关于循环流化床锅炉设计的主要热力参数确定

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　　摘要：文章主要对循环流化床锅炉在设计过程中所遇到的几个主要的热力参数的确定进行了分析，为其高效、节能的运行提供了一定的参考。
　　关键词：循环流化床 热力参数 确定
　　
　　 循环流化床锅炉的基本作用是将燃料的化学能转换成蒸汽的热能，转换过程中采用了循环流化床这种气固接触燃烧方式。最主要目的是要达到高效和低污染，但同时还要求满足经济及安全等要求。但从研究的透彻程度讲，其发展尚处于初级阶段。在循环流化床锅炉的设计中，经验尚是占主导地位的，对于同一种燃料，不同设计者、不同制造厂家可能采用完全不同的炉型，当然这些炉型都有可能达到一般的设计要求。但评价一台锅炉的优劣，不仅仅是达到满足用户的设计要求，而且要求达到高效、低污染、锅炉制造费用较低、运行可靠、不需经常维修、运行费用较低等目标。故本文主要从循环流化床主要热力参数的确定方面进行分析，为高效、节能的设计提供参考。
　　
　　一、燃料特性的影响
　　燃料特性对循环流化床锅炉的设计及运行会有很大的影响。燃料的发热量对给料装置尺寸的确定、燃烧室、颗粒分离设备等的尺寸大小产生影响，对燃烧室、尾部受热面的热量分配产生影响；燃料的灰分对燃料颗粒尺寸的确定、排渣装置的确定及选型有较大的影响；挥发分与固定碳的含量决定了给料方式；燃料中的含硫量确定了石灰石给料系统以及灰处理系统，对床层温度的确定亦有很大的影响；灰的特性对床运行时的最高温度等有决定性的作用，床层只能在灰变形温度以下运行。
　　 根据上述简单的讨论可知，除了一些尺寸的确定外，燃料特性对循环流化床的影响主要有二：首先，燃料性质决定了燃烧室最佳运行的工况，若燃用高硫燃料，如石油焦、高硫煤时，燃烧室运行温度可取850℃，以利于最佳脱硫和脱硫剂的应用。若燃用低硫、低反应活性的燃料，如无烟煤、石煤等，燃烧室应运行在较高的床温或较高的过剩空气量下，或二者均较高，以利于最佳的燃烧。第二，煤的元素成分，挥发分的高低与燃烧室的运行工况相结合，决定了循环燃烧系统（燃烧室和外置式流化床换热器等组成的主循环回路）和尾部受热面的热量分配，煤的发热量高、挥发分低、灰分少，则单位质量燃料在主循环回路中的有效放热量就大。相反，在主循环回路中的放热量就小。
　　
　　二、颗粒粒径的确定
　　 在循环流化床锅炉中，固体颗粒在炉内起着重要的作用，如：
　　燃料颗粒作为燃烧反应的反应物；
　　脱硫剂颗粒作为脱硫反应的反应物与SO2反应；
　　颗粒可以促进床的轴向和横向热交换，使床内温度分布均匀；
　　颗粒的存在可以强化传热，颗粒浓度的高低可以控制传向炉膛壁面的热流大小；
　　如果锅炉设置外置式流化床换热器，则可以将热量输送给外置式流化床换热器，并向尾部烟道输送部分热量。
　　在一个正常运行的循环流化床锅炉中，不同尺寸的颗粒呈一定的分布。粗颗粒趋向于聚集在密相区内，而细颗粒则作为飞灰被气流曳带离开分离装置，经过尾部受热面离开锅炉，而中间尺寸的颗粒则在固体颗粒循环回路中循环。但如果燃料颗粒尺寸选择不当，则可能会破坏循环流化床内的颗粒循环，从而影响锅炉的正常运行。在我国，循环流化床采用的颗粒尺寸一般0-13mm或0-8mm。
　　脱硫剂粒径及Ca/S摩尔比
　　脱硫剂粒径的选择对脱硫的影响很大，从脱硫反应的角度讲，采用小粒径脱硫剂的优点是十分明显的，小颗粒的脱硫剂在与SO2反应后，剩下的未反应核也较小，循环流化床的流体动力特性使得该流型的锅炉可以使用粒径仅为100-300μm的脱硫剂。但这并不是说循环流化床锅炉中脱硫剂的颗粒粒径越小越好，如果颗粒过细，则细颗粒还没有完全利用之前就已从分离器中逃逸出去。当然，采用特定的石灰石时，存在着一个最佳的石灰石粒径以使之达到最大的利用率，但这还要视石灰石的孔隙结构和分离装置的分离特性而定。一般在选择时可考虑石灰石的粒径在运行风速下能被气流夹带上升，但又能被分离器分离。这可由计算得到，作为粗略的估计。在一般选择时可选择1-2mm以下。
　　 Ca/S摩尔比的选择在循环流化床锅炉中比较一致，达到85%-90%脱硫率时的Ca/S摩尔比约为1.5-2.5，煤中含硫量较低，石灰石活性较差，燃烧室温度偏离最佳脱硫温度时取高值。
　　
　　四、流化风速及热负荷的选择
　　循环流化床锅炉中的运行风速和断面热负荷的正确选择是非常重要的。如果运行风速提高，则锅炉会更加紧凑，断面热负荷也可以增加，此时为了保证燃料和石灰石颗粒有足够的停留时间和布置足够的受热面，往往采取增加炉膛高度或提高分离器效率提高循环物料量。这样不仅磨损会增加，而且可能会增加锅炉的造价。虽然燃烧效率可以有所提高，但由于风机等的电耗增加，锅炉岛的整体效率不一定增加。但如果运行风速低，则会给总体燃烧及传热带来一系列的问题，从而发挥不了循环流化床锅炉的优点。
　　 这应在二者之间保持平衡，目前运行风速的选择一般都在5-8m/s左右。具体选择时必须根据燃用的燃料以及颗粒度等有所变化。
　　
　　五、排烟温度的确定
　　循环流化床锅炉的排烟温度是指最后一级尾部受热面的出口温度。排烟温度选取是否适当，直接影响到锅炉的经济性和运行的安全性。首先从安全运行的角度考虑，如果排烟温度选择过低，对于燃用含硫量较高的燃料，尽管可以采用脱硫措施，但低温受热面的工作可靠性仍会降低。最合理的排烟温度应在高于烟气中蒸汽露点的前提下，依燃料消耗费用和受热面金属消耗的年折旧费用之和为最小。

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