內(nèi)容摘要：文中通過對循環(huán)流化床鍋爐的幾個設(shè)計要素的扼要說明，  旨在探討根據(jù)不同條件和要求，使產(chǎn)品設(shè)計滿足用戶選型的要求。作者還針對福建無煙煤的特性，提出建議，使鍋爐運行達(dá)到安全、節(jié)能、環(huán)保和經(jīng)濟的目的。

1  流化床鍋爐的分類：

    流化床鍋爐按循環(huán)倍率可分為較高倍率循環(huán)流化床鍋爐和較低倍率循環(huán)流化床鍋爐兩種，其循環(huán)倍率控制在3～40之間。20以下的為較低循環(huán)倍率，相應(yīng)流化速度為4m／s左右，爐膛內(nèi)上／下部粒子濃度為2／1000kg／m3左右，分離器工作溫度為600℃左右，爐膛吸熱量為40～45％，二次風(fēng)量比例可取40～55％。

    2、循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計應(yīng)注意的因素：

    不同的燃料(煙煤、無煙煤)要有不同的結(jié)構(gòu)才能適應(yīng)，而篩分特性直接影響到鍋爐的設(shè)計參數(shù)的選取。福建無煙煤，揮發(fā)物低，石墨化程度高，可磨性差，是設(shè)計中的難題。

    (1)煤種的影響：

    福建的無煙煤難著火、難燃燼是客觀的事實。因此，它直接影響到爐內(nèi)受熱面的布置和循環(huán)倍率的選取。它要求布置較發(fā)達(dá)的對流受熱面。對采用高倍率循環(huán)床鍋爐，其煙氣分離器和飛灰回送裝置的負(fù)荷遠(yuǎn)比煙煤鍋爐要高，相反，用煙煤鍋爐的結(jié)構(gòu)來燃用福建的無煙煤，將會碰到不少問題。

    (2)篩分特性的影響：

    循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)顆粒流動工況取決于氣流速度、氣體和物料顆粒的特性。對一定粒徑的顆粒，它進(jìn)入循環(huán)狀態(tài)所需的速度是一定的，相反，當(dāng)床內(nèi)設(shè)計速度確定之后，對寬篩分物料的床層來講，能進(jìn)入循環(huán)的顆粒粒徑也就是一定的。顯然，床內(nèi)氣流速度越高，參加循環(huán)的粒徑就越大，粒子循環(huán)量越大。對福建無煙煤，其篩分特性一般是兩頭大中間小，其中d１≤200um約占30％以上。因此，它給煙氣分離器設(shè)計帶來困難。要求降低分離器的臨界分離直徑，其結(jié)果必然是增加分離器的阻力損失和增加耐磨材料的費用。

    (3)床內(nèi)流速和爐膛高度的確定：

    如前所述，針對福建無煙煤極其重要的是要組織好直徑200um以下的燃料顆粒的燃燒。對較高倍率的循環(huán)流化床的流化速度取≥6m／s，通過計算，分離器臨界分離直徑的顆粒在爐內(nèi)燃燼的時間大約需要5秒，相應(yīng)要求鍋爐燃燒室的高度為30m。顯而易見，對寬篩分的福建無煙煤，流化速度確定之后，燃燒室高度是一定的。設(shè)計時，不宜生搬硬套，對不同容量的鍋爐，需要有不同的設(shè)計原則，統(tǒng)盤考慮，使整體設(shè)計趨向合理。例如對小容量鍋爐(D≤23T／H)，宜采用較低的循環(huán)倍率，使流化速度降低，從而降低鍋爐的高度。而對23T／H～45T／H鍋爐，按現(xiàn)代設(shè)計思想，應(yīng)是從安全、節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟等綜合考慮，使對用戶的綜合經(jīng)濟性最高。鍋爐高度確定之后，鍋爐的其他部件設(shè)計就有了基礎(chǔ)。

    3  分離器的設(shè)計：

    煙氣分離器是循環(huán)流化床鍋爐的重要組成部件，分離器的型式很多，按結(jié)構(gòu)分有離心式旋風(fēng)筒、慣性式和重力式三種。分離器設(shè)計的結(jié)構(gòu)參數(shù)應(yīng)保證它的臨界分離直徑與爐瞠設(shè)計相適應(yīng)，即逃離分離器的飛灰顆粒應(yīng)該是充分燃燼的。按分離器的進(jìn)口煙溫可分有高溫分離器和中溫分離器，t≤700℃為中溫分離器。為降低分離器的造價，滿足減少起動時間的要求，分離器又可設(shè)計成水冷和汽冷兩種。爐膛內(nèi)煙氣流速和物料的篩分特性確定之后，分離器入口處的飛灰濃度也是確定的，對低循環(huán)倍率不高于5㎏／m3，對高倍率可達(dá)15—40㎏／m3。煙氣的入口速度控制在15—20m／s，速度提高，有利提高分離效果，但阻力大，磨損程度也增加。分離器的結(jié)構(gòu)尺寸確定之后，其煙氣的阻力損失和分離效率是可以通過計算得知的。分離器的臨界分離粒徑可以通過公式進(jìn)行計算。高溫分離器設(shè)計時，應(yīng)采取有效的措施，防止顆粒在其內(nèi)二次燃燒而引起結(jié)焦。對中溫分離器同樣需要注意集灰斗內(nèi)的沉灰發(fā)生低溫結(jié)焦，從而影響分離器運行的可靠性。飛灰回送裝置的出料量可根據(jù)料腿直徑和高度，物料的堆積角和密度，以及物料的顆粒直徑等進(jìn)行計算。回送裝置的結(jié)構(gòu)型式多種多樣，但應(yīng)力求以低的風(fēng)量和風(fēng)壓為佳。因為這樣可降低過量空氣系數(shù)和減輕管道的磨損，同時也可減輕裝置結(jié)焦的可能性，這對燃用福建無煙煤是特別有意義的。

    4  爐內(nèi)二次風(fēng)的布置：

    二次風(fēng)的布置正確與否直接影響到SO2和NOX的生成量，同時也影響回送爐內(nèi)細(xì)顆粒中的可燃顆粒的燃燼。一般二次風(fēng)布置在爐膛收縮段的出口處，大約為爐高的1／4處。通常一、二次風(fēng)比為40：60、50：50或60：40。二次風(fēng)的風(fēng)速選取必須保證有一定的穿透深度，其值可根據(jù)爐膛截面尺寸、床內(nèi)流化速度和二次風(fēng)速度，以及物料和空氣的密度進(jìn)行計算。二次風(fēng)可按四角切圓布置或由爐膛兩側(cè)對沖布置，此外，二次風(fēng)的布置還應(yīng)與爐內(nèi)的CO濃度相配合，以降低q3損失。

    5  循環(huán)流化床爐膛的熱力計算：

    在循環(huán)流床爐膛中，充滿著高溫的顆粒，在正常運行情況下，可燃的碳粒子只占一部分。當(dāng)循環(huán)倍率越大，熾熱的顆粒濃度越高，碳粒于所占的比例越小。因此，這種熾熱灰粒子的輻射是爐內(nèi)的主要傳熱方式，從而反映出循環(huán)流化床爐內(nèi)的火焰黑度要比鼓泡床和煤粉爐高得多。循環(huán)流化床爐內(nèi)傳熱系數(shù)與爐內(nèi)的顆粒濃度、顆粒直徑和流速等因素有關(guān)。隨著顆粒直徑的增加，傳熱系數(shù)有所降低。顆粒濃度越高，傳熱系數(shù)也越大。但目前尚無準(zhǔn)確的計算公式可利用。只能作近似的計算。如對d1=250um。T=850℃時．K=86+1．755Pb(w／m2·k)。(其中：Pb一床層顆粒濃度，㎏／m3)。

    總之，循環(huán)流化床鍋爐能否達(dá)到設(shè)計參數(shù)，關(guān)鍵是組織好燃燒。否則分離器效率偏低、回料裝置不健全，運行不正常，爐內(nèi)的顆粒濃度和溫度未能達(dá)到設(shè)計要求，都將影響鍋爐技術(shù)參數(shù)的實現(xiàn)。此外目前國內(nèi)進(jìn)行循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計時，尚缺乏一種成熟的熱力計算標(biāo)準(zhǔn)，只能按下述三種方式進(jìn)行校核計算：  (1)根據(jù)已有的實驗數(shù)據(jù)或經(jīng)驗公式，確定爐內(nèi)傳熱系數(shù)，并布置受熱面積：(2)按前蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行爐內(nèi)熱力計算后作部分修正：  (3)按國內(nèi)的沸騰爐計算方法進(jìn)行爐內(nèi)熱力計算后作部分修正。

    6  循環(huán)倍串的選取：

    如上所述，對循環(huán)流化床鍋爐，特別是高倍率循環(huán)流化床鍋爐，其循環(huán)倍率的大小直接影響到爐內(nèi)的傳熱量、過熱蒸汽溫度、負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍及受熱面的磨損等問題。并以循環(huán)倍率的大小來劃分高、低循環(huán)流化床鍋爐。因此，循環(huán)倍率只是反映一種技術(shù)參數(shù)，而不是先進(jìn)性的反映。設(shè)計時，首先應(yīng)根據(jù)不同煤種、顆粒篩分范圍，不同容量，不同的燃燒效率選擇一個合理的循環(huán)倍率。循環(huán)倍率的定義為K= (X+Y)／(A+B)(其中AKg／S——進(jìn)入鍋爐的煤的碳量：Bkg／S——進(jìn)入鍋爐煤中的灰量；Xkg／S——循環(huán)灰的碳量：Ykg／S——循環(huán)灰的灰量)。循環(huán)灰的燃燒效率越高、循環(huán)倍率越高，鍋爐的燃燒效率越高。因此，不能片面地提高循環(huán)倍率，而應(yīng)多注重組織爐內(nèi)碳顆粒燃燒的措施。如回送系數(shù)的風(fēng)量過大，將降低熾熱顆粒的溫度，對其燃燒和傳熱都是不利的。此外，循環(huán)倍率還須根據(jù)耗能、分離器和受熱面的磨損等而優(yōu)化選擇。循環(huán)倍率還可用循環(huán)率(㎏／m2s)來表示。這里不作詳細(xì)介紹。

總之，鍋爐設(shè)計和選型時，要根據(jù)不同的條件進(jìn)行不同的操作，使鍋爐設(shè)計參數(shù)相對合理，運行安全性高，并滿足節(jié)能、環(huán)保和經(jīng)濟的要求。 

文章作者：陳應(yīng)明　朱德輝(江西動力設(shè)備工程公司  330001)