循環(huán)流化床鍋爐若干參數(shù)的設(shè)計(jì)選擇

一、循環(huán)流化床鍋爐的容量及負(fù)荷分配
在循環(huán)流化床鍋爐中．燃料燃燒產(chǎn)生的熱量一部分由布置在固體顆粒循環(huán)回路中的受熱面吸收，其余部分由高溫?zé)煔鈳е廖膊渴軣崦妗?span lang="EN-US">
1、鍋爐容量對(duì)循環(huán)流化床鍋爐整體布置的影響
由于爐膛容積隨著鍋爐容量的增加成比例增加，而爐膛表面積并不隨容積成正比增加，當(dāng)鍋爐容量增大時(shí)，能布置水冷壁的爐膛表面積相對(duì)減少。鍋爐容量越大，爐膛表面積相對(duì)減少的矛盾越突出．為維持爐膛的熱平衡，護(hù)膛內(nèi)需要布置更多的受熱面。譬如，過(guò)熱器管屏、再熱器管屏、蒸發(fā)管屏、雙面水冷壁等。對(duì)于采用外置流化床換熱器的循環(huán)流化床鍋滬，則可將這些受熱面布置在該換熱器內(nèi)。可參見(jiàn)本章第六節(jié)的討論。
2、蒸汽參數(shù)對(duì)各部分受熱面吸熱量的要求
蒸汽參數(shù)變化時(shí)，工質(zhì)加熱、蒸發(fā)、過(guò)熱,再熱的吸熱量分配比例。一般的，當(dāng)鍋爐容量增加時(shí)，蒸汽的壓力和溫度隨之提高，給水溫度也提高。此時(shí)，加熱和過(guò)熱所需熱量的比例提高，而蒸發(fā)吸熱量比例下降。當(dāng)達(dá)到臨界壓力時(shí)，蒸發(fā)吸熱量降低到零。在鍋爐各受熱面中，工質(zhì)的加熱吸熱主要在省煤器內(nèi)完成，蒸發(fā)吸熱主要通過(guò)水冷壁承擔(dān)．而過(guò)熱吸熱則在過(guò)熱器和再熱器完成。
由于不同參數(shù)的循環(huán)流化床鍋爐工質(zhì)吸熱量分配比例不同，受熱面布置考慮的問(wèn)題也不盡相同。對(duì)于中參數(shù)鍋爐，工質(zhì)蒸發(fā)吸熱量與爐內(nèi)受熱面的吸熱量大致相當(dāng)，除爐內(nèi)布衛(wèi)水冷壁外，無(wú)需像低壓鍋爐那樣，布置大量的對(duì)流管束．因此，中壓鍋爐大都采用單汽包結(jié)構(gòu)，加熱吸熱量由省煤器承擔(dān)，當(dāng)爐內(nèi)受熱面的吸熱量不能完全滿足蒸發(fā)吸熱量的要求時(shí)，可使省煤器部分沸騰；對(duì)于高壓鍋爐，工質(zhì)加熱和過(guò)熱吸熱量比例增加，蒸發(fā)吸熱量比例減少。同時(shí)，由于蒸汽溫度提高，為獲得足夠的傳熱溫差，有必要將一部分過(guò)熱器受熱面布置在爐膛內(nèi)。常規(guī)做法是在爐膛內(nèi)布置頂棚過(guò)熱器和屏式過(guò)熱器；對(duì)于超高壓鍋爐，蒸發(fā)吸熱量只有30寫(xiě)，則固體顆粒循環(huán)回路中必須布置更多的過(guò)熱或再熱受熱面，以使煙氣帶走熱量維持40%-44％的比例。通常在爐膛內(nèi)布置屏式過(guò)熱器，或者采用外置式流化床熱交換器。
3 ．燃燒室內(nèi)的熱量平衡
正如所知，循環(huán)流化床鍋爐燃燒室內(nèi)溫度一般在850-950℃之間。當(dāng)燃料進(jìn)入燃燒室后，在一定的煙氣流速下，較粗顆粒落人下部，細(xì)小顆粒懸浮于中部或被夾帶到較高處，微小顆粒則可能多次循環(huán)，依次通過(guò)下、中、上部。總之，各種粒徑的燃料在上、中、下部燃燒放熱。所謂熱量平衡就是燃料在燃燒室內(nèi)沿高度上、中、下各部所釋放出的熱量與受熱面吸收熱量（含爐墻散熱量）之間的平衡。只有達(dá)到熱量平衡，爐內(nèi)才有一個(gè)較均勻、理想的溫度場(chǎng)。一般來(lái)說(shuō)，循環(huán)流化床鍋爐燃燒室內(nèi)溫度差（縱向、橫向）在20℃左右，最大不超過(guò)50℃。只有在一個(gè)較理想的溫度場(chǎng)下，才能保證爐內(nèi)各部分達(dá)到設(shè)計(jì)的放熱系數(shù)，工質(zhì)才能吸收到所需的足夠熱量，保證鍋爐的出力，且不會(huì)發(fā)生局部過(guò)熱、結(jié)焦等現(xiàn)象．要達(dá)到爐內(nèi)的熱量平衡，首先在設(shè)計(jì)時(shí)必須確定進(jìn)人燃燒室內(nèi)的燃料在下、中、上各部的燃燒份額。如果在燃料各部位的燃燒份額分配不合理，過(guò)大或過(guò)小，就必然會(huì)造成局部物料溫度過(guò)高甚至結(jié)焦，或者局部溫度太低，受熱面吸收不到．所需的熱量，從而影響鍋爐的出力。目前，已投運(yùn)的循環(huán)流化床鍋爐在運(yùn)行中發(fā)生結(jié)焦和達(dá)不到額定負(fù)荷的主要原因之一，正是鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)燃料燃燒份額分配得不盡合理，或燃料種類、粒徑發(fā)生變化后，運(yùn)行中燃燒調(diào)整不當(dāng)，致使燃料燃燒份額分配未達(dá)到設(shè)計(jì)要求。譬如，某臺(tái)循環(huán)流化床鍋爐由于煤種的變化和燃煤顆粒較粗，一、二次風(fēng)配比也不合理，以致燃料燃燒份額分配不當(dāng)，下部密相區(qū)燃料燃燒份額的實(shí)際運(yùn)行值大大超過(guò)了設(shè)計(jì)值，從而造成鍋爐下部燃料燃燒放出的熱量不能很快地或不能完全被受熱面（下質(zhì)）所吸收、帶走，加上又無(wú)其他調(diào)節(jié)手段，導(dǎo)致鍋爐下部密相區(qū)溫度過(guò)高而結(jié)焦。運(yùn)行中為避免結(jié)焦，不得不采用減少給煤量或增大一次風(fēng)量的方法。顯然，前者必然使鍋爐負(fù)荷降低，出力不足；而后者既受風(fēng)機(jī)出力的限制難使床溫降低，又會(huì)強(qiáng)化密相床層的燼燒．使該部分燃燒份額更大。因此，燃燒份額的確定直接影響著爐內(nèi)的熱量平衡。
燃料燃燒時(shí)放出的熱量及返回物料攜帶的熱量與各受熱面工質(zhì)吸熱量之間的平衡關(guān)系，是循環(huán)流化床鍋爐的一個(gè)重要的特征。只有在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到并在運(yùn)行中保持燃燒室的熱量平衡，循環(huán)流化床鍋爐才能安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行。
4 ，熱量平衡的主要影響因素
( l ）受熱面的布置方式
受熱面的布置方式?jīng)Q定了循環(huán)流化床鍋爐的熱量分配。目前，在循環(huán)流化床鍋爐固體顆粒循環(huán)回路中布置受熱面的方式主要有三種：一是在爐膛內(nèi)布置水冷壁受熱面或水冷壁隔墻（在早期的容量較小、參數(shù)較低的循環(huán)流化床鍋爐中經(jīng)常采用）；二是在爐膛內(nèi)布置較多的過(guò)熱器受熱面，以彌補(bǔ)僅在尾部受熱面布置過(guò)熱器而造成的過(guò)熱及再熱吸熱的不足；三是在固體顆粒循環(huán)回路上布置外置式流化床熱交換器，如Lurgi爐型。目前，上述受熱面布置的方式均有大量實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，證明是可行的。
應(yīng)該指出．上述第二種和第三種受熱面布置方式各有利弊，可根據(jù)不同的情況選用。譬如，在爐內(nèi)布置屏式過(guò)熱器等必須注意磨損問(wèn)題，還有，由于在負(fù)荷變化時(shí)只能調(diào)節(jié)風(fēng)速或固體顆粒循環(huán)物料量以改變這些受熱面的傳熱系數(shù)，這可能會(huì)增加控制上的困難，但這種布置方式結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。采用外置流化床換熱器結(jié)構(gòu)上比較復(fù)雜，而且由于冷、熱物料的循環(huán)必須單獨(dú)控制，帶來(lái)系統(tǒng)控制的復(fù)雜性，但這種方案控制比較靈活，而且燃燒與傳熱分離，可以單獨(dú)調(diào)節(jié)，使二者均達(dá)到最佳；如將再熱器布置在流化床換熱器中，汽溫調(diào)節(jié)比較靈活，甚至無(wú)須噴水減溫。
( 2 ）燃料特性
首先，燃料性質(zhì)決定著燃燒室最佳運(yùn)行工況的選擇。髻如，若燃用高硫燃料，如石油焦、高硫煤時(shí)，燃燒室運(yùn)行溫度可取850℃，以利于最佳脫硫和脫硫劑的應(yīng)用；若燃用低硫、低反應(yīng)活性的燃料，如無(wú)煙煤、貧煤等，燃燒室應(yīng)運(yùn)行在較高的床溫或較高的過(guò)量空氣下，或二者均較高，以利于達(dá)到最佳燃燒狀態(tài)。其次，煤的元素成分、揮發(fā)分含量與燃燒室運(yùn)行工況相結(jié)合，決定著循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)（燃燒室和外里式流化床換熱器等組成的主循環(huán)回路）和尾部受熱面的熱量分配。臂如，煤的發(fā)熱量高、揮發(fā)分低、灰分少，則單位質(zhì)量燃料在主循環(huán)回路中的有效放熱量就大；反之，在主循環(huán)回路中的有效放熱量就小。不同種類僻料所對(duì)應(yīng)的最佳燃燒室運(yùn)行溫度、燃燒室出口煙氣帶出熱量和輸人熱量的比值．
由于燃料中的水分、氫含量均會(huì)對(duì)主循環(huán)回路中的放熱份額產(chǎn)生影響，從煤的燃燒反應(yīng)可知，每1kg碳燃燒需8.89m³理論空氣量，生成8.89m³的理論煙氣量，每1kg 氫燃燒需要26.5m³，的理論空氣量，生成32.lm³的理論煙氣量。當(dāng)尾部對(duì)流受熱面進(jìn)口煙氣溫度和排煙溫度一定時(shí)，對(duì)于折算氫、水分低的煤種，主循環(huán)回路中的有效放熱量就增大。對(duì)于劣質(zhì)燃料，如廢木片，則應(yīng)有約60％的熱量需帶至尾部對(duì)流受熱面，而對(duì)于優(yōu)質(zhì)燃料如煙煤等，則只有40 ％的熱量帶至尾部對(duì)流受熱面。對(duì)于不同燃料，主循環(huán)回路與尾部對(duì)流受熱面的吸熱量的分配。從圖中可以看出，當(dāng)燃料質(zhì)量變差時(shí)，尾部對(duì)流受熱面的吸熱量增加，主循環(huán)回路的吸熱量下降。
譬如，對(duì)于常規(guī)的次高壓鍋爐，蒸發(fā)受熱面吸熱量約占50%-60%，煙氣帶走的熱量對(duì)于煙煤和無(wú)煙煤約為40%-44%，這就要求在鍋爐尾部布置一部分蒸發(fā)受熱面，一般采用流化床換熱器。
設(shè)置外置流化床換熱器可以調(diào)節(jié)主循環(huán)回路的吸熱量而不影響燃燒室的燃燒工況，當(dāng)然，如果無(wú)外置流化床換熱器時(shí)，也可以通過(guò)調(diào)節(jié)燃燒室的運(yùn)行工況來(lái)調(diào)節(jié)主循環(huán)回路的吸熱量。譬如，當(dāng)燃料水分提高時(shí)，需要降低主循環(huán)回路的吸熱量，此時(shí)可以采用下述方法中的一個(gè)或幾個(gè)來(lái)實(shí)現(xiàn)：改變床層濃度（調(diào)節(jié)一、二次風(fēng)比例或床內(nèi)物料量）, 降低床層溫度或增加過(guò)量空氣等．但這會(huì)影響燃燒室的燃燒工況。
實(shí)際上，影響熱量分配的因素很多，如何合理實(shí)現(xiàn)熱量平衡，保證鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行是目前循環(huán)流化床鍋爐亟待解決的問(wèn)題。