【正文】 分別應用于不同的燃料和動力工業(yè)領域。 循環(huán)流化床燃燒技術是以處于快速流化狀態(tài)下的氣 － 固流化床為基 礎的，具有易于大型化等的特點 [1]，容量幾乎可以 像煤粉爐那樣不受限制。 循環(huán)流化床鍋爐的構(gòu)成 循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)由流化床燃燒室和布風板、飛灰分離收集裝置等組成，有的還配置外部流化床熱交換器。燃燒室下 部區(qū) 3 圖 11 循環(huán)流化床 鍋爐示意圖 域為循環(huán)流化床的密相區(qū)，顆粒濃度大，是燃料發(fā)生著火和燃燒的主要區(qū)域，此 區(qū)域的壁面上敷設耐熱耐磨材料，并設置循環(huán)飛灰返料口、給煤口、排渣口等。給煤經(jīng)過機械或氣力輸煤的方式送入燃燒室，脫硫用的石灰石顆粒經(jīng)單獨的給料管采用氣力輸送的方式，或與給煤一起送入爐內(nèi)，燃燒形成的灰渣經(jīng)過布風板上或爐壁上的排渣口排出爐外。它將爐膛出口煙氣流攜帶的固體顆粒（灰粒、未燃凈的焦碳顆粒和未完全反應的脫硫吸收劑顆粒等）中的 95%以上分離下來，再通過返料器送入爐膛進行循環(huán)燃燒，分離4 器性能的好壞直接影響燃燒與脫硫效率。旋風分離器的阻力壓降較大，加之布風板的阻力，因此，循環(huán)流化床鍋爐的煙風阻力比常規(guī)煤粉爐高很多。典型的返料器相當于一個小型鼓泡流化床，固體顆粒由分離器料腿（立管）進入返料器，返料風將固體顆粒流化并經(jīng)返料管溢流進入爐膛。它將返料器中一部分循環(huán)顆粒分流進入一內(nèi)置受熱面的低速流化床中，冷卻后的循環(huán)顆粒再經(jīng)過返料器送回爐膛。風煙系統(tǒng)：鍋爐采用平衡通風方式，特點是風機壓頭要求較高，一、二次風機的壓頭分別達 18KPa 和 12KPa 左右。燃油點火啟動系統(tǒng)：常采用床下熱煙發(fā)生爐和床上燃燒器聯(lián)合加熱的 方式，加熱床料至煤的著火溫度，設計燃油熱功率相當于鍋爐額定熱功率 的 30％或略高些。一般粗粒子在燃燒室下部燃燒，細粒子在燃燒室上部燃燒。燃料在燃燒室內(nèi)完成燃燒和大量的熱傳遞過程。一般來講，從開始流化到氣力輸送，氣流速度將增大達 10 倍（對粗顆粒）至 90 倍（對細顆粒）。當流速達到某一極限值時，即床層壓降達到與單位床截面上床層顆粒質(zhì)量相等時，顆粒不再由布風板支持，而全部由氣體的舉升力所承托。固定床與流化床的分界點被稱為起始流態(tài)化點，或稱為臨界流態(tài)化點。 降速曲線的轉(zhuǎn)折點所對應的空截面流速稱為最小流化速度 (也稱為臨界流化速度 )， 相應的床層空隙率稱為最小空隙率。對細顆粒，當氣速繼續(xù)增大時，將出現(xiàn)一定范圍內(nèi)的均勻膨脹而不產(chǎn)生氣泡。此時床面波動很大，壓降數(shù)值不穩(wěn)定，同時引起設備的振動，是一種不正常的流化現(xiàn)象。鼓泡流化床的氣固流動及反應特性的描述與流化床中的氣泡行為密切相關。在兩相理論的基礎上也相繼提出了若干修正的兩相理論。人們在深入研究這些氣泡行為的基礎上，試圖建立各種描述氣泡行為的物理與數(shù)學模型，這些模型在定量研究流化床的氣固混合、膨脹、 傳熱傳質(zhì)及燃燒等方面有著重要應用。與鼓泡流化床不同，湍流流化床的氣泡尺寸幾乎不隨氣速而變，氣速增加時，只觀察到氣泡數(shù)迅速增加。 對于細顆粒流化床，湍流流化進一步發(fā)展將進入快速流化，這是細顆粒床在高氣速操作下的重要特征。當氣速在增加時， 帶出 顆粒大增，床層界面趨彌散，床中全部顆?？梢员淮悼?，必須連續(xù)不斷地向床層底部補充與帶出速率相同的顆粒，從而形成快速流化?？焖倭骰仓胁淮嬖诙ㄐ蜌馀荩徊糠诸w粒均勻分散于氣體中而形成稀疏的連續(xù)相，其余的顆粒則呈絮團狀形式懸浮于稀相中，這樣可以采用很大的高徑比來增加顆粒停留時間，而不會發(fā)生騰涌?？焖倭鲬B(tài)化為氣固流化床實現(xiàn)高效、而又易于放大開辟了新的途徑。但與常規(guī)煤粉爐中發(fā)生的單純懸浮燃燒過程比較，顆粒在循環(huán)流化床燃燒室內(nèi)的濃度大于煤粉爐，但小于鼓泡流化床，并且存在顯著的顆粒成團和床料的顆?；鼗?，顆粒與氣體間的相對速度大，這一點顯然與基于氣力輸送方式的煤粉懸浮燃燒過程完全不同。在這種燃燒方式下，燃燒室內(nèi)，尤其是密相區(qū)的溫度水平受到燃煤過程的高溫結(jié)渣、低溫結(jié)焦和 最佳脫硫溫度的限制，料層溫度過高將形成灰渣熔化的高溫結(jié)渣，溫度過低，則易發(fā)生煤的低溫燒結(jié)結(jié)焦，也不利于燃料的燃燒，一旦結(jié)渣或結(jié)焦發(fā)生，將迅速增長。 由于采用高溫固體顆粒物料的循環(huán)流化燃燒方式，爐內(nèi)的溫度分布十分均勻， 爐內(nèi)的熱容量很大，因此， 循環(huán)流化床鍋爐對燃料的適應性優(yōu)于常規(guī)煤粉爐，燃燒效率也基本相當。燃燒所需要的一次風和二次風分別由爐膛的 底部和側(cè)墻送入。煤進入爐膛后，首先在主床燃燒。分離后的煙氣流入煙道，通過省煤器、空氣預熱器得到進一步的冷卻；而分離后的顆粒，下落回到爐膛繼續(xù)燃燒，再次進行燃燒上升、分離，形成顆粒循環(huán)。 循環(huán)流化床鍋爐的 燃燒 特點 循環(huán)流化床鍋爐具有低溫、強化燃燒的特點，流化床中一般溫度為 850℃ ～1050℃ 之間， 比起 煤的灰渣變形溫度 低了 100℃ ～ 200℃ ，不易結(jié)渣。資料顯示，普通流化床的爐膛截面熱強度為 1～ 3MW／ ㎡ ，爐膛容積熱強度為 ～ ／㎡ ；而循環(huán)流化床的爐膛截面熱強度為 3～ 8MW／㎡ ，爐膛容積熱強度為 ～ ／㎡ 。同時，循環(huán)流化床鍋爐還具有負荷變化范圍大，調(diào)節(jié)特性好的特點。燃料適應性廣是循環(huán)流化床鍋爐的主要優(yōu)點，循環(huán)流化床鍋爐可以不需輔助燃料而燃用任何燃料。此外，循環(huán)流化床鍋爐可直接燃用高水分煤（水分30%以上），而不需要專門的處理系統(tǒng)。 調(diào)控方面的優(yōu)點 循環(huán)流化床鍋爐負荷調(diào)節(jié)范圍大， 調(diào)節(jié)比可達 3:1；負荷調(diào)節(jié)快， 調(diào)節(jié)速率可達每分鐘 4%。到了 80 年代 ，國外循環(huán)流化床鍋爐的研究應用進入了高峰期。W）公司等。大粒子床的作用是使細小粒子的運動速度減緩，延長了細小粒子在爐膛內(nèi)的停留時間，從而使燃燒充分。自從流化床燃燒技術問世以來，經(jīng)過不斷完成與發(fā)展，使得流化床鍋爐向清潔高效和低成本邁進了一大步。例如： 1996 年國內(nèi)首臺引進芬蘭奧斯龍公司 410t／ h , 循環(huán)流化床（ CFB）鍋爐在四 川內(nèi)江高壩電廠建成投運，效果良好。 2020 年 7 月，國家計委發(fā)出通知，決定對潔凈煤燃燒技術 發(fā)電示范工程項目實行優(yōu)惠政策，并列入《當年國家重點鼓勵發(fā)展產(chǎn)業(yè)、 產(chǎn)品和技術目 錄》。國內(nèi)采用 135MW 循環(huán)流化床鍋爐已經(jīng)在許多 發(fā)電廠投運，一般而言，鍋爐負荷 、運行 參數(shù)都能夠達到 設計要求 ，但是也存在不同程度的問題，相信經(jīng)過不太長時間的完善和改進，可靠性和經(jīng)濟性是可以得到保證的。法國艾米路希 125MWCFB 鍋爐就是舊電廠的改造工程，用一臺新的燃燒洗粉泥漿的 CFB 鍋爐取代一臺原來燃燒洗煤泥粉的煤粉鍋爐?？梢哉f：循環(huán)流化床鍋爐的發(fā)展歷史就是一個將舊鍋爐改造成 CFB 鍋爐的歷史。從利用替代燃料、處理各種廢 棄物和保護環(huán)境三方面考慮，循環(huán)流化床燃燒技術與其它燃燒技術相比，具有無可比擬的獨特優(yōu)勢，有極其廣闊的應用前景。 我國大型循環(huán)流化床鍋爐 的 發(fā)展 道路 盡管走過一些彎路， 20 年來我國循環(huán)流化床鍋爐的發(fā)展總體還是成功的， 大型循環(huán)流化床鍋爐已經(jīng)進入了燃煤電站鍋爐的商業(yè)市場。 發(fā)展 300MW 循環(huán)流化床鍋爐發(fā)電機組，在電網(wǎng)中擔當主力機組，是我國清潔煤燃燒技術發(fā)展的迫切任務之一。但是，超臨界循環(huán)流化床鍋爐在發(fā)達國家的研究和產(chǎn)品開發(fā)工作也才剛剛起步，這項技術到底存在多大的技術風險還很難評估。 14 第二章 循環(huán)流化床鍋爐的磨損及預防 作為潔凈煤發(fā)電技術之一的常壓循環(huán)流化床鍋爐得到 了大量推廣， 相對與 煤粉 爐而言，由于高倍率循環(huán)灰的流動，使流化床鍋爐爐內(nèi)磨損十分嚴重， 循環(huán)流化床鍋爐的磨損問題是困擾循環(huán)流化床鍋爐技術發(fā)展的關鍵因素。 如水冷壁管連接焊口筋片 的連接焊口、 耐火材料拉縫部位 有凹 凸部位時， 煙氣、物料 改變方向，直接沖擊 水冷壁管的某個部位，沖擊磨擦力較大，造成該處水冷壁的快速沖刷磨損。管束一般是垂直布置，物料沿 切向或角向撞擊時，特別是爐膛出口附近 煙氣 速度較低，其磨損程度與其物料流動方向 和 速度 關系較 大。如果安裝時在工藝上未注意，某根管子不在一個面上而是凸向爐壁，這根管子將首先被快速磨損。我們可以將爐膛沿高度切成若干個截面，由于高度的不一樣，在各個截面上的載熱體濃度和物料的直徑也不一樣。經(jīng)分析可知，凡是向上運動的物料粒子，不論其直徑大小，都同時受著三個方向的作用力：即粒子本身的重力，煙風流動對粒子向上的推動力和粒子與粒子之間在運動時的磨擦力。 我們知道沿爐膛高度的任一個截面，其粒子直徑和單位容積內(nèi)物料質(zhì)量均不相等。在爐內(nèi)的整個燃燒過程中，入爐煤在燃燒后放出自己本身熱量，首先建立燃燒場的溫度而后 傳給爐內(nèi)的循環(huán)物料，最后才傳給各受熱面和維持物料循環(huán)途中的空間溫度。 影響受熱面磨損的因素 （ 1） 床料特性 對 磨損的影響 床料粒徑、濃度與其磨損能力有密切關系，也直接關系到受熱面磨損情況。顆粒形狀的影響，通常認為，帶有棱角 的顆粒比近似球形的顆粒更具有磨損性，隨著顆粒球形度的增加磨損量減小。床料主要成分為 Ca、 Si、 Mg、 S 等，含 Si 和 Mg 成分較高的床料比含 Ca和 S 較高的床料對受熱面的磨損性更強，此外，含 Ca 和 S 較高的床料可使受熱面表面產(chǎn)生較厚的保護層從而 降低磨損。管壁溫度對金屬材料表面的影響主要表現(xiàn)為：管壁低于露點時，將產(chǎn)生酸腐蝕；在室溫至 350℃ 范圍內(nèi)，并有氧氣存在時，產(chǎn)生氧化膜。若近似認為煙氣速度和顆粒速17 度相等，則磨損量就將和煙氣速度的 3 次方成正比，煙氣速度的提高，會使上述有關因素的作用加強，從而導致沖蝕磨損的迅速增加，所以煙氣速度越大， n 值也越大。顯然，距離的增大意味著管束底部無埋管區(qū)的氣泡自由上升行程變大，這使氣泡到達底排管時能夠得到充分的長大和加速，且氣泡在上升過程中伴隨著趨于床層中心的橫向運行，故而出現(xiàn)上述磨損的變化情況。當傾角在 30176。因此增加受熱面材料的硬度會迅速提高耐磨性。 設計鍋爐時 考慮 材料既要成本低，又要滿足鍋爐運行要求。 對循環(huán)流化床鍋爐選用耐火材料作內(nèi)襯時應滿足如下要求： 內(nèi)循環(huán)渦流型湍流床內(nèi)襯，要求高耐磨、高溫和抗沖刷； 中高溫外循環(huán)分離器入 口段內(nèi)襯，要求高耐磨、高耐溫性； 高溫外循環(huán)分離器簡體，要求耐熱、保溫、 熱惰性小； 點火燃燒室煙道，要抗熱沖擊； 懸浮室要求抗熱沖擊、耐磨、熱惰性小。例如， 有的廠家 在旋風分離器 入 口等磨損較嚴重區(qū)域敷設耐磨耐溫可塑料，而在燃燒帶選用了價格相對低的耐磨耐溫澆注料。另外還有防磨罩、防磨套管、迎流面采用 的厚壁管、護瓦，過熱器、省煤器特殊結(jié)構(gòu)管等。薄襯里較厚襯里更能經(jīng)得起快速熱沖擊。后一種原因更重要。循環(huán)流化床鍋爐帶負荷19 不是靠多送風強化燃燒來實現(xiàn)的，而主要是靠調(diào)整循環(huán)物料濃度，確保循環(huán)倍率 ，保持合適的爐膛溫度來實現(xiàn)的。鍋爐在運行中排煙損失 q2 占總損失的 70%以上，而構(gòu)成排煙損失的主要因素：一是排煙溫度，二是排煙體積。 我們經(jīng)過對循環(huán)流化床鍋爐的運行和磨損分析得知，爐膛內(nèi)氣、固兩種物質(zhì)的運動是錯綜復雜的，是由兩個大循 環(huán)和爐內(nèi)成千上萬個小循環(huán)構(gòu)成的。最大，我們稱這種磨損叫局部磨損。 （ 4） 安裝施工中的技術措施 燃燒帶： 燃燒帶的磨損全部由耐高溫耐磨澆注料來承擔，澆注料的材質(zhì)和施工質(zhì)量是減小磨損的重點。水平煙道通流面積小，煙氣進 入 后流速增大對四壁的磨損很大，此處耐磨澆注料的選材和施工要求與燃燒帶相同。 簡體、錐體和頂部要保證同心度，表面整齊光滑，與料腿連接要平滑過度，避免發(fā)生喉部結(jié)焦； 膨脹縫整齊、尺寸正確、填料合適。 水冷壁的磨損及防磨措施 經(jīng)過對運行調(diào)整及磨損機理的膚淺分析，我們知道在水冷壁系統(tǒng)中，氣、固兩種物質(zhì)運動方向一旦和管子中心線形成了夾角，磨損就十分嚴重，所以說爐膛受熱面上絕對不能有影響物料循環(huán)的雜物，一些不太主要的測溫、測壓元件盡量減少，能取消的盡量取消，能改變位置的一定要改變位置，確保水冷壁受熱面平整、光滑。全方位的，飛濺到爐膛部分的 180176。 現(xiàn)在有些鍋爐生產(chǎn)廠家在制造中對該部位采取了噴涂處理，應該講在磨損嚴重處進行噴涂處理是目前防止磨損最好的一個辦法，也是治理該處磨損的最佳途徑 。如果水冷壁管的避讓彎處耐磨混凝土做的非常平滑，又沒有凸出的地方完全不用進行噴涂，如果不進行噴涂，也就不會產(chǎn)生局部磨損，許多廠該處沒進行噴涂也運行了許多年沒出問題。凡是出廠有避讓彎管的爐子，建議最好不在該處進行噴涂，可要求鍋爐廠將避讓彎管向上做高一些即可 [6]。防磨的主要方法是對爐膛水冷壁的膜片進行經(jīng)常22 性檢查、維護，發(fā)現(xiàn)有損壞現(xiàn)象要及時修補恢復；對熱電偶周圍和爐墻開孔處水冷壁管要進行噴涂，并重點進行檢查、維護；對爐膛 4 個角落區(qū)域水冷壁要進行重點檢查和維護。 目前新型的 CFB 鍋爐（如濟鍋 75t/h 爐 466 型），采用了將膜式壁折彎，使該處澆注料與膜式壁肋片形成上下一致的垂直平面 。但是我們看到有的電廠掌握不好噴涂高度，先噴了 20～ 30cm，發(fā)現(xiàn)不行，又向上噴了 20～ 30cm。 對流煙道受熱面的磨損 循環(huán)流化床鍋爐對流煙道磨損情況主要發(fā)生在省煤器兩端和空氣預熱器入口處。同時在尾部煙道中煙氣一般向下流動，固體顆粒一邊隨煙氣流動，同時又受重力作用，顆粒的絕對速度是煙氣速度加顆粒終端速度，比爐膛內(nèi)煙氣上升氣流的絕對速度要高，高的顆粒濃度加上高的 顆粒速度，常常導致省煤器等尾部受熱面磨損嚴重。 新爐 安裝 時 還可在每級省煤器的上方和兩頭全部增加防磨罩，過熱器前部的左右側(cè)將砌爐的耐火磚向爐內(nèi)伸出100～ 120mm，可以阻斷煙氣走廊的形成