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循环流化床锅炉循环物料平衡的研究

循环流化床锅炉循环物料平衡的研究

循环流化床锅炉循环物料平衡的研究

1 前言

循环物料平衡、热量平衡和高的燃烧效率是循环流化床(CFB)锅炉正常运行的基础[1]。实际运行发现,对一定的燃料,添加循环物料是保证CFB锅炉正常 运行的必要手段[2]。循环物料的平衡与CFB锅炉的运行状态有关。在正常的运行状态下,CFB锅炉以CFB方式运行,锅炉的满负荷设计也是按在CFB运 行条件下进行的。因此,CFB锅炉的循环物料平衡要满足CFB运行的需要。 CFB运行方式指炉内有足够的循环物料,这些循环物料在炉膛内部参与物料的内循环,在外循环回路能够保证分离器立管有料封能力。这样在炉膛压力分布和物料 浓度分布上,炉膛下部和中上部之间存在明显的过渡区域,炉膛整体温度沿床高均匀分布,炉内受热面有足够高的换热系数。在物料粒径分布上,炉膛中上部的物料 颗粒主要在1mm以下,外循环物料粒径主要集中在0~0.3mm之间。 如何实现CFB锅炉的循环物料平衡并获得所需的循环物料粒径分布是CFB锅炉运行的关键。循环物料的平衡同燃料的成灰特性有关,而目前在理论上对燃料成灰特性的研究还远远不够。如何从工程应用的角度研究循环物料的平衡并简化燃料的成灰特性是研究的重点。

2 炉内循环物料平衡实现的过程和方法

2.1 循环物料平衡实现的过程

CFB锅炉在启动之前通常需要添加一定的床料,其主要目的是保证CFB锅炉点火时炉内热量较为均匀的分布,实现顺利点火。待物料达到稳定着火温度后开始投 煤,随着燃煤量和风量的增加,锅炉负荷也逐渐增加,同时炉内开始积累循环物料。当循环物料积累到一定程度,CFB锅炉从鼓泡床运行状态过渡到CFB运行状 态,表现出CFB的典型运行特征。具体的运行参数:炉膛上部的空隙率0.995左右,即物料浓度在10kg/m3左右,分离器入口的物料烟气携带率约为 4kg/Nm3。

在物料平衡的实现过程中,循环物料的积累是CFB锅炉运行的关键。大量的实践运行证明,当循环物料积累到一定的程度,炉膛的整体温度很快变得均匀,锅炉出力迅速增加。

2.2 循环物料平衡实现的方法

在CFB锅炉的物料回路中,按物料的分布位置和作用可以分为三个区域:炉膛下部区域、炉膛中上部区域、外循环区域。在这三个区域存在着不同的物料平衡分布 特征[3]。炉膛下部区域为物料高浓度区域,物料主要为粒径较大的物料颗粒和入炉燃料。炉膛中上部区域为可扬稀夹带的循环物料,物料在炉内的流动方式为核 -环方式。外循环区域内的物料是由气离开炉膛携带出的,由于分离器的分离作用,大量的物料能够分离下来,并在分离器立管内形成料封,防止炉膛烟气通过回料 阀进入分离器。由于循环物料在参与内循环的同时有一部分由于烟气的作用进入物料外循环,要保证物料平衡的实现,分离器的分离效率是一个重要的参数。如果分 离器的分离效率低于一定的值,入炉补充的循环物料无法弥补物料的损失,物料平衡难以实现,循环物料粒径将变粗,CFB锅炉表现出鼓泡床运行状态,锅炉出力 不足,即使运行空床速度为满负荷设计值甚至更高。

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