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循环流化床锅炉的燃烧控制策略

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  摘要: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以下简述,希望能对锅炉运行人员有所帮助。
  关键词:循环流化床 锅炉 燃烧
  
  0 前言
  循环流化床燃烧技术是近二十年迅速发展起来的一种新型洁净煤燃烧技术。循环流化床锅炉具有煤种适应性强、燃烧效率高、污染物排放低和负荷调节性能好等优点。由于炉内有大量的床料及循环物料,煤在流化状态下低温循环燃烧,通过添加适量的石灰石和分级送风、分级燃烧,进而实现炉内脱硫和抑制氮氧化物生成。循环流化床锅炉自问世以来,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。
  
  1 循环流化床锅炉的总体结构
  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。其中燃烧系统包括水冷风室、布风板、燃烧室、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,炉膛温度一般在850~950 oC。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。一次风由布风板下部送入燃烧室,其主要作用是:①保证料层流化;②供给燃料燃烧所需的一部分氧气。二次风沿燃烧室高度分级多点送入,其主要作用是:①增加燃烧室的氧量,供给燃料燃烧所需的另一部分氧气,保证燃料燃尽;②增强炉膛内气、固混合物的扰动度,使氧气与燃料颗粒充分接触,便于燃料颗粒的充分燃尽;③分层布置的二次风在炉内能够营造出局部的还原性气氛,从而抑制燃料的氮氧化,减少氮氧化物NO 的生成。
  燃烧室内的物料在一定的流化风速作用下,发生剧烈扰动并处于流化状态,部分固体颗粒在高速气流的携带下离开下部密相区进入燃烧室中、上部,其中较大颗粒的物料因重力作用沿炉膛四周的内壁向下回落,一些较小颗粒的物料随烟气飞出炉膛进入物料分离装置,进入分离装置的烟气经过固、气分离后,被分离下来的固体颗粒经分离装置下部的返料装置送回到燃烧室,经过分离后的烟气与对流烟道内的受热面换热后,离开锅炉。因为循环流化床锅炉设有高效率的分离装置,被分离下来的物料经过返料器又被送回炉膛,使锅炉炉膛内在正常运行状态下保持有足够高的颗粒浓度,因此循环流化床锅炉与常规锅炉炉膛的传热方式有所不同,它不仅有辐射传热而且还有对流及传导方式,大大提高了炉膛的传热系数,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
  (1)料层温度。料层温度是指燃烧室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300~500 mm的燃烧室密相层中,插人炉墙深度35~75 mm,数量一般不少于2只。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,调整料层温度使之在控制范围之内。
  (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物料的温度,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2O~3O℃ ,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渣,特别是在燃用较难燃烧的无烟煤时。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)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密相区上界面之间的压力差值作为料层差压的监测数值,在运行过程中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渣或灭火。一般来说,料层差压应控制在7000~9000Pa。料层的厚度(通过料层差压来反映)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停止的基准点。
  (4)炉膛稀相区差压。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密相区上界面与炉膛出口之间的压力差作为炉膛稀相区差压的监测数值。炉膛稀相区差压值越大,说明炉膛稀相区内的物料浓度越高,炉膛水冷壁的传热系数也越大,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,来调节炉膛稀相区差压。此外,炉膛稀相区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
  (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,因为在炉膛里一直参与循环的物料颗料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,并通过辐射、传导的方式与水冷壁进行换热,因此有较高的传热系数(其传热率约为煤粉炉的4~6倍),通过调整返料量可以控制炉膛内的物料浓度、料层温度和炉膛稀相区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,从烟气中分离出的物料量就越大,从而锅炉负荷的调节就相对较易进行,操作运行相对就容易一些。
  (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。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I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% ,如含氧量过高,说明风量过大,会增加锅炉的排烟热损失。
  
  5 结语
  为了确保燃烧过程的稳定、可靠及锅炉经济运行,在循环流化床锅炉运行时,以上参数的控制与调整是非常关键的。此外,在运行中还要结合所燃用煤质及锅炉负荷的情况,通过不断调整给煤量、风量及返料量,严格监控料层差压、温度、炉膛稀相区差压和返料温度,使锅炉达到最佳的运行状态和效果,最大限度地发挥循环流化床锅炉燃烧的优越性。

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