循环流化床锅炉燃烧过程分析

1、循环流化床锅炉燃烧过程分析循环流化床锅炉燃烧过程分析摘要：循环流化床锅炉的燃烧过程是锅炉燃烧的重要组成部分，它可以燃烧所有煤种以及垃圾，但每台锅炉燃烧的煤种都是有限的，否则，影响锅炉出力，甚至因结焦而无法运行。关键词：循环流化床锅炉；燃烧过程；燃料；燃烧效率1 研究的目的支持循环流化床锅炉燃烧的燃料很广，如煤、煤矸石、煤泥以及垃圾、生物质燃料等，其优越的着火条件是其它燃烧设备都不可比拟的，因此可燃用几乎所有劣质燃料。由于目前绝大多数循环流化床锅炉还是以煤为主要燃料，所以我们将讨论煤颗粒在流化床锅炉中的燃烧过程。燃烧过程在循环流化床锅炉的设计、运行中占有十分重要的地位。与层燃炉、煤粉炉相比，流化

2、床中煤的颗粒相对运动十分强烈，煤粒不仅着火迅速，而且和空气混合也很好。它燃烧的速度很快。良好的燃烧可以促进锅炉燃烧效率的提高，而燃烧效率的高低直接关系着运行费用的增减，严重影响了经济效益。2 循环流化床锅炉燃烧的过程分析传统的燃烧理论认为组织良好燃烧过程的必要条件是时间、温度和湍流度。在循环流化床锅炉中，床温的标准维持在850900°C左右。为了保持比较长的停留时间，得利用炉内物料的内循环和外循环黑燃烧颗粒，同时必需的湍流度靠床内强烈的气固混合提供。另一方面，密相床上方的气固两相流动比较差，也就是说在稀相区内局部，如果出现欠氧情况，周围的氧很难扩散到该区域内。因而焦炭和一氧化碳的燃尽

3、是存在困难的。为此，需要增加二次风，补充炉内燃烧的氧气和加强物料的掺混。根据炉型的不同和燃煤的不同，二次风可以由不同的高度被给入。一些布置在侧墙，有的被布置在四周炉墙，还有在四角分布。依次经历干燥和加热、挥发份析出和燃烧、膨胀和一次破碎、焦炭燃烧和二次破碎，磨损等程序后，煤颗粒将送入流化床中。由于瞬间新燃料量占床料重量的部分只有大约1%-3%，位置极小。因此，当新鲜煤颗粒被送入炉膛后，不可燃的大量高温物料立即包围，并迅速加热将其至接近床温。这时煤颗粒的粒度率影响到加热速度。粒度越大，被加热速率的就降低了，延长了时间。挥发份的产量和构成受到加热速率、最终温度、停留时间、初始温度、煤种和粒度分布、

4、压力等许多因素的影响。高温物料的进一步加热，使得挥发份逐渐被析出。第一个稳定挥发份的析出阶段，大约发生在温度500-600°C范围内；而第二个稳定析出阶段则在温度800-1000°C范围内。经历了一个塑性相，煤颗粒在挥发份析出过程的420-500C温度范围内，破坏了煤中的小孔。因此，颗粒的表面积在挥发份开始析出时是最小的。此后，煤颗粒随着内部气相物质的析出逐渐膨胀。煤颗粒中析出的挥发份有时会在煤粒中形成很高的压力，压碎了煤颗粒，这种现象就被称为“一级破碎”或“一次爆裂”。在这一过程中，有些煤种的颗粒会有膨胀现象发生。煤颗粒在投入炉膛后，热烟气和热物料使其温度升高，挥发份被析

5、出并且燃烧。它一边还与其它物料一起流动在炉内。可以看出挥发份在沿炉膛高度方向上的浓度分布与床内物料的分布，和流动有着紧密的联系。单颗粒的运动方向是混乱的，它以统计的方法探析燃料的挥发，从整体上来分析总结挥发的规律。由于挥发份的燃烧被氧的扩散速率控制着，直接影响了挥发份的燃烧好坏及热量释放的位置，特别是悬浮段的氧浓度分布。而挥发份的燃烧也与床内的物料分布和流动有关，是因为氧在炉内的分布和扩散取决于床内气固混合情况。在煤颗粒进入流化床床内以后，沉浸在流化床中的受热面上，主要以接触方式传热，灼热的颗粒与管壁的碰撞十分强烈，而且固体粒子的热容量比气体大许多倍，强化了传热过程。加上骤增的环境温度加强了颗

6、粒表面的传热效果，其内部由于依次出现相当大的温升速率，进入煤的热解温度范围的速度很快。煤中的挥发份在此时的颗粒内部的孔隙中，被大量析出。传输到颗粒表面的速度比较缓慢，从而孔隙中气体压力不断上升。颗粒的固体结构也受到一定的张力，当这个张力达到一定值后，整个颗粒的将会面临爆裂的情况。一次爆裂特性与煤的种类有关联。一般情况下，随着挥发份含量升高，爆裂程度得到增强，灰粉对爆裂程度的影响是双重的：一方面颗粒不均匀性增加，内部分界面形成后，一次爆裂加剧。而另一方面灰粉又可以使颗粒的强度提高，碳含量对爆裂特性的影响比较挥发份含量的影响却大相径庭。最直接的结果是，一次爆裂会影响到在流化床内粒度中固体颗粒的分布

7、，进而影响到对物料的扬析夹带过程、床内传热过程、煤和焦炭颗粒的燃烧过程以及燃烧室内热负荷的分布。颗粒的粒度分布在爆裂前后有着较明显的变化，初始给煤的粒度分布狭窄，而在爆裂后，焦炭颗粒的粒度分布宽于原煤。焦炭的粒度在爆裂后，大部分质量集中在较大的碎片上，小颗粒虽然相较于大的碎片数量较多，但是，其所占质量份额是相当少的。一般而言，它的规律如下：原煤随着粒度的增大，原煤粒度分布和爆裂后焦炭的粒度分布差别也增大。在燃烧反应和颗粒碰撞的综合作用下，经历热解过程，使得煤颗粒基本变为焦炭颗粒。而此时颗粒网络结构中，某些牵连在一起的部分可以断开，破碎成更小的、联结的焦炭颗粒，这便是二级破碎。引起煤颗粒的二次碎

8、裂，是煤颗粒内部热解产物形成后引起的压力梯度，以及煤颗粒内部温度梯度导致的热应力等因素造成的。同时，煤颗粒的燃烧程度也与之密切相关。3 燃烧引起的热量释放规律综上所述，循环流化床锅炉燃烧问题的研究复杂而困难。不同的煤种的热量释放规律曲线是不同的。在实际中，可以根据不同炉膛高度上的含氧量和物料浓度情况，针对具体的煤种，假定出一条热量释放规律曲线。然后，对用该煤种的循环流化床锅炉的实际运行结果修正曲线，这个煤种在炉膛内的热量释放规律就可以得到。在现阶段，要得到燃烧热量释放的经验性规律，仍然需要通过实验测量。对于低挥发粉的难燃煤种，燃烧份额比较大，释放的热量比较多。因此，需要提供一定的氧气，这需要借

9、助较高比例的一次风，并在炉膛上部，将其释放出来的热量带走；而高挥发粉的煤种在炉膛中、上部的热量释放多，因此补充燃料燃尽所需的氧量，需要使用较高比例的二次风。这样来看，一、二次风的分配比例对应炉膛上部和下部的燃烧份额分配。另一方面，受热面的布置，根据燃料的释放规律来调整风的分配，使受热面可以有效地将燃料释放的热量吸收掉这一过程得到保证，进而维持好燃烧室内正常的热平衡。定性的说，易燃性煤种的燃烧份额在炉膛上部被分配。相同情况下，难燃性煤种却只有在炉膛下部占有较大的燃烧份额。同样，在悬浮段有较大的燃烧份额是高挥发份的煤种，而低挥发份煤种的热量则靠近炉膛下部释放。长治集中供热第一热源厂使用的同厂家、同型号的4台58MW循环流化床热水锅炉，只因为二次风开口方向不一样，在使用同一煤种，同一参数情况下，二次风开口方向在前后的锅炉出力要优于二次风开口方向在两侧的。4 结语总之，循环流化床炉存在有结构和系统复杂、投资和运行