循環(huán)流化床鍋爐燃燒

循環(huán)流化床鍋爐燃燒一、循環(huán)流化床鍋爐燃燒特點（一）、循環(huán)流化床鍋爐燃燒采用流態(tài)化燃燒方式，其主要特征是顆粒在離開爐膛出口以后，經(jīng)旋風(fēng)分離器收集，由返料器不斷返回爐膛參加二次燃燒，因此，循環(huán)流化床鍋爐具有低溫、強化燃燒的特點，床內(nèi)溫度850oC---950oC。在循環(huán)流化床鍋爐中，流化床本身是一個積累了大量灼熱物料的蓄熱容量很大的熱源，有利于燃料的穩(wěn)定、迅速著火燃燒，即使燃用低熱值的燃料時，每秒種新加入的燃料還遠(yuǎn)小于灼熱床料的1%，這些灼熱床料大多為惰性物料，他們并不與新加入的燃料爭氧，卻提供了一個豐富的熱源，將新加入的煤粒迅速加熱，使之析出揮發(fā)份并穩(wěn)定的著火燃燒，煤粒中的揮發(fā)份和固定碳燃燒后釋放的熱量，其中一部分又來加熱床料，使?fàn)t內(nèi)溫度始終保持在一個穩(wěn)定的水平。同時，一些未完全燃盡的顆粒隨煙氣被攜帶出爐膛，被旋風(fēng)分離器收集，由返料器返回爐膛參加二次燃燒。所以，循環(huán)流化床鍋爐對燃料的適應(yīng)性強，不僅能燒優(yōu)質(zhì)燃料，也能燒劣質(zhì)燃料，而且燃燒效率非常高，可達98%。（二）、循環(huán)流化床鍋爐優(yōu)、缺點：1、優(yōu)點：1）對燃料的適應(yīng)性好。2）燃燒效率高。3）高效脫硫。4）氮氧化物（NO丿排放低。5）燃燒強度高，爐膛截面積小。6）負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大，負(fù)荷調(diào)節(jié)快。7）燃料預(yù)處理及給煤系統(tǒng)簡單。8）易于實現(xiàn)灰渣綜合利用。缺點：1）飛灰的再循環(huán)燃燒，一次風(fēng)機壓頭高，電耗大。2）膜式水冷壁變節(jié)處和裸露在煙氣中沖刷的耐火材料砌筑部件磨損大。3）高溫分離器和返料器內(nèi)有耐火材料砌體冷熱慣性大，給支撐和快速啟停帶來困難。4）循環(huán)流化床鍋爐對燃煤粒度及分布要求較高。若燃料制備不完善，帶來的普遍的問題是：鍋爐達不到設(shè)計出力，磨損嚴(yán)重，燃燒效率不高和運行可靠性差。二、循環(huán)流化床鍋爐的燃燒區(qū)域循環(huán)流化床鍋爐在使用二次風(fēng)以后，一般就將其燃燒區(qū)域分為下部的密相區(qū)（二次風(fēng)口以下）、上部的稀相區(qū)（二次風(fēng)口以上）和高溫氣固分離器區(qū)及返料器區(qū)。（一）、密相區(qū)在密相區(qū)內(nèi),由一次風(fēng)將床料和加入的煤粒流化。一次風(fēng)量約為燃料燃燒所需風(fēng)量的50---60%。新鮮的燃料及從高溫旋風(fēng)分離器收集的未燃盡的焦碳被送入該區(qū)域，燃料的揮發(fā)份析出和部分燃燒也發(fā)生在該區(qū)域，必須保證該區(qū)域的溫度和燃燒份額。因此，該區(qū)域通常設(shè)計成為衛(wèi)燃帶結(jié)構(gòu)，該區(qū)域水冷壁由耐火材料敷蓋，一方面，減少水冷壁的吸熱；另一方面，防止水冷壁的腐蝕和磨損。由于密相區(qū)的固體顆粒濃度要比上部區(qū)域高得多，因此而得名。該區(qū)域燃燒氣氛為欠氧狀態(tài)，呈還原性氣氛，其內(nèi)部充滿灼熱的物料，是一個穩(wěn)定的著火熱源，也是一個貯存熱量的熱庫，當(dāng)鍋爐負(fù)荷增加時，增加一、二次風(fēng)的比例，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，并參與熱質(zhì)交換，當(dāng)鍋爐負(fù)荷低不需要分級燃燒時，二次風(fēng)也可以停掉。（二）、稀相區(qū)爐膛上部區(qū)域為區(qū)域較大的懸浮段，周圍為膜式水冷壁結(jié)構(gòu)。所有工況下，燃燒所需要的空氣都會通過爐膛上部區(qū)域，被輸送到上部區(qū)域的焦碳和一部分揮發(fā)份在這里已富氧狀態(tài)燃燒，大多數(shù)燃燒發(fā)生在這個區(qū)域，上部稀相區(qū)比下部區(qū)域高得多，或者在中心區(qū)隨顆粒團向下運動。這樣焦碳顆粒在被夾帶出爐膛出口以前已沿爐膛循環(huán)運動了多次，焦碳顆粒在爐膛內(nèi)停留時間增加，有利于焦碳顆粒的燃燒。（三）、高溫氣固分離器區(qū)及返料器區(qū)大量實踐證明：被夾帶出爐膛的未燃盡的焦碳進入覆蓋有耐火混凝土的旋風(fēng)分離器，焦碳顆粒在其內(nèi)停留時間很短，而且該處氧濃度很低，因而焦碳在分離器中的燃燒份額很小。當(dāng)這部分顆粒帶入返料器，在其內(nèi)送入返料風(fēng)，一部分co和揮發(fā)份以及固定痰也在旋風(fēng)分離器區(qū)及返料器區(qū)燃燒。三、循環(huán)流化床鍋爐燃燒份額及一、二風(fēng)配比（一）、燃燒份額燃燒份額的定義為每一燃燒區(qū)域中燃燒量占總?cè)紵康谋壤?。一般可用燃料在各燃燒區(qū)域內(nèi)釋放出的發(fā)熱量占燃料總發(fā)熱量的百分比來表示。（二）、影響燃燒份額的因素：1.煤種對燃燒份額分布的影響在JB/DG1060-82標(biāo)準(zhǔn)中推薦在密相層的燃燒份額見表。從表可見，揮發(fā)分低的無煙煤及劣質(zhì)煤的燃燒份額大，而揮發(fā)分高的煤，如褐煤，燃燒份額最小，即褐煤揮發(fā)分在密相床層析出后，一部分來不及在床層中燃燒，便被帶往稀相層燃燒，因此其燃燒份額小。可見該推薦值主要考慮了揮發(fā)分對燃燒份額的影響。如果考慮粒徑和粒徑分布的影響，較小粒徑的燃煤在密相層的燃燒份額還要乘以小于1的修正系數(shù)。表鼓泡流化床密相層燃燒份額推薦表名稱煤矸石I類煙煤褐煤I類無煙煤密相層燃燒份額Ld0.85-0.950.75-0.850.7-0.80.95-1.0由循環(huán)流化床中燃用焦炭和煙煤兩種情況下燃燒室內(nèi)燃燒份額沿床高的分布可看出，焦炭在密相區(qū)中的燃燒份額明顯高于相近實驗條件下煙煤在密相區(qū)的燃燒份額，表明煤中的揮發(fā)分有很大一部分被帶到了稀相區(qū)進行燃燒。另外從循環(huán)流化床密相區(qū)燃燒份額遠(yuǎn)低于相同燃燒條件下（溫度、一二次風(fēng)比例）鼓泡床密相區(qū)的燃燒份額。循環(huán)流化床鍋爐密相區(qū)的燃燒份額比鼓泡床密相區(qū)燃燒份額低的原因可以從兩方面來解釋。一方面循環(huán)床氣體流速較高床料粒度又比鼓泡床細(xì)得多，這樣揚析到稀相區(qū)的物料量增多，稀相區(qū)碳顆粒在床內(nèi)占的比例會有所增加，結(jié)果引起稀相區(qū)的燃燒份額上升，稀相區(qū)碳顆粒燃燒量的增加反過來會使密相區(qū)的含碳量降低，降低了密相區(qū)的燃燒份額。循環(huán)床鍋爐密相區(qū)燃燒處于一個很特殊的缺氧狀態(tài)，雖然床中有大量的氧氣存在，然而床內(nèi)的CO濃度仍維持在很高的水平，如在密相區(qū)底部測得的氧氣濃度在13%左右，而一氧化碳濃度高達近2%，表明循環(huán)床密相區(qū)燃燒局部處于缺氧狀態(tài)。密相區(qū)中氧化氣氛和還原氣氛更替的頻率特別快，這從密相區(qū)氣固兩相流的行為出發(fā)能較好地對這現(xiàn)象加以解釋。由于氣固兩相流的行為，循環(huán)流化床鍋爐密相區(qū)存在著氣泡相和乳化相，氣體主要以氣泡的方式通過床層，而固體顆粒主要存在于乳化相中。與鼓泡床相比較，由于循環(huán)流化床氣泡流速較高固體顆粒粒度又比較細(xì)，氣泡相和乳化相之間的傳質(zhì)阻力對燃燒的影響顯得更為突出。一方面氧氣不能充分進入到乳化相中，限制了碳顆粒的燃燒反應(yīng)，而且不完全燃燒的產(chǎn)物CO和煤顆粒釋放出的揮發(fā)分也得不到充足的氧氣供應(yīng)；另一方面，乳化相中的不完全燃燒產(chǎn)物co和釋放出的揮發(fā)分不能很快的傳到氣泡相中，因而不能進一步反應(yīng)完全。因此在密相區(qū)中雖然有氧氣存在，碳顆粒的燃燒仍處于缺氧狀態(tài)，密相區(qū)中會產(chǎn)生大量的CO，這些CO將和一部分揮發(fā)分被帶到稀相區(qū)燃燒。這是循環(huán)流化床鍋爐密相床中燃燒份額遠(yuǎn)低于鼓泡床密相區(qū)燃燒份額的一個很重要的原因。粒徑和粒徑分布的影響顯然粒徑小的燃煤的燃燒份額會比較小，對于同樣篩分范圍的煤，由于細(xì)顆粒所占份額不同，燃燒份額也會不一樣。當(dāng)細(xì)粒份額增加，被揚析往稀相區(qū)燃燒的份額增多，燃燒份額會減小。在循環(huán)流化床中，有許多國家采用窄篩分、小粒徑，在密相區(qū)的燃燒份額要小得多，在密相區(qū)沒有布置埋管，并把水冷壁涂耐磨層，只吸收小量熱量也能維持密相區(qū)熱量平衡。流化速度的影響當(dāng)密相層斷面縮小，流化速度增加時，同樣粒徑的燃煤粒子的燃燒份額也會減小。當(dāng)前有不少循環(huán)流化床鍋爐為了減少破碎的困難和降低成本，采用寬篩分煤粒，國內(nèi)一般用0~8mm或0~10mm的粒子。因此，在密相層選用較高的流化速度，使細(xì)粒帶往稀相區(qū)燃燒，這樣使燃燒份額降低，維持了密相區(qū)的熱量平衡，并使放熱和吸熱分配趨于合理。物料循環(huán)量的影響當(dāng)循環(huán)倍率提高時，一方面循環(huán)細(xì)顆粒對受熱面的傳熱量及從密相區(qū)帶走的熱量增加，有利于密相區(qū)熱量平衡，另一方面，細(xì)顆粒循環(huán)再燃的機會增加，使燃燒效率提高。過量空氣系數(shù)對燃燒份額分布的影響分析過量空氣系數(shù)1.05和1.15情況下燃燒份額沿床高的分布。過量空氣系數(shù)1.15的工況下相對于過量空氣系數(shù)1.05的工況，床內(nèi)含碳量會有明顯下降，揚析到過渡區(qū)的顆粒含碳量也會下降，因此在過渡區(qū)中燃燒量會下降。在稀相區(qū)的上部，過量空氣系數(shù)為1.15的情況下氧氣濃度比過量空氣系數(shù)1.05的工況下要高較多，雖然碳含量相對較低，燃燒份額在稀相區(qū)上部仍會有所增加。在密相區(qū)中，雖然過量空氣系數(shù)為1.15的情況下密相區(qū)含碳量較空氣系數(shù)為1.05的情況下要低，然而密相區(qū)中的氧氣濃度更高，一定程度上氧氣到達碳顆粒表面的機會要大，因此密相區(qū)中燃燒份額略有上升。密相區(qū)床溫對燃燒份額分布的影響密相區(qū)床溫越高，床下部燃燒占的比重也就越大。這是由于床溫越高，碳顆粒反應(yīng)速率會加快，并且氣體擴散速率也有所增加，這樣有利于氣體和固體的混合，因此密相區(qū)的燃燒份額會稍有上升。而且床溫高了以后，揮發(fā)分釋放速度和反應(yīng)速率會加快，因此在密相區(qū)上部和過渡區(qū)中燃燒份額會有明顯增加。（三）一、二次風(fēng)的配比在循環(huán)流化床鍋爐中，一般將燃燒用空氣分成一、二次風(fēng)送入爐內(nèi)，一、二次風(fēng)比例的確定主要取決于以下幾個因素：1）一次風(fēng)從密相區(qū)的布風(fēng)板送入，一次風(fēng)量應(yīng)滿足密相區(qū)燃料燃燒的需要，從良好流化角度方面的考慮