循环流化床锅炉设计工艺分析

循环流化床锅炉设计工艺分析

黄凯

（武汉锅炉股份有限公司湖北武汉430205）

摘要：循环流化床锅炉应用的是工业化程度较高的洁净煤燃烧技术，在我国对工业生产环保要求越来越严的背景下，循环流化床锅炉做出了巨大的贡献。对于煤矸石、油页岩、城市垃圾以及废弃物等难燃的固体燃料，都可以作为循环流化床锅炉的燃料，不仅具有较高的燃烧效率，而且污染较小。因为循环流化床锅炉采用流态化燃烧，在设计运行中会存在磨损、结焦、物料循环不畅等问题，经过技术的不断改进，这些问题都得到了很好的解决，下面对此进行阐述。

关键词：循环流化床；锅炉；工艺

循环流化床锅炉控制系统是一类新型的锅炉控制系统，在实际的应用中发挥重要作用。在生产环节中，为了可以提升循环流化床锅炉系统的性能，应该完善控制系统的分析，提升循环流化床锅炉设计方案。

1循环流化床锅炉设计运行中的常见问题

1.1磨损问题

循环流化床锅炉是把固态的燃料进行流体化处理，让燃料具有液体的流动性质，在其中可以加入煤矸石以及石灰等物质，可以达到除硫的效果。因为燃料是以液态化的方式流动的固体，所以这些颗粒在流动的过程中，会与接触到的设备发生碰撞，从而造成一定的磨损。循环流化床锅炉在运行的过程中，床料流动的速度越快、浓度越大，对锅炉受热面和耐火材料的表面所造成的冲击就越加强烈，从而导致这些部件的磨损。在床料流动的过程中，也会伴随温度的循环流动，在耐火构件热膨胀系数不同的情况下，受到机械应力的影响会对炉内耐火构件造成磨损。

1.2结焦问题

循环流化床锅炉结焦是设计运行中的常见问题，结焦不仅降低锅炉的运行效率，同时还威胁到锅炉运行的安全性。形成结焦的原因主要是旋风分离器超温、床料结块、返料器堵塞等，如果燃烧室温度超过灰的变形温度，会导致炉内未燃碳重新燃烧，在床温上涨的情况下形成结焦。如果物料循环系统漏风，热床料中的可燃物与氧气接触重新燃烧，但由于热量不足就会形成局部超温结焦。如果在启动期间煤油混烧时间较长，在风量与燃煤颗粒匹配不佳等情况下，燃烧速度过慢就会导致未完全燃烧的油渣与床料板结成块，在流化不良的情况下，形成松散的渣块。在返料器运行过程中如果因为堵塞而突然停止工作，由于炉内循环物料不足就会导致温度升高，从而导致高温结焦。

1.3旋风分离器的问题

旋风分离器的主要功能就是进行气固分离，保证循环流化床锅炉的正常运行。旋风分离器结构比较简单，其运行效率主要与形状、结构、进口气体温度、入口烟温、入口颗粒等因素有关。如果分离器的运行效率达不到设计值，就会出现未完全燃烧现象，直接影响到锅炉的燃烧效率。在飞灰量较大的情况下，就会对尾部受热面造成严重的磨损，增加除灰设备的能耗。如果进入循环回路中的灰量较少，就无法达到设计的循环量，无法有效控制床温，对锅炉满负荷运行以及炉膛传热产生一定的影响。

2循环流化床锅炉设计工艺分析

2.1循环床气固两相流动

在循环床内，颗粒会聚集在一起，这些粒子团聚在一起，导致颗粒的体积和重量增大，产生非常大的自由沉降终端速度，在一定的气流速度下，粒子会顺着锅炉墙向下运动。在粒子流动的环节中，气体和固体之间会产生非常大的相对速度，粒子会在锅炉壁上沉积。在粒子团不断的聚集、下沉和上升的环节中，会形成内循环，导致锅炉内发生热量的交换。粒子团会沿着锅炉壁下沉，锅炉内的内循环非常剧烈，导致锅炉的传热效果非常好，锅炉内的热量分布也非常均匀。在850摄氏度的锅炉温度下，燃料和脱硫剂在短时间内会被加热到850摄氏度，燃烧效率非常高，而且在石灰石的作用下会产生脱硫反应，在合适的反应温度下实现燃料的二次循环。在循环床内的任何位置，都可以实现良好的传热效果。在循环过程中固体颗粒是向下运动的，但是颗粒的粒径比较大，可以降低颗粒的流动速度，防止炉壁发生严重的磨损情况。

在循环流化床锅炉悬浮段运行环节中，固体颗粒的流动不会呈现出快速流态化，此时的颗粒具有一定的浓度，并且会出现成团的现象。循环流化床悬浮段中的燃料的分布不均匀，应该在采用热态测试的基础上，确保燃料的均匀分布。

2.2物料平衡理论及其应用

固体骨料在循环系统中呈现出对传热的流动特征，这对燃料的燃烧和脱硫过程都会产生一定的干扰，对整个锅炉的使用也会产生影响。采用物料平衡理论可以对固体燃料在燃烧系统内的分布规律进行合理的分析，在循环流化床的锅炉的设计中起到很好的效果。物料平衡理论主要是指燃料、焦炭等在回料装置等可以保持平衡，物料平衡建立的效果直接会影响到循环流化床锅炉的运行效果。

（1）循环量的确定

在循环流化床设计环节中，要确保一台锅炉可以正常的运行，在设计中应该确保热量分配的平衡。循环流化床中物料的浓度与受热面传导系数具有直接的关系，所以，要确保锅炉内具有充足的物料循环。在循环流化床物料循环中，结合不同燃料的特性，确定循环量。在具体的设计环节中，如果循环量低于设计的循环量，就会导致锅炉内的燃料过分燃烧，热量被受热面过度吸收。如果燃料的浓度过低，就会导致锅炉出力不足。

（2）分离器效率的要求

循环流化床锅炉在运行环节中，要确保充足的循环量，所以要合理的设计分离器。在分离器设计中，要提升分离效率。一定速度下，在确定的粒度分布中，应该确保某个粒径的分离效率非常高，粒径的范围是循环灰中的主体，其在锅炉的物料中成分非常多。如果分离器的分离效率对任意粒径的颗粒都不能达到100%，那么在循环流化床锅炉使用的环节中，分离器就不能实现物料的循环，锅炉的运行效果就不能得到保障。

（3）床压降的要求

床压降对锅炉内物料量是整体反映，在一定的物料下，物料的力度也与循环量的大小具有密切的关系。循环流化床锅炉的正常运行离不开床压降，如果床压降过低，说明循环量需要提升。循环量的过低直接会导致吸热量过小，不能保障锅炉的正常运转。如果床压降过大，就会导致机械的能耗过大，降低了锅炉运行的经济性。过大的循环量会产生锅炉磨损，降低锅炉的使用年限。所以，合理的选择床压降非常重要，床压降一般控制在8000-1000Pa。

2.3优化配煤

一般来说，灰分越大的煤种，其燃烧产物中灰分含量也越大，易使炉内床压持续升高，更快地达到排渣所需要的参数；而增大排渣频次，容易将大颗粒度的床料排走，同样达到改善炉内颗粒度的效果，有利于降低床压。为此，云浮C厂根据煤种的不同，通过将灰分较大的烟煤（20%以上）与灰分较小的印尼煤（5%左右）以1:1、1:2等比例进行动态配比，使混合后配煤灰分保持在10%左右，使其燃烧产物颗粒度保持在合理的范围内。

结束语

循环流化床锅炉由于燃烧效率和环保性能都较强，所以在我国电站生产广泛应用。在以往的设计运行过程中，由于种种原因而导致磨损、结焦、分离效率下降以及回料故障等问题，但是随着设计水平的提升，这些问题都得到了有效的改善。随着科学技术的发展，在循环硫化床锅炉设计运行中，应该善于使用新工艺、新技术和新材料，不断提升循环流化床锅炉的运行效率，为促进电站生产的可持续发展奠定坚实的基础。

参考文献

[1]程乐鸣,许霖杰,夏云飞,王勤辉,骆仲泱.600MW超临界循环流化床锅炉关键问题研究[J].中国电机工程学报,2015-11-05.

[2]姬鹏,任与非,黄振祥,刘建国.燃用煤泥的20t/h循环流化床锅炉系统设计与运行[J].热能动力工程,2018-01-20.

[3]蔡润夏,吕俊复,凌文,杨海瑞,张缦.超(超)临界循环流化床锅炉技术的发展[J].中国电力,2016-11-09.