循环流化床锅炉与层燃锅炉燃烧特点分析

(江苏省特种设备安全监督检验研究院镇江分院,镇江212009AnalysisCombustionCharacteristicsbetweenirculatingFluidizedbedBoilersLayerBurningBoilersZHANSpeciaEquipmenSafetySupspectionstituteZhenjiang,Zhenjiang212009China)力容器检验师,一直从事锅炉、压力容器检验82/450型层燃电站锅炉改造成45循环流化床锅炉的成功经验,对这两种炉型的燃烧特点进行比较和分析关键词:循环流化床锅炉;层燃锅炉;燃烧;传热;效率中图分类号倍左右,燃尽程度也极高。燃烧系统代表性的设备有给煤机、床下点火风道、物料分离器、送风机两种炉型传热机理比较层燃锅炉炉膛内传热以辐射传热为主,对流传热所占比例很小(对流传热量占总传热量的焰温度、炉膛容积、受热面面积概述层燃锅炉是由给煤机将煤粒经煤斗送入炉膛绝大部分煤粒在火床上燃烧,只有一小部分细粒燃料被吹到炉膛形成悬浮燃烧。其燃烧过程是沿着煤层高度进行的,自上而下依次经历着煤层的热力准、还原层、氧化层和灰渣层,生成的烟气则经过锅炉的各级受热面进行换热后离开炉体,经除尘器除尘,通过引风机从烟囱排入大气。

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燃烧系统代表性的设备有给煤机、煤斗、送风机、引风机等循环流化床锅炉则是将石灰石脱硫剂和约13mm左右的煤粒,经给煤机送入炉膛流态化燃烧室下部,被热一次风迅速加热引燃、着火燃。较大的煤粒在流化室内沸腾燃烧,夹带有大量细物料的烟气流在炉膛上部继续燃烧换热后进入其后的物料分离器,物料被分离收集并经下部的送回燃烧循环继续,而后的烟气则同样经过锅炉的各级受热面进行换热后离开炉体,经除尘器除尘后,通过引风机从烟囱排入大气。由于物料的反复循环、扰动充分强烈,温度均匀,其反应和燃烧在整个炉膛中进行并将燃烧释热传递给炉膛四周的,因此,其容积热负荷较大,可达层燃锅炉的F1———炉壁面积,等于炉墙表面积F2———受热面面积hy———火焰温度Tb———炉壁的表面温度———火焰、炉壁的黑度循环流化床锅炉的燃烧和传热是通过床内气固两相流动完成的,炉膛内受热面之间的传热主要受三个传热过程的控制沿着管壁下落的粒子团的传热对管壁的传热。床与管壁之间的换热系数α由下式计算2007211220程中受到的升温、升压速度等的限制条件比层燃锅。由此可见,循环流化床锅炉与同蒸发量的层燃锅炉相比,启动时间相对较长)煤的投入时机及投入量热力准备阶段煤层需要吸热下面送来的热空气,一般其预热温度不超过200因此,煤粒主要是依靠炉膛四壁的砖墙和高温火焰的辐射换热达到着火温度的当炉膛温度达到300~400时就可以适量投入燃料煤。

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燃料煤的投入量是借助于煤闸门来调节的煤层厚度一般在150mm左右,煤层过薄可能使火床工作不稳定、不均保持燃烧,对着火和燃烧不利。反之,煤层过厚,又会使通风阻力过大,使各燃烧阶段偏离正常位臵,造成燃烧工况不正常。为了使燃烧正常而持续地进行,燃料煤投入量的调节必须与送风量调节很好地配合锅炉负荷改变时,应先调节送风量,随即调节燃料煤投入量与之配合循环流化床锅炉的煤粒则是通过在床内被加热到着火温度后,析出挥发分着火燃烧的。大量的热床料不但不与新加入的冷燃煤争夺氧气,反而为新加入床内的冷燃煤提供了一个蓄热量很大的热源煤粒燃烧释放出的热量,部分又用以加热床料内温度保持在一个稳定的水平。由于循环流化床锅炉点火方式的限制,被加热的床层温度存在上限恰好也在煤粒着火温度的下限附近,因此初始阶段,煤粒在床内并不能充分燃烧。当沸腾层的温度达到800,就可以启动给煤机连续投入燃料煤。一般循环流化床,床料温度200左右时微流化升温床料温度300左右时半流化升温床料温度400左右时全流化升温循环流化床锅炉点火启动过程中燃料煤投入量的调节比较频繁,调节幅度也较大,投入量应由小到同时必须相应调节送风量,始终要看火调风,增减风量要及)一二次风的分配一次风控制炉膛温度,二次风控制总风量次风为层燃锅炉燃料煤的初始燃烧提供基本的氧气并提高炉膛初始温度、扰动炉内气流,使之自相混合,防止烟气短和炉膛内的过量空气系数都得以降低影响循环流化床锅炉传热的主要因素有物料浓度、物料粒子直径、流化速度等,辐射换热系数)点火前的准备层燃锅炉点火前应当对炉膛、烟道进行不少于时间的吹扫,其过程已经有一套完善的经验、充分的燃烧时间和适当的空气量可知,维持足够的炉膛温度和适当的一次风量是层燃锅炉启动的关循环流化床锅炉点火启动过程是物料层从冷态到热态的物理、化学反应过程,调节好点火风量是使底料加热顺利过渡到正常流化燃烧的重要因素循环流化床锅炉而言,除进行必要的炉膛、烟道吹扫以外,还要控制合理的床层压力。

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点火时炉膛床压一般控制在kPa左右。这是因为炉膛内的床面主要是由厚度约300mm的惰性炉渣组成的其蓄热量是随床层压力的升高而增大的。如果点火时床压过高,启动时间和启动过程中需要的燃油量就会增;反之,如果点火时床压过低,床层蓄热量就会降,影响煤粒的引燃。因此,保持合理的点火床压对循环流化床锅炉的启动显得尤为重要)点火方式层燃锅炉的点火方式主要系单面引燃即床上固定点火———用木材等燃料引燃床上的静止煤粒在启动过程中受到的升温、升压速度等的限制条件不多循环流化床锅炉的点火方式则不同,它是采用床下油点火,利用燃油的放热加热烟气,进而加热炉,以不断提高床层的温度水平来达到煤粒的着火温度。从结构上看,锅炉采用水冷布风板和水冷风室,设有两个臵于炉后左右两侧风室中的热烟气发生器,作为点火热源。点火热源不仅要对炉膛内的耐火材料、受热面金属和烟气进行加热阀回料装臵中的耐火材料和床层物料等进行加热,可见循环流化床锅炉在启动过〃节能改造循环流化床锅炉与层燃锅炉燃烧特点分析35,对炉膛床料进行充分流化,为炉膛内物料的整体循环提供充足的动力,同时为燃烧提供基本的氧气用来控制,并为炉膛上部稀相区的未燃尽煤粒提供所需的氧气;通过分级配风,还可以有效地控制氮氧化物的排放量由于燃烧机理不同,循环流化床锅炉要求的一次风风压和风量都较同蒸发量的层燃锅炉要大)炉膛温度的控制层燃锅炉为保证燃烧效率,一般将炉膛温度控200左右,炉膛温度控制是通过调节一次风量和给煤量来实现的循环流化床锅炉的炉膛温度控制在850~950范围,炉膛温度控制则通过调节一次风量一般情况下,负荷的连续变化率可达每分钟,几分钟内负荷可降到25这一优点使循环流化床锅炉作为电网的调峰机组和热负荷变化大的情况特别适宜两种炉型停炉过程比较锅炉的停炉分为两种型式———按照调度图表在切断燃料前缓慢地减低负荷 ,直至零为止 事故停炉(紧急停炉和一般 事故停炉 )燃烧调节层燃锅炉正常停炉时 ,应逐渐减少和停止燃料 煤供应 ,停止送风机工作 ,待熄火后 ,继续维持引风 机运行 左右,借以清除炉膛和烟道内的可燃 气体 。

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事故停炉时 ,应立即切断燃料煤供应并停止 送风机和引风机工作 ,如属汽水系统爆管事故 机要继续运行,排出炉膛 、烟道内的蒸汽 ,只需要减少和停止给煤量,同时降低流化速度减 少炉内的循环物料量 。待熄火后 ,继续维持引风机 运行 ,当炉膛内氧量大于 15 停止引风机的运行并关闭挡板 。在停炉过程中 ,需要注意对炉膛床 压的控制 ,这是因为随着燃料煤和送风量的逐步减 ,炉内的循环物料量也会相应减少,大量的悬浮物 ,造成炉膛床压和压差的迅速上升 ,为了保证床料的基本流化 ,防止局部流化不良 而导致结渣 ,在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 ,以维持适当的停 炉床压 。因此 ,在停炉过程中 ,冷渣器一般始终保持 运行 ,直至床压达到要求 。事故停炉时 ,尤其发生爆 管事故时 ,为了防止床内物料遇水结块 ,应迅速启动 床下风道点火器 ,维持炉膛床温在 350 以上 ,尽量 )停炉冷却循环流化床锅炉和层燃锅炉在停 炉后的自然通 风冷却和强制通风冷却上的要求基本一致 ,但是 阀返料器内都积存有大量的物料 ,其蓄热量比层燃锅炉要大 无论是循环流化床锅炉还是层燃锅炉,强制通 风冷却仅在事故停炉时才被允许 ,允许在锅炉解列 8~10 并加强进水和排污 ,使锅水冷却到 70 ~80 )污染物的排放层燃锅炉的尾气脱硫 )技术投资和运行费用昂贵 ,难以推广应用 ;由于炉膛内的燃烧温度 可达 200左右 随着温度的升高,尤其当温 度大于 规律迅速增加,排放量不易控制 循环流化床锅炉在燃烧过程中采用的飞灰再循环燃烧和分级燃烧等技术能有效控制 NOx 的生成 排放。

它可以通过向炉膛内添加廉价的石灰石进行 比较简便的炉内脱硫处理 ,在燃烧过程中,煤粒中的可燃硫将转化生成 SO2 由于燃烧温度在850 左右 ,在整个燃烧过程 中几乎没有温度型 NOx 的生成 ,采用飞灰再循环燃 NOx排放浓度可降低到 150 /Nm,反应式 如下 CO2NO 当负荷变化时,及时改变给煤量和飞灰再循环 量便能实现对负荷的调节 ,并且能维持过剩空气量 和燃烧温度不变 ,这对实现 SO2 NOx的排放控制 非常有利 ,这是层燃锅炉无法做到的 实践证明,适当控制钙 /硫摩尔比为 ,循环流化床锅炉的脱硫效率可达85 可以经济、有效地控制 SO2 排放 。因此 ,循环流化床 锅炉为高硫煤的合理燃用提供了途径 )对煤种的适应性层燃锅炉对煤种的适应性 比较好 ,但燃料煤系 单面引燃循环流化床,对低挥发分煤种着火困难 ,对煤种的适应 范围也 ,从而能维持床温和过量空气系数不变,保持较高 的燃烧效率 循环流化床锅炉的燃烧效率可达95 %以上 ,能与煤粉炉相媲美,这主要得 益于它采用了飞灰的再循环燃烧 烧效率取决于炉膛温度和送风量,通常只有 83 200、粘结性适中 循环流化床锅炉的炉膛截面热负荷qR 35MW (层燃锅炉qV ,其炉膛内循环物料量的大小可以改变床内的吸热份额 ,飞灰的再循环燃烧方式使得燃料煤在炉 膛内的燃烧时间较层燃锅炉长得多 。

可见 ,循环流 化床锅炉对燃料煤的适应性特别强 ,这对于充分利 用劣质煤种具有十分重要的现实意义 )燃烧效率循环流化床锅炉燃烧系统中保存 的燃煤量与层 燃锅炉相比是少的 ,不存在负荷变化时加热或冷却 床料的问题 。负荷变化时 ,层燃锅炉是从热平衡角 ;循环流化床锅炉则是从传热的角度———改变炉 结束语改造后的 45 经过一定 间的运行表明,实际运行参数 额定蒸发量、汽压和 过热蒸汽温度等均能达到改造设计参数 ,尤其在节 约燃料煤 、锅炉热效率和减少 SO2 NOx排放方面 效果非常显著 (如表 改造前后部分参数的对比单位 链条炉 循环流化床炉 比较值 锅炉效率 供电标煤耗 原煤吨汽原煤 成本 负荷调节范围 NOx 浓度 SO 浓度烟尘浓度 02770 19987. 56 15% ~100 070260 86 44616 15568. 40%~110 54253. 同比提高16 个百分点 同比提高 同比下降154 同比下降 吨汽降低耗煤成本19. 36 同比下降240. 同比下降528 比下降206. 通过对循环流化床锅炉与层燃锅炉在燃烧技术特点方面的比较 、分析 ,进一步了解这两种炉型各自 燃烧的技术特点 ,为中小型发电企业逐步将层燃锅 炉改造成循环流化床锅炉提供笔者的个人见解 北京:高等教育出版社 武汉:华中理工大 学出版社

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