一.循環(huán)流化床鍋爐結(jié)構(gòu)

　　鍋爐采用單鍋筒，自然循環(huán)方式，總體上分為前部及尾部兩個豎井。前部豎井為總吊結(jié)構(gòu)，四周有膜式水冷壁組成。自下而上，依次為一次風(fēng)室、密相床、懸浮段，尾部煙道自上而下依次為高溫過熱器、低溫過熱器及省煤器、空氣預(yù)熱器。尾部豎井采用支撐結(jié)構(gòu)，兩豎井之間由立式旋風(fēng)分離器相連通，分離器下部聯(lián)接回送裝置及灰冷卻器。燃燒室及分離器內(nèi)部均設(shè)有防磨內(nèi)襯，前部豎井用敖管爐墻，外置金屬護(hù)板，尾部豎井用輕型爐墻，由八根鋼柱承受鍋爐全部重量。

　　鍋爐采用床下點(diǎn)火（油或煤氣），分級燃燒，一次風(fēng)比率占50—60%，飛灰循環(huán)為低倍率，中溫分離灰渣排放采用干式，分別由水冷螺旋出渣機(jī)、灰冷卻器及除塵器灰斗排出。爐膛是保證燃料充分燃燒的關(guān)鍵，采用湍流床，使得流化速度在3.5—4.5m/s，并設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)臓t膛截面，在爐膛膜式壁管上鋪設(shè)薄內(nèi)襯（高鋁質(zhì)磚），即使鍋爐燃燒用不同燃料時，燃燒效率也可保持在98—99%以上。

　　分離器入口煙溫在800℃左右，旋風(fēng)筒內(nèi)徑較小，結(jié)構(gòu)簡化，筒內(nèi)僅需一層薄薄的防磨內(nèi)襯（氮化硅磚）。其使用壽命較長。循環(huán)倍率為10—20左右。

　　循環(huán)灰輸送系統(tǒng)主要由回料管、回送裝置，溢流管及灰冷卻器等幾部分組成。

　　床溫控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程是自動的。在整個負(fù)荷變化范圍內(nèi)始終保持濃相床床溫850-950℃間的某一恒定值，這個值是最佳的脫硫溫度。當(dāng)自控制不投入時，靠手動也能維持恒定的溫床。

　　保護(hù)環(huán)境，節(jié)約能源是各個國家長期發(fā)展首要考慮的問題，循環(huán)流化床鍋爐正是基于這一點(diǎn)而發(fā)展起來，其高可靠性，高穩(wěn)定性，高可利用率，最佳的環(huán)保特性以及廣泛的燃料適應(yīng)性，特別是對劣質(zhì)燃料的適應(yīng)性，越來越受到廣泛關(guān)注，完全適合我國國情及發(fā)展優(yōu)勢。

二.循環(huán)流化床鍋爐簡介

　　(circulating fluidized bed)

　　是在鼓泡床鍋爐（沸騰爐）的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，因此鼓泡床的一些理論和概念可以用于循環(huán)流化床鍋爐。但是又有很大的差別。早期的循環(huán)流化床鍋爐流化速度比較高，因此稱作快速循環(huán)循環(huán)床鍋爐?？焖俅驳幕纠碚撘部梢杂糜谘h(huán)流化床鍋爐。鼓泡床和快速床的基本理論已經(jīng)研究了很長時間，形成了一定的理論。要了解循環(huán)流化床的原理，必須要了解鼓泡床和快速床的理論以及物料從鼓泡床→湍流床→快速床各種狀態(tài)下的動力特性、燃燒特性以及傳熱特性。

一． 流態(tài)化：

　　當(dāng)固體顆粒中有流體通過時，隨著流體速度逐漸增大，固體顆粒開始運(yùn)動，且固體顆粒之間的摩擦力也越來越大，當(dāng)流速達(dá)到一定值時，固體顆粒之間的摩擦力與它們的重力相等，每個顆?？梢宰杂蛇\(yùn)動，所有固體顆粒表現(xiàn)出類似流體狀態(tài)的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為流態(tài)化。

　　對于液固流態(tài)化的固體顆粒來說，顆粒均勻地分布于床層中，稱為“散式”流態(tài)化。而對于氣固流態(tài)化的固體顆粒來說，氣體并不均勻地流過床層，固體顆粒分成群體作紊流運(yùn)動，床層中的空隙率隨位置和時間的不同而變化，這種流態(tài)化稱為“聚式”流態(tài)化。循環(huán)流化床鍋爐屬于“聚式”流態(tài)化。

　　固體顆粒（床料）、流體（流化風(fēng)）以及完成流態(tài)化過程的設(shè)備稱為流化床。

二． 臨界流化速度

　　1.　對于由均勻粒度的顆粒組成的床層中，在固定床通過的氣體流速很低時，隨著風(fēng)速的增加，床層壓降成正比例增加，并且當(dāng)風(fēng)速達(dá)到一定值時，床層壓降達(dá)到最大值，該值略大于床層靜壓，如果繼續(xù)增加風(fēng)速，固定床會突然解鎖，床層壓降降至床層的靜壓。如果床層是由寬篩分顆粒組成的話，其特性為：在大顆粒尚未運(yùn)動前，床內(nèi)的小顆粒已經(jīng)部分流化，床層從固定床轉(zhuǎn)變?yōu)榱骰驳慕怄i現(xiàn)象并不明顯，而往往會出現(xiàn)分層流化的現(xiàn)象。顆粒床層從靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱鲬B(tài)化進(jìn)所需的最低速度，稱為臨界流化速度。隨著風(fēng)速的進(jìn)一步增大，床層壓降幾乎不變。循環(huán)流化床鍋爐一般的流化風(fēng)速是2－3倍的臨界流化速度。

　　2.　影響臨界流化速度的因素：

　　（1）料層厚度對臨界流速影響不大。

　?。?span lang="EN-US" style="font-family: "microsoft yahei"; margin: 0px; padding: 0px;">2）料層的當(dāng)量平均料徑增大則臨界流速增加。

　?。?span lang="EN-US" style="font-family: "microsoft yahei"; margin: 0px; padding: 0px;">3）固體顆粒密度增加時臨界流速增加。

　?。?span lang="EN-US" style="font-family: "microsoft yahei"; margin: 0px; padding: 0px;">4）流體的運(yùn)動粘度增大時臨界流速減小：如床溫增高時，臨界流速減小。床溫與臨界流速的關(guān)系如圖所示。

循環(huán)流化床鍋爐節(jié)能改造技術(shù)

① 加裝燃油節(jié)能器；

　　經(jīng)燃油節(jié)能器處理之碳?xì)浠衔?，分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，細(xì)小分子增多，分子間距離增大，燃料的粘度下降，結(jié)果使燃料油在燃燒前之霧化、細(xì)化程度大為提高，噴到燃燒室內(nèi)在低氧條件下得到充分燃燒，因而燃燒設(shè)備之鼓風(fēng)量可以減少15％至20％，避免煙道中帶走之熱量，煙道溫度下降5℃至10℃。燃燒設(shè)備之燃油經(jīng)節(jié)能器處理后，由于燃燒效率提高，故可節(jié)油4.87％至6.10％，并且明顯看到火焰明亮耀眼，黑煙消失，爐膛清晰透明。徹底清除燃燒油咀之結(jié)焦現(xiàn)象，并防止再結(jié)焦。解除因燃料得不到充分燃燒而爐膛壁積殘?jiān)F(xiàn)象，達(dá)到環(huán)保節(jié)能效果。大大減少燃燒設(shè)備排放的廢氣對空氣之污染，廢氣中一氧化碳（CO）、氧化氮（NOx）、碳?xì)浠衔铮?span lang="EN-US" style="font-family: "microsoft yahei"; margin: 0px; padding: 0px;">HC）等有害成分大為下降，排出有害廢氣降低50％以上。同時，廢氣中的含塵量可降低30％—40％。安裝位置：裝在油泵和燃燒室或噴咀之間，環(huán)境溫度不宜超過360℃。

② 安裝冷凝型燃?xì)忮仩t節(jié)能器；

　　燃?xì)忮仩t排煙中含有高達(dá)18%的水蒸氣，其蘊(yùn)含大量的潛熱未被利用，排煙溫度高，顯熱損失大。天然氣燃燒后仍排放氮氧化物、少量二氧化硫等污染物。減少燃料消耗是降低成本的最佳途徑，冷凝型燃?xì)忮仩t節(jié)能器可直接安裝在現(xiàn)有鍋爐煙道中，回收高溫?zé)煔庵械哪芰浚瑴p少燃料消耗，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯，同時水蒸氣的凝結(jié)吸收煙氣中的氮氧化物，二氧化硫等污染物，降低污染物排放，具有重要的環(huán)境保護(hù)意義。

③ 采用冷凝式余熱回收鍋爐技術(shù)；

　　傳統(tǒng)鍋爐中，排煙溫度一般在160～250℃，煙氣中的水蒸汽仍處于過熱狀態(tài)，不可能凝結(jié)成液態(tài)的水而放出汽化潛熱。眾所周知，鍋爐熱效率是以燃料低位發(fā)熱值計(jì)算所得，未考慮燃料高位發(fā)熱值中汽化潛熱的熱損失。因此傳統(tǒng)鍋爐熱效率一般只能達(dá)到87%～91%。而冷凝式余熱回收鍋爐，它把排煙溫度降低到50～70℃，充分回收了煙氣中的顯熱和水蒸汽的凝結(jié)潛熱，提升了熱效率；冷凝水還可以回收利用。

④ 鍋爐尾部采用熱管余熱回收技術(shù)；

　　余熱是在一定經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下，在能源利用設(shè)備中沒有被利用的能源，也就是多余、廢棄的能源。它包括高溫廢氣余熱、冷卻介質(zhì)余熱、廢汽廢水余熱、高溫產(chǎn)品和爐渣余熱、化學(xué)反應(yīng)余熱、可燃廢氣廢液和廢料余熱以及高壓流體余壓等七種。根據(jù)調(diào)查，各行業(yè)的余熱總資源約占其燃料消耗總量的17%~67%，可回收利用的余熱資源約為余熱總資源的58%。

循環(huán)流化床鍋爐的爆燃及預(yù)防

　　1 發(fā)生爆燃的幾種情況

　　鍋爐爆燃是由于爐膛內(nèi)可燃物質(zhì)的濃度在爆燃極限范圍內(nèi)，遇到明火或溫度達(dá)到了燃點(diǎn)發(fā)生劇烈爆燃，燃燒產(chǎn)物在瞬間向周圍空間產(chǎn)生快速的強(qiáng)烈突破。以下介紹幾種循環(huán)流化床鍋爐易發(fā)生爆燃的情況。

　　1.1 揚(yáng)火爆燃

　　如果壓火時燃料加得多或停的晚，使壓火后床料內(nèi)燃料的含量過多，這時燃料中的碳在缺氧狀況下不充分燃燒產(chǎn)生大量的CO，同時燃料在爐內(nèi)高溫干熘揮發(fā)出甲烷、氫等可燃性氣體。由于壓火后床料表面溫度降低，這些可燃性氣體遇不到明火，便在鍋爐爐膛內(nèi)積聚。揚(yáng)火時，隨著風(fēng)機(jī)的啟動，床料開始流化，高溫的床料從下面翻出，這時可燃性氣體與明火接觸，瞬間發(fā)生燃燒，如果可燃物的濃度在爆燃極限范圍內(nèi)，就會發(fā)生爆燃。個別司爐工在揚(yáng)火時怕床溫降得過快造成滅火，在啟風(fēng)機(jī)前先加入少量的燃料，新進(jìn)入爐膛的燃料不但會揮發(fā)出可燃性氣體，同時會有大量的煤粉參與燃燒，這樣不但會增大產(chǎn)生爆燃的機(jī)率，還會加劇爆燃的強(qiáng)度。

　　1.2 大量返料突入爆燃

　　循環(huán)流化床鍋爐都有物料循環(huán)系統(tǒng)。循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行時，大量固體顆粒在燃燒室、分離器和返料裝置等組成的循環(huán)回路中循環(huán)，一般循環(huán)流化床鍋爐的循環(huán)倍率為5~20，也就是說有5~20倍給煤量的返料灰需要經(jīng)過返料裝置返回燃燒室再次燃燒，循環(huán)物料是直徑在0.1mm左右的細(xì)灰，有很好的流動性，在返料風(fēng)的吹送下，連續(xù)不斷地進(jìn)入爐膛。運(yùn)行中如果返料風(fēng)過小，返料器內(nèi)的物料就會停止流化或流動，從而造成返料器堵塞，細(xì)灰會在返料器內(nèi)堆積，當(dāng)細(xì)灰積累到一定時，細(xì)灰在自身重量的作用下產(chǎn)生流動或者由于操作調(diào)整增大風(fēng)量使物料再次流化，這時成噸的細(xì)灰在短時間內(nèi)進(jìn)入爐膛。由于細(xì)灰的表面積大，此時返料風(fēng)與空氣快速混合充滿爐膛，且細(xì)灰中一般含有20%左右的碳，在爐內(nèi)高溫環(huán)境下極易發(fā)生爆燃。

　　1.3 油氣爆燃

　　流化床鍋爐一般采用柴油點(diǎn)火，點(diǎn)火過程中因?yàn)橛椭械碾s質(zhì)、點(diǎn)火風(fēng)的調(diào)配、油壓太低等因素常會發(fā)生油槍滅火。滅火后，如果沒及時發(fā)現(xiàn)、關(guān)閉油閥，被霧化的燃油會繼續(xù)噴進(jìn)爐膛內(nèi)，這樣從爐膛到尾部煙道甚至到煙囪出口都充滿了油霧。這時如果再次點(diǎn)火或遇到其它明火，就會產(chǎn)生整個系統(tǒng)的爆燃。

　　2000年8月19日5點(diǎn)14分，平煤集團(tuán)公司一自備電廠的35t/h循環(huán)流化床鍋爐開始點(diǎn)火，油壓在1.2~1.6MPa時，兩支點(diǎn)火油槍霧化著燃油噴燃進(jìn)入爐膛，450~500mm厚的底料開始流化預(yù)熱，5點(diǎn)24分，即點(diǎn)火10min后，發(fā)現(xiàn)床溫開始下降，司爐工檢查發(fā)現(xiàn)兩支點(diǎn)火槍已熄火，立即又用火把再次點(diǎn)火，隨后就發(fā)生了爐膛內(nèi)及燃燒系統(tǒng)爆燃和爐門竄出火舌傷人的事故。

　　事后檢查發(fā)現(xiàn)，鍋爐保溫少部分振脫，密封與膨脹縫部分發(fā)生泄漏，由于正壓大的作用尾部煙道的麻石塊振掉，造成煙風(fēng)系統(tǒng)短路，需進(jìn)行停爐處理。

　　事后分析產(chǎn)生爆燃的原因有以下幾方面：

　?。?span lang="EN-US" style="font-family: "microsoft yahei"; margin: 0px; padding: 0px;">1）司爐工責(zé)任心不強(qiáng)。點(diǎn)火前沒有認(rèn)真試驗(yàn)點(diǎn)火槍的霧化情況，在發(fā)生點(diǎn)火中斷的情況下，沒進(jìn)行認(rèn)真檢查處理而再次點(diǎn)火，是造成爐膛內(nèi)超標(biāo)的油煙濃度遇到明火發(fā)生爆燃事故的直接原因。

　?。?span lang="EN-US" style="font-family: "microsoft yahei"; margin: 0px; padding: 0px;">2）點(diǎn)火風(fēng)的調(diào)配不適與油壓太低，造成噴油中斷滅火，滅火后沒有及時發(fā)現(xiàn)或發(fā)現(xiàn)后沒有采取措施再次點(diǎn)火而發(fā)生爆燃的原因。

　　（3）油槍霧化不良，噴咀堵塞，油燃燒不充分，爐膛內(nèi)有大量的油蒸汽。

　　所以，這次爆燃是由油槍供油中斷滅火，大量油氣充滿燃燒于煙風(fēng)系統(tǒng)中，可燃?xì)怏w溫度達(dá)到了燃點(diǎn)，遇到明火發(fā)生的劇烈爆燃。

　　1.4 煙道內(nèi)可燃物再燃

　　在循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行中，有時可能發(fā)生煙道內(nèi)可燃物再燃事故，這時會出現(xiàn)以下現(xiàn)象：排煙溫度急劇增加，一、二次風(fēng)出口溫度也隨之升高，煙道內(nèi)及燃燒室內(nèi)的負(fù)壓急劇變化甚至變?yōu)檎龎?；煙囪?nèi)冒黑煙，從引風(fēng)機(jī)殼體不嚴(yán)處向外冒煙或向外噴火星等。

　　出現(xiàn)這種問題的原因主要有：燃燒調(diào)整不當(dāng)，配風(fēng)不合理，導(dǎo)致可燃物進(jìn)入煙道；爐膛負(fù)壓過大，將未燃盡的可燃物抽入煙道；返料裝置堵灰使分離器效率下降，致使未燃盡顆粒填接進(jìn)入煙道。

　　2 鍋爐爆燃的預(yù)防

　　針對以上幾種常見爆燃發(fā)生的原因，循環(huán)流化床鍋爐操作中應(yīng)采取下列措施防止爆燃。

　?。?span lang="EN-US" style="font-family: "microsoft yahei"; margin: 0px; padding: 0px;">1）揚(yáng)火時一定要先啟動引風(fēng)機(jī)通風(fēng)5min后再啟動送風(fēng)機(jī)，以保證爐內(nèi)積聚的可燃性氣體排出，防止遇到明火。

　?。?span lang="EN-US" style="font-family: "microsoft yahei"; margin: 0px; padding: 0px;">2）鍋爐壓火時一定要先停止給煤。當(dāng)床溫趨向穩(wěn)定或稍有下降趨勢時，再停送風(fēng)機(jī)，防止壓火后床料內(nèi)煤量太多，產(chǎn)生大量可燃性氣體及干燥的煤粉。

　　（3）壓火后，揚(yáng)火前盡量避免有燃料進(jìn)入爐內(nèi)，不可在揚(yáng)火時先給燃料后啟風(fēng)機(jī)。

　?。?span lang="EN-US" style="font-family: "microsoft yahei"; margin: 0px; padding: 0px;">4）當(dāng)運(yùn)行中發(fā)生返料堵塞存灰較多時，通過放灰系統(tǒng)將灰放掉。

　?。?span lang="EN-US" style="font-family: "microsoft yahei"; margin: 0px; padding: 0px;">5）點(diǎn)火過程中如果發(fā)生油槍滅火，應(yīng)先關(guān)閉油閥，保持風(fēng)機(jī)運(yùn)行通風(fēng)5min后，再次點(diǎn)火。

　　（6）點(diǎn)火過程中，如果油槍噴咀堵塞，油槍霧化不良，導(dǎo)致床溫上升困難，達(dá)不到加煤溫度，應(yīng)停止點(diǎn)火，對油槍噴咀進(jìn)行清洗或更換后再點(diǎn)火。

　　（7）點(diǎn)火過程中，一定要控制好加煤量，一般總加煤量不能超過床料量的20%。

　?。?span lang="EN-US" style="font-family: "microsoft yahei"; margin: 0px; padding: 0px;">8）如發(fā)現(xiàn)煙溫不正常升高時，應(yīng)加強(qiáng)燃燒調(diào)整，使風(fēng)煤比調(diào)整到合適的范圍內(nèi)；若是由于返料裝置堵灰造成的應(yīng)立即將返料裝置內(nèi)的堵灰放凈；若煙道內(nèi)可燃物再燃燒使排煙溫度超過300℃以上，應(yīng)立即壓火處理，嚴(yán)密關(guān)閉各人行孔門和擋板，禁止通風(fēng)，然后在煙道內(nèi)投入滅火裝置或用蒸汽進(jìn)行滅火，當(dāng)排煙溫度恢復(fù)正常時可再穩(wěn)定一般時間，然后再打開人行孔檢查、確認(rèn)煙道內(nèi)無火源并經(jīng)引風(fēng)機(jī)通風(fēng)約15min后方可啟動鍋爐。