循環硫化床鍋爐結構特點分析

張銘登

摘 要： 本文分析了循環硫化床鍋爐結構特點，介紹了硫化風量的最佳選擇，硫化速度和爐型、煤質的關系，顆粒特性對鍋爐燃燒的影響等問題。

關鍵詞： 循環硫化床；鍋爐；燃燒

循環硫化床鍋爐結構特點（受熱受的布置，分離裝置的布置，回料閥的型式，流化室密相區有無埋管，布風系統的配置，燃料特性及顆粒度要求等）和性能，對運行操作方式影響很大，因此，通過了解循環硫化床的結構特點，對其運行操作有一定的指導作用。

由于近年來循環硫化床鍋爐結構類型較多，各電廠所采用的爐型也各不相同。受熱面布置，在密相床中有帶埋管和不帶埋管兩種：流化速度，有的低于3m/s～4m/s，有的高至5m/s～6m/s；分離器的種類也多，按溫度分類：有高溫、中溫、低溫：分離形式有旋風、慣性分離兩種。對于改造的鍋爐由于容量較小，一般采用爐內高溫橫置和縱置水冷旋風分離器或N型分離器和百葉窗等分離裝置。這些鍋爐投產后都取得了滿意的效果。根據運行實踐，對煤質、顆粒度、流化風量、風速等問題進行一些簡單的分析研究，對運行操作和今后工程的爐型選擇有一定指導意義。

一、硫化風量的最佳選擇

75t/h以上的循環硫化床鍋爐一般配有一次風及二次風系統，一次風是保證流化床內料層的正常流化，二次風是滿足床內燃燒補充氧的。循環流化床鍋爐的一次風份額一般為50%一60%，密相床的燃燒份額受流化速度、燃料粒徑、性質、床層高度、床溫等影響，在上述數值的上下波動，其余的燃料則在爐膛上部的稀相床懸浮燃燒，氧不足的由二次風來補充供給。在燃用煙煤、貧煤和無煙煤時密相床燃燒份額高達75%一95%，，燃燒需要的空氣主要以一次風送入床層。所以，不同的爐型、燃用不同的煤質、其燃燒的風量控制和配比也不相同。

圖1 流化床鍋爐風量與風板風帽及料層阻力關系曲線

圖1中1為在一定料層的最佳運行風量；1′為欠風量運行，欠風量運行則是密相床中不正常的的分層流化燃燒，長時間在此工況下運行，將會導致密相床局部高溫結焦，造成停爐；1″為富風量運行，富風量運行則是密相床中風量過大，從氣固比概念上講，則是密相床中風量過大，物料太少，長時間運行，將會導致密相床中溫度降低，造成滅火事故。

綜上所述應在運行調試時根據風板風帽阻力及風量繪制風量一阻力關系曲線并標定出最佳運行風量1點，在運行時作為司爐運行人員的依據。

二、流化速度和爐型、煤質的關系

循環流化床鍋爐密相床中有帶埋管和不帶埋管兩種布置方式，帶埋管布置方式，燃料在密相床中放出的熱量一部分，由床內或由循環物料將其轉送入爐膛上部，由稀相床的受熱面吸收。其余部分由煙氣帶出爐膛，由布置的埋管吸收。若流化速度（風量）控制不當，將直接放熱量和吸熱量的不平衡，引起爐溫過高而結焦或爐溫過低而熄火。如爐內不布置埋管，密相床放出的熱量主要靠循環床物料帶到稀相床的受熱面吸收或由煙氣帶出爐膛。若分離器直接布置在爐膛出口，則很難達到高循環倍率。如按高循環倍率選取爐型，流化速度控制過低可能因鍋爐運行時密相床床溫過高而限制給煤量的增加，造成鍋爐不易達到設計出力。如床內布置埋管，則密相床就放出的熱量可由埋管吸收一部分，運行時流化度可相對控制低一些；如分離器設在過熱器中間或后面，則分離下來的循環物料溫度比爐膛溫度低得多（一般低100℃一200℃）單位質量循環物料的吸熱能力加大，因此，從爐內放熱條件看，也可以選用較低的循環倍率）。

三、顆粒特性對鍋爐燃燒的影響

目前國產的和對其它爐型進行改造為低倍率循環流化床鍋爐，對燃煤顆粒度的要求一般為0～8mm，0～10mm，0～12mm，然而對顆粒組分卻要求的較少，主要原因是國家還沒有定型的流化床燃煤制備設備，現有非標燃煤制備設備難以保證顆粒組分的要求。其結果：

1.由于粗顆粒較多，粗顆粒將沉浮于燃燒室下部燃燒，造成密相床燃燒份額過大，爐床超溫結焦；運行中為避免結焦，減小給煤，導致鍋爐出力降低。為防氣上粗顆粒煤沉底引發事故，通常大風量運行，不僅在額定負荷下風門全開，而且在低負荷時也不關小風門，這種大風量的運行方式，不僅引起煙氣量、煙溫的變化，還會因大風量而造成揚析量增大、密相床的燃燒份額減少、飛灰濃度增大等變化，影響到汽溫的增高。因此，運行時操作風量應適當，以免鍋效率降低和汽溫的不正常升高。大風量運行，如對床內溫度監視不夠，也可能將運行的鍋爐爐火吹滅。

2.當煤種變化時，燃煤粒反應隨著改變。例如鍋爐設計煤種為褐煤，當煤種改變為貧煤或無煙煤時，燃煤顆粒應細一些。因褐煤具有熱碎性，進入爐膛后將受熱破碎。貧煤和無煙煤則不具備這一特性。顆料太大不但影響燃燒還將改變爐內溫度場，偏離原來的工況。

3.運行時，如果顆粒組分中粗顆粒比例較多則床層加厚，阻力增大。若運行中經常排渣，降低床層厚度，將增加灰渣物理熱損失和運行人員的勞動強度；若增大一次風壓（風量），則電耗增高；同時大顆粒在爐內運動速度增大，加劇了爐內中下部受熱面的磨損。

4.運行時如果顆粒組分中細顆粒比例較多，則床層不容易建立，密相床的溫度難以維持，即使能維持密相床的燃燒溫度，較細的顆粒將被揚析，加大尾部受熱面的磨損，難以保證鍋爐煙氣出口的粉塵排放要求。

總之，嚴格控制燃煤顆粒組分是循環流化床鍋爐保證正常燃燒和出力的重要指標。資料介紹3mm以下粒度的煤占70%～80%，lmm以下占50%是顆粒度最佳組分。由于循環流化床鍋爐在密相床中有埋管和沒埋管兩種布置方一式，在鍋爐選型時應注意，如燃用的煤質較差，燃料低位發熱值在8630kJk/g以下時，就選用密相床中不帶埋管的爐型；如燃料低位發熱值在8630kJk/g以上時，就選用密相床中有埋管的爐型。

四、分離器效率與循環倍率的關系

如上所述，燃料粒度的大小會影響運行的風量（風壓）、揚析率、飛灰濃度、燃燒份額等。而分離器與循環倍率有直接關系；循環倍率R=η/（1-η）。R為循環倍率，η為分離器的效率。分離器效率與循環倍率是一一對應的關系，而且分離器的效率如果大于90%以上，循環倍率變化非常大，而分離器的效率與床料的粒徑有緊密關系，要采用高循環倍率必需燃用較細的物料粒徑，而國外一些高倍率循環流化床鍋爐采用的物料顆粒粒徑最大為3mm，平均粒徑d=176pm～141pm，而目前國內鍋爐制造廠家給出的燃燒物料粒徑為0～8mm，0～10mm，0～12mm，只能采用低循環倍率，在選型時如果燃用煤質較好，最好選用帶埋管的低循環倍率鍋爐。■