CFB锅炉的物料系统及分离器技术.doc

CFB的物料系统及分离器技术
1、分离器概述
循环流化床（CFB）燃烧技术的流派是以分离器的形式作为技术特征的，因为分离器的形式决定了CFB的整体布置炉型。
CFB是由化工设备转化而来，早期的CFB由相对比较独立的燃烧室、分离器、换热器、尾部对流竖井等单元通过烟道和膨胀节联接而成，带有化工设备的特点，缺乏传统锅炉的整体性。而由锅炉公司开发的CFB则比较注重动力行业的传统，为保持传统锅炉的紧凑布置，所采用的分离器多为体积较小的二维分离器。
长期的运行实践发现，采用二维分离器的CFB性能均在一定程度上存在一些问题，而旋风分离器良好的分离效果很好地满足了CFB的要求，因此国际上以圆形绝热旋风筒为气固分离装置的CFB发展很快。汽冷旋风筒的出现克服了绝热旋风筒的问题，但带来制造成本的增加，而整体布置没有变化。90年代出现的方形分离器似乎可以使这2个问题得到解决，问题是分离效率是否可与圆形旋风筒相比。
2、循环床的物料平衡系统的作用
循环流化床锅炉区别于煤粉炉主要表现在具有物料循环系统，通常称为主循环回路。物料循环系统是循环流化床锅炉的核心，也是影响循环流化床锅炉性能的关键。
物料循环系统由提升段（燃烧室）、分离装置、回送装置三部分组成，其中任何一个部分出现问题，均将导致锅炉出力、蒸汽参数以及效率等性能的根本变化。
出力、蒸汽参数以及效率是燃料燃烧的最终体现形式，因此燃料燃烧是锅炉现实目的的手段和方式。燃烧需要的三个条件是温度、空气和燃烧时间。在循环流化床锅炉中，考虑到脱硫效率、NOx的生产以及结焦问题，燃烧室一般在850℃--900℃，这一温度范围内燃料是动力控制区。为提高燃烧效率，必须保证充分的氧气供给，而最近的研究证实密相区的气固混合是比较差的，这一现象也是循环流化床锅炉热量平衡的基础。因此二次风的布置和穿透问题是循环流化床锅炉燃烧效率重要影响因素之一。因此延长燃烧时间是提高燃烧效率的根本措施。
循环流化床锅炉中，燃料进入燃烧室后经历的流动过程包括：在播煤风的作用下在密相区乳化相中横向或纵向扩散，经过一定时间后随机的与其他物料颗粒形成气泡，其气泡生长并流向床层表面，气泡破裂，将该颗粒和其他物料扬析。若颗粒较大不足以被气流带入稀相区，则回流至床层进入下一次气泡产生过程；若颗粒较小则被气流夹带，在燃烧室中向炉膛出口方向流动，期间与其他颗粒可能发生团聚而回落，或流向边壁形成下降贴壁流，重新回到床层内，进入下一次扬析过程。若流出炉膛，大部分被分离器分离下来、经回送装置返送至炉膛，成为床料的一部分；未被分离的细颗粒流经尾部受热面离开锅炉形成飞灰。燃烧贯穿了上述逃离分离器之前的整个过程。
通过增加床内回流和床外循环次数无疑有助于提高燃烧效率。
床内形成合适的床料粒度有助于提高气泡的数量和直径，以使密相区欠氧燃烧、实现床内热量平衡，保证燃烧室上下温度均匀，形成较高的物料浓度以提高传热效果；为颗粒的团聚和形成贴壁下降流创造更多的机会和条件。因此，颗粒的流动过程与燃烧密切相关。
床内形成合适的床料粒度、较高的物料浓度、较大的循环量是物料平衡系统的主要作用，为循环流化床锅炉正常燃烧及传热创造条件。
3、分离器的临界直径及选择原则
床内的颗粒粒径存在一个合理的范围，达到该条件主要通过物料循环系统完成。分离器具有明显地并且较小的临界直径是循环流化床锅炉物料循环系统达到比较合理的循环量、床内形成合适的床料粒度的基本条件。循环灰的平均颗粒粒径不宜大于350微米，尽量控制在200微米以下是有益的。
4、物料平衡系统分析
（1）循环灰的粒径范围代表了质量，总流率是其数量，循环系统必须设计指标；
（2）物料系统有三个环节组成，其中任何环节都要仔细考虑；
（3）物料循环系统是一个开式循环，排渣量和飞灰量通过入炉煤种的灰和石灰石作为补偿。因此，入炉煤的粒度及其成灰特性直接关系到物料平衡的数量和质量，燃料因素在燃烧和流动中占有根本低位；
（4）选择比较合理的燃烧室流化床速度是床料扬析、夹带的基础，这是物料循环的动力来源，过高的流花速度要求降低给煤粒度以保证循环物料的质量；
（5）分离器的分离效果是关键。显著的临界直径d99是达到循环系统数量的必要条件，较小的临界直径d99是达到循环系统质量的基础条件。
（6）如果物料补充来源、流化质量和扬析夹带、分离和回送效果均比较理想，则物料循环系统性能能够得到保证。
5、分离器的分离效果对比分析
循环流化床燃烧技术发展到今天，各种炉型对于入炉煤的粒度要求已经趋于一致；各种流派对燃烧室的高度选取和床截面的选取办法已经比较接近，即相同容量的锅炉的炉膛几何尺寸接近；国内循环流化床锅炉通常使用的煤成灰情况没有根本性的差别；回送装置通常采用自平衡非控制阀，基本上可以保证回灰比较通畅，因此循环系统的性能直接表现为物料颗粒度，即循环灰、飞灰的粒径分布可比较正式的反应分离器的分离效果。
通过对典型的圆形旋风筒CFB与方形分离器的CFB的飞灰和循环灰粒径进行比较分析，两者基本相同，这是入口带加速段的水冷方型分离器具有与相同当量直径的圆形的旋风筒相同的分离性能的直接体现。
入口带加速段的水冷方型分离器循环流化床锅炉具有结构紧凑、占地面积小、钢耗量和耐火材料循环量小、制造成本低、分离器内无磨损等突出优点，将成为循环流化床燃烧技术的发展方向。