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循环流化床锅炉燃烧控制与调整

摘要 从分析循环流化床锅炉的燃烧和传热机理入手，结 合循环流化床锅炉的结构特点，论述了常规情况下与循环流化床锅炉燃烧有关的工况控制和调整问题。
关键词  循环流化床   燃烧控制
循环流化床锅炉是一种高效、低污染的节能产品。自问世以来，在国内外得到了迅速的推广与发展。但由于循环流化床锅炉自身的特点，在运行操作时不同于层 燃 炉和煤粉炉，如果运行中不能满足其对热工参数的特殊要求，极易酿成事故。而目前有关循环 流化床锅炉操作运行方面的资料还较少，笔者根据几年来锅炉设计及现场调试的经验，对循 环流化床锅炉运行参数的控制与调整作了一下简述，希望能对锅炉运行人员有所启发。
1循环流化床锅炉总体结构
循环流化床锅炉主要由燃烧系统、气固分离循环系统、对流烟道三部分组成。其中燃烧系统包 括风室、布风板、燃烧室、炉膛、给煤系统等几部分；气固分离循环系统包括物料分离装置 和返料装置两部分；对流烟道包括过热器、省煤器、空气预热器等几部分。
2循环流化床锅炉燃烧及传热特性
循环流化床锅炉属低温燃烧。燃料由炉前给煤系统送入炉膛，送风一般设有一次风和二次风，有的生产厂加设三次风，一次风由布风板下部送入燃烧室，主要保证料层流化；二次风沿 燃 烧室高度分级多点送入，主要是增加燃烧室的氧量保证燃料燃烬；三次风进一步强化燃烧。燃烧室内的物料在一定的流化风速作用下，发生剧烈扰动，部分固体颗料在高速气流的携 带下离开燃烧室进入炉膛，其中较大颗料因重力作用沿炉膛内壁向下流动，一些较小颗料随烟气飞出炉膛进入物料分离装置，炉膛内形成气固两相流，进入分离装置的烟气经过固气分 离， 被分离下来的颗料沿分离装置下部的返料装置送回到燃烧室，经过分离的烟气通过对流烟道内的受热面吸热后，离开锅炉。因为循环流化床锅炉设有高效率的分离装置，被分离下来的 颗料经过返料器又被送回炉膛，使锅炉炉膛内有足够高的灰浓度，因此循环流化床锅炉不同于常规锅炉炉膛仅有的辐射传热方式，而且还有对流及热传等传热方式，大大提高了炉膛 的传导热系数，确保锅炉达到额定出力。
3循环流化床锅炉主要热工参数的控制与调整
3.1料层温度
料层温度是指燃烧密相区内流化物料的温度。它是一个关系到锅炉安全稳定运行的关键参数。料层温度的测定一般采用不锈钢套管热电偶作一次元件，布置在距布风板200-500mm左右 燃 烧室密相层中，插入炉墙深度15-25mm，数量不得少于2只。在运行过程中要加强对料层温度监视，一般将料层温度控制在850℃-950℃之间，温度过高，容易使流化床体结焦造成停炉 事 故；温度太低易发生低温结焦及灭火。必须严格控制料层温度最高不能超过970℃，最低不 应低于800℃。在锅炉运行中，当料层温度发生变化时，可通过调节给煤量、一次风量及送回燃烧室的返料量，调整料层温度在控制范围之内。如料层温度超过970℃时， 应适当减少给煤量、相应增加一次风量并减少返料量，使料层温度降低；如料层温度低于80 0℃时，应首先检查是否有断煤现象，并适当增加给煤量，减少一次风量，加大返料量，使料层 温度升高。一但料层温度低于700℃，应做压火处理，需待查明温度降低原因并排除后再启 动。
3.2返料温度
返料温度是指通过返料器送回到燃烧室中的循环灰的温度，它可以起到调节料层温度的作用。对于采用高温分离器的循环流化床锅炉，其返料温度较高，一般控制返料温度高出料层温 度 20-30℃，可以保证锅炉稳定燃烧，同时起到调整燃烧的作用。在锅炉运行中必须密切监视返 料温度，温度过高有可能造成返料器内结焦，特别是在燃用较难燃的无烟煤时，因为存在燃 料后燃的情况，温度控制不好极易发生结焦，运行时应控制返料温度最高不能超过1000℃。 返 料温度可以通过调整给煤量和返料风量来调节，如温度过高，可适当减少给煤量并加大返料风量，同时检查返料器有无堵塞，及时清除，保证返料器的通畅。
3.3料层差压
料层差压是一个反映燃烧室料层厚度的参数。通常将所测得的风室与燃烧室上界面之间的压力差值作为料层差压的监测数值，在运行都是通过监视料层差压值来得到料层厚度大小的。 料层厚度越大，测得的差压值亦越高。在锅炉运行中，料层厚度大小会直接影响锅炉的流化质量，如料层厚度过大，有可能引起流化不好造成炉膛结焦或灭火。一般来说，料层差压应控 制在7000-9000Pa之间。料层的厚度(即料层差压)可以通过炉底放渣管排放底料的方法来调节。用户在使用过程中，应根据所燃用煤种设定一个料层差压的上限和下限作为排放底料开 始和终止的基准点。
3.4炉膛差压
炉膛差压是一个反映炉膛内固体物料浓度的参数。通常将所测得的燃烧室上界面与炉膛出口之间的压力差作为炉膛差压的监测数值。炉膛差压值越大，说明炉膛内的物料浓度越高， 炉膛的传热系数越大，则锅炉负荷可以带得越高，因此在锅炉运行中应根据所带负荷的要求，来调节炉膛差压。而炉膛差压则通过锅炉分离装置下的放灰管排放的循环灰量的多少来控 制，一般炉膛差压控制在500-2000Pa之间。用户根据燃用煤种的灰份和粒度设定一个炉膛 差压的上限和下限作为开始和终止循环物料排放的基准点。
此外，炉膛差压还是监视返料器是否正常工作的一个参数。在锅炉运行中，如果物料循环停止，则炉膛差压会突然降低，因此在运行中需要特别注意。
4需要特别说明的几个问题
4.1返料量
控制返料量是循环流化床锅炉运行操作时不同于常规锅炉之处，根据前面提到的循环流化床锅炉燃烧及传热的特性，返料量对循环流化床锅炉的燃烧起着举足轻重的作用，因为在炉膛 里，返料灰实质上是一种热载体，它将燃烧室里的热量带到炉膛上部，使炉膛内的温度场分布均匀，并通过多种传热方式与水冷壁进行换热因此有较高的传热系数，(其传热效率约为煤粉炉的4-6倍)通过调整返料量可以控制料层温度和炉膛差压并进一步调节锅炉负荷。
另一方面，返料量的多少与锅炉分离装置的分离效率有着直接的关系，也就是说，分离器的分离效率越高，分离出的烟气中的灰量就越大，从而锅炉对负荷的调节富裕量就越大，操作 运行相对就容易一些。
4.2风量的调整
在锅炉运行过程中，许多用户往往只靠风门开度的大小来调节风量，但对于循环流化床锅炉来说，其对风量的控制就要求比较准确。
对风量的调整原则是在一次风量满足流化的前提下，相应地调整二次风和三次风量。因为一次风量的大小直接关系到流化质量的好坏，循环流化床锅炉在运行前都要进行冷态试验， 并 作出在不同料层厚度(料层差压)下的临界流化风量曲线，在运行时以此作为风量调整的下限，如果风量低于此值，料层就可能流化不好，时间稍长就会发生结焦。对二次风量的调整主 要是依据烟气中的含氧量多少，通常以过热器后的氧量为准，一般控制在3-5%左右，如含氧量过高，说明风量过大，会增加锅炉的排烟热损失q2；如过小又会引起燃烧不完全，增加 化学不完全燃烧损失q3和机械不完全燃烧损失q4。如果在运行中总风量不够，应逐渐加大鼓引风量，满足燃烧要求，并不断调节一二三次风量，使锅炉达到最佳的经济运行指标 。
笔者认为，以上参数对循环流化床锅炉安全稳定运行是非常关键的。在运行中还要结合所燃用煤 质及当时负荷的情况，严格监控料层差压、温度、炉膛差压和返料温度，通过不断调整给煤 量、风量及返料量，使锅炉达到最佳的运行效果，最大限度的发挥循环流化床锅炉高效节能的优势。

循环流化床锅炉简介
循环流化床（CFB）锅炉技术是七十年代发展起来的新技术，它发展的动力在于人类社会对环境保护的日益重视，作为一种清洁燃烧技术，其特殊的燃烧方式大大的减少了作为世界主要大气污染源--燃煤电站的二氧化硫（SO2）和氮氧化物（NOx）排放，即从根本上解决了酸雨问题。同时，循环流化床锅炉还具有燃料适应性广、负荷调节性好、投资和运行成本相对较低等优点，因此作为世界上能源技术发展的三大方向之一该技术在全世界得到迅猛发展。
循环流化床燃烧技术是近二十几年迅速发展起来的一种新兴的燃烧技术，该技术以其燃料适应性广、燃烧效率高、清洁燃烧等优点，不断地在工业锅炉和电站锅炉行业得到实践和发展。
流化是由气流以一定速度穿过布风装置上的物料，使物料颗粒通过与气流的接触而转变成拟流体的状态。流化床类别主要取决于床内气流的空床截面速度，随着气流速度的提高，气流对床内物料颗粒产生的曳力与作用在颗粒上的重力和浮力逐渐达到平衡，床内物料则由固定床状态经过鼓泡（沸腾）、节涌和湍流床状态达到快速流化床状态。
循环流化燃烧技术是在鼓泡流化床燃烧基础上发展起来的，循环燃烧方式与鼓泡床燃烧方式的根本区别在于固体物料能在流化床内实现多次循环燃烧。
鼓泡流化床是在气流空床截面速度低于2～3m/s的情况下运行的，此时床层具有明显的分接口。当气流速度增加并超过鼓泡速度后，床层开始膨胀，大量固体颗粒被抛入床层上方的悬浮空间，床层表面趋于弥散，此时已没有明显的分界线，但沿着燃烧室高度的增加物料浓度越来越低。循环流化床内气流速度一般在3.5～8m/s，床内物料混合强烈，流化稳定。床内物料被高速气流带出炉膛，在“气－固”分离装置中被捕集下来，然后由回料系统送入流化床内循环再燃。固体燃料经多次循环，燃烧效率高，高浓度含尘气流强化了传热；同时，通过循环灰量、风煤配比等手段来控制床温，实现850～950℃左右的低温燃烧，再通过向床内添加石灰石等脱硫剂以及分级布风形式的采用，有效地控制了SO2和NOX等有害气体的生成量，使锅炉排放物达到环保标准。
循环流化床锅炉的工艺流程
循环流化床锅炉的主要组成部份如下：
l        固体粒子循环主回路包括炉膛、旋风分离器以及回料器
l        尾部竖井（包括高温过热器、低温过热器、低温再热器、省煤器以及空气预热器）
在循环流化床锅炉工艺流程中燃烧及脱硫发生在由大量灰粒子所组成的温度相对较低接近850℃的床层内，该温度的选取同时兼顾提高燃烧效率及脱硫效率。这些细粒子或固体粒子由通过布风板的一次风所产生的向上的烟气流将其悬浮在炉膛中，二次风分两层送入炉膛，由此实现分级燃烧。
旋风分离器将绝大部分固体粒子从气—固两相流中分离出来后通过回料器被重新送回炉膛参加燃烧。这样就形成了循环流化床锅炉的主回路。循环流化床主回路的特征为：强烈的扰动及混合、高固体粒子浓度的内循环及外循环、高固体/气体滑移速度及较长的停留时间，以上的特点从而为传热以及化学反应提供了提供了良好的外部条件。

我给大家介绍一下工作过程吧，点火前，先在炉膛布风板上加一定的床料，然后通过床下点火油枪将床料加热到520摄氏度左右，然后投入床上油枪，继续加热床料直至600度，（床下床上点火器联合启动），然后通过给煤机试投煤三到五次，每次投煤10%-15%的额定煤量，待床温稳定上升，氧量稳定下降时，开始连续投煤，直至床温升至760度左右，根据情况撤床下油枪，到床温升至820度以上时，撤床上油枪，维持床温800至920度左右运行。其别的也跟煤粉炉一样，加负荷加燃料，减负荷减燃料，不过迟滞性很大，需做好提前调整量！
烟气流程：一次风机—风室—炉膛—旋风分离器—尾部烟道—电除尘—引风机—烟囱—大气
汽水流程：省煤器—汽包—下降管（集中下降管、分散下降管）—水冷壁下部集箱（水冷屏“分散下降管对应”）—汽包—包墙过热器（旋风分离器入口、旋风分离器、侧包墙过热器、前包墙过热器、后包墙过热器）—低过—屏过—高过最后去汽轮机