锅炉控制及流化风速

流化风速和一、二次风配比
1 ．流化风速
流化风速是循环流化床锅炉的重要特征参数。当气体和固体颗粒的特性一定时，要求一定的流化风速来保持床层的正常流化状态．显然，如果运行风速提高，则锅炉会比较紧凑，断面热负荷也较高。此时，为保证燃料和石灰石顺粒能有足够的炉内停留时间和布置足够的受热面，通常的做法是增加炉膛高度或提高分离器效率、加大循环物料量。但这不仅会增加磨损，而且可能导致锅炉造价提高。另外，虽然燃烧效率可以有所提高，但是由于风机等的电耗增加，锅炉的整体效率反而可能会下降；如果选择低的运行风速，则会给总体嫩烧及传热带来一系列问题．从而影响循环流化床锅炉优势的发挥。因此，流化风速的选择应在二者之间综合考虑。一般的，循环流化床锅炉额定负荷时的运行风速选择在5.5m/s左右。具体选择时必须根据燃用的燃料以及颗粒粒径等不同情况而有所变化。计算表明，当灰颗粒粒径为100-400m ，床温为900℃ ，满负荷时流化速度为6m/s ，低负荷时为3m/s时，则可始终保持稳定的流化状态。几台循环流化床锅炉的运行风速，可供设计时参考。实际上，断面热负荷的选择与运行风速的选择是相关联的。因为只要燃料及过剩氧量一定，运行风速与断面热负荷两者中只要有一个确定，另一个也随之确定。断面热负荷一般可选择为3-5MW／m²左右。
在循环流化床锅炉中，锅炉的截面热负荷较高，这是因为循环流化床内强烈的气固混合促进了热量的快速释放和传递而导致的。
2 ．一、二次风配比
正如所知，在循环流化床锅炉中，为控制NOz的排放和降低风机的能耗，往往将燃烧需要的空气分成一、二次风从不同位置分别送人流化床燃烧室，在密相床内形成还原性气氛，实现分级燃烧．另外，一次风率（一次风量占总风量的份额）直接决定着密相床的燃烧份额。在同样条件下，当一次风率升高时，密相床燃烧份额增加，此时要求有较多的低温循环物料（用来冷却床层的低温循环物料可能来自分离器搜集下来的经过冷却的循环灰，或者是来自沿炉膛周围膜式水冷壁落下的循环灰）返回密相床，带走燃烧释放热量，以维持密相床温度．如循环物料量不足，就会导致流化床温度过高，无法增加热输入（即多加煤），负荷上不去。
一、二次风比例的确定主要取决于如下因素：
( l ）降低N仪的排放。对于高挥发分的煤种，在炉膛下部缺氧燃烧时有助于焦炭和CO对NO的还原（还原为NZ ）。从降低Nq的角度看，一次风率较小、二次风率较大为佳，但在实际设计中还必须考虑其他因素。
( 2 ）风机压头．由于一次风通常由布风板送人，这样一次风就必须克服布风板和循环流化床底部密相区域的阻力，因而需要采用高压风机。而二次风在炉膛密相区上方给人，风机所需压头较低，可以降低总能耗。
( 3 ）密相区的流化及燃烧。从脱硝（控制氮氧化物的排放）和降低能耗考虑，二次风率较大为好。但如果二次风率过大，则密相区内颗粒的流化就可能有问题。由于一次风必须保证密相区颗粒正常流化．一次风率过低，密相区的截面就必须很小，而这是结构设计所不允许的。另一方面，从燃烧的角度看，由于循环物料是从密相区返回的，温度较低的一次风和燃料亦从此加人，密相区本身作为一个稳定的加热源，必须保证在密相区有一定的燃烧份额，才能保证该区域的温度。臂如，若燃用宽筛分徽料，因本身会有一部分大颗粒停留在密相区，所以必须在密相区送人足够的气体，以使这部分燃料燃烧或气化。因此，一次风率多选择在50％左右，对无烟煤则可达60％以上。
综合考虑上述因素，一般的，当燃用劣质燃料时，应采用较高的一次风率，燃用高挥发分燃料时可采用较低的一次风率。
四、床层温度
循环流化床床温的选择应该根据燃烧的稳定性、运行的安全性和经济性，以及环境保护等方面的要求综合考虑。从燃烧和传热角度看，提高床温有利于强化燃烧和传热，有利于提高燃烧效率和锅炉效率，特别是对于一些难着火燃料（如无烟煤等）。但是，床温的上限受到灰的变形温度（DT）限制。一般在流化床密相区．燃烧中颗粒的表层温度比床温高100-200℃ 。因此，床温应该比灰的变形温度低150- 250℃ ，才能保证不结渣。对于多数煤种，灰的变形温度约为1100-1200℃ ，故床温应在850-950℃ 。另外，床温的下限应考虑焦炭的着火。焦炭着火温度约为800℃ ，故床温不应低于800℃。否则，可能燃烧不稳定，甚至导致熄火。当需要加入石灰石进行炉内燃烧脱硫时，由于石灰石的最佳脱硫温度在850 ℃ 左右，床温应与之接近；另外，床温升高N0²会增加，但床温降低NO又会增加。综合上述情况，可以认为，当燃用的嫩料硫分较高时，为达到最佳脱硫效果，同时兼顾高效燃烧的要求，床温应控制在850-900℃ ，一般不宜超过900℃；但如果燃用的燃料硫分较低，则可以主要从燃烧效率的角度进行考虑，在保证床层不结焦的情况下，床温可以适当提高，一般可取为900 ? 950℃。虽然，此时N仪的排放会稍高一些，但只要采用合理的分级燃烧，增加量并不太大．而且还可适当降低NO的排放。
目前，循环流化床锅炉中床温的控制，一般采用在密相区布置受热面和布置外置流化床换热器两类方案口这两类方案的床温控制模式有所不同：前者的控制主要靠调节风量和返料量，即一是加大风量将密相区热量带人炉膛稀相区，二是改变床内的固体颗粒浓度，从而改变床内的吸热量；后者则是通过调节进入外置流化床换热器与直接返回嫩烧室的固体物料的比例，进而调节总循环物料的温度来控制床温的。
另外，炉膛出口烟温应大于焦炭的着火温度而低于灰的变形温度。目前设计的循环流化床锅炉的炉膛出口烟温常与床温保持一致。
五、循环物料．和物料平衡
循环流化床锅炉中的循环物料量是设计和运行中最重要的指标之一。它与炉内传热、受热面的结构布置、燃烧特性、燃烧效率、脱硫效率、锅炉自用电率、磨损、积灰、分离效率及分离器的布里方式等密切相关。目前，常用飞灰携带率（也称固气比，指1kg 烟气夹带飞灰的质量）和物料循环倍率来衡量物料循环量。一般情况下，循环倍率越高，飞灰携带率越大。
在循环流化床锅炉中，一方面，循环物料最增加会使燃料颗粒和脱硫剂在床内的总体停留时间延长，从而提高燃烧效率和脱硫效率；另一方面，由于床内固体颗粒浓度随物料循环量的增加而增加，物料循环量增加会使受热面的传热增加，从而增加床内受热面的吸热量，但物料循环量的增加会使床层总阻力增加，从而增加风机的压头，致使电耗增加。所以，在选择循环流化床锅炉的循环物料量时，必须进行综合考虑。目前，循环物料量的选择有从提高燃烧效率考虑的，也有从追求较高脱硫效率考虑的。
国外考虑较高循环倍率的主要原因，一是提高脱硫剂石灰石的利用率，二是扩大负荷调节范围和对燃料的适应范围；三是提高床层与受热面之间的传热系数，以解决大型锅炉受热面布置的困难；四是降低N （入的排放。很明显，提高循环倍率，由于颗粒的循环次数增加，燃尽时间延长，煤的燃尽率会提高，飞灰及灰渣含碳量将降低，锅炉效率也会提高。但理论和实践均表明，当循环倍率增加到一定程度，若再进一步加大循环倍率，燃烧效率的提高并不明显。如果仅考虑脱硫的要求，循环倍率的提高对提高石灰石的利用率、降低钙硫比( Ca/S）是十分有效的。实践证明，当循环倍率为8-15,烟气中浓度完全可以控制在200mg/rn3以下。因此，从提高石灰石利用率角度来看，应适当提高循环倍率。
物料循环倍率的变化可以改变炉膛和尾部受热面的热量分配，以保证在煤种发生变化时床温保持稳定。当燃用优质煤时，可以加大物料循环倍率，以保证不会发生高温结渣；烧劣质煤时，可以减少物料循环倍率，以避免发生低温熄火。因此，对于嫩用煤种变化较大的循环流化床锅炉，在设计时，物料循环倍率的选取应考虑留有足够的余量。
实际上，物料循环倍率的高低还受到循环灰分离器效率的制约。循环倍率越高，要求的分离效率越高。对于高倍率的循环流化床锅炉，分离效率必须大于99 %；而对于低倍率的循环流化床锅炉，分离效率在95％即可达到要求。因此，选择较低的循环倍率，可以降低对分离器效率的要求，采用结构简单紧凑、阻力低的分离装置，以降低锅炉造价。在循环流化床锅炉设计和运行中，必须保持床内固体物料的平衡，即排出燃料燃烧产生的灰渣后，床内还应维持合理的物料浓度。灰分、未嫩尽的炭粒和晚硫剂。循环流化床锅炉内的固体物料主要是燃料带人的另外，对于灰分较低的煤种，还必须补充惰性床料。循环流化床锅炉主要有三个灰渣排放口：锅炉尾部（被除尘器收集）；流化床底部排值口．回料机构（或外里流化床换热器）排放口。另外，在对流竖井下的烟道转弯处可以设置临时排放口。流化床底部排渣口主要排出一些不能被流化风带走的大顺粒床料。如果这部分床料不及时排出，会在布风板区域累积，造成流化质量下降，严重时影响锅炉运行。底部排渣口的排渣温度等于床温。回料机构（或外置流化床换热器）的排灰由系统灰平衡确定．当炉膛阻力升高至一定程度时，可进行回料机构排灰，以维持系统灰平衡，减少对尾部受热面的磨损和尾部除尘器的负荷。除尘器排灰与常规锅炉相同。