流化床鍋爐二次風布置設計理念探索

鐘蓮

Exploration on the Design Concept of Secondary Air Layout of Fluidized Bed Boiler

ZHONG Lian

（Technology Center of Dongfang Boiler Group Co. Ltd.， Chengdu 611731， China）

【摘? 要】論文將會對流化床鍋爐二次風的設計理論進行簡要的分析論述，并以此基礎，提出二次風布置設計理念，以期能夠為相關業內人士提供理論參考。

【Abstract】 This article will briefly analyze and discuss the design theory of the secondary air of a fluidized bed boiler， and on this basis， it puts forward the design concept of the secondary air layout， so as to provide theoretical reference for related professionals.

【關鍵詞】流化床鍋爐;二次風;設計理念

【Keywords】 fluidized bed boiler; secondary air; design concept

【中圖分類號】TK221? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2020）03-0153-02

1 引言

在流化床鍋爐設計中，二次風所在的平面位置將會直接影響到密相區的流化速度，進而對流化床鍋爐的實際運行效果造成影響。所以，在進行實際設計過程中，為確保流化床鍋爐的實際效果，需要結合鍋爐的實際情況，對二次風布置平面距布風板的高度進行合理設計。因此，對流化床鍋爐二次風布置設計理念進行深入探索，進而為流化床二次風布置設計提供完善的設計理念支持，將有著極為重要的現實意義。

2 流化床鍋爐二次風設計理論

2.1 密相區概念

在流化床鍋爐輸送分離高度（TDH）以下，顆粒濃度較大，并沿高度方向濃度逐漸降低，這部分區域為密相區。

2.2 二次風分析設計理論

在如今的流化床鍋爐設計中，通常會將大型循環流化床鍋爐布置設計有三層二次風、大中型循環流化床鍋爐則布置設計有兩層二次風、小型循環流化床鍋爐布置設計有一層二次風。由此可以發現流化床鍋爐二次風布置設計層數是由鍋爐的體型來決定的，更確切的來說，其布置設計層數將會由鍋爐的容量來決定。因此，在進行實際二次風布置設計的時候，必須要對流化床鍋爐的實際容量進行多方面考慮。

3 流化床鍋爐二次風布置設計理念

3.1 密相區擴口設計理念

對于進入到流化床鍋爐中的空氣，其一般會被分為一次風和二次風（少數的流化床鍋爐會布置設計有三次風，因為數量比較少，在此便不多進行描述），其中一次風是新風，從鍋爐床下進入，將床上的燃料吹起沸騰、燃燒，二次風是煙氣分流出來的熱風，吹入爐膛用來調節燃燒熱點的高度。而在如今的流化床鍋爐設計中，密相區一般被被設計為倒錐形擴口，此種設計主要是為避免在流化床鍋爐的實際流化過程中，鍋爐的流化速度受到影響，甚至若是未能夠做好密相區的形狀設計，在鍋爐低負荷的時候，將會出現鍋爐硫化停止或者床料結焦等問題，進而將會導致流化床鍋爐密相區所析出的顆粒物變少，降低流化床鍋爐的實際帶負荷能力。為能夠有效避免以上問題，所以如今對于流化床鍋爐設計中一般會降低密相區的橫截面積，最終在多方面考慮后，大多數密相區將會采用以下兩種擴口設計形式：

①第一種擴口設計形式如圖1所示。該種設計形式的主要目的是為能夠盡可能減少流化床鍋爐下部區域的橫截面積，所以在設計中，將會在二次風口處以上部分采取倒錐形擴口。不過在實際設計過程中，為能夠確保流化床鍋爐其他方面的實際運行效果，要能夠保證該擴口角度不能夠超過45°。

②第二種擴口設計形式如圖2所示。該種設計形式主要是采用在鍋爐布風板上部呈現為倒錐形擴口的方法，在采用該種設計形式以后，可以有效提高布風板周圍的流化分風速，進而加強流化床鍋爐爐膛內的燃燒效率，提高燃燒效果，降低川內粉塵和密相區大顆粒沉底的可能性[1]。

3.2 二次風布置設計關鍵數據確定

在流化床鍋爐實際設計過程中，很多因素都可以對二次風所在平面距離布風板位置高低造成影響，如流化床鍋爐錐體段深度設計、流化床鍋爐錐體段容積設計、循環流化床鍋爐錐體兩端面積大小及設計、循環流化床鍋爐錐體兩端面積比值設計、煤炭質量、一次風和二次風的比例、流化速度、布風板開孔率內外循環倍率等。

3.2.1 流化床鍋爐一次風和二次風風率確定

在進行實際設計過程中，需要考慮以下幾方面內容：

①從運行成本方面進行考慮：二次風布置設計越大，越可以降低流化床鍋爐的運行成本。因此，在考慮到鍋爐實際運行過程中脫硫和用電方面的實際情況，為能夠有效降低鍋爐的運行成本，在進行二次風設計的時候，應保證二次風風率取最大值，但若是二次風布置設計過大，那么將會導致鍋爐密相區錐體段橫截面積過小，而錐體段橫截面積過小則會導致流化床鍋爐燃燒不穩定充分，反而會增加鍋爐運行成本，所以在進行二次風布置設計的時候，還應結合鍋爐的實際情況進行綜合考慮。

②從燃燒份額方面進行考慮：在鍋爐運行過程中，循環灰和冷的二次風都會在密相區進入到流化床鍋爐以內，而密相區的容積將會直接影響到循環灰和冷的二次風進入效果，從而對鍋爐的循環燃燒效果造成影響。因此，為能夠保證鍋爐的實際燃燒效果，就必須要為密相區保留一定的燃燒份額，即保障密相區有著一定的容積，這樣才能夠真正確保鍋爐的燃燒穩定性，提高燃燒效率。

③在一次風布置設計方面考慮：若是一次風在設計過程中取值過低，那么將會導致鍋爐的實際燃燒效果降低，從而使得流化床鍋爐所析出的顆粒物濃度下降，該種情況不僅會影響到鍋爐的循環倍率和帶負荷能力，還會提升流化床鍋爐排渣中的碳含量，導致鍋爐內燃燒效率下降，從而進一步提高鍋爐運行過程中的實際運行成本。

④在煤炭選擇方面，若是在鍋爐運行過程中使用優質易燃燒煤炭，那么在進行實際設計的時候，便可以適當降低一次風風率的取值，但若是在鍋爐運行過程中使用的煤炭為劣質難燃燒煤炭，那么為能夠加強煤炭的燃燒效果，就必須要加強一次風的風率。但由于不同的鍋爐生產公司，其對于一次風和二次風的風率比設計也不盡相同，所以在鍋爐實際使用過程中，不同公司所生產的鍋爐，其密相區和稀相區的流化風速也不同，運行中的煤炭顆粒在鍋爐內的分布情況也不同。不過即便是各鍋爐生產公司在一次風和二次風的風率比設計不盡相同，但所有公司卻在密相區流化和密相區與稀相區熱量分布兩點上卻保持著相關的設計理念，那就是保證以上兩點要盡可能均勻分布，這樣才能夠在一定程度上保證鍋爐的實際運行效果。

3.2.2 錐體段布置設計

在完成一次風和二次風的風率比設計以后，要結合煤炭質量的實際情況，對鍋爐的流化速度進行考慮，而該方面也得到了確定以后，那么便需要對流化床鍋爐的錐體以上部分的橫截面積和錐體體積進行確定，從而進一步確保鍋爐的運行效果。在確定一次風和二次風的風率比、錐體體積及錐體以上部分橫截面積以后，便需要以密相區和稀相區的實際硫化速度為基礎，對二次風布置設計高度來進行確定，之后再通過二次風的布置設計情況來反過來計算錐體底部的橫截面積大小。不過在此過程中，相關人員要遵循二次風平面的流化速度和整體流化速度差距盡可能相同，其中密相區的流化速度要略低于稀相區的流化速度，具體設計過程中該流化速度要結合鍋爐實際運行過程中所使用的煤炭質量以及煤炭大顆粒分布情況進行更加細致性的計算，從而確保所布置設計出的鍋爐有著較好的流化效果和熱量分布效果。

4 結語

綜上所述，在進行流化床鍋爐二次風布置設計的時候，必須要結合運行成本、密相區燃燒份額、一次風風率、煤炭選擇等方面進行綜合考慮，進而以考慮后的結果進行錐體段的布置設計，最終目的是保障鍋爐在后期運行過程中能夠有著均勻的流化效果和熱量分布效果，從而有效保障鍋爐運行質量，提高運行效果的同時，降低運行成本。

【參考文獻】

【1】張呂鴻，劉萌萌，孫永利，等.基于CFD的循環流化床鍋爐二次風入口結構的改進設計[J].化工進展，2013，32（10）：2518-2522.