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循环流化床锅炉送风系统的合理设计

发布时间：2009/6/12 阅读次数：1275 字体大小: 【小】【中】【大】

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引言

常压循环流化床(CFB)锅炉与带烟气净化装置的煤粉锅炉是当前已成熟的、商业运行中首先选用的两项洁净煤发电技术，CFB锅炉的燃料适应性广、建设成本低、运行成本少、调峰运行经济安全等优势，使其发展迅速。

减少CFB锅炉自身的能耗是目前各国发展CFB锅炉的主要努力方向之一。CFB锅炉燃用宽筛分燃料，粒径分布为0～8mm，因此，大多数CFB锅炉省略了磨煤机及制粉系统，因而，其燃料制备的系统能耗大大降低。CFB锅炉增加了物料循环系统以实现循环燃烧。物料循环系统的循环动力来源于返料器进口侧立管中物料料位差压；返料器多数采用非机械密封阀，其工作状态由高压返料风控制。为了使物料循环系统正常工作，就需要高压风机提供返料风源。CFB锅炉运行时，炉内物料必须处于流态化，因此，CFB锅炉一次风压头要高，高压一次风通过炉膛底部布风板使布风板上的物料流化。风机是CFB锅炉的主要耗能设备。合理设计配风系统，对降低送风总耗能有重要意义。

1送风要求及实际运行参数

一次风通过布风板由锅炉炉膛底部进入炉内，使物料流化。燃料和脱硫剂由给料口进入炉膛密相区下部，被高温物料包围，迅速着火燃烧与热解；二次风在密相中、上部加入，补充悬浮区燃烧需用空气量。离开炉膛的物料及大部分未燃烬煤粒经分离器分离，由回料器返送炉膛底部，循环燃烧；烟气经除尘后由引风机经烟囱排走。

一二次风、返料风、及播煤风是CFB锅炉的基本风源。一次风的作用是流化床料，提供初级燃烧的空气。因为要克服布风板阻力、料层阻力，所以，一次风压头要高。二次风主要是补充空气助燃，一般在密相中、上部送入，料层阻力小，所以风压可低一些。播煤风主要是为了克服不均匀性，消除播煤口的燃料集中现象。一般给料口靠近布风板，料层阻力较大。回料风要松动立管物料，并克服回料阀阻力和炉膛、分离器阻力，才能完成流化返料过程，风源压力最高。各风源压力参数为：

一次风：10～13 kPa;

二次风：6～8.5 kPa;

播煤机：9～12 kPa;

返料风：13～20 kPa(中小CFB炉)，50～60kPa(大型CFB炉)。

其中，返料风压与返料阀形式、锅炉布置方式密切相关。在风量方面，按分级燃烧及物料流化的要求，一、二次风的风率设计为1∶1～6∶4，播煤风一般为一次风的3%～5%；返料风虽然压力要求非常高，但风量较小，一般小于2%。

2实际运行分析

CFB锅炉实际运行要从冷态启动开始，经过低负荷过程，克服异常情况，达到额定负荷。按运行特点，可以把CFB锅炉的运行分为三种工况：第一，启动与低负荷工况；第二，中、高负荷与额定负荷工况；第三，偏离设计工况。

在启动工况时，主要目的是安全点火，尽量节约启动燃料；在低负荷工况时，主要目的是取得低的稳定的无助燃油负荷，以满足机组调峰运行的需要。因此，启动时必然要尽量降低一次风量以减少热量损失，同时，在小风量下，为达到物料的均匀流化，在布风设计上，选用布风性能好的小孔径布风结构。早期的CFB锅炉多采用这种设计。

布风阻力与风速的二次方成正比。临界流化状态时，布风板阻力仅为0.25kPa，只是炉膛总阻力(7～8kPa)的3.3%。而大风量工作时，布风阻力可高达4.2kPa，占到总阻力的40%以上。由于一次风量在CFB锅炉配风中占到50%～60%的风率，因此造成的阻力损失很大。

中、高负荷与额定负荷工况时，一次风量已经非常大，物料流化不存在困难，实际上，这时已经没有物料分界面，布风床面上物料沉积很少，可以看见布风板及风帽。这时主要解决的问题是经济地将热量带出密相区。一次风是主要的吸热介质。为了克服高风量下的布风阻力，一些CFB锅炉在布风设计时采取了大孔径风帽。但是，如风量控制不当，低风量下流化均匀性便出现问题，由此经常引发结焦事故。

偏离设计工况主要有：煤质变化；脱硫剂用量改变；运行异常、事故。运行中，煤质的变化时常发生。在煤质变差时，因灰份或水分增加使床料吸热增加，要维持炉膛温度，则要增加煤量。但灰份量增加使料层阻力上升很快，致使排渣量增大，排渣热损失很大，床温难以维持，锅炉出力降低。当煤质变好时，燃料在密相区放热增大，为维持床温，则要增大一次风，一次风率甚至达到70%以上；由式(1)可知，单位风量的阻力损失增加36.7%～96%。

从以上分析看到，CFB锅炉启动及低负荷工况与高负荷及额定负荷工况对布风设计的要求是相互矛盾的。在锅炉与送风系统设计中处理好这个问题是CFB锅炉经济运行的关键，也是锅炉设计中应慎重考虑的问题。

3送风系统设计分析

一次风从炉底经布风板送入，二次风从密相上部送入，返料风从一次风机出口冷风主管上接引。这种设计的优点是一次总风同时控制燃烧与返料，使返料量与锅炉负荷同步变化，负荷增大，返料量同步增大，负荷降低，返料量同步减少。但为了保证返料风压，必须提高一次风总压力从而使一次风节流损失增大；从定量关系看，实际运行中的一次风率一般达到50%～70%，而返料风仅占一次总风的1.5%～2.5%，所以造成的一次风阻力损失很大。同时，这种设计没有播煤风，不便于给煤的扩散，限制了单个给煤口的最大出力。图3b是近几年投产的CFB锅炉送风设计，主要改进是增加了播煤风和单独设立了高压的流化风机，增加下二次风，实现分级燃烧。下二次风在必要时作为维持床温的调节手段，对运行有利。

一次风全经布风板进入炉膛的设计方式必然出现CFB锅炉启动与低负荷工况和高负荷与额定负荷工况对布风设计要求相互矛盾。实践发现，高压头小风量会使风机及风道出现振动，或者难于达到所需的低风量；过大的小孔流速造成了不必要的一次风阻力损失。解决这一问题的关键是要在送风设计上处理好一次风的出路，要将多余的一次风从布风板处分流。奥斯龙公司近期设计改进也体现出这一点。

从运行情况看，一次风从布风板前分流是很好的。首先，启动时，可以从床面上分流部分一次风，实现临界流化状态点火的风量控制要求；其次，大负荷时，部分一次风分流有利于降低布风阻力损失，同时，这部分风进入炉子密相区后，以二次风的形式同样带走热量，维持了床温稳定。

理想的送风系统应是满足运行需要、系统简单便于调节、耗电量少。根据CFB锅炉运行调节特点和目前设备制造水平，作者认为，理想的送风系统设计应是：第一，设置返料风机，使高压返料风与一次风分离；返料风机风源取自一次风机出口母管以降低提升差压；第二，在料口使用扩散风以增强物料混合能力，从而降低低负荷时的流化风压；第三，一次风从布风板前分流，降低布风阻力损失；第四，简化系统，省略其它不必要的风机，减少系统耗电负荷；第五，锅炉设计时对其布置、降低送风耗电量、运行控制统一考虑，从设备结构上消除阻力损失；例如，采取大孔径定向风帽、倾斜布置布风板可以增加低负荷时床料的混合性能，同时，减小一次风的阻力损失；采取性能好的返料器及下料斜管，降低返料阻力，从而降低所需的返料风压；设计冷灰再循环作为维持床温的措施，设计外置式换热器或内置式换热器降低物料温度以降低高负荷下的一次风需用量从而降低布风阻力损失等。

4结论

①CFB锅炉各个风源在风量与风压参数上存在的差异很大，在送风设计时应给予重视；

②CFB锅炉高负荷与低负荷对布风设计的要求是相互矛盾的，解决这一矛盾的关键是对一次风进行分流，在满足床料流化的同时，降低一次风阻力；

③理想的送风设计是：设计返料风机将高压返料风与一次风分离，并从一次风机出口引返料风源，降低返料风机的提升压力差；对一次风进行分流，以降低高负荷时的布风阻力损失；充分利用扩散风增强物料混合能力；简化系统，减少不必要的风机。在锅炉设计时合理选取部件结构，从根本上降低送风阻力损失。

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