流化床锅炉外循环量的调整与控制研究

流化床锅炉外循环量的调整与控制研究王大军1．概述根据现有设计理论与锅炉实际运行经验得知：流化床是在一个特殊的气固两相流动体系中，发生高速度、高浓度、高通量的固体物料流态化、循环过程，同时发生高强度的热量、质量和动量传递；循环流化床内部气体和固体颗粒的相对运动行为对锅炉的燃烧过程和传热过程起决定性作用。2．流化床锅炉的循环过程研究表明：流化床锅炉物料存在内循环与外循环过程，且物料的内循环量大于外循环量（存在数量级的差别）；在锅炉的热力设计上，实际的水冷壁的换热系数与锅炉内的烟气速度与颗粒浓度等因素有关，不同的水冷壁区域其数值不同，这关系到锅炉的实际负荷量能力与实际需求燃煤量；对流化床锅炉物料内循环量而言，主要有以下因素决定：入炉煤的粒径分布；煤的燃烧成灰特性（包括爆破、硬度、磨损等）；石灰石的粒径分布与石灰粉加入量；外循环量；过剩空气系数；大渣的排除方式；飞灰再循环（如果有）；流化床锅炉高效旋风分离器能够捕捉离开炉膛的床料，这些炽热颗粒经过回料系统再循环回炉膛，构成了一个外再循环回路，对物料外循环量而言，主要有以下因素决定：过剩空气系数；分离器的数量；分离效率；分离器的阻力偏差；回料器的连续输送量；回料向外排放；大渣的方式；飞灰再循环（如果有）；3．流化床锅炉的床料质量床料质量：在实际运行时，床料中颗粒在各段粒径范围内有确定的动态分布；良好的床料质量对稳定燃烧、正常传热十分重要，是流化床正常运行的关键；CFB锅炉运行时，通过加入燃料、石灰石、沙、飞灰再循环、大渣的排除等过程，床料质量在动态变化，所以临界流化风量也将动态变化；物料的粒径分布（密度、当量直径）对流化风量的影响十分明显，当床料质量恶化后，临界流化风量将变大，造成运行困难，在低负荷时床温均匀性与温度差异变化尤其显著；总体来讲颗粒直径为１～８mm份额力求最大85%；实践发现：细颗粒１～３mm，对７-15mm颗粒，具有润滑作用；通常床料质量恶化后，运行时可以通过床料置换（加沙），加以处理；不同的炉型、破碎方式、配风方式、排渣方式和运行习惯对物料的粒径动态分布影响重大，对该问题的彻底研究，可以提高锅炉运行水平；首先在破碎阶段必须控制粒径分布，筛分系统十分关键，优化的系统设计是解决问题的关键；在破碎阶段，防止过破碎同样十分重要，它可以防止后燃，减少炉膛上部、分离器的燃烧份额；4．流化床锅炉循环物料的平衡通常如果进入炉内的灰量等于飞灰量与排渣量之和，就能保持循环物料的平衡，运行中控制排渣量的原则是循环物料平衡，与锅炉负荷密切相关。CFB锅炉稳定运行时，循环回路的总床料量应保持恒定，当燃烧中灰份和脱硫产物不断生成时，其数量大于烟气携带的细灰的数量时，必须通过炉底放渣管连续排放床料，燃烧室生成的总灰量的25%~50%作为底渣由冷渣器排出，其余部分在除尘器被收集起来送入灰库。实践表明：循环流化床锅炉负荷与风量、风速、循环物料量变化方向一致，具有良好的自适应性。料层压差是反映燃烧室料层厚度的参数，在运行中，通过监视料层压差来得到料层的厚度，料层的厚度直接影响锅炉的流化质量、物料循环量和阻力消耗。在锅炉运行中，料层厚度大小会直接影响锅炉的流化质量：料层厚度过大，增加风机压头，风机电耗增加，流化质量下降，底部大颗粒床料沉积，内、外循环量增加，甚至使床料达不到正常的流化状态，炉膛结焦。料层厚度小，热容量低，不能使锅炉快速增加负荷，内、外循环量减小，抗干扰能力较低，一次风容易穿透床层而发生沟流现象，难以形成稳定的密相区，同时还会造成排渣含碳量高，燃烧不完全，增加了灰渣热损失。通过调整给煤量、石灰石量、风量及返料量，严格保持循环物料的平衡，控制好床压、料层床温，使锅炉达到最佳的运行效果。5．流化床锅炉炉膛压差控制目前，一般采用炉膛差压控制CFB锅炉稳定运行，循环回路的总床料量应保持恒定：△P1----炉膛总压差：燃烧室内物料量加布风板风帽的压降。△P2----炉膛上部压差：从燃烧室至分离器的循环灰流量，实际代表给定烟气流量下的物料外循环量。一般的△P1和△P2随负荷变化的曲线图如下：通过燃烧室底部排渣，对1024t/hCFB锅炉，负荷：50%～100%，△P1应在22～16Kpa范围内。△P2它受物料存量、风量、床温以及物料粒径的影响，当锅炉负荷给定时，就有一个对应的床温、对应的风量和对应的△P1，因此根据负荷就可得到一个△P2的预期值，通过调整一次风量、回料器向外排放物料量，可以间接控制△P2。△P2的变化将发生下列变化：燃烧室的换热强度，直接导致负荷变化；改变燃烧室上下部温差；后燃现象，导致过热器喷水量变化；6．流化床锅炉外循环的其他影响原因通过上面的讨论，对流化床外循环的控制与调整，一般观察锅炉上部差压，采用通过回料器向外排循环灰、调整过剩空气系数等方式进行。但不同的底渣冷却方式对外循环的影响不同：风水联合冷却，回收的细灰量较大，对成灰特性不好的燃料有利，可以保持床压稳定，提高流化质量；滚筒式、水冷绞龙等方式基本没有细灰回收，对成灰特性好的燃料（褐煤等）有利；这两种排渣方式之间的另一个差异在于：送入炉膛的氧量控制难易程度不同；经验表明：根据某一煤种设计的循环流化床锅炉，并不能有效燃用差别较大的其他煤种，但由于经济和采购等其他原因，运行中煤质的变化时常发生：煤质变差时，由于灰分、水分增加，发热量减小，使床料吸热量增加，若要维持炉膛温度，则要增加煤量，但灰分的增加使料层阻力上升很快，排渣量增加，排渣的热损失很大，外循环量增加。当煤质好时，燃料在密相区放热增大，为了维持床温，则要增大一次风。由于灰分的减小，有时甚至不能维持料层差压，造成排渣量减少，外循环量减小。