循环流化床锅炉燃烧效率分析

循环流化床锅炉燃烧效率分析

近年来我国推出的流化床锅炉结构类型已有若干种，从受热面布置来说，有密相床带埋管的，有不带埋管的；流化速度有的低至3－4米／秒，有的高至5－6米／秒；分离器的种类更多，如高温旋风分离器；中温旋风分离器、卧式旋风分离器、平面流百叶窗、槽形钢分离器等型式，都称之为循环流化床锅炉。但从机理看，是否属于CFBB还有待商椎。

众所周知，流化床锅炉分为两大类：鼓泡流化床锅炉（BFBB）和循环流化床锅炉（CF－BB）。到目前为止，二者之间尚无明确而权威的分类法，有人主张以流化速度来分类，但从气固两相动力学来看，风速相对于颗粒粒径、密度才有意义，还有人主张以密相区是鼓泡还是湍动床或快速来区分，但锅炉使用的是宽筛力燃料，以煤灰为床料的锅炉往密相床是鼓床,故此分法仍欠全面。还有人以是否有灰的循环为标准等等，都有些顾此失彼。以作者之见，我们不妨从燃烧的机理上来分。鼓泡床锅炉的燃烧主要发生在炉膛下部的密相区，如我国编制的《工业锅炉技术手册（第二册）》推荐，对于一般的矸石烟煤、贫煤和无烟煤密相区份额高达75％－95％，燃烧需要的空气也主要以一次风送入床层.循环流化锅炉的一次风份额一般为50％－60％。密相床的燃烧份额受流化速度、燃料粒径及性质、床层高度、床温等影响在上述数值的上下波动。其余的燃料则在炉膛上部的稀相区悬浮燃烧，所以在燃烧的机理上，BFBB接近于层燃炉，而CFBB更接近于室燃炉，二者在这一方面存在着极大的差异，所以以此划分似乎更为合理。

鼓泡流化床锅炉密相床的燃烧份额大，需布置埋管受热面以吸收燃烧释放。埋管的传热系数高达220－270KW／MC比CFBB炉膛受热面的100-500kw/m2℃离得多尽管BFBB稀相区内的传热系数比要低，但因在稀相层内的吸热量所占份额较小，总的来说，对于容量较小的锅炉BFBB结构受热面的钢耗量要少小些，BFBB的燃烧主要在相床给煤的平均粒径偏大，煤破碎设备较为简单,电耗也底流化速度低，细煤粒在悬浮断停留时间长，炉膛也做的低。虽埋管有磨损，但如防磨损失处理得好，一般横埋管可用五年，竖埋管可用…….采用尾部飞灰再循环，BFBB的燃烧效率可达97％,如在炉膛出口安装分离器实现热态飞灰再循环，则可高达98－99％，但此时装设分离器的目的主要是为了提高燃烧效率而不是象CFBB 主要上为了改变炉内的燃烧传热机理。

CFBB的截面热负荷是BFBB的2－3倍(从上至下加起来的热负荷,而不是一层),利于大型化，炉膛内温度均匀，大气污染物排放低,燃烧效率高（可达99％以上）是在BFBB技术上的进步，具有更优越的性能，但因分离器不能捕集到细小煤粒,就需要较高炉膛，对煤的破碎粒度及操作控制等都要求较高，投资大且技术复杂，所以CFBB炉型对中小容量锅炉并无明显优势，因而国外一些研究者认为，BFBB适用于50t／h以下容量，CFBB适用于220t ／h以上容量，在50－220t／h容量范围内二者共存。

我国在过去许多年中，建造了近3000台沸腾炉(即BFBB)虽然其在燃烧劣质煤方面发挥了极大的作用，但上于一直在低水平上运行，飞灰量大，含炭高，锅炉效率低下，再加上除尘方面投资不足，烟尘治理没得到很好解决，致使沸腾炉有点声名不佳。CFBB出现之后，人们便纷纷打出循环流化床锅炉的牌子，推出了不少炉型，如清华大推出的低携带率循环床锅炉，哈工大与北锅开发的带埋管和槽型分离器的循环床锅炉等，实际上都是BFBB。但它们是改进了的沸腾炉，把沸腾炉技术提高到了较高的水平，这些炉型在工业锅炉和热电联供锅炉范围内有着极强的生命力，所以我们应当为BFBB的新成绩欢呼，正其位，恢复其名誉，并在一定的锅炉容量范围内发展这种BFBB。

我国的BFBB数量居世界之首，有着长期的运行经验,故改进的BFBB技术的成熟程度较高。而CFBB技术尚有待完善和提高，在众多炉型的选择上，首先应分清其属于BFBB还是CFBB，然后再考虑其它技术指标及可靠程度，本文以下的章节则主要是针对CFBB而言，对一些二者通用的技术，则皆适用。

流化速度

流化速度对CFBB最直接最主要的影响是其对循环物料扬折夹带的作用。随着V的增加，夹带量以增长的速度快速增加.早期国外的CFBB如Lurgi技术等，V高达8－12M／S，随着高流速带来磨损及能耗等问题，逐渐降至目前的6M／S左右，我国CFBB技术开发较晚，初期因担心上述问题，有些炉子曾设计的V较低（4－5M／S）运行中发现循环物料不足，将风速提高后，状况大为改观，现也提高到5．5－6M／S,与国外炉子比较接近。

煤的粒径与煤质分折

CFBB的流化速度很高，床料粒径大亦可流化起来，如文献中可见，入炉煤粒范围可达0－12，0－20，0－25MM等，随厂家和煤种不同而给出的允许范围不同，比BFBB允许燃料粒度范围要宽，最大允许粒径也大。但根据我们的研究和国外的一些文献报导，实际上CFBB 使用的燃料平均粒径比BFBB的要小得多。BFBB的平均燃料粒径达1－2MM，CFBB的平均粒径只有300－400UM，严格地说，CFBB要求燃料中有较大比例的终端速度小于流化速度的细颗粒，以使得这些细煤粒一旦入炉后能被吹到悬浮段空间去燃烧，并且同时起到增

加循环物料量的作用。燃料粒径的影响主要表现在其对密相床燃烧份额和物料平衡的影响上，燃料细粒多，密相床燃烧份额小，循环物料量大。

CFBB入炉燃料粒度分布的确定与选择，与流化速度的选取有关，可见粒径对二者的影响是很大的，选定的粒度分布，应能保证在已确定的流化速度条件下，有足够细煤粒吹入悬浮段，以保证上部的燃烧份额，以及能形成足够的床料，保持物料的平衡。

影响入炉燃料粒度的主要因素还有煤的热爆性质和挥发份含量，热爆强的煤就可选择粒度较大，大煤粒入炉后受热爆裂可形成份额增加，此时入炉煤的粒度分布可放宽。

一、二次风配比

把燃烧需要的空气分成一、二次风从不同位置分别送入流化床燃烧室，在密相床内形成还原性气氛，实现分段燃烧，可大大降低热力型NOX的形成，这是CFBB的主要优点之一，但分成一、二次风的目的还不仅仅如此，一次风比（一次风量占总风量的份额）直接决定着密相床的燃烧份额，同样的条件下，一次风比大，必然导致高的密相床燃烧份额，此时就要求有较多的温度低的循环物料返回密相床，带走燃烧释放热量，以维持密相床温度，如循环物料量不够，就会导致流化床温度过高，无法多加煤，负荷上不去，这一用来冷却床层的物料可能来自分离器搜集下来的经过冷却的循环灰，或来自沿炉膛周围膜式壁落下的循环灰，灰在下落过程中与膜式壁接触受到冷却。

从密相床的燃烧和热平衡上看，一次风比越小，对循环灰的物料平衡要求越低，但实际上一次风比的选取还受燃料粒度及性质等因素的制约，一次风比小，要求燃料中不能被吹起进入悬浮段燃烧的大颗粒比例也要小，否则大颗粒因得不到充足的氧气燃烧不完全，排放的床灰中含炭量极高，一次风比一般选择在50％左右，对无烟煤则可达60％以上。

二次风一般在密相床的上面喷入炉膛，一是补充燃烧需要的空气，再者可起到扰动作用，加强气固两相的混合，CFBB炉膛的下部多设计成渐缩型，二次风可分成几股风从不同高度送入，以保持炉内烟气流速的相对均匀。二次风口的位置亦有很大影响，如设置在密相床上面