内上升段中，采用循环技术与不采用循环技术的灰量之比，此方法一般在国内循环流化床锅炉生产厂家在计算、设计、运行确定循环倍率时不采用，原因是与煤种品质和分离效果的影响大，在实际运行时难以掌握。

总之，物料循环量的大小影响锅炉的热量分配。

循环流化床锅炉的循环倍率越高，循环细颗粒对受热面的传热量及从密相区带走的热量增加，保持了密相区的热量平衡，提高细颗粒循环再燃的机会，使燃烧效率提高，但是增加了锅炉受热面的磨损。

新疆庆华煤化工选用的无锡华光锅炉厂CFB.280T/h.540℃—10—M的循环流化床锅炉。

该炉型选用的是高循环倍率，提高了锅炉的燃烧效率，脱硫效果也有所加大，尤其是在燃煤价高，对排放要求严格的今天。

循环倍率的炉型有着优越性。

但是，炉内关
键部位的耐火耐磨材料要比其他循环流化床锅炉的磨损性大，正常运行3000小时就得停炉对耐磨材料进行修补。

为此，庆华煤化工项目的锅炉工程师张邦杰，对循环倍率控制在20左右，在保证燃烧效率和炉内的热平衡前提下，减少循环物料对锅炉的冲刷磨损。

随着锅炉制选技术的日渐完善，循环流化床锅炉炉型向着紧凑型，大蒸发量型，功能化等方向发展。

流化床炉内过量空气系数增加，床内的含碳量就减少，扬析到过渡区的颗粒含碳量也相应减少。

因此在过渡区的燃烧量就会下降。

在稀相区的上部，过量空气系数增加时，含氧量随之增加。

虽然颗粒含碳量相对较低，但是燃烧份额在稀相区仍会有所增加。

在密相区中，颗粒含碳量更低，但氧气浓度更高，一定程度上氧气达到焦碳颗粒表面的机会要大，因此，密相区中燃烧份额加大。

在锅炉密相区床层温度越高，床下部燃烧份额也就越大。

根据热动力学原理，床温越高，颗粒反应速度，气体膨胀速率就会增加。

相而挥发份析出速度加快，气体和固体充分混合，在密相区的燃烧份额随温度的增高而增高。

循环流化床锅炉的一主要特征是一、二次风的配比因不同形式的CFB锅炉的设计工况不同，一般一次风率为50一70%之间，一次风经省煤器预热进入风室，经布风板、风帽进入炉床密相区。

保证燃烧需要。

同时，我们也可这样解释，根据燃烧份额配一次风。

为减少氮氧化物的形成，密相区的实际过量空气系数为1%左右。

在运行中，使密相区主要处于还原性气氛。

二次风的作用是调节床压，保证燃烧完全燃烧提供氧气。

总而言之，循环流化床锅炉的燃烧特性，有利于提高燃烧效率，减少氮氧化物的排放。

更趋于脱硝脱硫的优势。

在循环流化床锅炉的运行中，我们要充分了解燃烧特性及影响因素。

合理控制工况，提高循环流化床锅炉的经济效益。

参考文献《循环流化床锅炉设备与运行》
路春美、程世庆、王永征编著。