川煤集团达竹公司渡市选煤发电厂
摘要：~循环流化床锅炉的燃烧主要发生在炉膛下部的密相区，上部的稀相区和分离器区。矸煤的燃烧模式分为：细颗粒燃烧，碎片燃烧，粗颗粒煤炭的燃烧。循环流化床在额定运行中，炉膛内燃烧份额和一、二次风的分配是锅炉的燃烧特性和热效率影响的重要因素。
关键词：循环流化床锅炉；燃烧；稀相区；密相区；燃烧特性
一、前言
我厂自2011年锅炉改造为循环流化床锅炉以来，锅炉的燃烧调整方式发生了很大的改变。但是，锅炉运行人员在燃烧调整上存在着很大的误区，煤炭入炉后燃烧到底处于何种状态的认识上有一定的不足。同时，根据入炉煤热值的变化，以及外界工况的变化，所引起炉内运行工况的变化，该如何进行调整，一、二次风该如何进行分配等，有很大一部分人员是处于茫然状态。并且在专业技术上对锅炉的稀相区和密相区的认识和了解更是欠缺。针对存在的问题，对其燃烧特性进行一定的探讨，达到我们充分了解其燃烧特性及影响因素，以有效提高循环流化床锅炉的安全、经济、稳定的运行。
二、密相区与稀相区的燃烧分析
（一）密相区的燃烧
~循环流化床锅炉的燃烧主要发生在炉膛下部的密相区，上部的稀相区和分离器区。锅炉炉膛布风板上布有几十公分厚的惰性材料。是一个充满灼热的物料，是一个稳定贮存热量的火热源。燃煤与分离器返回的未然尽的煤炭颗粒在该区域燃烧，炉膛在一次风的作用下形成了物料流化，一次风同时提供了燃烧所需求含氧量。风量约占燃料燃烧所需的风量的60%左右，煤燃料挥发分的析出和燃烧大部分发生在密相区。当增加负荷时，加大一次风与二次风的比值。提高硫化速度，流化速度为5-8m/，把份额较大粒径较大的煤粒，输送炉膛上部稀相区在二次风提供氧量，输送物料进行燃烧并参加热量交换。当锅炉负荷降低，压火时停止二次风以满足负荷变化的需求，此时的密相区处于还原性气氛。
（二）稀相区的燃烧
炉膛二次风口以上的稀相区，燃煤燃烧的需氧量流经此处。在稀相区的煤炭颗粒一部分挥发份以富氧状态燃烧。约70%的中心区域向上运动。同时在流体力学的作用下，同时沿截面贴近炉墙向下移动。在锅炉的几个回程中旋转，物料循环延长了煤炭在炉膛内燃烧状态的停留时间。有利于煤炭颗粒的燃尽。在炉膛未然尽的煤炭颗粒在流化风的作用下夹带到分离器，煤炭颗粒在分离器的停留时间很短，而此处氧的含量低，煤炭颗粒在该区域燃烧份额很小，只有一氧化碳和一小部分挥发份在此燃烧。
三、煤炭颗粒燃烧状态的分析
（一）入炉煤的燃烧模式
循环流化床锅炉矸煤的燃烧模式分为：细颗粒燃烧，矸煤碎片燃烧，粗颗粒煤炭的燃烧。细颗粒煤炭的粒径在30~100μm之间，属于动力燃烧工况。在燃运系统振动筛筛分入炉煤时，夹带着一定数量的粗颗粒。粗颗粒在炉膛内燃烧经过一级破碎，一级破碎和碰撞磨损也产生细颗煤炭。细颗粒煤炭的燃烧在流化风和二次风的作用下大部分处在炉膛内二次风口以上部位的稀相区和分离区燃烧，部分细颗粒在浮力定律的作用下随颗粒运动经分离器返回炉膛，也有少量细颗粒形成锅炉飞灰，是锅炉未燃尽损失的主要部分，因此循环流化床锅炉的热效率是与燃煤煤种有一定关系的。在实际循环流化床锅炉的运行中，一般分离效率大于理论计算数据。在实际工况下，从流化床内进入到多管分离器的气固混合物中的固体颗粒浓度比在其他常规分离器中要高的多。这样的颗粒通常以颗粒团的形式出现，在离心力的作用下更容易被搜集，使分离器的分离效果增大。在循环流化床锅炉实际燃烧工况下，固体物料经过二、三回程的惯性分离和多管分离器的外循环以外，还有一部分在炉膛内进行内循环完成燃烧，达到锅炉的物料平衡，烟气平衡，主要形式表现在细颗粒煤炭在中心区域随气流向上运动。形成的颗粒团被上升的气流冲散。在惯性和重力的作用下，沿贴膛壁处向下运动，细颗粒煤炭在5~8m/s的流化速度的作用下，在炉内停留时间大于细颗粒煤炭燃烧所需时间，达到完全燃烧的目的和热能转换。
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（二）煤炭碎片的燃烧
通常把尺寸为500~1000μm的称为煤炭碎片，在炉内是由一级破碎，二级破碎产生的，属于过渡燃烧工况，它于循环流化床锅炉平均床料在炉内停留的时间大致相同。受循环倍率的影响，循环倍率越大，煤炭碎片在炉内停留的时间越长，达到煤炭碎片燃尽的目的。通常情况下，根据循环流化床的特性，煤炭碎片一般不会作为飞灰逃离和由床层底部冷渣排除炉膛。
（三）粗颗粒煤炭在炉内的燃烧
在热力学中，通常把大于1mm的煤炭颗粒称为粗颗粒煤炭，在循环流化床中燃烧处于扩散燃烧和过渡燃烧。大多数参与物料循环，受循环倍率影响最大，它在炉膛内的燃烧途径大致分为，一部分在炉膛密相区燃烧，一部分在浮力的作用下在炉膛上部的稀相区燃烧，另一部分被分离器惯性分离返回炉膛燃烧。因此，粗颗粒在炉膛内停留时间长，燃尽程度高。粗颗粒炉渣含碳量很低，由冷渣口排除炉外。但是，由于我厂锅炉改造后主要燃烧低热值煤矸石，给煤量较大，为保证炉内物料的平衡，相应增加了锅炉的排渣量，粗颗粒未燃损失量大幅度增加，是影响热效率的主要因素。
四、影响循环流化床锅炉燃烧工况的重要因素
（一）一、二次风分配调节的影响
循环流化床在额定运行中炉膛内燃烧份额和一，二次风的分配是锅炉的燃烧特性和热效率影响的重要因素。燃烧份额是循环流化床锅炉每一个燃烧区域中燃烧量占总燃烧量的比例。用燃料在各燃烧区域内释放出的热量占燃料总发热量的百分比来表示。燃烧份额就是燃烧在各个燃烧区的燃烧程度。循环流化床锅炉的大部分燃烧主要是密相区和稀相区，这两个趋于的燃烧份额约为1：1，主要是密相区的燃烧份额影响到料层的温度控制。锅炉内的热传导以及锅炉的安全运行，是锅炉运行的一个敏感问题，在实际运行中，因一次风、二次风、煤种、颗粒度、锅炉的流化程度、物料循环量及倍率等因素影响，存在两个方面的不利情况发展。一方面是密相区的燃烧份额增加时，相对燃煤的放热量增加，由于锅炉运行控制密相区出口温度不变，这时就得增加密相区的吸热量，相应增加密相区的受热面积，如果锅炉的实际状况达到，就会使密相区出口烟温提高，即带入稀相区的焓增加。如果增加的这部分热量不能有效地被密相区受热面吸收或被烟气带到稀相区，势必造成密相区的热量平衡就被破坏，从而使密相区的炉膛温度升高达到额定温度以上，极易出现高温炉床结焦现象发生严重影响锅炉安全运行，这个时候继续保护锅炉运行，必须提高过量空气系数既加大一次风量的办法来进行降温操作。另一方面，由于锅炉的一次风量过大，增加了物料的流化速度，相应降低了密相区的燃烧份额，改变了锅炉的燃烧工况，破坏了密相区的热量平衡。
循环流化床锅炉的一主要特征是一、二次风的配比因不同形式的循环流化床锅炉的设计工况不同，一般一次风率为50一70%之间，一次风经省煤器预热进入风室，经布风板、风帽进入炉床密相区。保证燃烧需要。同时，我们也可这样解释，根据燃烧份额配一次风。为减少氮氧化物的形成，密相区的实际过量空气系数为1%左右。在运行中，使密相区主要处于还原性气氛。二次风的作用是调节床压，保证燃烧完全燃烧提供氧气。
（二）煤种对燃烧份额的影响
煤种也是影响燃烧份额的重要因素之一，它表现在挥发份的无烟煤及劣质煤的燃烧份额大，越是挥发份高煤种，其燃烧份额越小。我们可以这样解释，煤的挥发份在密相区析出后，一部分来不及在床层燃烧，在流化风的作用下，进入稀相区燃烧，则燃烧份额小。如果温度、一二次风的配比相同，循环流化床锅炉燃烧工况炉膛呈负压，这就确定了锅炉密相区燃烧始终处于特殊的缺氧状态。虽然密相区底部的氧含量约在3%左右，但流化床内的一氧化碳的浓度高达2%，从而证明了密相区缺氧。同时，一氧化碳挥发份被带到了稀相区继续燃烧。完成燃烧放热，传导热量的动能。
循环流化床锅炉燃烧特性与煤种粒度、颗粒的分布、流化速度、循环倍率、过量空气系数、床层温度等因素有直接关系。影响到循环流化床锅炉的安全运行和经济效益。在同样的流化速度下，粒度小、挥发份高的煤在密相区的燃烧份额小，大部分被杨析到炉膛上部得稀相区进行燃烧。我厂循环流化床锅炉的燃煤颗粒度一般在0~15mm之间。如流化速度高时，密相区的燃煤细小颗粒，被带到稀相区燃烧，使密相区的燃烧份额相对减少。在稀相区的上部，过量空气系数增加时，含氧量随之增加。虽然颗粒含碳量相对较低，但是燃烧份额在稀相区仍会有所增加。在密相区中，颗粒含碳量更低，但氧气浓度更高，一定程度上氧气达到煤炭颗粒表面的机会要大，因此，密相区中燃烧份额加大。在锅炉密相区床层温度越高，床下部燃烧份额也就越大。根据热动力学原理，床温越高，颗粒反应速度，气体膨胀速率就会增加。相而挥发份析出速度加快，气体和固体充分混合，在密相区的燃烧份额随温度的增高而增高。
结束语：
我厂两台锅炉改造已经有两年的时间了，从锅炉的改造及实际的运行调整，已经有不少的经验。但是，在锅炉的实际运行中，我们要充分了解燃烧特性及影响因素，合理控制工况，才能保证锅炉的安全稳定的运行，有效提高锅炉的热效率，从而提高锅炉运行的经济效益，达到企业的发展要求。
参考文献：
[1]《循环流化床锅炉设备与运行》 路春美、程世庆、王永征编著
论文作者:冉伟
论文发表刊物:《基层建设》2015年27期供稿
论文发表时间:2016/3/23
标签：锅炉论文; 流化床论文; 颗粒论文; 炉膛论文; 煤炭论文; 份额论文; 工况论文; 《基层建设》2015年27期供稿论文;