關(guān)于循環(huán)流化床鍋爐熱平衡

1、關(guān)于循環(huán)流化床鍋爐熱平衡、灰平衡問(wèn)題一、前言循環(huán)流化床燃燒技術(shù)是在泡床技術(shù)上自七十提代開(kāi)展起來(lái)的一種新的燃燒技術(shù)，循環(huán)流化床鍋爐CFB爐亦被稱(chēng)為第二代沸騰爐， 它克服了沸騰爐燃燒效率低， 埋管磨損嚴(yán)重等缺點(diǎn)， 增加了物料循環(huán) 系統(tǒng)。由于 CFB 爐上具有燃用料種類(lèi)寬，負(fù)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(diǎn)，在 國(guó)外得到迅猛開(kāi)展。目前 300t/h、400 t/h 容量的 CFB 爐已相繼投入 運(yùn)行，更大容量的鍋爐正在安裝和研制中，可以說(shuō)，國(guó)外 CFB 爐燃 燒技術(shù)是成熟的。我國(guó)盡管對(duì)沸騰爐的研究曾經(jīng)到達(dá)了相當(dāng)高的水平， 并在運(yùn)行方 面積累了較豐富的經(jīng)驗(yàn)

2、，但對(duì) CFB 爐的研究相對(duì)國(guó)外起步較晚，第 一臺(tái) 35T t/h CFB 爐于 1998年才投入運(yùn)行。 然而，國(guó)內(nèi)近幾年 35 t/h、 75 t/h CFB爐卻供不應(yīng)求。開(kāi)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(yùn)的就達(dá) 9 臺(tái)，正在安裝建設(shè) 的 28 臺(tái)，擬建的 23 臺(tái)，外加容量 220 t/h 的 3 臺(tái)，總計(jì)達(dá) 60 多臺(tái)。 鍋爐制造廠家由最初的幾家，現(xiàn)已開(kāi)展到十幾家。由于我國(guó)對(duì) CFB 爐的研究起步晚，在設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)行等方面經(jīng)驗(yàn)不多，致使 已投運(yùn)的 35TLH、75T H、CFB 爐較普遍存在：出力缺乏，磨損嚴(yán) 重以及爐內(nèi)結(jié)焦等問(wèn)題， 給

3、使用單位帶來(lái)了很大的困難， 如果這些問(wèn) 題不能得到盡快解決，勢(shì)必影響我國(guó) CFB 爐技術(shù)的開(kāi)展。本文針對(duì) 上述問(wèn)題提出熱平衡、灰平衡的概念，并加以討論，供設(shè)計(jì)、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(dāng)燃 料進(jìn)入燃燒室后，在一定的煙氣流速下，較粗的顆粒落入下部，細(xì)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(dá)這種平衡， 爐內(nèi)才有一個(gè)較均勻、 理想的溫度場(chǎng)， 一般來(lái)說(shuō)， CFB 爐燃燒室內(nèi)溫度差縱

4、向、橫向在 200C 左右，最大不超過(guò) 500C 2只有在一個(gè)較理想的溫度場(chǎng)下，爐內(nèi)各部才能保證實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)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(dá)各部的熱量 平衡，保證鍋爐的出力，且不會(huì)發(fā)生局部過(guò)熱、物料結(jié)焦等現(xiàn)象。如 何到達(dá)爐內(nèi)的熱量平衡？首先在設(shè)計(jì)時(shí)必須確定進(jìn)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(guò)大、或某處過(guò)小，就必然造成局部物料溫度過(guò)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(yùn)的 CFB 爐在運(yùn)行中發(fā)生結(jié)焦和達(dá)不到額定 負(fù)荷的一個(gè)主要原因， 正是鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)燃料燃燒份額分配

5、的不盡合理 或燃料種類(lèi)、粒徑發(fā)生變化后，運(yùn)行中燃燒調(diào)整不當(dāng)，致使燃料燃燒 份額分配未到達(dá)設(shè)計(jì)要求所造成的。例如：某臺(tái)早期的 CFB 爐設(shè)計(jì) 時(shí)燃料燃燒份額的分配是按沸騰爐推算而來(lái)的。 爐內(nèi)下部密相區(qū)燃料 燃燒份額 70，而當(dāng)鍋爐投運(yùn)后實(shí)地測(cè)試其燃燒份額應(yīng)不大于 67， 加之煤種的變化和燃煤顆粒較粗， 實(shí)際運(yùn)行下部密相區(qū)燃料燃燒份額 已大大超過(guò)了設(shè)計(jì)值。 這樣鍋爐下部燃料燃燒時(shí)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(shí)又無(wú)其它的調(diào) 節(jié)手段，鍋爐下部密相區(qū)就出現(xiàn)溫度過(guò)高超過(guò)灰融點(diǎn)溫度而結(jié)焦。 運(yùn)行中為防止結(jié)焦， 往往采用減少給煤量或增大一次風(fēng)量的方法， 前 者，給煤量的減少，

6、必然使鍋爐負(fù)荷降低，出力缺乏，后者增大一次 風(fēng)量即增大爐內(nèi)風(fēng)、煙速度一是受風(fēng)機(jī)出力的限制，二是加劇了 受熱面的磨損。因此，燃燒份額確實(shí)定直接影響著爐內(nèi)熱量的平衡。 而這種燃料燃燒時(shí)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(gè)重要的特征，只有在設(shè)計(jì)時(shí)和 運(yùn)行中保持這種平衡，鍋爐才能平安、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行。三、灰平衡：為了更進(jìn)一步地了解 CFB 爐內(nèi)物料與傳熱及鍋爐負(fù)荷之間的關(guān) 系，引出“灰平衡的概念。顯然這里所說(shuō)的“灰是指爐內(nèi)物料， 對(duì)于不同類(lèi)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(guān)。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。可以說(shuō)對(duì)于不同類(lèi)型的 CFB 爐對(duì)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(duì)每臺(tái) CFB 爐，在各負(fù)荷下對(duì)灰的“要求也有所不同。灰平衡， 簡(jiǎn)單地說(shuō)就是爐內(nèi)灰與鍋爐負(fù)荷的平衡。 3灰平衡的概念包括三個(gè) 含義： 灰量與鍋爐的負(fù)荷的平衡； 灰的濃度梯度與負(fù)荷之間的平衡； 灰的顆粒特性與負(fù)荷的平衡。上述三個(gè)含義，缺一不可。對(duì)于 CFB 爐，每一負(fù)荷工況下，均 對(duì)應(yīng)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(fù)荷； 如果僅僅灰量與負(fù)荷 到達(dá)

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(chǎng)的均勻和熱量的平衡。另外，既使上述兩個(gè)條件滿(mǎn)足，但 灰的顆粒特性達(dá)不到設(shè)計(jì)要求 或者說(shuō)鍋爐本身的要求 也很難實(shí)現(xiàn) 負(fù)荷的穩(wěn)定調(diào)整。 反過(guò)來(lái)說(shuō)， 在灰的顆粒與特性與負(fù)荷不平衡的條件 下到達(dá)灰量和濃度的分布的平衡是很難的， 有時(shí)是不可能的， 如果僅 僅用改變一、 二次風(fēng)比的方法來(lái)調(diào)整灰的濃度分布， 必然影響爐內(nèi)的 動(dòng)力特性。另外，不容無(wú)視的是灰的顆粒大小對(duì)爐內(nèi)傳熱系數(shù)也有一 定的影響。因此，對(duì) CFB 爐來(lái)說(shuō)，當(dāng)然用的燃料、流化速度、灰的 組成成份確定后，鍋爐負(fù)荷X丨與

9、灰丫之間應(yīng)有如下函數(shù)關(guān)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(gè)含義 )即： CFB 爐的任一負(fù)荷都對(duì)應(yīng)著一個(gè)： “灰而這個(gè)“灰應(yīng)滿(mǎn)足三 個(gè)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(fù)荷都具有一一對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系。這就是灰平衡的概念。四、實(shí)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(yīng)用這一概念 可以解釋 CFB 爐在運(yùn)行中出現(xiàn)的許多問(wèn)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(dāng)燃用同一種燃料時(shí)， 僅把燃料粒徑由大變小后，鍋爐負(fù)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(fù)荷變化較大， 前者負(fù)荷提 高，后者負(fù)荷減少，3、當(dāng)回料閥堵塞后，鍋爐負(fù)荷驟減，而當(dāng)回 料閥暢通后負(fù)荷又突升； 4、調(diào)整一、二次風(fēng)比和調(diào)整下層二次風(fēng) 與煤粉爐相比對(duì)負(fù)荷影響大得多等等。 這些問(wèn)題的原因可以歸結(jié)到燃 燒份額和灰對(duì) CFB 爐的影響問(wèn)題。如何實(shí)現(xiàn)熱平衡、灰平衡，保證鍋爐平安、 經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行是 目前 CFB 爐亟待解決的問(wèn)題。應(yīng)當(dāng)說(shuō)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(guó)、法國(guó)、蘇蘭三國(guó)對(duì) CFB 爐考察以及國(guó)內(nèi) 35t/h、75 t/h CFB 爐運(yùn)行實(shí)踐的了解提出建議如 下： 加強(qiáng)對(duì) CFB 爐內(nèi)傳熱、動(dòng)

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(yīng)出現(xiàn)的設(shè)計(jì)技術(shù)問(wèn)題。 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分表達(dá)出 CFB 爐適應(yīng)燃料廣的優(yōu)點(diǎn)，鍋爐應(yīng)可燃用無(wú)煙 煤至褐煤等多種燃料，且能保證其經(jīng)濟(jì)，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(shè)備選型， 這是 實(shí)現(xiàn)熱平衡、灰平衡、保證鍋爐平安、經(jīng)濟(jì)、運(yùn)行的一個(gè)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(shè)計(jì)值相差較大 時(shí)，采用飛灰回送，到達(dá)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(fēng)送入， 不僅可以在低負(fù)荷滿(mǎn) 足一次“風(fēng)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(guò) 量空氣系小于 1。在運(yùn)行中應(yīng)根據(jù)煤種和負(fù)荷的變化調(diào)整一、 二次風(fēng)比， 使?fàn)t內(nèi)溫度場(chǎng) 和濃度場(chǎng)更趨合理。根據(jù)燃用燃料特點(diǎn)， 可增加爐渣篩選返送系統(tǒng)或加砂， 使?fàn)t內(nèi)到達(dá)灰 平衡，保證特料的循環(huán)倍率。五、結(jié)束語(yǔ)盡管熱平衡、灰平衡問(wèn)題對(duì) CFB 爐至