关于循环流化床锅炉热平衡

1、关于循环流化床锅炉热平衡、灰平衡问题一、前言循环流化床燃烧技术是在泡床技术上自七十提代开展起来的一种新的燃烧技术，循环流化床锅炉CFB炉亦被称为第二代沸腾炉， 它克服了沸腾炉燃烧效率低， 埋管磨损严重等缺点， 增加了物料循环 系统。由于 CFB 炉上具有燃用料种类宽，负荷调整范围大，以及在 炉内加石灰石白云石可直接脱硫和降低 NOX 的排放等优点，在 国外得到迅猛开展。目前 300t/h、400 t/h 容量的 CFB 炉已相继投入 运行，更大容量的锅炉正在安装和研制中，可以说，国外 CFB 炉燃 烧技术是成熟的。我国尽管对沸腾炉的研究曾经到达了相当高的水平， 并在运行方 面积累了较丰富的经验

2、，但对 CFB 炉的研究相对国外起步较晚，第 一台 35T t/h CFB 炉于 1998年才投入运行。 然而，国内近几年 35 t/h、 75 t/h CFB炉却供不应求。开展很快，尤其热电联产的地方中小型热 电厂大多采用 CFB 炉，仅辽宁省已投运的就达 9 台，正在安装建设 的 28 台，拟建的 23 台，外加容量 220 t/h 的 3 台，总计达 60 多台。 锅炉制造厂家由最初的几家，现已开展到十几家。由于我国对 CFB 炉的研究起步晚，在设计、制造、安装、运行等方面经验不多，致使 已投运的 35TLH、75T H、CFB 炉较普遍存在：出力缺乏，磨损严 重以及炉内结焦等问题， 给

3、使用单位带来了很大的困难， 如果这些问 题不能得到尽快解决，势必影响我国 CFB 炉技术的开展。本文针对 上述问题提出热平衡、灰平衡的概念，并加以讨论，供设计、制造、使用单位参考。二、热平衡：循环流化床锅炉燃烧室内温度一般在 8500C9500C 之间，当燃 料进入燃烧室后，在一定的烟气流速下，较粗的颗粒落入下部，细小 颗粒悬浮于中部，微小的颗粒被烟气带入上部，各粒径的燃料在上、 中、下部燃烧放热。热平衡就是：燃料在燃烧室内沿高度上、中、下 各部 1所释放出热量与受热面吸收热量含炉墙散热量的平衡。 只有到达这种平衡， 炉内才有一个较均匀、 理想的温度场， 一般来说， CFB 炉燃烧室内温度差纵

4、向、横向在 200C 左右，最大不超过 500C 2只有在一个较理想的温度场下，炉内各部才能保证实现设计的 放热系数，工质才能吸收一定的、所需的热量，从而到达各部的热量 平衡，保证锅炉的出力，且不会发生局部过热、物料结焦等现象。如 何到达炉内的热量平衡？首先在设计时必须确定进入燃烧室内的燃 料在下、中、上各部的燃烧份额。如果在燃料各部位的燃烧份额分配 的不合理，某处过大、或某处过小，就必然造成局部物料温度过高直 至结焦以及局部温度太低， 受热面吸收不到所需的热量， 从而影响锅 炉的出力。目前，已投运的 CFB 炉在运行中发生结焦和达不到额定 负荷的一个主要原因， 正是锅炉设计时燃料燃烧份额分配

5、的不尽合理 或燃料种类、粒径发生变化后，运行中燃烧调整不当，致使燃料燃烧 份额分配未到达设计要求所造成的。例如：某台早期的 CFB 炉设计 时燃料燃烧份额的分配是按沸腾炉推算而来的。 炉内下部密相区燃料 燃烧份额 70，而当锅炉投运后实地测试其燃烧份额应不大于 67， 加之煤种的变化和燃煤颗粒较粗， 实际运行下部密相区燃料燃烧份额 已大大超过了设计值。 这样锅炉下部燃料燃烧时放出的热量不能很快 地或不能完全被受热面工质所吸收、带走， 同时又无其它的调 节手段，锅炉下部密相区就出现温度过高超过灰融点温度而结焦。 运行中为防止结焦， 往往采用减少给煤量或增大一次风量的方法， 前 者，给煤量的减少，

6、必然使锅炉负荷降低，出力缺乏，后者增大一次 风量即增大炉内风、烟速度一是受风机出力的限制，二是加剧了 受热面的磨损。因此，燃烧份额确实定直接影响着炉内热量的平衡。 而这种燃料燃烧时放出的热量及返回物料携带的热量与受热面在各 处工质吸热量之平衡是 CFB 炉的一个重要的特征，只有在设计时和 运行中保持这种平衡，锅炉才能平安、经济、稳定运行。三、灰平衡：为了更进一步地了解 CFB 炉内物料与传热及锅炉负荷之间的关 系，引出“灰平衡的概念。显然这里所说的“灰是指炉内物料， 对于不同类型，不同容量的 CFB 炉物料的组成成份颗粒特性也有所 不同，甚至差异很大。这主要与燃料特性，脱硫剂及炉内传热系数A、

7、循环倍率K的大小等因素有关。与煤粉相比，CFB炉内灰 的浓度是煤粉炉的几十倍，甚至更高。可以说对于不同类型的 CFB 炉对灰的要求即：灰量、灰的浓度梯度、灰的颗粒特性不是不同的， 而对每台 CFB 炉，在各负荷下对灰的“要求也有所不同。灰平衡， 简单地说就是炉内灰与锅炉负荷的平衡。 3灰平衡的概念包括三个 含义： 灰量与锅炉的负荷的平衡； 灰的浓度梯度与负荷之间的平衡； 灰的颗粒特性与负荷的平衡。上述三个含义，缺一不可。对于 CFB 炉，每一负荷工况下，均 对应着一定的灰量， 炉内灰量的减少和增加， 必然影响炉内灰的浓度， 从而影响物料的传热系数， 即影响锅炉的负荷； 如果仅仅灰量与负荷 到达

8、了平衡，但灰在炉内浓度的分布梯度不合理。如：大多聚集 在炉内的下部或上部或某一处， 而其它部位的灰量很小， 也必然影响 炉内温度场的均匀和热量的平衡。另外，既使上述两个条件满足，但 灰的颗粒特性达不到设计要求 或者说锅炉本身的要求 也很难实现 负荷的稳定调整。 反过来说， 在灰的颗粒与特性与负荷不平衡的条件 下到达灰量和浓度的分布的平衡是很难的， 有时是不可能的， 如果仅 仅用改变一、 二次风比的方法来调整灰的浓度分布， 必然影响炉内的 动力特性。另外，不容无视的是灰的颗粒大小对炉内传热系数也有一 定的影响。因此，对 CFB 炉来说，当然用的燃料、流化速度、灰的 组成成份确定后，锅炉负荷X丨与

9、灰丫之间应有如下函数关系：Y1 = f(X)Y=f (X) 丫 2=f(X)丫 3=f(X)(Y1 Y2 Y3 分别表示灰平衡中三个含义 )即： CFB 炉的任一负荷都对应着一个： “灰而这个“灰应满足三 个条件：灰量 丫1 灰的浓度梯度 丫2和灰的颗粒特性 丫3与 负荷都具有一一对应的函数关系。这就是灰平衡的概念。四、实现热平衡、灰平衡的方法：循环流化床锅炉热平衡， 灰平衡的概念不难理解， 应用这一概念 可以解释 CFB 炉在运行中出现的许多问题。除上文提到的炉内结焦 , 受热面磨损，以及出力缺乏外， 还有，如：1当燃用同一种燃料时， 仅把燃料粒径由大变小后，锅炉负荷变就可升高， 2燃用含灰

10、量较 大的燃料与燃用含灰量较小的燃料， 锅炉负荷变化较大， 前者负荷提 高，后者负荷减少，3、当回料阀堵塞后，锅炉负荷骤减，而当回 料阀畅通后负荷又突升； 4、调整一、二次风比和调整下层二次风 与煤粉炉相比对负荷影响大得多等等。 这些问题的原因可以归结到燃 烧份额和灰对 CFB 炉的影响问题。如何实现热平衡、灰平衡，保证锅炉平安、 经济、稳定运行是 目前 CFB 炉亟待解决的问题。应当说明，热平衡、灰平衡不仅相互 联系，也相互作用，相互影响。根据作者赴德国、法国、苏兰三国对 CFB 炉考察以及国内 35t/h、75 t/h CFB 炉运行实践的了解提出建议如 下： 加强对 CFB 炉内传热、动

11、力特性的根底研究，建立中试基地，尽量 减少和防止“商品锅炉在投产后出现不应出现的设计技术问题。 设计时应充分表达出 CFB 炉适应燃料广的优点，锅炉应可燃用无烟 煤至褐煤等多种燃料，且能保证其经济，稳定出力。 确定合理的燃料颗粒特性曲线， 注重燃料制备系统的设备选型， 这是 实现热平衡、灰平衡、保证锅炉平安、经济、运行的一个重要的因素另文详述 增加飞灰循环系统， 以使燃用含灰量较低的燃料 与设计值相差较大 时，采用飞灰回送，到达灰平衡，保证锅炉出力。采用烟气再循环， 烟气再循环作为一次风送入， 不仅可以在低负荷满 足一次“风量的需求，而且可控制炉内下部密相区燃料燃烧份额 过 量空气系小于 1。在运行中应根据煤种和负荷的变化调整一、 二次风比， 使炉内温度场 和浓度场更趋合理。根据燃用燃料特点， 可增加炉渣筛选返送系统或加砂， 使炉内到达灰 平衡，保证特料的循环倍率。五、结束语尽管热平衡、灰平衡问题对 CFB 炉至