論循環(huán)流化床鍋爐的循環(huán)倍率

　　論循環(huán)流化床鍋爐的循環(huán)倍率顧亞平西安交通大學(xué)熱能工程系，西安710049前提文章闡述循環(huán)流化床鍋爐循環(huán)倍率的概念1循環(huán)倍率關(guān)系式的推導(dǎo)分析及其應(yīng)用。介紹作者提出的。8鍋爐循環(huán)系統(tǒng)的物理模型及由此導(dǎo)得的以給煤為基準(zhǔn)的開(kāi)循環(huán)倍率關(guān)系式及以隨煤進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)的固體質(zhì)量為標(biāo)準(zhǔn)的1循環(huán)倍率關(guān)系式，并作進(jìn)步分析。將1循環(huán)倍率關(guān)系式與近年來(lái)普遍應(yīng)用的=；JパlW簡(jiǎn)化關(guān)系式作比較呈現(xiàn)出尤關(guān)系式的正確性D循環(huán)倍率關(guān)系式if或尤從理論上揭CFB鍋爐循環(huán)物料量建立和維持的基本規(guī)律，為分析循環(huán)系統(tǒng)奠定了理論基礎(chǔ)，對(duì)循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)運(yùn)行有重大指導(dǎo)意義口0刖目我國(guó)的循環(huán)流化床鍋爐經(jīng)過(guò)了較長(zhǎng)時(shí)間的開(kāi)發(fā)性發(fā)展階段，期間有相當(dāng)些投運(yùn)的循環(huán)流化床鍋爐存在這樣那樣的問(wèn)，如鍋爐負(fù)荷偏低，爐膛溫度工況不理想，爐膛上下溫差過(guò)大，飛灰與飛灰含碳量偏大等等，雖致力于解決，但收效不甚顯著，其原因在于這些問(wèn)并不是孤立遍性，雖從定性角度可對(duì)循環(huán)系統(tǒng)分析，但在理解程度上和設(shè)計(jì)意上確有著較多的差別，因此出現(xiàn)較多的問(wèn)，基本的特征是偏離設(shè)計(jì)值較遠(yuǎn)。主要原因在于先前尚無(wú)確定系統(tǒng)循環(huán)物料量物理模型及從模型出發(fā)導(dǎo)得的循環(huán)倍率關(guān)系式及其應(yīng)用，從理論上探討，8鍋爐工作原理。

　　1對(duì)循環(huán)系統(tǒng)的要求眾所周知，循環(huán)系統(tǒng)是由多個(gè)部件串連組成得多。個(gè)確定的循環(huán)系統(tǒng)實(shí)際上要滿足流動(dòng)燃燒傳熱固體物料循環(huán)的綜合要求。設(shè)想，在分別作流動(dòng)燃燒傳熱物料循環(huán)設(shè)計(jì)時(shí)，最后上分析循環(huán)系統(tǒng)的規(guī)律。，即循環(huán)流化床的基本特征是具有固體物料進(jìn)行循環(huán)燃燒的循環(huán)系統(tǒng)，鍋爐在指定的運(yùn)行工況下連續(xù)可靠地運(yùn)行則需保持系統(tǒng)在流動(dòng)燃燒傳熱各方面協(xié)調(diào)統(tǒng)，其共同的必要條件是要能準(zhǔn)確確定系統(tǒng)的循環(huán)物料量1.因此，首先需探求系統(tǒng)循環(huán)物料量的建立和維持的規(guī)律。

　　2關(guān)于循環(huán)倍率的概念系統(tǒng)循環(huán)物料量可用循環(huán)培率。在循環(huán)流化床鍋爐中的循環(huán)倍率通常有兩種定義，種定義為循環(huán)入爐內(nèi)的固體物料量與系統(tǒng)給煤量顧亞平1945男。副教授從事氣固兩相流與燃燒循環(huán)流化床鍋爐的教學(xué)與研究工作719942014ChinaAcademicJoumalElectronic與隨進(jìn)入爐膛的給煤次上升直接進(jìn)入分離器非常重要的參數(shù)，設(shè)計(jì)中確定系統(tǒng)所需的動(dòng)力，維持燃燒所需的溫度，通過(guò)熱平衡進(jìn)行傳熱設(shè)計(jì)確定布置受熱面等等均需預(yù)先知道系統(tǒng)的循環(huán)倍率。在，8鍋爐開(kāi)發(fā)研制過(guò)程中并沒(méi)有循環(huán)倍率定性定量的解析式，無(wú)法或者難于估計(jì)循環(huán)倍率。08系統(tǒng)的設(shè)計(jì)處于分散的無(wú)序狀態(tài)，對(duì)于循環(huán)倍率多依賴于設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)性判斷。因而有些08鍋爐投運(yùn)后出現(xiàn)諸多問(wèn)，偏離設(shè)計(jì)值較遠(yuǎn)。

　　通常人們普遍認(rèn)為，循環(huán)倍率的影響因素是十分復(fù)雜的。它與組成系統(tǒng)的分離器立管回料器爐膛等部件，燃煤特性主要是煤種顆粒度及其分布爐膛結(jié)構(gòu)運(yùn)行參數(shù)等許多方面的幾十個(gè)因素都有關(guān)系。我們采用物理模型加經(jīng)驗(yàn)處理的方法使問(wèn)得以簡(jiǎn)化。

　　4循環(huán)流化床鍋爐的循環(huán)倍率關(guān)系式i 308鍋爐循環(huán)系統(tǒng)的物理模型，8鍋爐的循環(huán)系統(tǒng)通常由爐膛分離器立管回料器等部件構(gòu)成。此系統(tǒng)將飛出爐膛的較粗的可燃的固體顆粒通過(guò)分離器捕集下來(lái)經(jīng)立管回料器回送入爐膛。燃煤進(jìn)入爐膛后，其中部分在密相區(qū)燃燒；另部分隨氣流向上并進(jìn)入分離器，經(jīng)分離器分離下來(lái)的物料通過(guò)回料器回送入爐膛實(shí)施循環(huán)燃燒。我們將，8鍋爐的燃燒看作般鍋爐的次燃燒和系統(tǒng)的循環(huán)燃燒疊加。在爐膛中的燃燒沿爐膛高度可分為密相區(qū)的燃燒和稀相區(qū)的燃燒。進(jìn)入分離器的物料有隨燃煤次上升直接進(jìn)入分離器的部分及循環(huán)物料兩部分，循環(huán)物料要考慮經(jīng)過(guò)爐膛時(shí)的燃燒減重。燃燒所需的空氣進(jìn)入鍋爐，生成的煙氣從爐膛經(jīng)分離器離開(kāi)循環(huán)系統(tǒng)。對(duì)于循環(huán)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，穩(wěn)定狀態(tài)下，始終有循環(huán)物料量在系統(tǒng)內(nèi)流動(dòng)，從分離器逸出的飛灰將由進(jìn)入系統(tǒng)的燃煤次上升進(jìn)入分離器的部分扣除循環(huán)燃燒減重所得的質(zhì)量得到補(bǔ)充，系統(tǒng)將處于周而復(fù)始的循環(huán)運(yùn)行狀態(tài)。這就是我們所討論的，8鍋爐循環(huán)系統(tǒng)的物理模型。其系統(tǒng)原理1.顯然，該模型具有真實(shí)客觀物理概念清晰公式推導(dǎo)前提1討論針對(duì)某實(shí)際確定的系統(tǒng)，即組成系統(tǒng)的各部件，爐膨分離器立管回料器等確定；2運(yùn)行工況確定，即循環(huán)系統(tǒng)處于某實(shí)際存在的工況下，爐膛流化速度燃煤，燃煤顆粒及分布，鍋爐運(yùn)行參數(shù)等確定；3系統(tǒng)及運(yùn)行工況保持穩(wěn)定。因此，系統(tǒng)滿足質(zhì)量平衡條件熱量平衡條件，也滿足當(dāng)時(shí)的動(dòng)力條件。對(duì)于上述確定的系統(tǒng)在穩(wěn)定工況下所具有的循環(huán)倍率為R以系統(tǒng)給煤量為基準(zhǔn)的循環(huán)倍率；K以給煤進(jìn)入爐膛后直接上升進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)即分離器的固體質(zhì)量為基準(zhǔn)的循環(huán)倍率；afm燃煤進(jìn)入爐膛次上升直接進(jìn)入分離器的相對(duì)于給煤的質(zhì)量份額；lxh循環(huán)物料相對(duì)于給煤質(zhì)量的循環(huán)燃燒質(zhì)量份額；n分離器的分離效率。

　　從密相區(qū)排出的爐渣份額；假想的在密相區(qū)燃燒磨細(xì)后離開(kāi)循環(huán)系統(tǒng)的飛灰份額；相應(yīng)于3質(zhì)量連同循環(huán)物料參與循4.1循環(huán)倍率關(guān)系式的分析循環(huán)倍率關(guān)系式12將與循環(huán)倍率有關(guān)的諸因素通過(guò)建立物理模型歸結(jié)為屯，41這3個(gè)因素的影響，從理論上概括了08鍋爐循環(huán)物料量建立和維持的基本原理，科學(xué)而簡(jiǎn)便地揭了其內(nèi)在的規(guī)律。循環(huán)倍率關(guān)系式集中反映了循環(huán)倍率開(kāi)或在循環(huán)系統(tǒng)出口主要受分離器性能的影響，在循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)口受給煤包括脫硫齊們主要是給煤顆粒度及其分布給煤種類等的影響，在系統(tǒng)內(nèi)的爐膛中主要受流化速度纟爐膛結(jié)構(gòu)的影響。

　　3為文章作者在改爐實(shí)踐和調(diào)試中，經(jīng)過(guò)理論分析總結(jié)而設(shè)計(jì)出來(lái)的經(jīng)驗(yàn)性系數(shù)，在系統(tǒng)運(yùn)行中3013這兩個(gè)系數(shù)是客觀存在的。3主要與流化速度爐膛結(jié)構(gòu)和燃煤的種類燃煤特性及燃煤的顆粒特性顆粒度及顆粒度分布有關(guān)，是新煤參與循環(huán)的質(zhì)量份額，其作用是補(bǔ)充循環(huán)的物料。

　　1反映循環(huán)燃燒特征，是實(shí)施循環(huán)燃燒的效果。在系統(tǒng)確定煤種及其煤顆粒特性確定運(yùn)行工況確定并保持穩(wěn)定的情況下，這兩個(gè)系數(shù)是十分穩(wěn)定由式1可知，系統(tǒng)循環(huán)倍率開(kāi)或幻與313有關(guān)，系統(tǒng)循環(huán)物料量的積累和得以維持依賴73.。3.是循環(huán)倍率7的源泉。

　　分離器對(duì)循環(huán)倍率的建立循環(huán)倍率的大小起著關(guān)鍵和保證的作用，其分離效率，對(duì)循環(huán)倍率開(kāi)的影響高度顯著，式1為循環(huán)系統(tǒng)分離器的選配提供了依據(jù)和指。這樣，1是反映燃燒性能的主要參數(shù)，主要受開(kāi)或幻的影響。因此，7或幻主要根據(jù)燃燒性能的要求即來(lái)確定的。

　　如果，8循環(huán)系統(tǒng)經(jīng)確定，即爐膛分離器燃煤及其特性等確定，運(yùn)行參數(shù)等也確定且穩(wěn)定，則系統(tǒng)在某確定工況下的循環(huán)倍率隨之按上述關(guān)系式被確定。開(kāi)或幻的大小將反映該系統(tǒng)的基本特性，因而是個(gè)特征值，可用作系統(tǒng)的描述。

　　還須指出，循環(huán)倍率關(guān)系式以物理模型為基礎(chǔ)，如果所述模型合理，則式子所反應(yīng)的影響關(guān)系及其結(jié)果準(zhǔn)確性是不容置疑的。某系統(tǒng)實(shí)際存在的循環(huán)倍率開(kāi)值已經(jīng)完整地達(dá)了，8系統(tǒng)在定的動(dòng)力條件燃燒和傳熱條件下的綜合結(jié)果，其中3.13均不系統(tǒng)在該情況下的實(shí)際數(shù)值，也就是式中有關(guān)參數(shù)須具有物理意義。可根據(jù)專業(yè)知識(shí)和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)作定性定量關(guān)系式對(duì)于，8循環(huán)系統(tǒng)是普遍適用的，不僅適用于典型的流化速度較高的，8系統(tǒng)，也適用于流化速度較低的鼓泡床采用飛灰回燃的，8系統(tǒng)。

　　3是進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)的固體物料量，可以根據(jù)燃煤顆粒特性和爐膛中氣體流化速度經(jīng)驗(yàn)地確定，隨著技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，準(zhǔn)確度還會(huì)提高。此外，還可根據(jù)灰平衡方程經(jīng)驗(yàn)地確定，對(duì)循環(huán)系統(tǒng)的體系而言，進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)的3質(zhì)量的物料，在數(shù)量上部分補(bǔ)充系統(tǒng)的循環(huán)燃燒量，另部分補(bǔ)充從系統(tǒng)逸出的飛灰量。

　　如系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，則有，環(huán)燃燒所產(chǎn)生的循環(huán)飛灰份額。利用經(jīng)測(cè)定后可求得的來(lái)確定13，并且可看出和3是等價(jià)的。在數(shù)值上般3相對(duì)13較大，可減小誤差�；蛘呖杀苊庥�(jì)算1而直接從循環(huán)飛灰量3.3100 13的數(shù)值估計(jì)系統(tǒng)循環(huán)倍率，4.3循環(huán)倍率8的估計(jì)3，4需正確估計(jì)和認(rèn)真選擇，以提高循環(huán)倍率估計(jì)值的準(zhǔn)確性。將3個(gè)參數(shù)的誤差限制在定范圍內(nèi)，則開(kāi)不會(huì)引起很大的誤差。由于循環(huán)倍率這參數(shù)對(duì)于，8鍋爐是至關(guān)重要的，確定系統(tǒng)循環(huán)倍率需要留有可靠的余地，且燃煤種類與燃煤特性運(yùn)行工況均有較大的變化幅度，確定開(kāi)或幻應(yīng)考慮到可能的最不利情況。因此式子的誤差已經(jīng)顯得并不十分重要。重要的是式子的嚴(yán)密性和客觀規(guī)律性，而上述關(guān)系式是滿足這條的。

　　因此，上述關(guān)系式完全可供理論分析和工程應(yīng)用。

　　為達(dá)到理想的燃燒效率，系統(tǒng)必須具有足夠高的循環(huán)倍率，循環(huán)系統(tǒng)的燃燒性能13或3，成為考核循環(huán)倍率的檢驗(yàn)性指標(biāo)。通常，要求具有97以上的燃燒效率是08鍋爐起碼的要求，在這種情況下，系統(tǒng)對(duì)分離器的要求已經(jīng)很苛刻，確定循環(huán)倍率數(shù)值的問(wèn)便轉(zhuǎn)為對(duì)分離器的正確選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問(wèn)，即保證分離器的優(yōu)良性能就能保證系統(tǒng)有足夠的循環(huán)倍率，只需循環(huán)倍率5兩種定義循環(huán)倍率關(guān)系式的比較5.1循環(huán)倍率關(guān)系式適用場(chǎng)合顯然，幻盾環(huán)倍率關(guān)系式以進(jìn)入系統(tǒng)的固體質(zhì)量為基準(zhǔn)，具有相對(duì)循環(huán)倍率的意義，可形象地循環(huán)燃燒的概念。對(duì)于兩個(gè)相同的系統(tǒng)包括同個(gè)系統(tǒng)在同樣的條件下或存在某些不大差別條件下基準(zhǔn)變化不太大其值具有可比性，尤其可分析比較兩個(gè)相同的系統(tǒng)在同樣開(kāi)循環(huán)倍率關(guān)系式以給煤為基準(zhǔn)，此基準(zhǔn)不隨系統(tǒng)爐膛結(jié)構(gòu)燃煤顆粒特性而變化，因而相對(duì)較為穩(wěn)定。通常，在比較兩個(gè)不同的系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)采用朽盾環(huán)倍率關(guān)系式，在比較兩個(gè)相同的系統(tǒng)時(shí)也可以采用開(kāi)循環(huán)倍率關(guān)系式作比較。

　　5.2尤循環(huán)倍率關(guān)系式與簡(jiǎn)化式的比較近年來(lái)，些文章引用=1745的簡(jiǎn)化關(guān)系式或者列出其與，的計(jì)算。反映了循環(huán)倍率與分離器分離效率間的關(guān)系，在分析對(duì)的影響時(shí)有用。由于，也是強(qiáng)烈地依賴于分離器所處理的物料的特性，是不能隨意取值反映了循環(huán)倍率與分離器分離效率間的單因素關(guān)系，未考慮系統(tǒng)進(jìn)口條件及燃燒條件。實(shí)際上與燃煤特性爐膛結(jié)構(gòu)特性循環(huán)物料的循環(huán)燃燒情況密切相關(guān)，而式中未能反映這些因素的影響，顯然與實(shí)際情況不相符合。因此，在應(yīng)用中勢(shì)必存在局限性。相比之下，上述關(guān)系式正確的，作者認(rèn)為應(yīng)采用12式分析循環(huán)系統(tǒng)。根據(jù)筆者提出的物理模型，上述簡(jiǎn)化相比較得出，=1應(yīng)為印1=0時(shí)的臨界值對(duì)于實(shí)際的系統(tǒng)臨界的，值應(yīng)是十分苛刻的，應(yīng)采用臨界的分離器效率叫分析也就是說(shuō)，用實(shí)際上低于臨界值的，值估計(jì)循環(huán)倍率時(shí)將偏于危險(xiǎn)，使估計(jì)的循環(huán)倍率高于實(shí)際值。

　　可，簡(jiǎn)化近似式與5精確式相去甚遠(yuǎn)。

　　6循環(huán)倍率關(guān)系式的應(yīng)用循環(huán)倍率關(guān)系式的導(dǎo)得，首先從理論上揭了，8鍋爐循環(huán)系統(tǒng)的基本規(guī)律，指明了系統(tǒng)循環(huán)量的影響因素及影響程度，為理論上分析循環(huán)系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)和提供了根本的方法。使循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行有了可靠的依據(jù)。

　　1利用循環(huán)倍率關(guān)系式作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則進(jìn)行循環(huán)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)6.

　　根據(jù)關(guān)系式，的規(guī)律設(shè)計(jì)和選配系統(tǒng)有關(guān)設(shè)備，如分離器立管回料器爐膛等使系統(tǒng)有關(guān)部件設(shè)計(jì)能按照可靠的循環(huán)倍率設(shè)計(jì)，可以避免出現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)備間不匹配的問(wèn)。

　　根據(jù)關(guān)系式，的規(guī)律來(lái)確定燃煤的顆粒度和顆粒度分布，設(shè)計(jì)好燃煤的預(yù)處理系統(tǒng)，以免出現(xiàn)鍋爐投運(yùn)后煤的顆粒特性不理想而不得不改變?nèi)济侯A(yù)處理系統(tǒng)。

　　根據(jù)關(guān)系式，的規(guī)律進(jìn)行鍋爐循環(huán)系統(tǒng)吸收定的熱量并保持正常的爐膛溫度。

　　另外，循環(huán)倍率關(guān)系式還能用來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)的燃燒設(shè)計(jì)和動(dòng)力設(shè)計(jì)。依靠關(guān)系式指的規(guī)律確定爐膛結(jié)構(gòu)，爐膛流化速度，選配合適的動(dòng)力，保證在各種指定負(fù)荷下具有正常的燃燒溫度。總之，循環(huán)倍率關(guān)系式在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行中起著橋梁和紐帶的作用，可以作為個(gè)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則來(lái)指導(dǎo)和統(tǒng)領(lǐng)整個(gè)，8鍋爐循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)尤其是作個(gè)別部件設(shè)計(jì)前的方案設(shè)計(jì)。

　　2根據(jù)關(guān)系式揭的規(guī)律對(duì)08鍋爐運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)進(jìn)行診斷和理論分析，確定有針對(duì)性的改進(jìn)措施或者改造方案，可以收到事半功倍的效果。

　　7結(jié)論08鍋爐循環(huán)系統(tǒng)的物理模型可歸結(jié)為0即鍋爐的基本特征是有個(gè)循環(huán)系統(tǒng)，燃煤進(jìn)入爐膛后部分先進(jìn)入爐膛上部的稀相區(qū)繼而進(jìn)入分離器，進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)的物料由隨煤次上升進(jìn)入和循環(huán)物料上升進(jìn)入分離器的兩股物料流組成，經(jīng)分離器分離下來(lái)的物料循環(huán)進(jìn)入爐膛實(shí)施循環(huán)燃燒。爐膛中的燃燒可看作由燃煤的次燃燒與循環(huán)燃燒兩部分組成。

　　環(huán)倍率的影響。是對(duì)循環(huán)系統(tǒng)客觀規(guī)律的種發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)造性歸納。

　　采用與7關(guān)系式相同的物理模型導(dǎo)得了以隨煤次上升進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)的固體物料為基準(zhǔn)的尤循環(huán)倍率關(guān)系式實(shí)質(zhì)上與開(kāi)關(guān)系式樣揭了循環(huán)系統(tǒng)的基本規(guī)律，系統(tǒng)循環(huán)倍率受36，13±的影響，可作為循環(huán)系統(tǒng)工作原理的描述。具有理論和工程實(shí)際意義。有關(guān)文獻(xiàn)采用循環(huán)倍率與分器效率，間簡(jiǎn)化的關(guān)系式1來(lái)分析循環(huán)系統(tǒng)，會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的偏差，原因是忽略了循環(huán)燃燒減量而不符合物理現(xiàn)象。