循环流化床锅炉原理与运行学员培训教材

循环流化床锅炉原理与运行学员培训教材

循环流化床锅炉原理与运行

学员培训教材

（第一版）

目录

第一章循环流化床锅炉简介

第一节循环流化床锅炉概念

第二节循环流化床锅炉组成

第三节循环流化床锅炉基本知识

第二章燃烧系统

第一节燃料

第二节相关名词解释

第三节循环流化床锅炉的传热

第四节燃烧系统

第三章风烟系统

第一节风烟系统流程

第二节风烟系统设备组成

第三节风机

第四章汽水系统

第一节汽水系统流程

第二节常用参数的基本概念

第三节加热系统（省煤器）

第四节蒸发设备

第五节过热系统

第五章锅炉辅助系统

第一节燃煤制备与输煤系统

第二节炉前给煤系统

第三节除渣系统

第四节吹灰系统

第五节疏、放水系统

第六节除尘系统

第七节输灰系统

第八节锅炉的膨胀和密封

第六章循环流化床锅炉的计算机控制系统（DCS）

第一节锅炉的燃烧控制

第二节汽水系统的控制

第三节FSSS保护系统

第七章循环流床锅炉的试验和调试

第一节锅炉水压试验

第二节安全门校验

第三节冷态空气动力场试验

第四节烘炉

第五节化学清洗

第六节吹管

第七节除灰、除渣系统调试

第八节锅炉整套启动

第九节锅炉性能验收试验

第八章循环流化床锅炉的启动和停运

第一节启动前的检查和准备工作

第二节启动前的准备工作

第三节锅炉上水

第四节冷态启动

第五节压火热备用及热态启动

第六节锅炉的停运

第七节停炉后的冷却与保养

第九章循环流化床锅炉正常运行调整

第一节运行调整要求

第二节锅炉运行参数的控制与调整范围

第三节床温的控制

第四节床压的控制

第五节汽温的调整

第六节负荷的调整

第七节汽包水位的调整

第八节一、二次风量调整

第九节回料阀风量的调整

第十节巡检工作

第十章循环流化床锅炉常见的事故及处理方法

第一节事故处理原则

第二节事故紧急停炉

第三节故障停运条件（申请停炉）

第四节炉膛结焦事故

第五节预防可燃物聚积引发的爆燃事故

第六节循环流化床锅炉耐火材料塌落事故

第七节返料器的堵塞事故

第八节冷渣器的堵塞事故

第九节“四管”泄漏事故

附录一：阀门知识

附录二：锅炉金属材料知识

附录三：压力（表压力）——饱和温度对照表

I第一章循环流化床锅炉简介

1第一节循环流化床锅炉概念

|一、循环流化床锅炉（CFBB）简介

循环流化床（CFB）锅炉是一种低温区域的流化燃烧技术，燃料

的完全燃烧，靠多次循环来实现，由于具有燃烧效率高、污

|染小、煤种适应性好、负荷调节范围大等优点，在世界各主

|要工业国家得到大力发展和推广应用。作为一种新型的高效

|低污染清洁的燃烧技术，有着自身的优点：

11、燃料适应性强

1由于循环流化床中的燃料仅占物料的1%〜3%,不需要辅助

|燃料就可以燃用任何燃料，可以燃用各种劣质燃料及其它可

|燃物，特别包括煤肝石、高硫煤、高灰煤、高水分煤、煤

|泥、垃圾等。

，、燃烧效率高

卜盾环流化床比鼓泡床、流化床燃烧效率高，燃烧效率通常在

卜7%以上，基本与煤粉炉相当。

3、有害物排放低

脱硫率高，循环流化床的脱硫方式是最具经济性的方式之

一，其脱硫率可以达到90%。氮氧化物排放低，这是循环流

|化床另外一个非常吸引人的特点。其主要原因是：低温燃

［烧，燃烧温度一般控制在850〜900℃之间，空气中的氮，一

|般不会生成NOx；分段燃烧，抑制氮转化为NOx,并使部分

|已生成的NOx得到还原。

卜、燃烧强度高，炉膛截面积小

|这是循环流化床的主要优点之一。其截面热负荷约为3〜

16MW/m2,接近或高于煤粉炉。

3、负荷调节范围大，调节速度快

佃对于煤粉炉来说。其原因是循环流床内床料的蓄热能力非

I常大，不会像煤粉炉那样低负荷时需投油枪助燃，最大的好

处在于可以压火热备用，熄火后可以马上热态启动。循环流

|化床的负荷调节比可达(3~4)：1,其调节速率可达4〜5%。

卜、燃料预处理系统简单

|其燃料的粒度一般小于12mm,破碎系统比煤粉炉更为简化。

|二、循环流化床锅炉工作原理

1循环流化床锅炉的炉膛底部，具有特制的金属布风板称之为

|床，布风板上装置有精心设计的突起的风帽。具有一定的温

帜和压力的空气，自锅炉布风板下部水冷风室向上经过布风

|板上的风帽进入炉膛。在足够的气流速度下，将床上的床料

1和煤颗粒托起，这是因为当气体以一定的速度流过固体颗粒

|层时，只要气体对固体颗粒产生的作用力（托浮力）与固体

;颗粒所受的外力（主要是固体颗粒所受的重力）相平衡时，

固体颗粒便会呈现出类似与液体状态的现象一流态化现象。

气固流态化很像沸腾的液体，即使大而轻的物体也能很容易

的推入沸腾状态的气固流化态的床层内，并会浮在床层的表

|面上。此时即使床面发生倾斜，流化态的床层表面也会保持

1水平。此时如果有两个床层相连，则两个床层间会自动进行

|物质交换，物料象液体一样从一个床流向另一个床，并保持

1两床之间的水平状态。当锅炉炉膛床层区适当高度上开孔

1时，固体颗粒会经孔口喷出。处于流化态的床层物料和煤颗

|粒，相互之间发生的碰撞，不断的交换位置，上下翻滚呈“沸

|腾”状，此状态下煤粒有足够的时间与空气、高温床料及已然

j烧的煤粒接触、混合。因此，新加入的煤颗粒很快被加热并

|着火燃烧。

i循环流化床锅炉示意图

流化状态下煤粒的燃烧效率很高其放热和传热的速率远大于

煤粉锅炉。流化床是一个积聚了大量灼热床料、蓄热容量很

大的热源体，对燃料的迅速着火和稳定燃烧十分有利。一般

运行中循环流化床锅炉床上积聚的炽热（850〜1000C）床料

中95%以上是惰性的灰渣，只有很低的可燃物含量。运行时

即使燃用发热量很低（4000KJ/kg左右）的劣质煤，每秒加入

炉内的冷燃料量还不足床内勺热床料的1%。这些惰性床料

并不与新加入的燃料争夺氧气，却对新燃料提供了强烈的加

热条件，使新加入的燃料迅速被加热、析出挥发份，并稳定

着火燃烧释放出热量。放出热量的一部分有用来加热床料，

j使床内温度始终保持在850〜1000C之间的一个稳定水平

|上；另一部分热量传热给炉内的受热面和加热烟气。这也就

|是为什么流化床锅炉不仅能燃烧优质燃料，而且能稳定燃烧

|高灰分的石煤和煤肝石及泥煤等劣质燃料。

|第二节循环流化床锅炉组成

1从字面理解，锅炉就是由“锅”+“炉”组成；循环流化床锅炉则

|由燃烧系统、汽水系统、风烟系统及附属设备构成。

|燃烧系统:

|即所谓的“炉”，主要由炉膛、旋风分离器、返料器等组成，

|它的任务是使燃料在炉内进行良好的燃烧，放出热量。

[2）炉膛。

|也叫燃烧室，是供燃料燃烧的地方。它是由炉墙和水冷壁围

1成的空间，燃料在这种特定的空间中呈流化状态燃烧。

B）旋风分离器。

|旋风分离器是循环流化床锅炉的核心部件之一。其主要作用

|是将大量的高温固体物料从炉膛出口的气流中分离出来。通

|过返料装置送回炉膛，以维持燃烧室快速流态化状态，燃料

|和脱硫剂多次循环，反复燃烧和反应。

k）回料阀。

布置在分离器下面，它的作用是将分离器分离下来的床料送

回2炉膛中，固体颗粒的循环量决定着床内固体颗粒浓度，

固体颗粒浓度对循环流化床的燃烧、传热起很大作用，保证

循环物料的稳定流动是循环流化床基础。

风烟系统：

住要由引风机、高压流化风机、二次风机、一次风机、风

I室、风帽、布风板、尾部烟道、空预器等组成；।

in布风装置：।

I布风装置是锅炉流态化燃烧的主要部件，布风板的作用是支j

।承风帽和隔热层，并初步分配气流。水冷式布风板采用膜式।

I水冷壁管拉稀伸长形式，在管与管之间的鳍片上开孔，布置।

।风帽。।

（2）一次风机：I

|循环流化床锅炉中，一次风机是用途最多也是功率最大的一|

1个风机，都是高压的大容量离心风机。一次风机的主要作|

用：一次风加压后通过布风板镶嵌的风帽进入炉膛，使炉膛

内的床煤流化。

3）二次风机：

|二次风机主要是将锅炉所需的助燃风送入炉膛。1

54）引风机：|

|引风机是维持炉膛负压，保证炉内平衡通风必不可少的设|

1备。!

|5）高压流化风机：|

।回料阀流化供风的主要设备，一般为罗茨风机。।

|6）烟气系统：|

癌分离器出口的对流烟道内布置过热器、省煤器、导热油低।

压受热面及空气预热器，降低排入大气的烟气温度，提高锅

炉效率。

1汽水系统：

I即所谓的“锅”，主要由除氧器、循环水泵、省煤器、汽包、

!集中下降管、水冷壁、过热器、联箱等组成；它的任务是吸

|收燃料燃烧放出的热量，使水蒸发并最后成为规定压力和温

1度的过热蒸汽。

|i）汽包：

;装在锅炉顶部，是一个圆筒形受压容器，其下部是水，上部

是蒸汽。它接受省煤器的来水；汽包与下降管、水冷壁、联

箱共同组成水循环回路，并将水冷壁中产生的饱和蒸汽输送

至过热器。

\2）下降管：

|水冷壁的供水管，即汽包的水流入下降管，并通过水冷壁下

1联箱分配到水冷壁的各上升管中去。

卜）水冷壁：

|布置在燃烧室内四周墙上的许多平行的管子（因管内工质向

j上流动，也称为上升管）。它的主要任务是吸收燃烧室中的

|辐射热，使管内的水汽化，蒸汽就是在水冷壁管中产生的。

上是锅炉的主要蒸发受热面。止匕外，它还起保护炉墙的作

|用0

k）过热器：

利用烟气的热量将饱和蒸汽加热成一定温度的过热蒸汽。

（5）省煤器：

|装在锅炉尾部的垂直烟道中。它是利用烟气的热量加热给

|水，以提高给水温度，降低排烟温度，节约燃料消耗。

（7）联箱：

1起汇集、混合和分配工质的作用。

1锅炉辅助系统：

|主要是由疏水、放水、排污系统，输煤、给煤系统，输灰、

|排渣系统，脱硫、脱硝系统，燃油系统，吹灰系统等组成。

快三节循环流化床锅炉基本知识

L、流态化

当流体自下而上通过固体颗粒层时，固体颗粒具有了流体状

态的这一现象（过程）就叫流态化。

流态化现象最早应用于化工领域。由于化工领域经常将各种

反应器叫作“床”，因此应用流态化原理的反应器（包括容

|器、固体颗粒、流体）就叫流化床。流化床流态化后，具有

|与流体一样的性能，主要表现在以下几个方面：

|（i）浮力定律：密度小于流体密度的物体会浮在床层表面

|±o

|（2）液面特性：床表面保持水乎，形状保持容器的形状。

!（3）小孔射流：在流化床侧面开孔，流化床固体物料像流体

|一样射流，离床层上表面越近，射流距离越小，越靠近流化

|床底部，射流距离越大，也可以从底部流出去。

|（4）连通效应：几个流化床底部联通后，床层高度自动保持

|同一水平高度。________________________________________

气固流化床类似流体的性质还有：

1）在任一高度的静压似于在此高度以上单位床截面内固体颗

粒的重量。

2）密度高于床层表面密度的物体在床内下沉，密度小于床层

表面密度的物体浮在床面上。

口）床内颗粒混合良好，因此，当加热床层时，整个床层的温

I度基本均匀。

I流态化的分类：

I流体包括气体和液体，两种流化介质所产生的流态化不同。

卜体作为介质产生流态化是聚式流态化，液体作为介质产生

上勺流态化叫散式流态化。散式流态化的特点是固体颖粒均匀

!的分布在流化介质中，没有成团返混的现象；聚式流态化是

固体颗粒不均匀的分布在流化介质中，有明显的成团返混现

象，床层中的孔隙率随位置及时间的不同而变化。也就有了

流化床锅炉中常说的气泡相和乳化相的名词。

怀同风速下的流态化特征：

j气固流态化依据流化风速的不同可以分为以下几种床态（见

|图1-1）：

|固定床、移动床、鼓泡床、湍流流化床、快速流化床、气力

1输送床等。

i.固定床

当气流速度较小对固体颗粒层产生的吹托力小于固体颗粒层

的自身重量时，气流在颗粒的缝隙是流过，所有固体颗粒呈

静止状态。

2.移动床

当风速逐渐增加到能吹托起夹在大颗粒之间较小颗粒时，由

于小颗粒的被风吹动发生位移，大颗粒在小颗粒的“润滑”下

也随之移动，这个状态就是移动床。这种床态的特点是，床

层在气流的作用下，有所松动但床体膨胀不明显，也就是说

床层内还没有大的气泡聚集。这种床态存在于循环流化床锅

炉的回料系统中如料腿中甚至上升段中，因为回料器中的固

体颗粒粒径相近且小，所需的风速不大时就可以具有流体的

特征，把循环物料送入炉膛。而在“宽筛分”大床内，这种床

态是不能长时间的存在的，因为大颗粒移动性差，燃烧放出

的热量难以被带走，长时间的运行，就有可能造成低温结

焦。

3.鼓泡床

当气流产生的吹托力等于固体颗粒层所产生的重力时，固体

颗粮层被气流完全托起，整个固体颗粒层的重量不再靠布风

板来支撑，床层内的气流在上升过程中逐渐汇聚成大的气

泡，直至达床层表面时破裂，看上去就像水沸腾一样这个时

候的床态我就叫鼓泡床或者沸腾床。

这种床态下由于气流速度和固体颗粒的重力相同，只有少量

的细小颗粒在气泡达床层表面破裂时被扬析和夹带至稀相

区，循环物料很少，密相区和稀相区的界限很清晰。

4.紊（湍）流流化床

继续加大风速，细小的颗粒被高速的一次风大量的扬析和夹

带并伴有剧烈的颗粒团返混的现象，密相区和稀相区的界限

不再清晰，形成一个密相区到稀相区的一个过渡区，这种床

态就是湍流流化床，此时的气流速度为床料终端速度。

5.快速流化床

在湍流床的基础上继续加大风速，床内不再汇聚形成气泡，

固体颗粒层中的气泡相和乳化相消失，固体颗粒被气流均匀

带出床层。此时气流速度大于固体颗粒的终端速度，床层表

面弥散消失，形成快速流化。床内颗粒浓度呈上稀下浓状

态。循环流化床的上升段属于快速流化床。

j循环流化床锅炉的流化状态是处于湍流流化床和快速流化床

I之间，在低负荷运行时应该在鼓泡床状态，如启动过程中

I等。

：6.气力输送：

|随着气流速度的继续增大，将使延整个炉膛高度上两项混合

|物的密度更趋均匀，形成“稀相流态化”。稀相流态化下大量

扁体颗粒被气流带出炉膛，此时如不及时补充床料，床中全

部颗粒可以被吹空，快速流化被破坏而进入“气力输送''状

态；气力输送状态在循环流化床锅炉中的密相区没有此状。

|二、循环流化床锅炉的各个燃烧区域所处的状态

11）密相区一般的处于湍流床，甚至鼓泡床状态，因为大的固

|体颗粒多数在床层的下部；

■）过渡区的处在快速流化床状态；

13）稀相区处在气力输送状态；

卜）回料器一般是鼓泡床，或者是移动床状态，处于何种状态

|取决于风速的高低。5）尾部烟道内基本上是气力输送了。

1三、不正常的流态化

卜沟流

|一次风速在未达到临界流速前，气流被布风板、床料等压阻

卜当，但是由于固体颗粒层内的固体颗粒的大小、空隙率等不

!均匀，也就形成床层各处对风的阻力大小不同，这时候大量

I的空气被送入风室，它们就会从阻力小的地方穿过料层，而

|其它地方仍处于固定床状态，这种现象就是沟流。因为上述

I的原因，锅炉在铺完床料做流化试验时先用大风量对床料吹

:动几分钟，然后降下来进行最低流化风量的测定，这样做的

目的是使床内的大小颗粒均匀分布。沟流分两种：局部沟

I流、贯穿沟流。

卜、节涌

I床料在被流化过程中，流化风在床层内由底部自下而上运动

I时，到达一定高度时会聚集形成大的气泡或气垫，当气泡上

I升到一定程度破裂，被气泡托住的床料，就会坍塌下来，这

I就是节涌。特点是存在较大的有规律的压力波动。这种现象

I容易发生在颗粒度均匀而狭小的容器内，也就是说在循环流

卜化床锅炉的返料器可能会出现这种情况；这就是返料器，供

I风异常造成的，会直接造成床压增大。

3、分层

I床料在流化过程中较大的颗粒由于自身的重量决定了它们只

I能停留在床层的底部，相反细小的颗粒停留在上部，也就是

存在上部床料呈现流化状态而下部床料不流化或下部只停留

在移动床状态，这种现象就是分层。这种现象往往存在于运

行时间长的循环流化床锅炉中会发生，刚启动的锅炉存在的

I时候少，除非铺的床料颗粒度悬殊太大。为避免这种现象发

I生的在运行当中，锅炉设计了事故放渣管，其实它的另一个

“乍用是用来排除沉淀循环流化床锅炉床层中的大颗粒床料。

I因为连续排渣排出去的多是些细小的颗粒，因为大颗粒的流

I动性较细颗粒小。事故放渣管（定期放渣管）可以排除炉子

］中的大渣，但是排渣时的开度，需要做调解的，当有细渣流

I出时关闭，等几分钟后荐打开，或者就提高一次流化风加大

!大颗粒床料的流动性——升压排渣法。

I四、临界流化风量

临界流化风量是循环流化床锅炉能否正常运行的关键数据,

是运行过程一次风机的下限风量。

1、临界流化风量的概念

i循环流化床锅炉中同一料层厚度下，不同的流化风量就有不

!同的流化状态，如固定床、移动床、鼓泡床等，而移动床的

|风量能不能作为最低流化风量呢？很显然那是不行的，因为

|移动床状态时小颗粒流化但是床内的一些大的颗粒基本没有

|动可以说是在原地踏步所以不能作为最低流化风量，只有大

1颗粒完全流化起来时的风量才能作为最低流化风量，这就有

|了最低流化风量的概念：

悒体颗粒层从固定床转变为鼓泡床的风量就是最低流化风

|量。相对应的风速也就是最低流化风速。

脑界流化风量以前的状态固体颗粒层完全由布风板支撑（固

定床）或者不完全由布风板支撑（移动床时细颗粒由风托

起），而完全流化后固体颗粒层就由一次风完全托起布风板

不在对固体颗粒产生支撑，这个时候再加大风量固体颗粒层

的流化高度增加但是对风的阻力不变，所增加的风只是克服

|了布风板及风帽的阻力（见上图）。

|最佳流化风量：

|保证床料流化，使炉膛内上中下床温一致，并且能满足锅炉

I负荷需要的最小流化风量。

2、临界流化风量的确定

|最低流化风量的确定通常有2种。

卜）火钩探测:__________________________________________

I利用火钩子或着火耙子等工器具送入床料之后刚好能探到风

帼时，就可以做好相关参数的记录，一次风机挡板开度、风

I机电流、风量、风室压力、料层压力等。

卜）沸腾法：

住床料铺好之后开启一次风机加大风量然后把风减下来，减

I风至鼓泡床状态，记下各项参数，投上风机连锁然后拉掉引

:风机连跳一次风机观察床料的平整度，若不平有凹凸不平的

现象时说明有流化不好的地方，若平整说明风量适当。这种

方法的缺点是看不出大多少，也看不出小多少，这种方法一

般的同第一种方法结合起来用，即火钩探测之后再看料平。

I也有的机组就凭调试所给的料层阻力曲线来找最低流化风量

I的，这就要每次所铺的床料颗粒度及平均粒度还有干湿度必

恢相差不大的，否则因为流化风量偏差大，会造成循环流化

I床锅炉的燃烧事故——结焦，所以为了循环流化床锅炉的正

I常运行，每次启动前都做最低流化风量的流化试验。

3、热态、冷态下的临界流化风量

|我们在做最低流化风量试验时，一次风是冷态、床料也是冷

|态，而正常运行时一次风是热态，床料也是热态，即：

|D气体温度升高其本身的粘滞性增强对固体颗粒的吹托力也

旭强。

卜）床料温度提高床料对风的阻力减小，也就是说热态的床料

|所需的流化风量比冷态时要小。所以影响的结果是热态时的

|所需流化风量（指体积流量）比冷态时要小，热态所需的风

|量为冷态40〜50%,但是我们正常运行时考虑到安全性及燃

j烧所需空气量等原因，风量是不敢也不可能减到冷态时的40

卜50%,这个我们大家得注意。

|4、影响流化风量的因素

il）料层的平均粒径宽筛分颗粒定义：

I循环流化床（气固流化床）床料中的颗粒通常是料径由小到

I大的宽筛分布，由于颗粒的直径不同，其流动工况和规律也

I各不相同。这样就需要示出颗粒大小的分布规律，利用此规

卜聿来研究两相流动和燃烧，或者把分散相颗粒直径示平均

I值，以平均直径来代表分散相颗粒群的运动规律，粒径的分

!布规律是一个重要特性。平均粒径的增大，固体颗粒层对风

产生的阻力也就越大，所以循环流化床锅炉的床料对粒径及

粒径的分布有着一定的要求。不仅颗粒粒径分布对流态化性

能有较大的影响，不同的粒径分布以及气固密度差也对流态

“七性能有较大影响，即较粗的颗粒和较细的颗粒的流态化状

|态是有很大差异的。根据在常温、常压下对一些典型固体颗

卜立的气固流态化特性的分析，提出了一种颗粒分类法。依照

归种分类法，所有固体颗粒均可分成A、B、C、D四类。依

|据颗粒的直径dp,颗粒密度/P与流化气体密度pg的差值所

|作的流态化颗粒分类如下图所示。

[1）C类颗粒：粒度很细，一般均小于20pm,颗粒间相互作用

|力很大，属于很难流态化的颗粒。由于这种颗粒相互粘着力

|大，因此当气流通过这种颗粒组成的床层时，往往会出现沟

|流现象。

卜）A类颗粒：粒度较细，一般为20〜90pm,这类颗粒通常很

|易流化，并且在开始流化至开始形成气泡之间一段很宽的气

|速范围内，床层能够形成均匀的散式流化状态。

3）B类颗粒：中等粒度，典型的粒度范围为90〜650pm,具有

他好的流化性能。流化床常用的石英砂即属典型的B类颗

卜立，此种颗粒在流化风速达到临界流化速度后即发生鼓泡现

1象。

j4）D类颗粒：较大的粒度和密度，并且在流化状态时颗粒混i

1合性能较差，大多数燃煤流化床锅炉内的床料及燃料颗粒均|

|属于D类颗粒。j

1在实际的循环流化床锅炉中，往往同时存在A、B、C、D四，

1种颗粒。加入炉内的煤粒和石灰石的粒径随着燃烧反应和脱!

|硫反应的进行，也在不断地变化中。粗细颗粒的良好搭配，|

暗时反而会使流化效果变好，此时细颗粒会在大颗粒之间起|

到一种“滚珠润滑”的作用。

帆如，某些工业试验结果表明，添加平均粒径比煤的平均粒|

|径小的石灰石后，循环流化床锅炉中的流化效果会有较明显|

|的改善。：

2）料层厚度：

由于循环流化床锅炉实际运行时，料层粒度不一致（宽筛

分），因此在宽筛分的床料中，颗粒粒径悬殊较大，导致料

层厚度越大所需的临界流化风量也就越大，不同的料层厚度

就有不同的流化风量。

3）固体颗粒的密度：

不同的固体颗粒对风的阻力是不相同的，如褐煤对风的阻力

500~600Pa/100mm,烟煤800Pa/100mm,煤砰石1100Pa

/100mm,我们在运行中可以选择800Pa/100mm来估计床层

的静止的床层高度。

4）流体的运动粘度：

如床温增高时，临界流速减小。

五、循环流化床的基本概念

1）物料：

1也称为床料，即：锅炉运行过程中，在炉膛及循环系统（分

I离器，立管，回料系统等）内燃烧或载热的固体颗粒，称为

I物料。

b）料层差压：循环流化床锅炉中风室压力与密相区上层压力

I之间的差值，包含布风装置的阻力在内。

I料层差压是表征流化床料层高度的物理量，一定的料层高度

1对应一定的料层差压。

因为在流化状态下，流化床的料层差压，同单位面积上布风

板上流化物料的重力与流化床浮力之差大约相等，对于正在

运行的流化床锅炉，根据燃用煤种和料层差压来估算料层厚

度是十分有用的。通常所说的床压是指炉内物料流化状态下

I形成的密相区静压差，它直接反应炉内密相区物料高度情

I况，具体是风室压力同布风装置阻力的差值。循环流化床正

|常运行的床压一般控制在6〜12KPa。料层差压对流化床锅炉

|的稳定运行有很大影响，料层过薄，料层容易吹穿而产生沟

|流，流化不均而引起局部结渣，难以形成稳定的密相区，同

|时还会造成放渣含碳量高，燃烧不完全，增加了灰渣热损

［失。料层过厚会增加风机压头，气泡增大，扬析夹带量增

|大，流化质量下降，底部大颗粒物料沉积，危及安全运行，

|风机电耗增加，锅炉效率下降。因此，料层厚度应维持在适

当的范围，一般认为600〜800mm左右为好。

b）风室压力（静压）：

|不同厂家料层差压的测量方式不同，一般采用风室静压，作

|为参照，风室静压等于布风机阻力加料层阻力。在冷态试验

j中测定不同风量下的布风板阻力，运行中可以通过风室静

I压，估算料层差压和料层厚度。对叱13mm的物料，为保证

最低流化风量，风室静压要控制在7〜8KPa以上，这时对应

1的料层差压为正常运行料层控制的最小值。

k）炉膛差压：

|密相区上部压力与炉膛出口压力的差值。炉膛差压表征流化

1床上部悬浮物料浓度的量，是一个反映稀相区物料浓度的参

|数。炉膛上部空间一定的物料浓度，对应一定的炉膛差压，

|对于同一煤种炉膛上部物料浓度增加，炉膛差压值越大，炉

|膛差压与锅炉循环灰量成正比。流化床内物料粒子浓度是决

恒炉膛上部蒸发受热面传热强度的主要因素之一，放热系数

|随粒子浓度成直线关变化。因此，锅炉炉膛差压越高，锅炉

1循环灰量越大，将有更多的循环灰被带到炉膛下部悬浮段参

|加二次燃烧，锅炉出力也就越大。对于同一煤种，物料浓度

|增加，炉膛差压值增大，对炉膛上部蒸发受热传热强度越

大，锅炉出力越强，反之锅炉出力越弱。一般炉膛差压控制

在500Pa〜2000Pa之间。此外，炉膛差压还是监视返料器是

否正常工作的一个参数。循环流化床锅炉密相区中，燃料燃

烧在密相区的燃烧热，有一部分由循环系统的返回料来吸

1收，带到炉膛上部放热，才能保持床温的稳定，如果循环量

|偏小，就会导致密相区放热过大，流化床温度过高，无法增

加给煤量，带不上负荷，因止匕，足够的循环灰量是控制床温

|的有效手段。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。控制炉膛差压

|主要靠调整循环灰量来实现，当循环灰量少，炉膛差压小，

!床温偏高，不能满足负荷的需要时应适当增加一次风量及给

煤量，这样炉膛上部颗粒浓度增加，燃烧份额也得到增加，

水冷壁的吸热量增加，旋风分离器入口物料浓度增加，物料

循环量增加，负荷增加。有时候燃料含灰量高，循环量逐渐

增大，1011床温过低燃烧无法维持，这时应放掉一部分循环

I灰，来降低炉膛差压。

卜）物料的循环倍率：

I循环流化床锅炉中反应物料量的一个参数，常用的表述是单

I位时间内物料的循环量与单位时间内入炉燃料量的比值。循

I环流化床锅炉的循环倍率一般在40〜100之间。循环倍率对

|循环流化床锅炉运行的影响很大，主要影响炉膛下部的热量

|平衡（即床温）和炉膛上部水冷壁管的传热强度（即锅炉负

|荷）。在实际运行中，可以通过一定的燃烧调整手段调节循

|环倍率。

卜）内循环：

|循环流化床锅炉中物料在到达炉膛出口之前，在自身重力的

1作用下，返回炉内的物料循环成为内循环。循环流化床内运

动的一个特点是颗粒的聚集和团聚作用，这些聚集的颗粒团

由于重量增加体积增大，有较大的自由沉降终端速度，在一

定的气流速度下，大颗粒团不是被吹上去，而是逆着气流沿

着炉墙向下运动。这些颗粒团在下流过程中，气固间产生较

|大的相对速度，然后被上升的气流打散成细颗粒，细颗粒又

|被气流带动从炉膛中心运动，在上升过程中再聚集成颗粒

|远，沿着四周炉墙沉降下来，这种颗粒团在炉内不断聚集、

卜沉、吹散、上升、再聚集的现象，称为内循环。

|7）外循环：

卜盾环流化床锅炉中部分物料飞出炉膛后，被分离器捕捉后通

1过回料阀重新返回炉膛的物料循环过程成为外循环。

卜）流化速度：

流化速度一般是指假设床内没有床料时空气通过炉膛的速

度，也叫空塔速度或表观速度。用u0表示，单位为m/s,

即：uO=QA其中：Q：空气或烟气体积流量m3/s。A：炉膛

!截断积m2。

|9）扬析：

|当气流穿过由各颗粒直径的混合物组成的流化床层时，一些

|终端速度小于床层表观气流的细粒子将陆续被上升气流带

|走，这一过程称为扬析。扬析是流化气体在多组分（宽筛

1分）床层中有选择性地夹带出细粉颗粒的过程。

卜0）携带：

|由于气泡上升到床层表面时，会将气泡顶部和尾部的颗粒带

|入上方，离开床区的气流会携带一些悬浮的颗粒，即：气体

|从床层中带走颗粒的现象称为携带。

|11）边壁效应：

|即流化床中心部位气流速度快，物料由中心部向上运动，靠

四周墙壁速度慢，物料沿边壁下落返回床内而形成炉内循环

流化运动形态。

12）中位径（d50）：

|假定有一筛网，颗粒利用其过筛时，筛上残留物与筛下物质

|量正好相等（即各占50%）的筛孔直径。

|13）蒸汽锅炉的参数：

|是指锅炉的容量、蒸汽压力、蒸汽温度和给水温度。

|锅炉容量：

|指锅炉每小时的最大连续蒸发量，又称额定容量和额定蒸发

|量。单位为t/ho

蒸汽参数：

指过热器出口处的蒸汽压力和温度。压力单位为MPa,温度

单位。C。给水温度：是指进入省煤器入口联箱的温度，单位

℃o

j六、循环流化床锅炉运行时需要监视的参数

「燃烧系统

il）床温：

;燃烧密相区内流化物料的温度，直接关系到锅炉的安全稳定

|运行。床温高容易结焦，密相区下部床温一般不得高于

|950℃,否则会造成炉膛床面结焦，最低温度不低于650C,

否则燃烧不稳容易造成尾部对流烟道飞灰可燃物含量增高，

产生烟道再燃烧，同时炉膛负压波动较大，极易造成分离器

堵塞。

卜）床压：

j是密相区物料厚度的反应，物料的厚度同跟风的阻力有着一

怕的对应关系，可以算出料层的厚度。正常运行中床压一般

忸求3〜5Kpa左右（根据锅炉说明书及流化试验来确定），

|床压过低，循环灰量（内循环、外循环）不够，密相区的燃

|烧的放热，会出现高床温低负荷的现象；床压过高，一次风

|量不增加可能会出现流化不良的现象，造成结焦的燃烧事

|故，提高一次风量会增加一次风的电耗，增加厂用电。

,）氧量：

|氧量控制则是锅炉经济运行的关键，反映了风、料配比是否

适当。氧量测点装在省煤器后烟道内。

U）一次风量：

I一次风量决定锅炉床煤流化质量，是炉内热量的主要携带介

I质，决定着锅炉带负荷的能力；还可调节炉内床温，因此，

卜次风量的监控是循环流化床锅炉安全、经济、稳定运行的

［关键1

n）炉膛差压:__________________________________________

I炉膛差压反映稀相区燃烧份额的多少，燃烧份额少表现为炉

I膛上部烟温低，原因是返料量过低或返料不畅，严重时料床

I温度高；稀相区燃烧份额高时，表明循环灰量高，过高时容

I易造成锅炉的金属及非金属构件的磨损。

I燃烧份额、返料系统远行是否合理可从下面参数观察：

卜.分离器进、出口烟温：

;分离器出口烟温高于分离器入口烟温时，说明锅炉燃烧反应

靠后，即燃烧点后移，会造成主蒸汽温度超温的，同时，有

可能造成分离器内燃烧份额加大，分离器过负荷，造成分离

器堵塞。

|b.返料温度：通过返料器送回到燃烧室中的循环灰的温度，

怕可以起到调节料层温度的作用，返料温度不能高于850℃

|（各厂燃料不同温度不尽相同），否则可能造成返料器堵

恢。

卜.分离器锥体压力：分离器锥体压力正常运行时应为负压状

|态，运行中该点有变正趋势时，需要调整燃烧及燃料的配

|比，降低外循环的回料量。

汽水系统

|汽水系统的参数按照锅炉运行规程的要求进行监视，主要监

|视的参数有：

|汽包水位、主汽压力、主汽温度、给水压力、给水流量等。

卜、辅机

1辅机主要监视参数有：

I电流、轴承温度、轴承振动、辅机转速等。

|第二章燃烧系统典型循环流化床锅炉燃烧流程：

|煤和脱硫剂送入炉膛后，迅速被大量惰性高温物料包围，着

i火燃烧，同时进行脱硫反应，并在上升烟气流的作用下向炉

膛上部运动，对水冷壁和炉内布置的其他受热面放热。粗大

粒子进入悬浮区域后在重力及外力作用下偏离主气流，从而

贴壁下流。气固混合物离开炉膛后进入高温旋风分离器，大

I量固体颗粒（煤粒、脱硫剂）被分离出来回送炉膛，进行循

1环燃烧。未被分离出来的细粒子随烟气进入尾部烟道，以加I

I热过热器、省煤器和空气预热器，经除尘器排至大气。I

|第一节燃料;

|煤的成分|

|煤的成分可分为化学成分和工业分析成分。|

|煤的化学成分：碳C、氢H、氧O、硫S、氮N、水H2O和|

|灰组成。|

j工业分析成分：发热量Q、固定碳FC、挥发分V、水分M|

1和灰分A组成。|

2、煤的化学成分

碳在煤中的含量约为15~80%,是供燃烧的主要成分，也是决

定煤质优劣的重要因素。氢也是一种可燃成分，在煤中的含

量约为1~4%,煤的生成年限越短，其含量就越高。硫在煤|

1中的含量约为1〜3%,煤中的硫由有机硫和无机硫组成，其1

|中的有机硫可以燃烧放热，并生成SO2气体。但由于SO2气j

|体溶于水会生成亚硫酸会腐蚀锅炉尾部受热面和污染环境，|

|是一种有害成分。氧在煤中的含量很少，一般不超过1%,|

1氧可以助燃，本身不燃烧放出热量。氮不可燃，在煤中的含|

|量只占1%左右。|

3、煤的工业分析成分1）发热量Q（kJ/kg）：|

是指1kg煤完全燃烧所放出的热量，又称热值。发热量分高|

位发热量和低位发热量，两者的区别是燃烧产物中全部水分［

凝结成水放出的汽化潜热，高位发热量包括；低位发热量不|

包括，因而高位发热量数值大一些。因为排烟温度比较高

(110〜160C),烟气中的水蒸气通常不会凝结成水，锅炉

燃烧计算采用的是低位发热量(我国)。为了计算发电厂的

|煤耗，规定低位发热量为29310kJ/kg(7000k/kg)的煤为标

旭煤。

,)固定碳FC(%)

|煤中的挥发分、水分及灰分扣除后，剩下的就是固定碳。1kg

|碳完全燃烧后会放出33.44MJ的热量，固定碳含量高，煤的

限热量也就高。

3)挥发V(%)：

|当煤在隔绝空气的条件下加热，首先是水分蒸发。当温度升

I高到100C以上时，其有机物质分解成各种气体挥发出来

I(CmHn、H2、CO等)，这些挥发出来的气体，称之为挥发

份。它不包括煤中的水分。挥发分是煤的一个重要特性指

标，对锅炉的运行影响较大。挥发分含量高，煤着火湿度则

较低；挥发分含量越低，煤越难于着火燃烧。如褐煤，挥发

分高达40%以上，煤的挥发分易析出，只要加热到180℃左

|右就开始着火燃烧。无烟煤，其挥发分含量在10%以下，煤

|要加热到400C左右，挥发分才析出着火燃烧。

：4)水分M(%)：

j煤的水分分内在水分(固有水分、分析水分)和外在水14分

1(外部水分)，固有水分是植物体在碳化过程中已经存在

|的，其含量不大，只有5%左右。而外在水分则是煤在开

鼎、运输和储存过程由外部带入煤中的水分，其含量变化比

较大，可以由百分之几至百分之几十，两部分之和叫全水

分。

5)灰分A(%)：

I灰分是燃料燃烧后形成的残渣，来自燃料中的矿物质。含量

I过多，不但降低了燃料的发热量，增加了灰渣的运输和处理

帆用，同时飞灰还会造成受热面积灰，影响传热和泻染环

1境。如果灰中氧化铁FeO、氧化钾K2O和氧化钠Na2O的成

j分较多的话，会使灰的熔点温度很低，大约为1000C,一般

|灰的熔点温度在1200〜1500C之间。

|煤的分类

按照煤中挥发分的含量、发热量及灰的成分，煤一般分为：

1）无烟煤：

含碳量在50%以上，发热量20000〜32500kj/kg,高于其他煤

的，挥发分＜10%,不易着火燃烧，燃尽也不易；由于其在燃

|烧过程中析出的可燃气体少，不会产生大量的煤烟，所以称

|为无烟煤。无烟煤表面呈明亮的黑色光泽，质地晕硬，相对

卜密度也较大。

12）烟煤：

;含碳量在30%~60%,挥发分含量在20%~40%,发热量

[14000〜29000kJ/kg,低于无烟煤，燃烧时产生大量的煤烟，

|易着火，也易结焦，适用于锅炉燃烧和冶炼。表面呈灰黑

|色，有光泽，质地较松软。

3）贫煤：

贫煤的性质介于无烟煤和烟煤之间，含碳量在50%左右，挥

|发分含量在10%〜20%,发热量较烟煤低。贫煤表面灰黑，无

|光泽，不易点燃，火苗也较短。

k）褐煤：

|碳化程度较浅，含挥发分40%以上，挥发分的析出温度低，

|易于点火，灰分，水分含量较高，含碳量30%左右，发热量

|低，一般8000〜17000kj/kg。褐煤表面呈棕褐色，少数呈黑

I色，质脆易风化，易自燃，在运输和储存时应采取相应措

1施，以防发生自燃现象。

卜）石煤和煤砰石：

I石煤是含灰分特别高，且灰和碳的结合较均匀；而煤肝石是

I夹带有大量肝石和矿物杂质的煤。它们的含碳量都较低，含

|灰量达50%以上，发热量只有8360kJ/kg左右，一般的锅炉

|不能燃用，只有流化床锅炉才能燃烧。

5、灰的性质

主要指煤的熔化性和烧结性，熔化性影响炉内的运行工况；

烧结性影响在对流受热面的积灰性能。

1.温度指标

1）变形温度tl：灰锥变圆或开始倾斜的温度；

卜软化温度t2：锥顶弯至锥底或萎缩成球形的温度；

3）熔化温度t3：灰锥呈液体状态能沿平面流动。

12.灰熔性

[1）易熔性灰分：12Vl200℃；15

12）可熔性灰分：t2=1200-1425℃；

3）难熔性灰分：t2>1425℃。

为防止锅炉结焦，一般要求炉膛设计温度低于t2温度

il00-150℃o

[灰分的烧结性：

|灰分在高温对流受热面生成高温烧结性积灰的能力。烧结性

1和熔化性没有直接的关系，但是和灰分的成分有关。碱性物

|质含量多，烧结性越强。________________________________

:第二节相关名词解释

卜）燃烧:是指燃料中的可燃物（C、H、S）与空气中的氧发

|生强烈放热的化学反应过程。按燃烧程度不同，燃烧分完全

|燃烧和不完全燃烧两种。

卜）理论空气量：燃料燃烧计算中，每千克燃料或每立方米

1（标准状态下）燃料完全燃烧所需的空气量，称为理论空气

量，单位是m3/kgo

3）实际空气量：燃料燃烧时，实际供给的空气量称为实际空

气量。在锅炉燃烧中，考虑到实际技术水平，一般不可能使

|燃料中的可燃元素与空气中的氧，一个不漏地相化合，而达

1到完全燃烧。为了尽可能地使可燃物都能烧掉，实际供给燃

卜斗燃烧的空气量要大于理论空气量，以使燃料中的可燃成分

1在燃烧过程中都有机会得到氧气，而达到完全燃烧。

,）过量空气系数：燃料燃烧时，实际供给的空气量与理论空

|气量之比称过量空气系数，以a表示，流化床锅炉炉膛的过

|量空气系数=

：5）燃料燃烧后烟气中的成分：燃料完全燃烧时，烟气的成分

|是：CO2,SO2,H2O,N2和02等。燃料在不完全燃烧时，

除了上述外，还有少量的CO,H2,CmHn等。此外，烟气

中尚有微量SO3和NOx,它们都对环境造成污染。其中SO3

|还是低温腐蚀的主要因素。

|6）锅炉机组热平衡及热效率：

|送入锅炉的热量应等于锅炉输出的热量，这种关系称为锅炉

j热平衡。用公式表示即为热平衡方程：Qr=

：Ql+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6kJ/kg式中Or：输入热量；Q1：有

：效利用热量；Q2：排烟热损失；Q3：化学末完全燃烧热损

|失；Q4：机械未完全燃烧热损失；Q5：散热损失；Q6：灰渣

物理热损失。锅炉有效利用热量与单位时间内所消耗燃料的

输入热量的百分比，称为锅炉热效率〃。它表明燃料输入炉内

1的热量被有效利用的程度。

j式中：B：锅炉燃煤量，kg/h；Qr：输入热量，kj/kg；Q：锅

卜户总有效利用热量，kj/h；Q1：相应1kg燃料的有效利用热

|量，kj/kgo利用上式计算出的热效率称正平衡热效率。用正

|平衡法计算热效率时，需要准确测知汽水流量、参数及燃煤

|量。当前不少锅炉还没有测知燃煤量的手段，这就给计算带

j来困难。同时，计算出的效率值较大（90%左右），一旦有

|误差，误差绝对值就较大。另外，从正平衡效率中，也较难

|看出效率不高的原因何在。因此，发电厂多采用反平衡法确

|定热效率，即：先求出各项热损失，从100%中扣除各项热损

失之和，所得热效率称反平衡热效率：t]=100-（q2+q3

+q4+q5+q6）%利用反平衡效率，各项热损失数值较小，引

起误差的绝对值不会太大，同时，还可根据各项热损失的情

况，采取提高效率的措施。

,）排烟热损失q2：

|是指锅炉排出的烟气焙高于冷空气进入锅炉时的焰，所造成

1的热量损失。它是现代锅炉各项热损失中最主要的一项，对

|大、中型锅炉，q2约为4〜8%。排烟热损失的大小，主要取

|决于排烟体积（量）的大小和排烟温度的高低。排烟温度

|高，排烟热损失q2将增大。一般排烟温度升高15c左右，

,2将上升1%。排烟温度的高低，一方面是设计时布置受热

面多少决定的；另一方面是运行中，受热面上积灰、结渣，

使传热恶化，导致排烟温度的升高，因此，必须及时吹灰、

打渣，保持受热面清洁。另外，如果汽水品质不良，引起受

热面内部结垢，也使排烟温度升高。排烟体积增大，排烟热

损失q2升高。运行中采用较大的过量空气系数及锅炉各处的

漏风，都会使排烟体积增大。特别是炉膛下部的漏风，不仅

卜吏排烟体积增大，还有可能使排烟温度升高。因此，在运行

|中，除供应合理的空气量外，应尽可能地消除或减小漏风。

卜）最佳过量空气系数：

|过量空气系数大小，对机械未完全燃烧热损失、化学未完全

|燃烧热损失、排烟热损失均有影响。只要增大过量空气系

|数，排烟热损失肯定增加；适当增大过量空气系数，可使

|q3、q2下降，而过量空气系数过大时将引起炉温下降，又导

1至q3、q4增大。因此，必然有一个最合理的过量空气系数荐

|在。最合理的过量空气系数，应使q2+q3+q4为最小，这个

|过量空气系数，称最佳过量空气系数，运行锅炉的最佳过量

空气系数是通过燃烧调整试验确定的。

9）化学未完全燃烧热损失q3：

锅炉排烟中残留的可燃气体未放出其燃烧热所造成的热量损

佚，称化学未完全燃烧热损失，也称气体未完全燃烧热损

［失。对于循环流化床锅炉，由于H2、CH4、CmHN含量较

1少，所以一般只考虑一氧化碳CO,q3=0~l%

卜0）机械未完全燃烧热损失q4：

|燃料燃烧后、飞灰和灰渣中还有固体可燃物（固定碳）没有

|燃尽所造成的热量损失，称机械未完全燃烧热损失，也称固

卜本未完全燃烧热损失。循环流化床锅炉的机械未完全燃烧损

I失通常为q4=2~8%。

影响因素有：

①燃料特性（主要是灰分、水分和挥发分）；

②煤粉细度；

1③燃烧方式；

I④运行水平。

I⑤锅炉负荷。

I⑥预热空气温度。

!11）锅炉散热损失q5：

|锅炉本体及锅炉范围内的烟风道、汽水管道的表面温度，都

;高于周围环境温度。因此，热量将有一部分通过表面散失到

大气中去，散失的热量称散热损失。

12）灰渣物理热损失q6：

锅炉排出的灰渣，还具有较高的温度，它所携带的物理显

|热，称为渣物理热损失。影响灰渣物理热损失大小的主要因

|素是排渣量的大小及温度的高低。

|第三节循环流化床锅炉的传热

|一、燃料在循环流化床锅炉的燃烧过程

|循环流化床内沿高度方向可以分为密相床层和稀相空间，密

加床层正常运行在湍流床、快速流化床状态。循环流化床内

|绝大部分是灼热床料，其中的可燃物只占很小的一部分。这

|些灼热的床料，成为燃料颗粒的加热源，在加热过程中，所

|吸收的热量只占床层总热容量的千分之几，而燃料在几秒钟

就可以燃烧，所以水分含量较低的燃料对床温影响很小。

卜、煤的燃烧过程

1首先是经过预热干燥，水分蒸发阶段，当加热温度达到

“00〜105C时，煤的水分全部蒸发完。其次是挥发分的着火

|燃烧阶段，当加热温度超过105C时，煤中的可燃气体开始

|析出，随着温度的升高，其析出量越大，当挥发分的浓度和

1温度一定高时，煤开始着火燃烧。一般烟煤的着火温度在

1200℃左右，随着炉温的升高，固定碳开始着火燃烧。当温度

达到800C以上时，开始进入固定碳的猛烈燃烧阶段，并放

出大量的热。随着固定碳的大量燃烧，煤进入灰渣形成的燃

|尽阶段。以上两个阶段在炉内是连续和交错进行的。2、煤在

|循环流化床锅炉燃烧过程

|燃料送入循环流化床内迅速受到高温物料和烟气的辐射而被

1加热，首先水分蒸发，然后是挥发份析出并燃烧、最后是固

|定碳的燃烧。其间伴随着燃料颗粒的破碎、磨损，而且挥发

1份析出燃烧过程与焦炭燃烧过程都有一定的重叠。

|1）加热干燥过程；

12）挥发份的析出及燃烧；

日）颗粒的膨胀和和破裂（一级破碎）；

k）焦粒燃烧和再次破裂（二级破碎）及炭粒磨损。

|新鲜的煤粒加入流化床后，被加热与干燥的过程是很快，这

是要是由于循环流化床床层内强烈的横向掺混作用，在2〜3

1秒内就可能达到几米宽度的床表面，同时，由于给煤一般由

|密相区加入，而密相区聚集着大量处于床温的燃烧着的颗粒

|（及惰性床料），而通常给煤量只占床料量的1~3%这些灼热

|床料包围着新鲜的煤粒，使其被加热干燥。一般煤颗粒在炉

膛内的加热率在100℃/s至1000℃/s的范围。

3、循环流化床内的燃料着火

|挥发分大的烟煤，活化能小，反应能力强，着火温度低，容

|易稳定着火；挥发分很低的无烟煤，活化能大，反应能力

，低，着火温度最高，需要减小周围散热，维持高温状态，才

傩稳定着火。

!各种煤的着火温度（C）

隹燃料表面温度上升时，会出现迅猛着火。另外，颗粒直径

大小对着火也有很大的影响，在一定的温度水平之下，有一

临界的着火粒径，小于这个颗粒直径，因为散热损失过大，

燃料颗粒就不能着火，逸出炉膛。如果回料系统经常发生堵

灰现象，就是因为燃料颗粒较小，在密相区几乎无燃烧而是

在炉膛上部燃烧，有些飞入分离器燃烧造成分离器堵塞，更

严重的是细小的可燃物在尾部再燃烧，造成主蒸汽温度飞

涨。严重危及锅炉设备的安全运行。因此，循环流化锅炉的

燃料尽可能不选用粉状燃料。

4、循环流化床内煤的破碎特性

煤在流化床内的破碎特性是指煤粒在进入高温流化床后粒度

急剧减小的一种性质。煤粒进入流化床内时，受到炽热床料

的加热，水份迅速蒸发，当煤粒温度达到热解温度时，煤粒

发生脱挥发份反应，颗粒内部产生较高的压力，使已经固化

的颗粒表层崩裂而形成破碎；另外，由于高温颗粒群的挤

压，颗粒内部温度分布不均匀引起的热应力，这种热应力都

会引起煤颗粒破碎。煤粒破碎后会形成大量的细小粒子，特

别是一些可扬析粒子会影响锅炉的燃烧效率。细煤粒一般会

逃离旋风分离器，成为不完全燃烧损失的主要部分。

破碎：

分为一级破碎和二级破碎，一级破碎是由于挥发份逸出产生

的压力和孔隙网络中挥发份的压力增加而引起的。

二级破碎是由于作为颗粒的联结体一一形状不规则的联结“骨

架“（类似于网络结构）被烧断而引起的破碎。

煤完全燃烧应具备的条件

il）适当的温度。

I煤要达到一定的温度才能着火燃烧，温度越高，碳和氧的化

I合速度越快，燃烧越剧烈。一般层燃炉炉膛温度要求在

pOOO~13OO℃,煤粉炉在1300℃以上，流化床锅炉在

粒50〜950℃之间。在运行中，应控制床温在变形温度下

|100〜200℃以防止炉膛结焦。

卜）足够的空气。

煤的燃烧，是碳与氧的化学作用，仅有碳是不能燃烧的，如

果氧气不足会出现以下两种情况：①生成大量的co气体；

②形成燃烧不透的焦炭。空气中的氧就是助燃物，空气中含

氧约占21%,当空气中的氧降低到16%以下，燃烧就会停

止。

B）空气与燃料的良好混合。

|在燃烧过程中，碳与氧的接触面积越大.燃烧越快，空气冲

I刷碳表面的速度越快，碳表面的灰层越易剥落，燃烧也越剧

|烈。燃料煤在锅炉内的燃烧、煤粒在炉膛内的停留时间，会

I受到炉排运动的速度和烟气在炉膛肉的运动速度制约，如燃

I烧速度慢，则说明燃烧需要的时间较长，实际燃烧时，有可

I能来不及烧完就被带出炉外。

4）足够的燃烧时间。

煤的燃烧是一个化学反应过程，要完成这一过程，需要一定

|的时间。为此，要保证煤在炉内能完全燃烧，就必须满足燃

|烧所需要的时间，如适当延长燃料在炉膛内的停留时间和加

卜夬燃烧反应的速度，使燃料完全燃烧。停留时间是决定煤燃

j尽的一个重要参数。在炉膛上部区域，一方面挥发分已经析

|出，同时处于富氧状态，焦碳的燃烧主要发生在此。焦碳颗

i粒在炉膛截面中间向上运动同时沿四壁往下流或者上下运

动。这样焦碳颗粒在被夹带出炉膛前已在炉膛高度循环多

次。因此对于大多数颗粒而言，在炉膛内时间远大于以气速

穿过炉膛所需要的时间。被夹带出炉膛的未燃尽焦碳颗粒进

I入旋风分离器并继续燃烧，粗颗粒被分离下来进入炉膛，细

I颗粒作为飞灰排入尾部烟道。循环流化床与其他燃烧方式不

I同，它不要求所有送入的燃料在一次通过炉膛就实现完全燃

I烧。送入炉内的煤颗粒有粗有细处于一定的粒度范围。其中

I凡终端速度小于气流速度的细小煤粒都将被气流吹走，带往

I旋风分离器。这部分颗粒中大于旋风分离器临界分离直径的

I煤粒被分离器捕获，经回料器送回炉内反复进行燃烧，因此

I只有粒径大于临界分离粒径和终端速度不大于气流速度的中

洞尺寸煤粒，在炉内多次循环燃烧，而的所有小于临界分离

I直径的炮粒则要求一次经过炉膛即能燃尽否则就会形成飞灰

未完全燃烧损失，至于一切终端速度大于气流速度的粗大颗

粒最终作为底渣排出炉膛。当然，由于前面担提到的原因，

粗颗粒在不断变成细颗粒，但是这部分细颗粒在床内已经停

I留很长时间，一般能保证燃尽。

帼环流化床锅炉一般煤在炉内停留时间为4~6s。

：二、循环流化床锅炉燃烧区域

卜盾环流化床锅炉的燃烧区域：密相区、稀相区、高温旋风分

i离器。

1、密相区

在流化床锅炉下部，颗粒浓度较大，这部分区域称为密相

区，密相区内沿高度方向浓度逐渐降低。密相区是整个循环

流化床锅炉热量的根源，其它各部位的燃烧都是建立在密相

上燃烧的基础上的。

12、稀相区

标流化床锅炉炉膛上部，气流中粒子浓度较低，称为稀相

|区，稀相区内颗粒浓度比较均匀，沿炉膛高度颗粒浓度变化

|比较缓慢；稀相区为炉膛上部区域，具体划分以二次风口为

|界，上二次风口以上的区域的称为稀相区。

3、分离器

3个区域的燃烧份额存在，但是燃烧的份额不大，主要的就

|是一些未燃烧的挥发份还有些细小的颗粒在此不燃烧，但是

|这个燃烧区域因为氧气供应的不充足，燃烧不完全，所以释

|放的热量19并不是很多。

三、影响各区域燃烧份额的因素

1、燃料的影响

因为燃料不同，如含水量不同，造成输煤系统堵塞，锅炉断

|煤；或发热量变化大，造成锅炉床温波动大等等，都会对燃

|烧调整带来很大的影响。

匕、粒径和粒径分布的影响

加样的风速下，粒径小的燃料在稀相区的燃烧份额增大，密

,目区的就会减少；同样宽筛分的燃料细颗粒多的稀相区的份

|额当然多。粒径粗大的燃料会增加密相区的燃烧份额，细燃

卜斗及较轻的燃料会增加稀相区的燃烧份额。

3、流化风速的影响

流化风速加大时，被扬析和夹带的颗粒将会加大，物料在稀

i相区的浓度加大，稀相区的燃烧份额也就会增强，自然各区

域的份额都有所增加的，所以在运行中如果要快速提负荷

帆，就增加一次风。

k过量空气系数的影响

|过量空气系数的适当增加，不管是密相区还是稀相区等的燃

|烧份额都会增加，因为氧量供应充足，燃烧充分，所以各部

|的燃烧份额也就增加。过量空气系数过低会造成炉内燃烧供

1氧不足，造成燃料的不完全燃烧，降低锅炉燃烧效率同时会

|增加分离器的负荷，加大尾部受热面积灰的可燃物含量，容

|易造成尾部再燃烧的可能性。

帆、循环流化床锅炉的传热方式

|循环流化床锅炉的炉膛换热是通过高浓度、高通量、高速度

1的物料循环来实现的，也就是说对流换热占有大的份额，其

它的方式比如辐射等在不同的区域也都存在，只是各自所起

的主导作用不一样而已。

I_循环_流化_床_锅炉_的传_热有_以_下的_几种_：_____

卜、颗粒的对流换热：

I固体颗粒聚集成颗粒团是循环流化床的一个主要特征。每一

I颗粒团是由数量众多的颗粒聚集而成的，颗粒团的温度与床

温相同，这些颗粒团自成一运动主体。当它们运动到受热面

I附近时，与受热面形成很大的温差，这时热量很快地从颗粒

I团经过气膜以导热方式传给受热面，或者颗粒团直接碰撞受

I热面把携带的热量传给受热面。受热面被间断的颗粒团扫过

，而不是为连续的颗粒层所覆盖。颗粒在运行一段距离后就会

I弥散或离开壁面，壁面处又会被新的颗粒团所取代。颗粒团

I停留在受热面附近的时间愈长，颗粒团与受热面间的温差则

愈小。反之，若颗粒团停留时间愈短，亦即颗粒团更新频率

愈高，则颗粒团与受热面间的温差愈大，热量传递速率就愈

高。在其他条件相同的情况下，颗粒尺寸减小，单位受热面

上接触的颗粒数量越多，传热就越激烈。此外，当床温升高

1时，床层与受热面之间的放热系数增大。通常颗粒为

,0~1000〃m时，颗粒对流放热是传热的主要方式。

,、气体的对流换热：

|固体颗粒与受热面接触发生导热的同时，气流也在颗粒与受

1热面表面间进行20对流换热。一般情况下颗粒对流传热的份

|额要比气体对流传热的份额大得多，但在循环流化床稀相区

1颗粒浓度极低的情况下气体对流传热就变得重要起来。由于

卜盾环流化床中颗粒团以外的部分并非是没有颗粒的，在上升

|气流中还包含少量的颗粒，这些颗粒增加了气体的扰动，使

颗粒间气流处于湍流前的过渡状态或湍流状态，气流的对流

放热非常显著，因而在热量传递过程中所占的比例大大增

加。

卜辐射换热：

|辐射传热也是循环流化床锅炉中的主要传热方式。当床温高

|于530C以后，辐射传热越来越重要，辐射传热的份额更

|大。当粒子浓度减小时，由于颗粒对流传热的减小，辐射传

|热的份额也会增大。在循环流化床锅炉的密相区颗粒浓度较

|高，对受热面的辐射作用则相对减少；而在稀相区颗粒浓度

|较小，辐射传热所占比例增大。炉内不同的区域各自传热的

1主导地位也就不一样：密相区固体颗粒的浓度大而且处于湍

流状态或者是鼓泡状态等，因此，高浓度的物料浓度就决定

了这个燃烧区域的换热以对流换热为主，也就是说以颗粒的

对流换热为主，然后是气体的对流换热，辐射换热就占据次

要的地位了；稀相区颗粒的浓度比较低，也就是说颗粒的对

流换热不在其主要的作用了，而气体的对流换热及辐射换热

的价额增大，主要的还是辐射换热占主导作用的。这也是多

;数循环流化床锅炉屏式过热器多数布置在炉膛上部的原因之

第四节燃烧系统

一、炉内物料的循环燃烧过程

锅炉冷态启动时，在流化床内加装启动物料并建立流化状态

后，启动风道燃烧器。风道燃烧器产生的高温烟气与一次风

混合后温度达到870C左右，进入流化风室并通过水冷式布

!风板被送入流化床，启动物料被加热，床温升至550℃并维

|持稳定后，被破碎成0~1011^的煤粒，开始由炉前给煤装置

|送入炉膛下部的密相区内。燃烧空气分为一、二次风，分别

|由炉底和水冷壁前后墙送入一次风，经床底水冷风室，作为

|一次燃烧用风和床内物料的流化介质送入燃烧室，二次风从

卜定高度的炉墙上送入，以保证提供给煤粒足够的燃烧用空

|气并参与燃烧调整。在890℃左右的床温下，空气与燃料在

|密相区炉膛充分混合，煤粒着火燃烧释放出部分热量，未燃

尽的煤粒被烟气携带进入炉2122膛上部稀相区内进一步燃

|烧。燃烧产生的烟气携带大量床料经炉顶转向，通过位于后

|墙水冷壁上部的两个烟气出口，分别进入两个绝热式旋风分

|离器进行气-固分离。分离后带少量飞灰的干净烟气由分离器

|中心筒引出通过前包墙拉稀管进入尾部竖井烟道，对布置在

|其中的过热器、省煤器及空气预热器放热，到锅炉尾部出口

1时，烟温已降至130〜140C左右。被分离器捕集下来的灰，

通过分离器下部的立管和“U”阀回料器送回炉膛实现循环燃

烧。炉膛下部各设有2个冷渣器，通过控制排渣量，使床层

压降维持在合理范围以内，以保证锅炉良好的运行状态。

|二、炉膛

1、炉膛的横截面积

炉膛的横截面积决定了运行风速的大小和锅炉低负荷运行的

下限。一般循环流化床锅炉都要求在30%负荷时能不投油稳

定燃烧，因此在30%负荷时，炉内实际运行风速应确保炉膛

底部区域处于较好鼓泡流化状态。若炉膛横截面积过大，则

在低负荷时，为维持炉内流化状态的最小流化风量仍较大，

使床温不易稳定；若炉膛横截面积过小，则在正常运行时，

由于风速过高，床层阻力较大，风机电耗会增大。

2、炉膛截面的宽深比

现在的循环流化床锅炉基本采用矩形截面，四周为水冷壁，

其宽深比主要根据以下几个因素确定

1）炉膛内能否布置足够的受热面。

2）二次风在炉膛内的穿透能力。由于二次风在炉膛下部密相

区的射程有限，当炉膛深度太大时，会使炉膛中心缺氧，因

此炉膛深度尺寸的确定应确保二次风射程能够到达炉膛中心

区域。