循环流化床锅炉燃烧调整1 循环流化床锅炉燃烧概述• CFB是目前国际上洁净燃煤技术中一项成熟技 术，具有煤种适应性广，燃烧效率高，炉内可 实现脱硫脱氮等优点，因而各发达国家竞相发 展该项技术，自上世纪八十年代开始发展，九 十年代逐步走向大型化并应用于电力工业目 前国内外运行、在建和计划建设的大型CFB锅 炉接近300台，已经投运的单机容量最大达到 300MW其基本工作过程概述如下：2 • 锅炉基本运行流程为： • 煤和脱硫剂送入炉膛后，立即被大量处于流化状态中的 惰性高温（830℃～930℃）物料包围，充分混合，迅 速着火燃烧，同时进行脱硫反应； • 在上升烟气流的作用下炙热惰性高温物料与燃烧着的煤 粒一起向炉膛上部运动，对水冷壁和炉内布置的其他受 热面放热，细小的煤粉颗粒完成燃烧离开炉膛 • 在上升气流中，粗大粒子进入悬浮区域后在重力及外力 作用下偏离主气流，从而贴壁下流，加强了炉内热量像 受热面内工质的传送。
这是循环流化床锅炉有别于煤粉 炉的又一特点，这一特征也保证了稍大煤颗粒在炉内反 复循环完全燃烧3 4 含有细小物料的气固混合物离开炉膛后进入高温分离器 （如今成熟且应用较广的是旋风式分离器），气固两相 流中的大量固体颗粒（惰性物料、未燃尽的煤粒、脱硫 剂）被分离出来回送至炉膛，重新参与炉内的流化和燃 烧换热，如此，循环燃烧得以进行并完成 5 未被分离出来的细小粒子成为飞灰，随烟气进入尾部烟 道，以完成过热器、再热器、省煤器和空气预热器的换 热，烟气携带飞灰最后经除尘器除去飞灰后排至大气 6 布风板上布置有排渣口，利用气固两相流的流动性将多 余的物料排出炉膛，从而达到炉内物料进出的平衡，维 持料层在合理范围4 典型循环流化床锅炉原理图5 循环流化床内的煤粒的燃烧过程 1、煤粒送入循环流化床内迅速受到高温物料和烟气的辐 射而被加热，首先水分蒸发，然后煤粒中的挥发份析出 并燃烧、最后是焦炭的燃烧。
其间伴随着煤粒的破碎、 磨损，而且挥发份析出燃烧过程与焦炭燃烧过程都有一 定的重叠煤粒在流化床中的燃烧过程如图所示 6 7 循环流化床内沿高度方向可以分为密相床层和稀相 空间，密相床层运行在鼓泡床和紊流床状态循环流化 床内绝大部分是惰性的灼热床料，其中的可燃物只占很 小的一部分这些灼热的床料成为煤颗粒的加热源，在 加热过程中，所吸收的热量只占床层总热容量的千分之 几，而煤粒在10秒钟内就可以燃烧（颗粒平均直径在0～8mm），所以对床温的影响很小 8 2、循环流化床内煤的燃烧着火流化床内燃料着火的方式，固体质点表面温度起着关键 作用，是产生着火的热源，这类固体质点可以是细煤粒 ，也可以是经分离后的高温灰粒或者是布风板上的床料 当固体质点表面温度上升时，煤颗粒会出现迅猛着火 。
另外，颗粒直径大小对着火也有很大的影响，对一定 反应能力的煤种，在一定的温度水平之下，有一临界的 着火粒径，小于这个颗粒直径，因为散热损失过大，燃 料颗粒就不能着火，逸出炉膛 9 3、循环流化床内煤的破碎特性 • 煤在流化床内的破碎特性是指煤粒在进入高温流化床后 粒度急剧减小的一种性质但引起粒度减小的因素还有 颗粒与剧烈运动的床层间磨损以及碰撞等影响颗粒磨 损的主要因素是颗粒表面的结构特性、机械强度以及外 部操作条件等磨损的作用贯穿于整个燃烧过程 • 煤粒进入流化床内时，受到炽热床料的加热，水份蒸发 ，当煤粒温度达到热解温度时，煤粒发生脱挥发份反应 ，对于高挥发份的煤种，热解期间将伴随一个短时发生 的拟塑性阶段，颗粒内部产生明显的压力梯度，一旦压 力超过一定值，已经固化的颗粒表层可能会崩裂而形成 破碎；对低挥发份煤种，塑性状态虽不明显，但颗粒内 部的热解产物需克服致密的孔隙结构都能从煤粒中逸出 ，因此颗粒内部也会产生较高的压力，另外，由于高温 颗粒群的挤压，颗粒内部温度分布不均匀引起的热应力 ，这种热应力都会引起煤颗粒破碎。
10 • 煤粒破碎后会形成大量的细小粒子，特别是一些可扬析 粒子会影响锅炉的燃烧效率细煤粒一般会逃离旋风分 离器，成为不完全燃烧损失的主要部分破碎分为一级 破碎和二级破碎，一级破碎是由于挥发份逸出产生的压 力和孔隙网络中挥发份压力增加而引起的二级破碎是 由于作为颗粒的联结体形状不规则的联结“骨架”（ 类似于网络结构）被烧断而引起的破碎 • 煤的破碎发生的同时也会发生颗粒的膨胀，煤的结构将 发生很大的变化一般破碎和膨胀受下列因素的影响： 挥发份析出量；在挥发份析出时，碳水化合物形成的平 均质量；颗粒直径；床温；在煤结构中有效的孔隙数量 ；母粒的孔隙结构等11 4、循环流化床的脱硫与氮氧化物的排放控制 • SO2是一种严重危害大气环境的污染物，SO2与水蒸汽 进行化学反应形成硫酸，和雨水一起降至地面即为酸雨 NOX包括NO、NO2、NO3三种，其中NO也是导致酸 雨的主要原因之一，同时它还参加光化学作用，形成光 化学烟雾，还造成了臭氧层的破坏。
• 煤加热至400℃时煤中的硫分首先分解为H2S，然后逐 渐氧化为SO2其化学反方程式为 • FeS2 + 2H2 → 2H2S + Fe • H2S + O2 → H2 + SO2 • 对SO2形成影响最大的因素是床温和过量空气系数，床 温升高、过量空气系数降低则SO2越高 12 • 循环流床燃烧过程中最常用的脱硫剂就是石灰石，当床 温超过其煅烧温度时，发生煅烧分解反应： • CaCO3 → CaO + CO2 ─ 183KJ/mol • 脱硫反应方程式为：• CaO + SO2 + 1/2 O2 → CaSO4 13 • 影响循环流化床脱硫效率的各种因素： （1）Ca/S摩尔比的影响Ca/S摩尔比是影响脱硫效率的首要因素，脱硫效率 在Ca/S低于2.5时增加很快，而继续增大Ca/S比或脱硫 剂量时，脱硫效率增加得较少循环流化床运行时Ca/S 摩尔比一般在1.5－2.5之间。
（2）床温的影响床温的影响主要在于改变了脱硫剂的反应速度、固 体产物分布及孔隙堵塞特性，从而影响脱硫率和脱硫剂 利用率床温在900℃左右达到最高的脱硫效率 （3）粒度的影响采用较小的脱硫剂粒度时，循环流化床脱硫效果较 好 14 （4）氧浓度的影响脱硫与氧浓度关系不大，而提高过量空气系数时脱 硫效率总是提高的 （5）床内风速的影响对一定的颗粒粒度，增加风速会使脱硫效率降低 （6）循环倍率的影响循环倍率越高，脱硫效率越高 （7）SO2在炉膛停留时间的影响应该保证SO2在床内停留时间不少于2－4秒 （8）负荷变化的影响当循环流化床负荷变化在相当大的范围内时，脱硫 效率基本恒定或略有升降 15 （9）其它因素的影响床压的影响：增加压力可以改善脱硫效率，并且能 够提高硫酸盐化反应速度煤种的影响：灰份对脱硫效率并无不利影响 （10）给料方式的影响石灰石与煤同点给入时脱硫效率最高。
虽然循环流化床的脱硫作用很强，但在床温达到 850℃，即脱硫效率最高的温度时，NOX的生成量却最 大，对环境造成极大的破坏这是我们所不愿看到的 所以一定要把床温控制在850－900℃之间，而且要采用 较小的脱硫剂粒径另外，实施分段燃烧也是非常好的 措施 16 循环流化床锅炉烟风系统特性• 大型循环流化床锅炉一般采用并联配风系统，设有两台 一次风机，两台二次风机，三至五台高压流化返料风机 ，两台引风机17 • 一次风由两台风机供给，一次冷风一部分直接送到给煤 机及给、落煤管线上，作为给煤密封风，其余进入空气 预热器内，经加热后，通过一次热风道，经床下启动燃 烧器（即热烟气发生器），进入由下部水冷壁构成的水 冷风室内均压，通过均布于布风板上的风帽进入炉内， 保证炉内物料的流化，并将部分细小颗粒物料提升起来 ；另外，一般从热一次风道上引出一路风，作为给煤的 播煤风，以保证给煤在炉内的均匀扩散和分布，从而有 利于保证床温的均匀性（部分系统设计上在此播煤风管 路上设计有增压风机，以提高播煤风压力）。
18 • 一次风的主要作用是保证物料处于良好的流化状态，同 时为燃料燃烧提供部分氧气，并将燃料燃烧产生的热量 带离料层到达炉膛上部进行换热，实现锅炉燃烧热量平 衡床料的流化状态受温度影响很大，热态运行时的流 化远比冷态时好，所以一次风量的调整在保证不小于最 低流化风量时，根据床温来调整至合适值，使一次风机 电耗得到优化19 3 二次风由两台二次风机供给，一般均进入空气预热器 内加热，然后由二次热风道送到炉膛下部密相区域，由 多只二次风管分多层不同高度进入炉内，起到补充燃料 燃烧所需空气和强化燃烧扰动、输送床料向炉膛上部运 动的作用，并实现分级配风燃烧，降低NOx排放，增加 燃料燃尽程度20 • 二次风量主要根锯烟气含氧量调整，补充燃烧所需空气 ，起到扰动作用，加强了气固两相混合，二次风一般分 上、下两段送入，下层二次风压约高于上层二次风压 2kPa以上，并保持锅炉氧量在3%5%之间。
一次风占 风量55%左右，二次风占总风量45%左右 在运行调整中应将床温、汽温，汽压、氧量、负压、床 压维持在一个较小的变动范围，以此来判定一、二次风 量是否合适，燃烧是。