對循環流化床鍋爐的熱動力學分析

李金偉 唐洪剛

摘 要：循環流化床鍋爐是近十幾年來迅速發展的一項高效低污染清潔燃燒技術，因為它能夠在很多生產中使用、具有改變承載重力的性能和排除污染物上擁有特別的亮點，促動其能夠飛速前進。循環流化床鍋爐的技術和它脫硫措施等生產措施的發展，為社會以及經濟帶來很大的利益。

關鍵詞：熱動力學；循環流化床；鍋爐

1 引言

循環流化床鍋爐采取流態化的形式燃燒，這種燃燒形式是處在煤粉爐懸浮以及鏈條爐固定燃燒形式中間的方式，就是我們平時說的半懸浮燃燒形式。自從循環流化床鍋爐措施形成之后，循環流化床鍋爐在國際中越來越多的被使用。循環流化床鍋爐是全球周知的低污染煤燃燒措施，并且其燃燒物料實用性比較廣泛、脫硫成果好、排放氮氧化物少、載重調整功能好等優勢在國內燃煤電站中國正在發展。國內循環流化床鍋爐措施已經慢慢的進入到世界優秀水準，循環流化床鍋爐的發電機發電容量達全球第一位，不過，國內鍋爐脫硫措施并不是很好，脫硫體系的使用情況、鍋爐脫硫速度都不是很好，所以循環流化床鍋爐的使用生產還具有很多毛病，距離全球優異水準還存在一定的距離。

2 循環流化床鍋爐的特性

因為循環流化床中固體以及氣體兩種物體混合的相比單相煙氣來講產生的熱容量肯定會高出很多倍，循環流化床鍋爐內的燃燒十分穩固。在床內順著爐膛高度所開展的燃燒以及傳熱程序，大多是在非常勻稱的爐內溫度下（大多是八百五十到九百攝氏度）開展的，進而能夠使這種鍋爐的燃燒效果達到百分之九十八到百分之九十九。因為循環流化床鍋爐燃燒溫度是低溫，并且燃燒程序是在爐膛高度上完成的，因此能夠便利的組織分層次燃燒，能夠在很大程度上減少氮氧化物的形成，減少氮氧化物的排放。因為鍋爐中固體、氣體兩相傳熱都是在爐膛內開展的，不用再床內再單獨安排埋管受熱面，進而能夠預防埋管受損的情況。而裝置在爐膛出口位置的高效分離設備能夠把煙氣中較大體積的顆粒從中抽離，能夠在很大程度上降低了尾端煙筒中排出的煙氣粉塵密度，降低了尾端受熱位置的損耗。

（1）燃燒適應能力強，因為循環流化床內的燃料只占了床料的百分之一到百分之三，不用使用協助燃料就能夠燃燒全部燃料，包含品質差的煤、煤矸石、高灰煤、高硫煤、高水分煤、垃圾以及煤泥等，能夠在很大程度上緩解混晶污染物的情況。（2）燃燒效果好，循環流化床和鼓泡床流化床相對比效果更好，燃燒效果能夠達到百分之九十七，和煤粉差不多。（3）脫硫效果好，循環流化床中的脫硫措施是花費成本最低的，脫硫效果能夠達到百分之九十。（4）氮氧化物產生的量少，這是這種方式中十分誘人的，其關鍵要素是：一，在低溫中燃燒，溫度大多是八百五十到九百攝氏度，氣體中的氮氧就不會形成氮氧化物；二，分段燃燒，約束氮轉變為氮氧化物，同時還能促進已經形成的氮氧化物復原。（5）燃燒效率好，鍋爐內堂空間不大，載重調整范疇廣，調整迅速。（6）比較容易完成灰渣全面使用，因為灰渣中碳的含量不多，使用低溫就能夠燃燒徹底，擁有者很大的綜合使用價值。（7）燃燒物料預處理程序很簡便，粉碎程序比煤粉爐簡單。

3 循環流化床鍋爐的燃燒加工

3.1 脫硫

循環流化床鍋爐的脫硫原理是在燃燒中加入適當比例和顆粒度的石灰石，與燃料一起進行循環燃燒。加入的石灰石在爐內循環時間長，使石灰石磨得非常細的時候才會從分離器中飛到后面去。循環流化床鍋爐的燃燒溫度是 900 ℃左右，這一溫度既能抑制二氧化硫的生成，又使石灰石能充分分解。

3.2 煤粒燃燒

煤炭被送到循環硫化床中能夠快速的因高溫材料以及煙氣的反應加熱溫度，先是水分揮發，之后煤分子能夠從中分離出來同時進行燃燒，最后焦炭進行燃燒。中間伴隨著煤顆粒的粉碎、損耗，并且分離解析出燃燒程序和燃燒焦炭的步驟有時候是一起進行的。循環流化床內部順著高度朝向能夠劃分為密度較密以及密度較稀的容積，密度密的在鼓泡床以及紊流床形態。循環流化床中很多是惰性物料，能夠燃燒起來部分不多。

3.3 燃料著火

循環硫化床內部物料燃燒點燃的形式，固體物質質點外表溫度有著重要的影響，是形成火源的根本，這種固體物質的質點可能是離析后的高溫顆粒、也能夠是細煤粒、還有可能是布風板上的床料。如果固體的質點外表溫度上漲，煤顆粒會立即燃燒。除此之外，煤顆粒的形狀尺寸對點燃也有著重要的作用，針對具有一定反應性能的煤炭物種，在一定的溫度條件中，存在能夠著火的顆粒大小標準，比這個標準小，由于散熱損耗大，顆粒就不能夠燃燒，跑出鍋爐內堂。

3.4 煤粒的破碎特性

在循環流化床內部煤炭會粉碎特點是：在進入流化床之后煤粒的體積會迅速變小的現象。不過導致顆粒變小的要素還具有碳粒和猛烈活動的床層間以及埋管面的摩擦。導致碳粒變小的關鍵要是是因為碳粒外表的構造性質、設備強度和外部操作環境等。損耗的影響一直到燃燒結束。碳粒在投到流化床中，承受受熱面的加熱，揮發掉水分，當達到能夠解析的溫度時，碳粒出現脫揮發分作用，針對高揮發份的類型，在熱解析時會存在擬塑性過程，碳粒內部出現顯著的壓力傾斜度，假如壓力超出既定值，固體的顆粒會馬上四分五裂而出現粉碎；針對低揮發份的類型，塑性性質不是很顯著，不過碳粒內部的解析生成物要制服致密的縫隙構造都會從碳粒中跑出，所以碳粒內部肯定也會生成很高的壓力，還有，因為高溫碳粒群互相之間的推擠，其內部不勻稱的溫度會產生熱應力，能夠導致碳粒粉碎。碳粒粉碎之后會變成很多很多的微小碳粒，尤其是能夠揚析碳粒會對鍋爐的燃燒效果產生不良作用。微小的碳粒大多會跑出旋風分離設備，變成損耗的那類。破碎分為一級破碎和二級破碎，一級破碎是由于揮發份逸出產生的壓力和孔隙網絡中揮發份壓力增加而引起的。二破碎是由于作為顆粒的聯結體——形狀不規則的聯結“骨架”（類似于網絡結構）被燒斷而引起的破碎。煤的破碎發生的同時也會發生顆粒的膨脹，煤的結構將發生很大的變化。一般破碎和膨脹受下列因素的影響：揮發份析出量；在揮發份析出時，碳水化合物形成的平均質量；顆粒直徑；床溫；在煤結構中有效的孔隙數量；母粒的孔隙結構等。

4 循環硫化床鍋爐運轉存在的問題

由于循環流化床鍋爐爐膛沒有設置埋管，不存在磨管現象。也不存在點火時有一部分熱量被水冷系統帶走的問題，點火啟動，停爐都比較方便。由于循環燃燒使它的爐渣幾乎不含碳，呈黃褐色小顆粒，可以作為水泥制品的摻和料。并相對減少了總出渣量。

4.1 常見問題

（1）爐蒸發量不到設計的額定值；（2）高溫分離器和物料返送器內結焦；（3）耐火材料和受熱面磨損；（4）鍋爐排煙溫度偏高。

4.2 防控技術要點

（1）對于流化不良：a.保證布風板風帽小孔的暢通，把風帽小孔及床面清理干凈；b.一次風量必需大于臨界流化風量；c.控制升溫速度，防止爐內耐磨耐火材料脫落堵塞風帽；d.控制燃煤中矸石及鐵塊的含量，定期將大顆粒物料排除，確保流化良好。（2）超溫結焦預防控制：a.控制合理的床壓，防止燃煤直接接觸風帽造成燃煤堆積爆燃超溫結焦；b.點火啟動階段，控制合理油槍配風，保證燃油完全燃燒，避免未燃盡油霧沾附在煤粒上造成結焦。（3）兩床失穩預防控制：a.運行中給煤、返料量、排渣控制合理，保證兩側床壓一致；b.給煤量調整時應將各點給煤均勻，使燃煤在整個床面分布均勻；c.爐膛兩側外置床返料量調整基本一致，避免因為返料量偏差而產生床溫床壓偏差；d.調整爐膛兩側風量及給煤量，使兩側床溫及一次風量均衡。

5 結束語

循環流化床燃燒措施是高效率、高密度、高輸送量的固體材料循環流態程序，它產生的污染少，負載性能高、燃料選用廣泛、燃燒效果好并且對生態環境影響小。單位使用循環流態化方式進行燃燒，能夠提升其燃燒成果從而使其作業程序更簡便，在很大程度上提升了單位的作業效果。國內由于二氧化硫形成的酸雨對生態環境的損壞越來越嚴重，大多工業行業使用的鍋爐脫硫設施不僅花費成本高并且成果也不好。如果使用循環流化床這種形式的鍋爐，就能夠處理好這一問題。循環流化床形式的鍋爐在其構造上就具有節約能源、保護環境的長處，勢必會得到普遍的使用。

參考文獻

[1]閻維平.鍋爐原理[M].北京：中國電力出版社.2004.

[2]張孝勇.鍋爐安裝調試運行維護實用手冊[M].北京：地震出版社，1999.

[3]高貴君.對循環流化床鍋爐運轉的熱動力學分析[J].科技與企業，2013.