循环流化床锅炉与煤粉锅炉在启、停炉过程中的比较

1　两种炉型概述 首先从大体的燃烧方式上讲，煤粉锅炉将燃煤经制粉系统磨制成粒度约1-300μm的细煤粉，然后经燃烧器与助燃的二次风热空气一起喷入炉膛，煤粉与助燃热空气在炉膛内强烈混扰、悬浮燃烧，大约经几秒钟的时间就完成了燃料的燃烧过程。燃烧后产生的灰份约有90%左右以细灰的形态随烟气一起掠过锅炉的各级受热面进行换热后离开炉体。烟气经电除尘器除尘后，通过引风机从烟囱排入大气。煤粉锅炉燃烧系统具有代表意义的设备有送风机、引风机、制粉系统（给煤机、磨煤机、排粉机和粗、细粉分离器）、燃烧器等。 循环流化床锅炉取消了煤粉锅炉的制粉系统，将燃煤直接细碎成粒度在0-8mm的煤粒后，经给煤机送入炉膛的床内（密相区），从床下进入的热一次风将床层物料和煤粒充分流化，煤粒与床料发生强烈的碰撞和换热，迅速引燃、着火燃烧。大的颗粒在床内燃烧；细颗粒则随着烟气流向至炉膛上部（稀相区）继续燃烧换热，其中一部分细颗粒聚集成大的粒子团克服不了重力的作用在近炉壁处又向下运动，而炉膛中心相对较稀的气-固相继续向上运动，形成了一个强烈的颗粒炉内循环；相对较稀的气-固相夹带着大量未燃尽的颗粒离开炉膛后，进入旋风分离器，将烟气中夹带的大部分物料颗粒分离出来，再经J阀回料装置送会炉膛床内继续燃烧和利用，构成了一个大的物料炉外循环。而后的烟气则同样经过锅炉的各级受热面进行换热后离开炉体，经电除尘器除尘后，通过引风机从烟囱排入大气。循环流化床锅炉燃烧系统具有代表意义的设备有送风机、引风机、J阀风机、给煤机、旋风分离器、J阀回料装置、冷渣器和床下点火风道等。 2　两种炉型的比较 2.1　在大致了解了煤粉锅炉与循环流化床锅炉在燃烧方式和结构上的区别后，我们从锅炉启动过程上来进一步对二者进行比较。 2.1.1　点火前的准备。煤粉锅炉在点火前为了清除炉内的残余可燃气体，防止点火时发生爆燃，要进行吹扫工作，吹扫风量大于额定值的25%，吹扫时间不少于5分钟。循环流化床锅炉除了进行必要的吹扫工作外，还要控制合理的床层压力，以410t/h循环流化床锅炉为例，点火时的炉膛床压一般控制在4-5Kpa。这是因为炉膛内的床体主要是由大量的惰性灰渣（正常运行时占总床料的95%以上）组成的，其蓄热容量是随床层压力（对应不同的静止床高）的升高而升高的。如果点火床压过高，启动时间和启动过程中需要的燃油量都会相应加大；如果点火床压过低，床层的蓄热量就会降低，影响煤粒的引燃，因此保证合理的点火床压对循环流化床锅炉的启动是很重要的。 2.1.2　点火方式。煤粉锅炉在启动中所采取的点火方式是在炉膛内点燃对角油枪，对炉膛内的耐火、金属受热面和烟气直接进行加热，并随着耐火材料、金属受热面和烟气温度的提高逐渐增加油枪的出力或增加点火油枪的投入数量，使炉膛内的烟气温度达到煤粉的着火温度。随着煤粉锅炉容量的不断增加，点火油枪在炉膛沿高度方向布置的数量也不断增多。循环流化床锅炉的点火方式则不同，以410t/h循环流化床锅炉为例，是采用床下风道点火器的方式进行点火，利用燃油的放热加热烟气的温度，再利用热烟气加热炉膛内的床层，以不断提高床层的温度水平达到煤粒的着火温度。从结构上讲，床下风道点火器不仅要用来对炉膛内的耐火材料、金属受热面和烟气进行加热，还要用来对床下风道、平衡风室、旋风分离器、J阀回料装置中的耐火材料和床层物料进行加热，因此循环流化床锅炉的启动时间和在启动过程中的燃油量都比煤粉锅炉要大的多，而且它在启动过程中所受到的升温、升压速度的限制条件也比煤粉锅炉要多。 2.1.3 　煤的投入时机。煤粉锅炉的煤粉是靠煤粉气流和炙热的烟气在强烈混合后所吸收的对流换热，以及炉膛四壁和高温火焰的辐射换热来达到着火温度的。研究表明，烟气的对流换热是主要热源。当烟气温度达到煤粉的着火温度时（一般由高温过热器出口烟温来判断），就可以适时的投入给粉机的运行。当煤粉气流着火燃烧逐渐形成火炬后，就可以逐步增加给粉机的转数，减少油枪的出力了。循环流化床锅炉的煤粒则是通过在床内被加热到着火温度后，析出挥发分、着火燃烧的。由于每秒种新加入床内的冷燃料只占床料的1%左右，大量的热床料非但不与新加入的燃料争夺氧气，却提供了一个蓄热量很大的热源。煤粒燃烧所放出的热量，其中一部分又用来加热床料，使床内温度始终保持在一个稳定的水平。由于循环流化床锅炉点火方式的限制，被加热的床层温度存在上限，这恰好也在煤粒着火温度的下限附近，因此在投煤的初始阶段，煤粒在床内并不能充分燃烧。凭借“间断投煤逐步提高床温”这一手段，在床温达到煤粒着火温度以上时，就可以连续投煤了。随着床温的上升和投煤量的增加，燃油量就可以逐步降低了。从表一可以看出，锅炉型式不同，煤的着火温度也存在不同。 表一 　燃料的着火温度（℃） 测试设备 燃料 着火温度 固体燃料着火温度测试仪 泥煤 225 褐煤 250-450 烟煤 400-500 无烟煤 700-800 煤粉气流着火温度测试设备 褐煤（Vr=50%） 550 烟煤（Vr=30%） 750 贫煤（Vr=14%） 900 无烟煤（Vr=4%） 1000 2.1.4　一、二次风的配比及作用。煤粉锅炉的一次风作用主要是通过燃烧器向炉膛内喷射煤粉气流，为煤粉的燃烧提供基本的氧气；二次风用来控制总风量。一、二次风相互作用来调整炉膛火焰的中心高度和控制火焰偏斜。由于一次风系统的阻力相对较小，一次风所需的压力也不是很高，以220t/h煤粉锅炉为例，点火投粉初期，一次风总风压控制在2-4Kpa左右即可。而循环流化床锅炉的一次风最主要的作用是克服平衡风室和床层的阻力对炉膛床料进行充分流化，为炉膛内物料的整体循环提供充足的动力，同时为入炉煤的燃烧提供基本的氧气，另外对冷渣器提供足够的流化风量，对给煤系统提供必要的播煤风量；二次风还是用来控制总风量，为炉膛上部稀相区的未燃煤提供燃烧所需的氧气，不过由于循环流化床锅炉燃烧机理的不同，通过分级配风，还可有效的控制氮氧化物的排放量。由于一次风的用途多、系统阻力大，要求的一次风压力和风量都较同容量的煤粉锅炉大。以410t/h循环流化床锅炉为例，在点火初期，一次风总风压应控制在6-7Kpa左右，才能满足床层流化的要求。 2.1.5　经过以上分析可知，循环流化床锅炉与同容量煤粉锅炉相比，启动时间要相对延长，这对于机组的经济性及适应电力系统负荷变化的灵活性上都是不利的。表二对两种锅炉的升压速度进行了比较（以410t/h容量锅炉冷态启动为例）。 表二　锅炉升压速度表 过热压力（MPa）相应炉水温度（℃）煤粉锅炉升压时间（分）循环流化床锅炉升压时间（分） 0.19 117 60 60 0.49 151 90 60 1.21 185 120 150 2.28 218 150 290 4.15 252 180 330 7.02 286 210 380 9.81 320 240 420 2.2　从锅炉启动过程上对循环流化床锅炉与煤粉锅炉进行比较后，我们再从停炉过程上对二者进行比较。 2.2.1　投油助燃的时机。循环流化床锅炉与煤粉锅炉相比，有一个突出的优点就是循环流化床锅炉的低负荷稳燃区比煤粉锅炉的要低的多，即其负荷调节范围大。对于煤粉锅炉，当负荷低于额定值50%-70%时，就要投入助燃油枪，以保证稳定燃烧避免突然熄火或爆燃事故。而对于循环流化床锅炉，它的低负荷稳燃区一般在30%额定负荷左右，也就是说当负荷低于额定值30%-40%时，才需要投油助燃。这是因为循环流化床锅炉炉内床截面风速高，易于控制炉内吸热。当锅炉负荷要求变化时，只需调整给煤量，并适当调整流化速度改变炉内的循环物料量，就可以满足锅炉负荷的变化要求。因此，在停炉过程中循环流化床锅炉比煤粉锅炉的燃油量相对减少 2.2.2　停炉过程中的其他操作。停炉过程中，在汽水系统上的操作两种锅炉没有区别，在燃烧系统上也基本是按照各自的步骤逐渐减少和停止燃料的供应，待熄火后，继续维持风机运行5分钟左右，借以清除炉膛和烟道内的可燃物，当氧量上升到大于15%后，停止风机的运行并关闭挡板。在停炉过程中，循环流化床锅炉比煤粉锅炉多执行的操作就是要注意对炉膛床压的控制。这是因为在停炉过程中随着燃料量和风量的逐步减少，炉内的循环物料量也会相应减少。大量的悬浮物料从稀相区落至床内，造成炉膛床压和差压的迅速上升，为了保证床料的基本流化，防止局部流化不良导致结焦，在一次风量逐步减少的情况下，只有通过冷渣器将大量的床料排出炉膛以维持适当的停炉床压。因此，在停炉过程中，冷渣器一般始终保持运行，直至床压达到要求。尤其在发生炉膛内汽水系统爆管事故时，为防止床内物料遇水结块，应迅速启动床下风道点火器，维持炉膛床温在350℃以上时，尽量将所有床料排净。 2.2.3　停炉冷却。循环流化床锅炉和煤粉锅炉在停炉后的自然通风冷却和强制启风机冷却上的规定基本一致。但是考虑到正常停炉后循环流化床锅炉炉膛床内和J阀回料装置内都积存有大量物料，其蓄热量比煤粉锅炉要大的多，因此它所需要的冷却时间也比煤粉锅炉要长。为了达到炉膛能够进人进行检修的条件，一般应将床料温度降至50℃以下后才停止风机的运行；而对于J阀回料装置，根据冷却要求J阀风机比送风机的运行时间一般要延长16小时左右。表三对循环流化床锅炉和煤粉锅炉在停炉至检修冷却时间上进行了简单对比。掌握两种锅炉在停炉冷却上的时间差异，对生产调度工作及检修工期的安排具有重要的意义。 表三　停炉至检修冷却时间表（h） 3　结束语 经过以上对循环流化床锅炉与煤粉锅炉在启、停炉过程中的比较，我们更加了解了这两种炉型各自的特点，为今后在运行调度、调整及检修方面提供了一些依据。