詳解循環(huán)流化床鍋爐有哪些燃燒特性

 循環(huán)流化床鍋爐的燃燒主要發(fā)生在爐膛下部的密相區(qū)，上部的稀相區(qū)和分離器區(qū)。鍋爐爐膛布風(fēng)板上布有幾十公分厚的惰性材料。是一個充滿灼熱的物料，是一個穩(wěn)定貯存熱量的火熱源。燃煤與分離器返回的未然盡的焦碳在該區(qū)域燃燒，爐膛再一次風(fēng)的作用下形成了物料流化，一次風(fēng)同時提供了燃燒所需求含氧量。風(fēng)量約占燃料燃燒所需的風(fēng)量的60%左右，煤燃料揮發(fā)分的析出和燃燒大部分發(fā)生在密相區(qū)。當(dāng)增加負(fù)荷時，加大一次風(fēng)與二次風(fēng)的比值。提高硫化速度，流化速度為5-8m/，把份額較大粒徑較大的煤粒，輸送爐膛上部稀相區(qū)在二次風(fēng)提供氧量，輸送物料進(jìn)行燃燒并參加熱量交換。當(dāng)鍋爐負(fù)荷降低，壓火時停止二次風(fēng)以滿足負(fù)荷變化的需求，此時的密相區(qū)處于還原性氣氛。電力聯(lián)盟|熱電|火電|核電|水電|標(biāo)準(zhǔn)|能源|節(jié)能爐膛二次風(fēng)口以上的稀相區(qū)，燃煤燃燒的需氧量流經(jīng)此處。在稀相區(qū)的焦炭和一部分揮發(fā)份，以富氧狀態(tài)燃燒。約70%的中心區(qū)域向上運(yùn)動。同時在流體力學(xué)的作用下，同時沿截面貼近爐墻向下移動。進(jìn)沸騰爐旋轉(zhuǎn)，物料循環(huán)延長了焦炭在爐膛內(nèi)燃燒狀態(tài)的停留時間。有利于焦炭顆粒的燃盡。在爐膛未然盡的焦炭顆粒在流化風(fēng)的作用下夾帶到分離器，焦炭顆粒在分離器的停留時間很短，而此處氧的含量低，焦炭在該區(qū)域燃燒份額很小，只有一氧化碳和一小部分揮發(fā)份在此燃燒。締造電力行業(yè)最具權(quán)威的技術(shù)交流平臺|熱電|火電|核電|水電|標(biāo)準(zhǔn)|能源|節(jié)能循環(huán)流化床鍋爐交談的燃燒模式分為：細(xì)顆粒燃燒，焦炭碎片燃燒，粗顆粒焦炭燃燒。
　　細(xì)顆粒焦炭的粒徑在30~100μm之間。屬于動力燃燒工況。在燃用寬篩分煤粒時，夾帶著一定數(shù)量的細(xì)顆粒。粗顆粒在爐膛內(nèi)燃燒經(jīng)過一級破碎，一級破碎和碰撞磨損也產(chǎn)生細(xì)顆粒焦炭。細(xì)顆粒焦炭的燃燒在流化風(fēng)和二次風(fēng)的作用下大部分處在爐膛內(nèi)二次風(fēng)口以上部位的稀相區(qū)和分離區(qū)燃燒，部分細(xì)顆粒在浮力定律的作用下隨顆粒運(yùn)動經(jīng)分離器返回爐膛，也有少量細(xì)顆粒形成鍋爐飛灰，是鍋爐未燃盡損失的主要部分，因此循環(huán)流化床鍋爐的熱效率是于燃煤煤種有一定關(guān)系的。在實際循環(huán)流化床鍋爐的運(yùn)行中，一般分離效率大于理論計算數(shù)據(jù)。在實際工況下，從流化床內(nèi)進(jìn)入到旋風(fēng)分離器的氣固混合物中的固體顆粒濃度比在其他常規(guī)旋風(fēng)分離器中要高的多。這樣的顆粒通常以顆粒團(tuán)的形式出現(xiàn),在離心力的作用下更容易被搜集，使分離器的分離效果增大。在循環(huán)流化床鍋爐實際燃燒工況下，固體物料經(jīng)過爐膛分離器和再循環(huán)系統(tǒng)的外循環(huán)以外，還有一部分在爐膛內(nèi)進(jìn)行內(nèi)循環(huán)完成燃燒，達(dá)到鍋爐的物料平衡，煙氣平衡，主要形式表現(xiàn)在細(xì)顆粒焦炭在中心區(qū)域隨氣流向上運(yùn)動。形成的顆粒團(tuán)被上升的氣流沖散。在慣性和重力的作用下，沿貼膛壁處向下運(yùn)動，細(xì)顆粒焦炭在5~8m/s的流化速度的作用下，在爐內(nèi)停留時間大于細(xì)顆粒焦炭燃燒所需時間，達(dá)到完全燃燒的目的和熱能轉(zhuǎn)換。電力聯(lián)盟締造電力行業(yè)最具權(quán)威的技術(shù)交流平臺通常把尺寸為500~1000μm的稱為焦炭碎片，在爐內(nèi)是由一級破碎，二級破碎產(chǎn)生的，屬于過渡燃燒工況，它于循環(huán)流化床鍋爐平均床料在爐內(nèi)停留的時間大致相同。受循環(huán)倍率的影響，循環(huán)倍率越大，焦炭碎片在爐內(nèi)停留的時間越長，達(dá)到焦炭碎片燃盡的目的。通常情況下，根據(jù)循環(huán)流化床的特性，焦炭碎片一般不會作為飛回逃離和由床層底部冷渣排除爐膛。電力聯(lián)盟|熱電|火電|核電|水電|標(biāo)準(zhǔn)|能源|節(jié)能在熱力學(xué)中，通常把大于1mm的焦炭顆粒稱為粗顆粒焦炭，在循環(huán)硫化床中燃燒處于擴(kuò)散燃燒和過渡燃燒。大多數(shù)參與物料循環(huán)，受循環(huán)倍率影響最大，它在爐膛內(nèi)的燃燒途徑大致分為，一部分在爐膛密相區(qū)燃燒，一部分在浮力的作用下在爐膛上部的稀相區(qū)燃燒，另一部分被分離器慣性分離返回爐膛燃燒。因此，粗顆粒在爐膛內(nèi)停留時間長，燃盡程度高。粗顆粒爐渣含碳量很低，由冷渣口排除爐外，粗顆粒未燃損失量一般很小。
    物料循環(huán)量是循環(huán)流化床鍋爐的主要特征之一是鍋爐流體動力。燃燒、傳熱，工況變化特性的主要影響特性因素，對物料循環(huán)的定量表述一般以德國魯奇型，美國的**型，奧斯龍型為主。它分為三種方法，第一種方法采用循環(huán)倍率的概念定義來確定物料循環(huán)量與投煤的比值。與煤種，加入的脫硫劑不同，投煤比值也不同。只能根據(jù)所要求的負(fù)荷和實際工況來調(diào)節(jié)。第二種方法，用爐膛出口煙氣攜帶物料的多少，也就是固體物與氣體之間的比值或者攜帶率的大小來確定。第三種方法是把循環(huán)倍率定義為床內(nèi)上升段中，采用循環(huán)技術(shù)與不采用循環(huán)技術(shù)的灰量之比，此方法一般在國內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐生產(chǎn)廠家在計算、設(shè)計、運(yùn)行確定循環(huán)倍率時不采用，原因是與煤種品質(zhì)和分離效果的影響大，在實際運(yùn)行時難以掌握�？傊�，物料循環(huán)量的大小影響鍋爐的熱量分配。循環(huán)流化床鍋爐的循環(huán)倍率越高，循環(huán)細(xì)顆粒對受熱面的傳熱量及從密相區(qū)帶走的熱量增加，保持了密相區(qū)的熱量平衡，提高細(xì)顆粒循環(huán)再燃的機(jī)會，使燃燒效率提高，但是增加了鍋爐受熱面的磨損。新疆慶華煤化工選用的無錫華光鍋爐廠CFB.280T/h.540℃—10—M的循環(huán)流化床鍋爐。該爐型選用的是高循環(huán)倍率，提高了鍋爐的燃燒效率，脫硫效果也有所加大，尤其是在燃煤價高，對排放要求嚴(yán)格的今天。循環(huán)倍率的爐型有著優(yōu)越性。但是，爐內(nèi)關(guān)鍵部位的耐火耐磨材料要比其他循環(huán)流化床鍋爐的磨損性大，正常運(yùn)行3000小時就得停爐對耐磨材料進(jìn)行修補(bǔ)。為此，慶華煤化工項目的鍋爐工程師張邦杰，對循環(huán)倍率控制在20左右，在保證燃燒效率和爐內(nèi)的熱平衡前提下，減少循環(huán)物料對鍋爐的沖刷磨損。
　　隨著鍋爐制選技術(shù)的日漸完善，循環(huán)流化床鍋爐爐型向著緊湊型，大蒸發(fā)量型，功能化等方向發(fā)展。流化床爐內(nèi)過量空氣系數(shù)增加，床內(nèi)的含碳量就減少，揚(yáng)析到過渡區(qū)的顆粒含碳量也相應(yīng)減少。因此在過渡區(qū)的燃燒量就會下降。在稀相區(qū)的上部，過量空氣系數(shù)增加時，含氧量隨之增加。雖然顆粒含碳量相對較低，但是燃燒份額在稀相區(qū)仍會有所增加。在密相區(qū)中，顆粒含碳量更低，但氧氣濃度更高，一定程度上氧氣達(dá)到焦碳顆粒表面的機(jī)會要大，因此，密相區(qū)中燃燒份額加大。締造電力行業(yè)最具權(quán)威的技術(shù)交流平臺|熱電|火電|核電|水電|標(biāo)準(zhǔn)|能源|節(jié)能在鍋爐密相區(qū)床層溫度越高，床下部燃燒份額也就越大。根據(jù)熱動力學(xué)原理，床溫越高，顆粒反應(yīng)速度，氣體膨脹速率就會增加。相而揮發(fā)份析出速度加快，氣體和固體充分混合，在密相區(qū)的燃燒份額隨溫度的增高而增高。
　　循環(huán)流化床在額定運(yùn)行中爐膛內(nèi)燃燒份額和一，二次風(fēng)的分配對鍋爐的燃燒特性和熱效率影響的重要因素。燃燒份額是循環(huán)流化床鍋爐每一個燃燒區(qū)域中燃燒量占總?cè)紵�量的比例。用燃料在各燃燒區(qū)域內(nèi)釋放出的熱量占燃料總發(fā)熱量的百分比來表示。燃燒份額就是燃燒在各個燃燒區(qū)的燃燒程度。循環(huán)流化床鍋爐的大部分燃燒主要是密相區(qū)和稀相區(qū)，這兩個趨于的燃燒份額約為1:1主要是密相區(qū)的燃燒份額影響到料層的溫度控制。鍋爐內(nèi)的熱傳導(dǎo)以及鍋爐的安全運(yùn)行，是鍋爐運(yùn)行的一個敏感問題，在實際運(yùn)行中，因一次風(fēng)、二次風(fēng)、煤種、粒徑、硫化程度、物料循環(huán)量及倍率等因素影響，密相區(qū)的燃燒份額增加時，相對燃煤的放熱量增加，由于鍋爐運(yùn)行控制設(shè)入了DCS系統(tǒng)中，密相區(qū)出口溫度不變，這時就得增加密相區(qū)的吸熱量，相應(yīng)增加密相區(qū)的受熱面積，如果鍋爐的實際狀況達(dá)到，就會使密相區(qū)出口煙溫提高，即帶入稀相區(qū)的焓增加。如果增加的這部分熱量不能有效地被密相區(qū)受熱面吸收或被煙氣帶到稀相區(qū)，勢必造成密相區(qū)的熱量平衡就被破壞，從而使密相區(qū)的爐膛溫度升高達(dá)到額定溫度以上，極易出現(xiàn)高溫爐床結(jié)焦現(xiàn)象發(fā)生嚴(yán)重影響鍋爐安全運(yùn)行，甚至因結(jié)焦引起保護(hù)聯(lián)鎖動作，造成緊急停爐事件，這個時候繼續(xù)保護(hù)鍋爐運(yùn)行，必須提高過量空氣系數(shù)既加大一次風(fēng)量的辦法來進(jìn)行降溫操作。但是，改變了鍋爐的燃燒工況。
    煤種也是影響燃燒份額的重要因素之一，它表現(xiàn)在揮發(fā)份的無煙煤及劣質(zhì)煤的燃燒份額大，越是揮發(fā)份高煤種，其燃燒份額越小。我們可以這樣解釋，煤的揮發(fā)份在密相區(qū)析出后，一部分來不及在床層燃燒，在流化風(fēng)的作用下，進(jìn)入稀相區(qū)燃燒，則燃燒份額小。如果溫度、一二次風(fēng)的配比相同，循環(huán)流化床鍋爐燃燒工況爐膛呈負(fù)壓，這就確定了鍋爐密相區(qū)燃燒始終處于特殊的缺氧狀態(tài)。雖然密相區(qū)底部的氧含量月在3%左右，但流化床內(nèi)的一氧化碳的濃度高達(dá)2%，從而證明了密相區(qū)缺氧。同時，一氧化碳揮發(fā)份被帶到了稀相區(qū)繼續(xù)燃燒。完成燃燒放熱，傳導(dǎo)熱量的動能。
　　循環(huán)流化床鍋爐燃燒特性與煤種粒徑、粒徑的分布、流化速度、循環(huán)倍率、過量空氣系數(shù)、床層溫度等因素有直接關(guān)系。
　　影響到循環(huán)流化床鍋爐的安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)效益。在同樣的流化速度下，粒徑小、揮發(fā)份高的煤在密相區(qū)的燃燒份額小，大部分被楊析到爐膛上部得稀相區(qū)進(jìn)行燃燒。循環(huán)流化床鍋爐的燃煤粒徑一般在0~10mm之間。如流化速度高時，密相區(qū)的燃煤細(xì)小顆粒，被帶到稀相區(qū)燃燒，使密相區(qū)的燃燒份額相對減少。
　　
　　循環(huán)流化床鍋爐的一主要特征是一、二次風(fēng)的配比因不同形式的CFB鍋爐的設(shè)計工況不同，一般一次風(fēng)率為50一70%之間，一次風(fēng)經(jīng)省煤器預(yù)熱進(jìn)入風(fēng)室，經(jīng)布風(fēng)板、風(fēng)帽進(jìn)入爐床密相區(qū)。保證燃燒需要。同時，我們也可這樣解釋，根據(jù)燃燒份額配一次風(fēng)。為減少氮氧化物的形成，密相區(qū)的實際過量空氣系數(shù)為1%左右。在運(yùn)行中，使密相區(qū)主要處于還原性氣氛。二次風(fēng)的作用是調(diào)節(jié)床壓，保證燃燒完全燃燒提供氧氣。中國電力聯(lián)盟-電力論壇總而言之，循環(huán)流化床鍋爐的燃燒特性，有利于提高燃燒效率，減少氮氧化物的排放。更趨于脫硝脫硫的優(yōu)勢。在循環(huán)流化床鍋爐的運(yùn)行中，我們要充分了解燃燒特性及影響因素。合理控制工況，提高循環(huán)流化床鍋爐的經(jīng)濟(jì)效益