循环流化床锅炉防止立管内物料结渣的研究

　　料燃烧结渣的原因进行了分析，并给出了燃烧过程的特征及各因素的作用，提出了防止结渣的原则。

　　+2：B 1循环流化床锅炉对改善环保的作用煤炭是我国主要的一次能源。大部份用于电站锅炉、工业锅炉，由于烟气污染物产生了烟尘、酸雨、温室效应及臭氧层破环等一系列污染问题。

　　据统计，我国大气污染物排放量的70来自煤炭燃烧后的烟气，其中烟尘量占排放总量的60.S02占87，NOx占67，由此造成的经济损失每年达到180多亿元。因此，有效控制燃煤锅炉烟。气污染物的排放量刻不容缓。

　　目前，由于除尘技术和装备的发展，锅炉烟尘排放已基本得到控制。降低S02、N（）x成为急需解决的热点问题（尤其前者）。当今世界上的烟气脱硫脱硝技术发展方向已渐趋统一。烟气脱硫（FGD）按处理过程和物料状态主要有湿法（石灰石一石膏工艺）、干法和半干半湿法（喷雾干燥工艺）。烟气脱氮主要有选择性无催化剂还原法（SNR）和选择性催化剂还原法（SCR）。

　　由于现有技术的投资和运行费用比较昂贵，有必要进行适合我国国情的脱硫、脱硝技术研究。循环流化床锅炉（CFBB）从燃烧过程进行烟气污染物控制，是一种有发展前景的高效清洁燃烧锅炉，它主要用劣质燃料燃烧。

　　CFBB燃烧方式是流化床扬析出的飞灰大部份经分离器排出，然后经立管和返料器再送回流化床反复燃烧，多次循环。分离掉飞灰的烟气流经各受热面后经除尘器从烟囱排出。这样不仅可减少固体不完全燃烧损失而且可利用飞灰循环量来控制床层温度。CFBB炉膛内温度维持在800C900C，比煤粉炉（约1400C）低许多，属低温燃烧，但因其颗粒浓度大，故传热系数仍较高。这一温度段是脱硫反应的佳温度。因此，可以将脱硫剂（石灰石）送人炉内实现燃烧中脱硫。其原理是石灰石（CaC（）3）发生锻烧反应分解为Ca（）和C02，而CaO与烟气中C（）2反应终生成Ca-SO，。由于燃料及石灰石多次循环，反复燃烧和反应，且炉内紊流运动强烈，因而能达到理想的脱硫和燃尽。

　　CFBB采用分级供风方式，低于燃烧化学计量的一次风从炉膛底部送人，这样析出的燃料氮不能充分与氧反应生成N（）x.二次风在炉膛底部还原区以上加人，使总空气量篼于化学计量。因燃料氮已转化为分子氮，故在还原区以上形成NO，的机会也比较少。这样，燃料型NOx生成就比较少。在CFBB的低温燃烧范围内，空气中氮一般不会氧化为NOx，即使有，热力型NOx也比较少。所以CFBB的N（）x排放量比较低。除此之外，CFBB还有煤种适应性广、负荷调节比大等优点。由于CFBB既能有效利用煤炭资源，又能有效经济地解决环保问题，从而受到世界各国的重视。

　　2循环流化床锅炉返料器结渣分析CFBB的炉膛、分离器、立管和回料器构成了物料循环系统。

　　系统的压力分布是沿炉膛高度逐步降低，经分离器后压力进一步下降，在分离器和料柱间某点达到低。固体物料从压力低点输送到压力较高的燃烧室的动力是由返料器底部送入压力较高的空气，使物料松动或流动，破坏了返料器内物料的滞止状态，在灰柱重位压力推动下，进入燃烧室下部。

　　CFBB由于是一项比较新的技术，技术上还需进一步完善。返料器是CFBB中关键的部件之一，关系着整个系统能否正常运行。事故统计中有不少是返料器结猹事故。返料器内物料燃烧不当使其结渣，还将影响到床温调节，床温升高又更促使物料在返料器内的燃烧结渣，形成恶性循环，严重时又造成炉膛、布风板结渣，直接影响CFBB的正常运转。

　　按分离器人口气固混合物温度，CFBB可分为高温分离型和中温分离型。对中温分离型，因循环物料温度较低（500C左右），一般不发生燃烧。

　　而对高温分离型，循环物料温度达到800C900C，就可能产生燃烧。

　　实际运行的结渣事故都出现在高温分离型CFBB中。返料管工作处于负压差（上端低压而下端高压）段，气体随物料自上而下缓慢运动，一旦料高不足，返料风就可能逆着物料流而向上流动，出现窜气，尤其在中小型CFBB中更易发生。返料系统正常运行时，物料呈移动床，尽管温度高，但含碳量少，返料风窜气（其中氧含量较多）很小，加之物料停留时间短，故不会燃烧。但在物料含碳量过多或立管和返料器内发生大量窜气等异常情况下，都极可能造成结渣，而窜气更是结渣的重要原因。

　　3循环流化床锅炉立管内物料燃烧结渣问题的研究当CFBB立管和返料器内出现较大量窜气时，物料处于固定床至初始流态化附近的区域。对立管内（此处将返料器也归到立管这一系统内）物料燃烧结渣等有关问题，国内外已有不少相关数值模拟和热态模化试验研究。

　　热态模化试验研究发现，各测点的温度与时间曲线并未出现一般原煤燃烧时经常看到的突跃，而基本上呈线性关系。这是因为化学反应起始温度就很高，加之物料（即循环灰）的含碳量要远比原煤小。由于物料含碳量低，使氧化反应在整个床层内进行，并不像层燃炉中煤的固定床燃烧那样分为氧化层和还原层。温度由峰值到下降是由于化学反应速度下降引起的，而并不像煤的固定床燃烧是由于还原反应吸热造成的。

　　当空气进人床层后，其中的2与炙热物料中的残碳发生化学反应，生成C02放出大量热，使温度急速上升。与此同时，2的含量因燃烧反应的不断进行而显著下降，造成反应速度减慢。这就造成温度很快便在某一点达到峰值（此处即反应速度大处），随后下降。在下降过程中，由于2的不断消耗和温度的下降使反应速度的下降呈现先快后慢的特点。由此可见，当出现大量窜气时，由于含氧量增多，强化了燃烧反应，从而造成CFBB立管内物料燃烧结渣。

　　研究发现，除有窜气量影响因素外，物料温度、物料含碳量也是影响较大立管结渣的因素，而床层空隙率影响不大。当温度较高或高的含碳量时，极易在短时间内使物料温度大幅度上升，导致结渣。

　　4预防结渣的原则窜气不仅影响返料量，更重要的是由于窜气的气流含氧量多，使返料器可能结渣可能。当锅炉负荷变化较大，或燃料含灰量有较大变化时，立管内料位也有大的变化，当料位低至不能保证料封时，则易发生窜气，这种情况应予注意。

　　循环物料温度与炉膛温度有较大关系，在保证有关性能指标的前提下，应尽可能选用较低的炉膛温度。例如，将分离器布置在中温区是可取的。

　　物料含碳量对结渣有较大影响。CFBB启动时物料含碳量可能较高，此时应注意防止结渣。另外，锅炉运行中，也应采取措施，防止飞灰含碳量过大，以免返料器内物料结渣，同时可以提高燃烧效率。

　　减少循环物料的停留时间在满足物料循环量的前提下，应尽量减少其在立管系统内的停留时间。

　　立管、返料器要良好密封，以防止漏风使物料结法锅炉停炉或压火时，要及时放掉立管和返料器内的物料，否则易团聚堵灰；且高温物料长时间积聚在立管系统内时，容易因漏风而发生燃烧结渣事故。

　　可采取对立管和返料器进行冷却的措施，以降低循环物料温度