循环流化床锅炉运行特性的研究

李志强

（阳泉煤业化工集团有限责任公司， 山西 太原 030006）

引言

我国是目前煤炭生产和消耗的第一大国，且在未来很长一段时间内煤炭依然在我国能源结构中占据主导地位。煤炭利用最广泛的方式为将其燃烧利用其热能，但是煤炭在燃烧过程中会产生大量的硫化物、氮氧化合物、碳氧化合物以及碳氢化合物等，严重污染环境，给可持续发展带来了隐患[1]。针对此问题，在煤炭的利用中采用洁净燃煤发电技术，主要包括有循环流化床燃烧、增压流化床燃烧、联合循环以及整体煤气化联合循环等。本文针对循环流化床锅炉的运行特性进行研究。

1 450 t/h循环流化床的概述

450 t/h的循环流化床锅炉目前被应用于某电场，是我国目前设计容量最大的循环流化床锅炉，其关键技术参数如表1所示。

表1 450 t/h循环流化床锅炉的关键技术参数

450 t/h循环流化床锅炉主要有物料循环与燃烧系统、风烟系统、汽水系统。其中，物料循环与燃烧系统包括燃烧室、汽冷式旋风分离器、J阀回料器、冷渣器。物料循环与燃料系统是450 t/h循环流化床锅炉的关键部分，与其他锅炉有很大有的区别，因此在建模并对该型循环流化床的运行特性进行分析时，需在模型中精确体现设备内部各个主系统和辅助系统之间的相互关系。

2 循环流化床锅炉仿真模型的搭建

为在模型中正确反映循环流化床锅炉各个分系统之间的相互关系，针对各个分系统的仿真建模应从以下几个方面着手。

2.1 汽水系统

循环流化床过滤汽水系统仿真模型的搭建，需从水循环系统的汽包、水冷壁以及阀门等部件，给水系统的主管路、阀门等部件，以及过热蒸汽系统的包墙、过热器、减温器和阀门等[2]部件入手，要求所建立汽水系统的模型可正确反应如下问题：

1）能够准确反应汽水系统在各工况下主汽温度、压力以及水位等参数的动态变化情况；

2）能够准确反应汽水系统各受热面能量、质量贮存能力对其运行过程参数的影响；

3）能够准确反应风量、煤量以及阀口开口大小对汽水系统中温度的影响；

4）能够准确反应分系统中存在泄露时对整个系统所造成的影响；

5）能够准确反应结垢、渣等会对系统导热性能造成的影响。

2.2 风烟系统

风烟分系统中分为风系统和烟气系统。其中，风系统的主要部件包括送风机、罗茨风机、增压风机、空气预热器以及挡板等设备。烟气系统的主要部件包括引风机、除尘器、烟道以及烟囱等。要求所建立的风烟系统满足如下要求：

1）要求风烟风系统中风系统的部件设备满足其暂态特性和扬程流量等特性；

2）要求风系统中的暖风出口温度随加热蒸汽参数的动态变化而变化并与实际情况相符；

3）要求系统在不同工况下运行时其温度、压力以及燃烧工况与实际相符。

2.3 物料循环与燃烧系统

物料循环与燃烧系统作为循环流化床锅炉的核心系统，包括燃油系统、给煤系统、燃烧系统和石灰石系统等[3]。要求所建立的物料循环与燃烧系统满足如下要求：

1）要求所建立的模型能够准确反应不同石灰石的投放量及流化床温度对脱硫过程的影响；

2）要求分系统在启动或者停炉工况下能够准确反应油枪投停对循环流化床锅炉内燃烧特性的影响；

3）要求所搭建模型能够真实反应渣量、床料量等对循环流化床锅炉内燃烧及流动工况的影响。

根据上述模型搭建的要求，由于篇幅原因仅列出燃烧分系统的仿真模型，具体如图1所示：

图1 450 t/h循环流化床锅炉燃烧分系统仿真模型

3 循环流化床锅炉运行特性的仿真分析

本节将从流化效果、流化风量、床层压力、床温分布特性、床温动态特性以及汽温特性进行分析。

3.1 流化效果

在设备仅供一次风的情况下，当锅炉内床料全部流化后，立即停止系统的所有风机，并对流化床床面料层的平整程度进行观测。经实践观测可知，在整个流化床层面上的物料表面处于平整状态，且床面上物料的分布十分均匀[4]。通过分析可证实，当煤料被投入锅炉内燃烧后其燃烧状态是十分稳定的，其在燃烧过程中不会出现结焦的现象。

3.2 流化风量

在实际应用中，循环流化床锅炉的最小流化风量为24 m3/s，小于其设计的最小风量值31 m3/s，而且当设备处于带负荷运行的状态时，通过调节流化风量可实现对流化床温度的控制和调节[5]。具体变化趋势为：随着锅炉载荷的不断增加和投入锅炉内煤料量的增加，其对应的流化风量也在不断增加。

3.3 床层压力

在实际应用中，为了保证锅炉的流化效果，对锅炉内料层的厚度提出了要求。然而，在实际燃烧过程中无法准确找出物料层密集处和稀松处的分界线。因此，在实际应用常通过对物料层密度和压差的实时数据及所排放处的煤渣量来反应流化床上物料的厚度。

锅炉在不同负载状态下流化床物料层之间的压力差值与布风板高度的关系如图2所示：

图2 不同负荷下循环流化床锅炉内压力随距离布风板高度的变化趋势

如图2所示：当锅炉负荷较小时，其对应的锅炉内的压力反而较大；不论在负荷为70%还是80%的情况下，锅炉内压力的变化趋势随炉膛高度的变化趋势是一致的，均是先减小后增大最后缓慢降低的趋势；当距离布风板高度为0时，锅炉压力最大；当距离布风板高度为3.6 m时，锅炉压力为第二峰值。

4 结论

1）循环流化床锅炉在燃烧煤炭过程中的流化效果良好，无结焦现象；

2）循环流化床锅炉内流化风量随着设备负荷和投煤量的增加而增加；

3）循环流化床锅炉内压力随着炉膛高度的增加呈现先减小后增大最后缓慢趋于稳定的变化趋势。