CFB鍋爐物料循環(huán)實現(xiàn)的條件

　CFB鍋爐物料循環(huán)實現(xiàn)的條件李軍，李蔭堂（西安交通大學能源與動力工程學院，西安710049）環(huán)實現(xiàn)的條件，并對國產(chǎn)CFB鍋爐出力不足的原因進行了分析。參4主題詞：循環(huán)流化床鍋爐；物料循環(huán)；出力；條件收穡日期：1998~通大學獲得工學碩士學位主要從事氣固流與燃燒的教學和科研工作，已發(fā)表論文20多篇，出版教材1本。生0前言循環(huán)流化床（CFB）燃燒兼?zhèn)涓咝�率低污染的技術特點，被認為是實現(xiàn)煤清潔燃燒最有效的途徑之一。據(jù)報導，目前全世界已有400多臺CFB鍋爐投入商業(yè)運行或正在建設中，單臺最大容量已達250MWe我國CFB燃燒技術的研究起步稍晚，自80年代至今，也有相當數(shù)量的小容量CFB鍋爐相繼投入運行，但是國產(chǎn)CFB鍋爐在運行過程中也暴露出許多問題，其中比較突出且頗具普遍性的一個問題是鍋爐出力不足有資料顯示，相當數(shù)量已投運的國產(chǎn)CFB鍋爐達不到設計出力，有些CFB鍋爐的出力只有設計值的6~ 70%.這一問題如得不到及時有效的解決，勢必會對CFB燃燒技術在我國的發(fā)展及國產(chǎn)CFB鍋爐的市場競爭力產(chǎn)生不利的影響，故已引起業(yè)內(nèi)人士的普遍關注。

　　本文擬從CFB鍋爐物料循環(huán)實現(xiàn)條件的角度對此問題作一淺柝1大量物料參與循環(huán)CFB鍋爐區(qū)別于BFB鍋爐的主要特征談到CFB鍋爐與常規(guī)鼓泡流化床（BFB）鍋爐的區(qū)別時，人們更多的是注意到其外部特征，往往把是否存在物料循環(huán)回路、是否有物料循環(huán)作為判別依據(jù)，實際上這是一個誤解，至少是不全面的。我們知道，在BFB鍋爐發(fā)展過程中人們采用飛灰復燃的方法以提高燃燒效率和脫硫劑的利用率。盡管飛灰復燃裝置和CFB鍋爐的物料循環(huán)回路非常相似，但是我們并不認為帶飛灰復燃的BFB鍋爐是現(xiàn)代意義上的CFB鍋爐，因為二者在特性上存在很大差別那么，CFB鍋爐與BFB鍋爐、特別是帶飛灰復燃的BFB鍋爐的區(qū)別何在呢，筆者以為，強調(diào)的重點應放在參與循環(huán)的物料量而不是有否物料參與循環(huán)上，也就是說，大量物料參與循環(huán)才是CFB鍋爐區(qū)別于BFB鍋爐的主要特征實際上，我們大家都耳熟能詳?shù)腃FB鍋爐的許多優(yōu)點（相對于BFB鍋爐），諸如燃燒效率高、脫硫劑利用率高爐內(nèi)受熱面?zhèn)鳠釓姸雀摺⒇摵烧{(diào)節(jié)靈活方便等都可溯源于其燃燒系統(tǒng)內(nèi)大量物料參與循環(huán)這一基本事實。從流態(tài)上講，BFB鍋爐運行于鼓泡床階段。此時，氣固床層由低密度的氣泡和高密度的乳化相構成，處于乳化相中的固體顆粒實際上一直保持在臨界流化狀態(tài)，任何送入床層的超過臨界流化所需的氣體都以氣泡的形式通過床層盡管由于氣泡的產(chǎn)生、上升、合并、破裂使得整個床層呈現(xiàn)劇烈的攪拌摻混狀態(tài)，但是絕大多數(shù)固體顆粒的運動被嚴格限制在床層內(nèi)由于氣泡破裂而被拋出床層的固體顆粒在懸浮段的分離和沉降作用下，在離開床層有限的高度內(nèi)絕大多數(shù)又返回床層因此，在BFB鍋爐中高濃度的顆粒流動（床內(nèi)主要的蓄熱體和載熱體）僅出現(xiàn)在床層內(nèi)及床層表面附近區(qū)域，從而決定了燃料的燃燒過程、脫硫過程、高強度傳熱過程也主要發(fā)可作為快速床的下限風速上限風速Me稀r相氣Publ少對分離器的分r離效s率e要e求就越/ww.cnkiM段，此時在高速氣流（流化速度超過帶出速度）的作用下，絕大多數(shù)固體顆粒在爐內(nèi)作加速運動，并伴有強烈的粒子回混和成團現(xiàn)象，沿爐膛高度氣固混合物的密度分布更趨均勻，象鼓泡床那樣清晰的床界面實際上己不復存在全爐膛高度高濃度的粒子流動使得CFB鍋爐爐內(nèi)溫度場非常均勻，燃燒過程、脫硫過程沿爐膛高度基本上可在恒溫下進行，因而延長了燃燒和脫硫反應的時間；此夕卜，全爐膛高度高濃度的粒子流動也使得在CFB鍋爐爐膛內(nèi)任何地方布置的受熱面可以獲得高強度的傳熱效果，同時也容易實現(xiàn)在維持一定爐溫時（這一點在爐內(nèi)脫硫過程特別重要！）對負荷的靈活調(diào)節(jié)。

　　CFB鍋爐物料循環(huán)實現(xiàn)的條件如前所述，CFB鍋爐的諸多優(yōu)勢都得益于其燃燒系統(tǒng)中大量物料的再循環(huán)因此，如何實現(xiàn)物料的正常循環(huán)就成為CFB鍋爐設計和運行中要解決的重要問題由CFB鍋爐的工作原理可知，正常的物料循環(huán)過程實際上由3個缺一不可的基本環(huán)節(jié)構成：①足夠多的物料被帶出密相區(qū)在爐膛里向上作加速運動、最終離開爐膛進入分離器，②隨煙氣進入分離器的物料絕大部分被捕集分離；③由分離器捕集分離的物料被順利回送進入爐膛參與下一次循環(huán)3個環(huán)節(jié)互相聯(lián)系又互相制約，其各自實現(xiàn)的條件構成了CFB鍋爐物料循環(huán)實現(xiàn)的條件環(huán)節(jié)一在整個過程中的重要性在于它解決的是循環(huán)物料的源頭問題，它的實現(xiàn)由爐內(nèi)氣固流動狀態(tài)決定由氣固流態(tài)化的知識我們知道，當增加通過一定高度物料堆積層的氣流速度時，氣固床層呈現(xiàn)的流動狀態(tài)依次為：固定床、鼓泡床、紊流床快速床及稀相氣力輸送在前3種流態(tài)（Lanneau統(tǒng)稱其為系留狀態(tài)）下，盡官氣固床層的流動結構存在很大差別，但有一點卻是相同的：即除了部分被揚析的顆粒外，絕大部分固體顆粒的運動都被限制于布風板上方一定高度內(nèi)，因而不可能形成全爐膛高度高濃度的顆粒流動。所以要從源頭上保證有足夠數(shù)量的物料參與循環(huán)，CFB鍋爐運行于快速床狀態(tài)就應成為設計時必須遵守的條件。