循环流化床锅炉的循环倍率及其对燃烧效率的影响

1、循环流化床锅炉的循环倍率及其对燃烧效率的影响第7卷第1期2002年3月集美大学学报(自然科学版)JournalofJimeiUniversity(NaturalScienoe)V01.7N0.1Mar.2002【文章编号10077405I2t)D2)01002605循环流化床锅炉的循环倍率及其对燃烧效率的影响何宏舟,邹峥(集美大学机械工程学院,福建厦门361021)摘要讨论循环流化床锅炉及其循环倍率,分析循环倍率的诸定义及其相互之同的关系,对影响循环倍率的若干因素如燃煤性质,分离器分离效率,煤颗粒直径,流化气速等作了探讨,并进一步讨论了循环倍率对锅炉燃烧效率的影响关键词循环流化床锅炉;循环倍率

2、;燃烧效率中图分类号TK229.6.6文献标识码A0引言锅炉中可以通过大幅度提高气流速度而使燃料流态化.随着气流速度的提高,燃料层将出现以下三种状态:固定床,流化床,悬浮床(见图1).相对应的炉型是:链条炉,流化床锅炉,煤粉炉.循环流化床锅炉是有物料循环的流化床锅炉,具有燃料适应性强,燃烧效率高,燃烧稳定且污染低等优点,受到了国内外的广泛重视和发展.锅炉的燃烧效率是锅炉设计和运行中的一个重要参数在循环流化床锅炉中,一方面,由于固定床液化床炉床内燃煤颗粒流化扰动相当剧烈,空气与颗粒的相对速度较大,混合接触较充分,燃烧速度快,燃烬程度高;另一方面,因有物料循环,没有燃烬的碳粒子经过分离器分离后可以

3、回炉继续燃烧,减少了机械不完全燃烧损失;因此,循环流化束锅炉具有了较高的燃烧效率.影响循环流化床锅炉燃烧效率的因素很多,其中主要有燃煤性质,燃煤颗粒粒径,流化气速,一,二次风比率,分离器效率,循环倍率等参数.这些参数本身又互相作用,互相影响,这里,循环倍率是个关键性因素.本文主要探讨循环流化床锅炉的循环倍率及其对锅炉燃烧效率的影响,1循环流化床锅炉的循环倍率循环流化床锅炉区别于其它锅炉之处就在于它有大量的物料循环.循环流化床锅炉中,由于炉膛收稿日期200101O3基金项目福建省自然科学基金资助项目(E0110028)作者简介何宏舟(1967一),男,讲师,硕士,从事热能与动力工程学科方向的研究

4、第1期何宏舟等:循环流化床锅炉的循环倍率及其对燃烧效率的影响27内物料的颗粒大小不均,在一定的流化速度下,较小的物料颗粒会被烟气气流携带至炉膛出口并被分离器分离下来,再次进入炉膛成为循环物料(见图2).这些循环物料对锅炉的运行效果有着重大影响:首先,循环物料中有部分是未燃烬的碳颗粒,通过循环,这些碳颗粒得以再燃烧直至燃烬,减少了机械不完全燃烧损失,从而可提高锅炉的燃烧效率;其次,加在燃料中的脱硫剂也有部分因成为循环物料而进入炉膛循环使用,有利于实现在炉膛内充分脱硫;还有,循环物料在炉膛下部密相区内受热后被气流吹到炉瞠上部,作为传热媒介把炉膛下部的热量带到了炉膛上部,并通过热对流与热辐射等形式传

5、递给上部的水冷壁,加快了传热过程,加大了传热量,保证了锅炉出力,同时也防止了炉膛下部密相区内物料因温度过高而烧结.循环倍率就是用来表示循环流化床锅炉参与循环物料量多少的参数.1.1循环倍率的定义目前国内外对循环流化床锅炉的循环倍率并无统一的定义,常见的有以下五种2.33:M吖J一上相差很大,不具可比性,但反映的实质相同,均反映了锅炉灰循环强度和飞灰利用强度.1.2循环倍率诸定义之间的换算根据上述定义,可找出循环倍率诸定义问有如下的关系:R1=(R21)Am;Rl=R,A;R3=R4/一l;Rl=R5A工程实践中,定义的不统一将导致循环倍率使用上的混乱,给设计计算带来不必要的麻烦.除.以外,其它

6、4种定义均不能直观地表现循环物料的多少.而且即使对于同一循环倍率,同样多的给煤,由于煤种不同,通过燃烧产生的灰份量也不同,循环物料多少也就不同.与其它定义相比,的表达形式简单,意义明了,在锅炉设计计算使用时方便,目前在国内被较多采用.国外表示循环物料量的参数是循环率G,定义为单位时间单位炉膛截面积的循环物料量,它与的关系为:G=BR1/F.1.3影响循环倍率的若干因素对于某一确定的循环流化床锅炉,循环倍率受到诸多因素的制约,其中,主要有燃煤性质,旋风分离器分离效率,流化速度,煤颗粒粒度分布等1,3.1燃煤性质?28?集美大学学报(自然科学版)第7卷在循环流化床锅炉炉膛中,气流携带的循环物料主要

7、包括未燃烬的燃料,脱硫剂和燃料燃烧产生的飞灰.通过这些颗粒把密相区内燃烧产生的热量带到炉膛上部,提高炉膛上部温度,保证锅炉出力优质煤燃烧时生成的飞灰很少,靠自身燃烧产生的灰分携带到炉膛上部的热量有限,必须靠更多的循环物料才能把热量携带到炉膛上部;另外,较多的循环物料也有利于煤在炉内燃烧时的固硫,故燃用优质煤的循环流化床锅炉可采用较高的循环倍率.与优质煤相比,劣质煤在相同的给煤量条件下燃烧产生的飞灰量大大增加,自身就有足够多的灰份可把热量带到炉膛上部稀相区,于是循环物料量可相应地减少,否则,将增多飞灰逸出而造成环境污染因此,从环保的角度看,燃用劣质煤的循环流化床锅炉宜采用低循环倍率.国内外发展循

8、环流化床锅炉的出发点不同,其循环倍率的取值也不同.国外发展循环流化床锅炉的主要目的是减少环境污染,利用其物料循环和低温燃烧,以此来减少燃烧过程SO,NO,的排放量,故一般采用了高循环倍率;而我国发展循环流化床锅炉的目的则太多用于燃烧劣质煤,故选择了低循环倍率.1.3.2分离器分离效率根据循环倍率R和旋风分离器分离效率的定义R=Gc/B;=Gc/(Gc+刚d)则两者存在如下关系R=.qAd/(1).(1)一般情况下,若取=07.则根据式(I),可计算出对应于一定分离器分离效率的循环倍率的值(见表1).表1分离效率与循环倍率的关系由表1可知,即使选用的分离器分离效率相同,对于不同的煤种,其循环倍率

9、也不同,且越是劣质煤,产生的飞灰越多,在一定的分离器分离效率下,其循环倍率也就越大.循环倍率与分离器分离效率存在着递增关系:对于同一煤种,随着分离器分离效率的升高,在相同的气体流速下经分离器分离下来的循环物料量会增多,其循环倍率也会相应地增大I.3.3煤颗粒粒度及流化气速公式(1)仅在假设流化速度及煤颗粒粒度分布都能满足一定条件时才能成立.因为,只有在有足够的物料进人分离器的情况下才能保证分离下来的灰量满足设计要求的循环灰量,否则分离器效率再高也没有用.所以.气流对物料的携带是物料循环的基础.但气流携带物料的能力与流化速度和物料的颗粒粒度分布有关:流化速度越大.物料平均颗粒直径越小,则气流携带

10、物料的能力就越大.携带的物料就越多,循环倍率也就越大.反之,流化速度越小,物料平均颗粒直径越大,则气流携带物料的能力就越小,携带的物料就越少,循环倍率也就越小.流化速度和颗粒粒度分布对循环倍率有着重要的影响.在确定了循环倍率后,可通过计算,校核等手段求取流化速度,选取分离器.实际运行中,因分第1期何宏舟等:循环流化床锅炉的循环倍率及其对燃烧效率的影响29离器的工作条件会有恶化,分离效率有所下降,从而导致循环倍率变化.但煤颗粒粒度一般不会变化,这时可通过改变(适当提高)流化速度的办法来保持循环倍率的稳定.2循环倍率对循环流化床锅炉燃烧效率的影晌循环流化床锅炉的燃烧效率取决于锅炉炉膛的传热效果和整

11、个流化床系统的气体和固体的不完全燃烧损失.气体的不完全燃烧损失很少,所占的比例可忽略不计.因此,一般认为燃烧效率只取决于固体即碳的不完全燃烧损失.循环倍率的大小在一定程度上反映了煤的循环燃烧次数及在炉内的总停留时间,它直接影响到了碳的燃烬程度,从而影响到了锅炉的燃烧效率.图3给出了稀相区出口处平均含碳量与循环倍率的关系.由图3可见,随着循环倍率的增大,炉膛出口烟气中的含碳量明显减少,这意味着煤的燃烬程度高,锅炉的燃烧效率提高了.但当循环倍率R大于4时,随着循环倍率的提高,稀相区出口的飞灰含碳量减少并不多,变化趋缓.此时,随着循环倍率的继续提高,机械不完全燃烧损失降低不多,对燃烧效率影响不大.进

12、一步的实验研究表明,对于大型飞灰循环流化床锅炉,当循环倍率大于l_5时,再继续增加循环倍率,锅炉的燃烧效率甚至有缓慢下降的趋势(见图4)这是因为,固体的不完全燃烧损失主要是由排放灰和溢流灰(不经过分离器的分离作用而直接被排出的灰)造成的,随着循环倍率的增加,排放灰的损失会下降,但溢流灰的损失则会有所增加.当循环倍率提高到一定程度后,后者的影响将大于前者,这时再提高循环倍率反而会使燃烧效率下降.此外,由于较高的循环倍率对应干较大的流化速度和较多的物料循环,从而使锅炉的其它辅助设备如鼓风机,分离器等的功耗增加,也会使锅炉运行的经济性下降.因此,在锅炉设计时对循环倍率的选取应全面考虑,对于燃用劣质煤

13、的中小容量循环流化床锅炉宜采用低循环倍率,而不应为追求燃烧效率而一味地采用高循环倍率.图3稀相区出口平均吉碳量与循环倍率之关系窖95辊羹9085.循倍矗图4循环倍率与燃烧效率之关系3结束语循环倍率反映了循环流化床锅炉的灰循环强度和飞灰利用强度,目前国内一般把循环倍率定义为锅炉的循环物料与给煤量之比.循环倍率的大小对锅炉的运行效果有着重要影响.锅炉燃煤的性质,分离器的分离效率,空气的流化速度,和物料的颗粒粒度等对循环倍率均有影响.循环倍率与分离器的分离效率之间存在着递增关系:同一煤种,随着分离器分离效率的升高,其循环倍率也制应地增大.当分离器的分离效率确定时,空气流化速度越大,物料颗粒平均粒径越

14、小,锅炉的循环倍率就越大.一般说来,燃用劣质煤的循环流化床锅炉宜采用低循环倍率;循环倍率对循环流化床锅炉的燃烧效率有重要影响.当循环倍率较小时,随着锅炉循环倍率的增?30?集美大学学报(自然科学版)第7卷加,煤的燃烬程度迅速提高,锅炉的燃烧效率也明显提高;但循环倍率对提高锅炉燃烧效率的作用有其极限,当循环倍率达到一定值时,继续增大循环倍率对提高燃烧效率的意义不大,在某些情况下甚至有负面影响参考文献I【2345岑可法,倪明江,骆仲泱,等循环流化床锅炉的理论,设计与运行M.北京:中国电力出版社,1998.李军,李葫堂.CFB锅炉的循环倍率【j.热能动力工程,1997,12(2):91-92.张清波

15、,姜秀民,李学恒,等确定循环流化床锅炉循环倍率的若干问题J.锅炉技术,1995,26(12):1-5许惠坤,仇恒杰,王森林循环流陈晓平,孙恩君,秦格琨,等.J动力工程,1995,15(2):23-27大型飞灰循环流化床燃烧模型J.工程热物理学报,1993,14(3):332-335TheCirculationRateoftheCirculationFIuidizedBedBoilerandItsEffectontheCombustionEfficiencyHEHongzhou,ZOUZheng(SchoolofMechanicalEngineerlng,JimeiUmvemity,Xiamen361021,China)Abstract:Thj.paperfocusontheCFBboileranditscirculationrate.analysesthedefinitionsofthecir-culationrateandtIleirrelationships.anddiscussestlosefactor$whichaffectthevalueofcirculationrate.suchasthecharacteristicofcoal,t