循環(huán)硫化床鍋爐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析

張銘登

摘 要： 本文分析了循環(huán)硫化床鍋爐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，介紹了硫化風(fēng)量的最佳選擇，硫化速度和爐型、煤質(zhì)的關(guān)系，顆粒特性對(duì)鍋爐燃燒的影響等問(wèn)題。

關(guān)鍵詞： 循環(huán)硫化床；鍋爐；燃燒

循環(huán)硫化床鍋爐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（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(qū)有無(wú)埋管，布風(fēng)系統(tǒng)的配置，燃料特性及顆粒度要求等）和性能，對(duì)運(yùn)行操作方式影響很大，因此，通過(guò)了解循環(huán)硫化床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)其運(yùn)行操作有一定的指導(dǎo)作用。

由于近年來(lái)循環(huán)硫化床鍋爐結(jié)構(gòu)類(lèi)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(lèi)也多，按溫度分類(lèi)：有高溫、中溫、低溫：分離形式有旋風(fēng)、慣性分離兩種。對(duì)于改造的鍋爐由于容量較小，一般采用爐內(nèi)高溫橫置和縱置水冷旋風(fēng)分離器或N型分離器和百葉窗等分離裝置。這些鍋爐投產(chǎn)后都取得了滿(mǎn)意的效果。根據(jù)運(yùn)行實(shí)踐，對(duì)煤質(zhì)、顆粒度、流化風(fēng)量、風(fēng)速等問(wèn)題進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的分析研究，對(duì)運(yùn)行操作和今后工程的爐型選擇有一定指導(dǎo)意義。

一、硫化風(fēng)量的最佳選擇

75t/h以上的循環(huán)硫化床鍋爐一般配有一次風(fēng)及二次風(fēng)系統(tǒng)，一次風(fēng)是保證流化床內(nèi)料層的正常流化，二次風(fēng)是滿(mǎn)足床內(nèi)燃燒補(bǔ)充氧的。循環(huán)流化床鍋爐的一次風(fēng)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(zhì)、床層高度、床溫等影響，在上述數(shù)值的上下波動(dòng)，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(fēng)來(lái)補(bǔ)充供給。在燃用煙煤、貧煤和無(wú)煙煤時(shí)密相床燃燒份額高達(dá)75%一95%，，燃燒需要的空氣主要以一次風(fēng)送入床層。所以，不同的爐型、燃用不同的煤質(zhì)、其燃燒的風(fēng)量控制和配比也不相同。

圖1 流化床鍋爐風(fēng)量與風(fēng)板風(fēng)帽及料層阻力關(guān)系曲線(xiàn)

圖1中1為在一定料層的最佳運(yùn)行風(fēng)量；1′為欠風(fēng)量運(yùn)行，欠風(fēng)量運(yùn)行則是密相床中不正常的的分層流化燃燒，長(zhǎng)時(shí)間在此工況下運(yùn)行，將會(huì)導(dǎo)致密相床局部高溫結(jié)焦，造成停爐；1″為富風(fēng)量運(yùn)行，富風(fēng)量運(yùn)行則是密相床中風(fēng)量過(guò)大，從氣固比概念上講，則是密相床中風(fēng)量過(guò)大，物料太少，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，將會(huì)導(dǎo)致密相床中溫度降低，造成滅火事故。

綜上所述應(yīng)在運(yùn)行調(diào)試時(shí)根據(jù)風(fēng)板風(fēng)帽阻力及風(fēng)量繪制風(fēng)量一阻力關(guān)系曲線(xiàn)并標(biāo)定出最佳運(yùn)行風(fēng)量1點(diǎn)，在運(yùn)行時(shí)作為司爐運(yùn)行人員的依據(jù)。

二、流化速度和爐型、煤質(zhì)的關(guān)系

循環(huán)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(nèi)或由循環(huán)物料將其轉(zhuǎn)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(fēng)量）控制不當(dāng)，將直接放熱量和吸熱量的不平衡，引起爐溫過(guò)高而結(jié)焦或爐溫過(guò)低而熄火。如爐內(nèi)不布置埋管，密相床放出的熱量主要靠循環(huán)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(dá)到高循環(huán)倍率。如按高循環(huán)倍率選取爐型，流化速度控制過(guò)低可能因鍋爐運(yùn)行時(shí)密相床床溫過(guò)高而限制給煤量的增加，造成鍋爐不易達(dá)到設(shè)計(jì)出力。如床內(nèi)布置埋管，則密相床就放出的熱量可由埋管吸收一部分，運(yùn)行時(shí)流化度可相對(duì)控制低一些；如分離器設(shè)在過(guò)熱器中間或后面，則分離下來(lái)的循環(huán)物料溫度比爐膛溫度低得多（一般低100℃一200℃）單位質(zhì)量循環(huán)物料的吸熱能力加大，因此，從爐內(nèi)放熱條件看，也可以選用較低的循環(huán)倍率）。

三、顆粒特性對(duì)鍋爐燃燒的影響

目前國(guó)產(chǎn)的和對(duì)其它爐型進(jìn)行改造為低倍率循環(huán)流化床鍋爐，對(duì)燃煤顆粒度的要求一般為0～8mm，0～10mm，0～12mm，然而對(duì)顆粒組分卻要求的較少，主要原因是國(guó)家還沒(méi)有定型的流化床燃煤制備設(shè)備，現(xiàn)有非標(biāo)燃煤制備設(shè)備難以保證顆粒組分的要求。其結(jié)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(guò)大，爐床超溫結(jié)焦；運(yùn)行中為避免結(jié)焦，減小給煤，導(dǎo)致鍋爐出力降低。為防氣上粗顆粒煤沉底引發(fā)事故，通常大風(fēng)量運(yùn)行，不僅在額定負(fù)荷下風(fēng)門(mén)全開(kāi)，而且在低負(fù)荷時(shí)也不關(guān)小風(fēng)門(mén)，這種大風(fēng)量的運(yùn)行方式，不僅引起煙氣量、煙溫的變化，還會(huì)因大風(fēng)量而造成揚(yáng)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(yùn)行時(shí)操作風(fēng)量應(yīng)適當(dāng)，以免鍋效率降低和汽溫的不正常升高。大風(fēng)量運(yùn)行，如對(duì)床內(nèi)溫度監(jiān)視不夠，也可能將運(yùn)行的鍋爐爐火吹滅。

2.當(dāng)煤種變化時(shí)，燃煤粒反應(yīng)隨著改變。例如鍋爐設(shè)計(jì)煤種為褐煤，當(dāng)煤種改變?yōu)樨毭夯驘o(wú)煙煤時(shí)，燃煤顆粒應(yīng)細(xì)一些。因褐煤具有熱碎性，進(jìn)入爐膛后將受熱破碎。貧煤和無(wú)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(nèi)溫度場(chǎng)，偏離原來(lái)的工況。

3.運(yùn)行時(shí)，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(yùn)行中經(jīng)常排渣，降低床層厚度，將增加灰渣物理熱損失和運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度；若增大一次風(fēng)壓（風(fēng)量），則電耗增高；同時(shí)大顆粒在爐內(nèi)運(yùn)動(dòng)速度增大，加劇了爐內(nèi)中下部受熱面的磨損。

4.運(yùn)行時(shí)如果顆粒組分中細(xì)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(xì)的顆粒將被揚(yáng)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(yán)格控制燃煤顆粒組分是循環(huán)流化床鍋爐保證正常燃燒和出力的重要指標(biāo)。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(huán)流化床鍋爐在密相床中有埋管和沒(méi)埋管兩種布置方一式，在鍋爐選型時(shí)應(yīng)注意，如燃用的煤質(zhì)較差，燃料低位發(fā)熱值在8630kJk/g以下時(shí)，就選用密相床中不帶埋管的爐型；如燃料低位發(fā)熱值在8630kJk/g以上時(shí)，就選用密相床中有埋管的爐型。

四、分離器效率與循環(huán)倍率的關(guān)系

如上所述，燃料粒度的大小會(huì)影響運(yùn)行的風(fēng)量（風(fēng)壓）、揚(yáng)析率、飛灰濃度、燃燒份額等。而分離器與循環(huán)倍率有直接關(guān)系；循環(huán)倍率R=η/（1-η）。R為循環(huán)倍率，η為分離器的效率。分離器效率與循環(huán)倍率是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，而且分離器的效率如果大于90%以上，循環(huán)倍率變化非常大，而分離器的效率與床料的粒徑有緊密關(guān)系，要采用高循環(huán)倍率必需燃用較細(xì)的物料粒徑，而國(guó)外一些高倍率循環(huán)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(guó)內(nèi)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(huán)倍率，在選型時(shí)如果燃用煤質(zhì)較好，最好選用帶埋管的低循環(huán)倍率鍋爐。■