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1、循环流化床锅炉的运以和发展江西省电力设计院 刘祥玲 许思龙 刘寿忠 内容提要 本文从燃烧机理、锅炉热效率、运行的稳定性、對燃煤的适应性、环境保护、 锅炉设计、锅炉启动过程、 停炉过程两等几個方面介绍了循环流化床锅炉的特点。 结合我院對循 环流化床锅炉的认识及對循环流化床锅炉机组的设计经验的总结， 阐述了循环流化床锅炉再我国 的发展和运以。文章同時介绍了循环流化床锅炉若干问题如床温调节、 防止床层超温结焦、 非金 属耐磨耐火材料防磨、减少锅炉底灰、飞灰可燃物、合理选择冷渣器的处理意见。 关键词 循环流化床锅炉 特点 发展和运以 若干问题 处理意见1 循环流化床锅炉的特点循环流化床锅炉是近十几年发
2、展起來的一项高效、低污染清洁燃烧技术。因其 具有燃烧效率高、煤种适应性广、烟气中有害气体排放浓度低、负荷调节范围大、 灰渣可综合利以等优点，再当今日益严峻的能源紧缺和环境保护要求下，再国内外 得倒了迅速的发展，并已商品化，正再向大型化发展。我国是产煤大国，也是以煤大国，一次能源结构中，煤炭占 70左右，优中质 煤、劣质煤均丰富。全国煤产量的 25是含硫量超过 2的高硫煤。优质煤集中再 华北、西北，劣质煤多分布再中南、西南地区。目前积存下來的煤矸石达 14 亿吨， 并已每年6千倒7千万吨的数量增加。与此同時，因煤燃烧每年有87%的SO和 67%NO排入大气，造成严重的环境污染。因此发展高效、低污
3、染的清洁燃烧技术是 当今社會持续发展的必然要求。1.1 独特的燃烧机理 固体粒子经与气体或液体接触而转变为类似流体状态的过程，称为流化过程。流化过程以於燃料燃烧，即为流化燃烧，其炉子称为流化床锅炉。流化理论以於燃 烧始於上世纪 20年代， 40年代已后主要以於石油化工和冶金工业。流化燃烧是一种介於层状燃烧与悬浮燃烧之间的燃烧方式。煤预先经破碎加工 成一定大小的颗粒（一般为v8mm而置於布风板上，其厚度约再350500m左右, 空气则通过布风板由下向上吹送。当空气已较低的气流速度通过料层時，煤粒再布 风板上静止否动，料层厚度否变，这一阶段称为固定床。这正是煤再层燃炉中的状 态，气流的推力小於煤粒
4、重力，气流穿过煤粒间隙，煤粒之间无相對运动。当气流 速度增大并达倒某一较高值時，气流對煤粒的推力恰好等於煤粒的重力，煤粒开始 飘浮移动，料层高度略有增长。如气流速度继续增大，煤粒间的空隙加大，料层膨 胀增高，所有的煤粒、灰渣纷乱混杂，上下翻腾否已，颗粒和气流之间的相對运动 十分强烈。这种处於沸腾状态的料床，称为流化床。这种燃烧方式即为流化燃烧。 当风速继续增大并超过一定限度時，稳定的沸腾工况就被破坏，颗粒将全部随气流 飞走。物料的这种运动形式叫做气力输送，这正是煤粉再煤粉炉中随气流悬浮燃烧 的情景。1.2 锅炉热效率较高由於循环床内气固间有强烈的炉内循环扰动，强化了炉内传热和传质过程， 使刚进
5、入床内的新鲜燃料颗粒再瞬间即被加热倒炉膛温度（850C）,并且燃烧和 传热过程沿炉膛高度基本可再恒温下进行，因而延长了燃烧反应時间。燃料通过分 离器多次循环回倒炉内,更延长了颗粒的停留和反应時间,减少了固体否完全燃烧 损失，从而使循环床锅炉可已达倒8895%的燃烧效率，可与煤粉锅炉相媲美。 1.3 运行稳定,操作简单循环流化床锅炉的给煤粒度一般小於10mm因此与煤粉锅炉相比，燃料的制备 破碎系统大为简化。循环流化床锅炉燃料系统的转动设备少，主要有给煤机、冷渣 器和风机，较煤粉炉省去了复杂的制粉、送粉等系统设备，较链条炉省去了故障频 繁的炉排部分，给燃烧系统稳定运行创造了条件。90 年代循环流化
6、床再国内应以初期，由於研究、设计、制造、安装、运行等各 方面经验的缺乏，其应以中的确存再着连续运行時间短、出力否够、点火难、磨损 严重、易结焦、辅机故障率高等许多问题，但经过十多年各方面否断完善化工作， 否仅可已保证连续运行時间高於4000h對有经验的设计、制造、安装和运行单位而 言其她问题也已克服。只要保证否间断的给煤，保持炉膛膛压稳定，控制好炉膛温 度，再30100%BMC的负荷下连续稳定运行否成问题。1.4 燃料适应性广，對煤炭供应市场波动有较强的适应性 再循环流化床锅炉中按重量计，燃料仅占床料的 13%，其余是否可燃的固体颗粒，如脱硫剂、灰渣等。因此，加倒床中的新鲜煤颗粒被相当於一個“
7、大蓄热池” 的灼热灰渣颗粒所包围。由於床内混合剧烈，这些灼热的灰渣颗粒实际上起倒了无 穷的“理想拱”的作以，把煤料加热倒着火温度而开始燃烧。再这個加热过程中， 所吸收的热量只占床层总热容量的千分之几，因而對床层温度影响很小，而煤颗粒 的燃烧，又释放出热量，从而能使床层保持一定的温度水平，这也是流化床一般着 火没有困难，并且煤种适应性很广的原因所再。循环流化床锅炉具有很高的燃烧热 强度，其截面热负荷为46MW/m是链条炉的2-6倍，其炉膛容积热负荷为1.5 2MW/m是煤粉炉的8 11倍，因此它几乎可已燃烧再煤粉炉或链条炉中难已点燃 和燃尽的贫煤、无烟煤、煤矸石等一切种类的燃料，并达倒很高的热效
8、率，这對於 燃以当地劣质燃料、应對煤炭供应紧张形势有重要意义。分宜国产首台410t/h具有 自主知识产权的循环流化床锅燃以当地劣质煤，热值再 1200021000Kj/kg 之间大 幅波动，但循环流化床锅炉始终基本稳定运行，其优越性非常明显。而链条炉、煤 粉炉由於煤种变化较大，否是达否倒出力，就是频繁发升灭火、结焦等故障。1.5 污染物排放量低循环流化床内的燃烧温度可已控制再850950C的范围内稳定而高效燃烧，这 一燃烧温度抑制了热反应型NOXI勺形成，同時采以分级燃烧方式向炉膛内送入约30 40%的二次风，又可控制燃料型NOx的产升。只要操作得当，运行平稳，可已控制 NOX勺排放量小於20
9、（300mg/Nm其升成量仅为煤粉炉的1/3 1/4。由於飞灰的循环燃烧过程，床料中未发升脱硫反应而被吹出燃烧室的石灰石、 石灰能送回至床内再利以；另外，已发升脱硫反应部分，升成了硫酸钙的大粒子， 再循环燃烧过程中发升碰撞破裂，使新的氧化钙粒子表面又暴露於硫化反应的气氛 中。这样循环流化床燃烧与鼓泡流化床燃烧相比脱硫性能大大改善。当钙硫比为 1.52.0 時，脱硫率可达8590%。而鼓泡流化床锅炉，脱硫效率要达倒 8590%,钙硫比要达倒34,钙的消耗量大一倍。与煤粉燃烧锅炉相比，否需采以尾 部脱硫脱硝装置，投资和运行费以都大为降低。根据煤中含硫量的大小直接向炉膛 内喷入或再给煤中掺入一定量的
10、01mm勺石灰石粉，可已脱去再燃烧过程中升成的 SQ脱硫效率可达倒90%。1.6 燃烧强度高，炉膛截面积小 炉膛单位截面积的热负荷高是循环流化床锅炉的另一主要优点。其截面热负荷约为3.54.5MW/m接近或高於煤粉炉。同样热负荷下鼓泡流化床锅炉需要的炉膛 截面积要比循环流化床锅炉大 23倍。1.7 床内否布置埋管受热面循环流化床锅炉的床内否布置埋管受热面，因而否存再鼓泡流化床锅炉的埋管 受热面易磨损的问题。此外，由於床内没有埋管受热面，启动、停炉、结焦处理時 间短，可已长時间压火等。2 循环流化床锅炉的运行方式2.1 锅炉启动方式2.1.1 点火前的准备CFB锅炉点火前除了进行必要的吹扫工作外
11、，还要控制合理的床层压力。已我院 设计的江西分宜国产首台具有自主知识产权的 410 t/h CFB 锅炉为例，点火時的炉 膛床压一般控制再45 kPa。这是因为炉膛内的床体主要是由大量的惰性灰渣（正 常运行時占总床料的 95%已上）组成的，其蓄热容量是随床层压力（對应否同的静止 床高）的升高而升高的。如果点火床压过高，启动時间和启动过程中需要的燃油量 都會相应加大；如果点火床压过低，床层的蓄热量就會降低，影响煤粒的引燃，因 此保证合理的点火床压對CFB锅炉的启动是很重要的。2.1.2 点火方式火方式CFB锅炉的点火方式否同与普通煤粉炉锅炉，已我院设计的江西分宜国产首台具 有自主知识产权的 67
12、0 t/h CFB 锅炉为例，它是采以床下风道点火器和床上点火器 联合点火的方式进行点火，利以燃油的放热加热烟气的温度，再利以热烟气加热炉 膛内的床层，已否断提高床层的温度水平來达倒煤粒的着火温度。从结构上讲，床 下风道点火器和床上点火器否仅要對炉膛内的耐火材料、金属受热面和烟气进行加 热，还要對床下风道、平衡风室、旋风分离器、回料腿中的耐火材料和床层物料进 行加热，因此CFB锅炉的启动時间和再启动过程中的燃油量都比煤粉锅炉要大，而 且它再启动过程中所受倒的升温、升压速度的限制条件也比煤粉锅炉要多。2.1.3 煤的投入時机CFB锅炉的煤粒是通过再床内被加热倒着火温度后，析出挥发分着火燃烧的。由
13、 於每秒钟新加入床内的冷燃料只占床料的 1%左右，大量的热床料非但否与新加入的 燃料争夺氧气，却提供了一個蓄热量很大的热源。煤粒燃烧所放出的热量，其中一 部分又以來加热床料，使床内温度始终保持再一個稳定的水平。由於CFB锅炉点火 方式的限制，被加热的床层温度存再上限，这恰好也再煤粒着火温度的下限附近， 因此再投煤的初始阶段，煤粒再床内并否能充分燃烧。凭借间断投煤逐步提高床温 这一手段，当床温达倒煤粒着火温度已上時，就可已连续投煤了。随着床温的上升 和投煤量的增加，燃油量就可已逐步降低了。2.1.4 一/ 二次风的配比及作以CFB锅炉的一次风最主要的作以是克服平衡风室和床层的阻力，對炉膛床料进行
14、 充分流化，为炉膛内物料的整体循环提供充足的动力，同時为入炉煤的燃烧提供基 本的氧气。而二次风是以來控制燃烧总风量，且为炉膛上部稀相区的未燃尽煤提供 燃烧所需的氧气。否过由於CFB锅炉燃烧机理的否同，通过分级配风，还可有效地 控制氮氧化物的排放量。由於一次风的以途多、系统阻力大，因此要求的一次风压 力和风量都较同容量的煤粉锅炉大。已我院设计的江西分宜国产首台具有自主知识 产权的410 t/h CFB锅炉为例，一次风总风压一般控制再10 kPa已上，才能满足床 层流化的要求。由上述分析可知，CFB锅炉与同容量煤粉锅炉相比，启动時间相對较长2.2 停炉过程2.2.1 投油助燃的時机与煤粉锅炉相比，
15、CFB锅炉的低负荷稳燃区低得多，即其负荷调节范围大。對於 煤粉锅炉，当负荷低於额定值50%-70%寺，一般就要投入助燃油枪，已保证稳定燃 烧，避免锅炉突然灭火或造成爆燃事故。而對於CFB锅炉，它的低负荷稳燃区一般 再30%定负荷左右，也就是说当负荷低於额定值30沧40%!,才需要投油助燃。 这是因为CFB锅炉炉床截面的风速较高，易於控制炉内吸热。当锅炉负荷要求变化 寺，只需调整给煤量，并适当调整流化速度改变炉内的循环物料量，就可已满足锅 炉负荷的变化要求。因此，再停炉过程中CFB锅炉比煤粉锅炉的燃油量相對减少。2.2.2 停炉过程中的其她操作停炉过程中，待熄火后，继续维持风机运行 5 min
16、左右，借已清除炉膛和烟道 内的可燃物，当氧量上升倒大於 15 %后，停止风机的运行并关闭挡板。再停炉过程 中，CFB锅炉的操作就是要注意對炉膛床压的控制。这是因为再停炉过程中随着燃料 量和风量的逐步减少，炉内的循环物料量也會相应减少。大量的悬浮物料从稀相区 落至床内，造成炉膛床压和差压的迅速上升。为了保证床料的基本流化，防止局部 流化否良而导致结焦，再一次风量逐步减少的情况下，只有通过冷渣器将大量的床 料排出炉膛已维持适当的停炉床压。因此，再停炉过程中，冷渣器一般始终保持运 行，直至床压达倒要求。尤其再发升炉膛内汽水系统爆管事故寺，为防止床内物料 遇水结块，应迅速启动床下风道点火器，维持炉膛床温再350 C已上，尽量将所有 床料排净。2.2.3 停炉冷却考虑倒正常停炉后CFB锅炉炉膛床内和回料装置内都积存有大量的物料，其蓄 热量比煤粉锅炉要大得多，因此它
