低床压降循环流化床锅炉燃烧工艺方法

摘要

低床压降循环流化床锅炉燃烧工艺方法，涉及快速循环流化床锅炉燃烧技术。本发明的技术方案是在保证循环流化床形成快速床流态，以及控制床内燃烧温度850～930度、流化风速4－6.2m/s，循环物料的平均粒度小于300μm的前提下，使燃烧室二次风口以上部位空间的物料浓度为1～15Kg/m3快速床状态。本发明由于降低了空间物料的浓度，减少了物料存量，可使一次风机和二次风机的压头大幅度下降，从而有效降低辅机电耗。另外，由于空间物料浓度降低，改进了气体的混合，强化了燃烧，可进一步提高锅炉燃烧效率。由于降低了密相区的床层高度，减少了大颗粒被扬析到燃烧室上部，因此可以减少燃烧室水冷壁受热面的磨损程度。

说明书

技术领域

本发明涉及循环流化床锅炉燃烧技术及设备，特别涉及一种低床压降循环流化床锅炉燃烧工艺方法。

背景技术

循环流化床锅炉是利用流态化原理实现高强度燃烧，并将燃烧温度控制在石灰石最佳脱硫温区的装置，同时由于在该温区燃煤NO生成量小，可以实现底污染排放。多数循环流化床锅炉燃烧室上部气固两相流动属于快速床流动状态。快速床是指在一定流化风速范围内，对一定粒度的物料在燃烧室空间内的物料浓度(指燃烧室内单位体积空间内含有的固体颗粒重量)达到一定数值以上时形成的一种颗粒发生团聚的流化状态。

现有技术中循环流化床锅炉基本有两种结构，一种是带有外置式换热床的循环流化床锅炉，如图1所示。该装置由快速床燃烧室，分离器，外置式换热床和物料返送阀构成。燃烧室内的物料在流化风的作用下流化，形成快速床流动状态。燃烧发生在燃烧室内，温度维持在850-930度范围内，在该温度范围内，通过加入石灰石颗粒，吸收燃烧中产生的二氧化硫。流化风夹带着物料进入分离器，物料被分离后通过返送阀送到外置换热床将高温循环物料的热量传给换热管排，冷却的物料送回燃烧室，以保持燃烧室内的物料存量，维持快速床流化状态。图2为不带外置式换热床的循环流化床锅炉的结构示意图。燃烧室由水冷壁构成，燃烧室内燃烧与换热同时进行，流化状态仍旧是快速床流动状态，该装置结构相对简单。

美国专利US 4,103,6464和US4,165,717分别于1977年3月7日和1977年10月14日公开了一种采用快速床流动的循环流化床锅炉燃烧技术。US4,103,646中规定流化风速为6.096m/s到9.14m/s，燃料颗粒粒度小于40目，石灰石粒度小于100目，快速床的物料浓度为80kg/m³到48kg/m³之间。US4,165,717对流化风速没有明确限定，但快速床的物料浓度限定为100kg/m³到15kg/m³之间，循环物料的平均粒度为30到200微米，给煤粒度小于300微米。

按照快速床理论，燃烧室内的物料浓度沿高度分布规律为一指数型分布。且随着燃烧室内物料存量的增加，燃烧室上部物料浓度逐步增加(如图3所示)。因此US4,165,717中在界定快速床物料空间浓度时是指二次风口以上的上部区域的物料空间浓度。而二次风口以下是高物料浓度的浓相区，俗称密相床区。此后随着该专利的实践，人们发现适当放宽燃料粒度对稳定燃烧室温度均匀性更有利。根据不同的煤种，燃料粒度可以在0-6mm到0-20mm之间变动。燃料粒度的放宽使得燃烧室内的物料含有部分大颗粒，而不仅仅是100-300微米的细颗粒。大颗粒在燃烧室内不可能被有限速度的流化风带到燃烧室上部，而趋于向下沉降，下部密相床区的物料包含较多的大颗粒物料，其流化形态为鼓泡床，上部仍旧维持细颗粒的快速床状态。

从燃烧的角度看，燃烧室物料存量内保留一定比例的大颗粒是必要的。大颗粒燃料燃烬需要一定时间，而大颗粒燃料在循环床锅炉燃烧室内的停留时间取决于大颗粒的床物料存量。这部分的大颗粒存量对于燃烧室上部形成快速床并没有贡献，所以宽筛分物料构成的循环床锅炉需要的物料存量为大颗粒物料存量加上燃烧室上部能达到快速床流化状态所要求的物料浓度所需的细颗粒物料存量之和。上面所述的循环流化床锅炉流化形式及物料存量的构成对于带有外置床的循环流化床锅炉(如图1所示)及后来发展的不带外置床的循环流化床锅炉(如图2所示)均有效。

由于燃烧室内的物料是由一次风的作用而流化的，按照流态化的理论及实践证明，流化所需的流化风风压(从燃烧室布风板起算到燃烧室顶部)近似等于燃烧室单位面积上颗粒物料的重量，即单位面积上的总物料存量，用压力单位表示，如KPa。原芬兰Alhstrom公司将单位面积物料存量取为8KPa-10KPa。法国Alstom公司300MWe循环流化床锅炉设计导则规定总物料存量为15-20mba(折合为15-20KPa)。上述专利和工程实践给循环流化床锅炉带来系列问题：

i)由于承托物料存量的动力来自一次风机的风压，设计一次风机压头就等于床压降、布风板阻力、风道阻力以及空予器阻力之和。布风板阻力除了为解决布风均匀之外还需要考虑由于床料层产生的反向压力脉动造成的风帽倒灰，因此物料存量越大，布风板阻力设计越大。对于Alstom公司的200-300MW双裤衩腿设计的循环流化床锅炉，一次风机压头设计时还要附加克服翻床的额外压头。因此其一次风机压头接近30KPa。其它技术流派的循环流化床锅炉一次风机压头也大多在18KPa-25KPa。因此一次风机电耗增大，使循环床锅炉岛辅机电耗比煤粉炉高，循环流化床锅炉发电比同蒸汽参数的煤粉炉供电效率低。

ii)由于物料存量大，因此要求二次风有足够的动量打入燃烧室中心区，二次风机所需的压头高，进一步增加了厂用电耗。

iii)大物料存量使得燃烧室密相区加高，较多的大颗粒物料被夹带到燃烧室中部，部分大颗粒沿水冷壁落回密相区，加重了水冷壁与防磨层交界处的磨损。

iv)燃烧室内平均物料浓度较高时，不利于气体在燃烧室的扩散和混合，影响了碳颗粒的燃烬，降低了燃烧效率。

发明内容

针对现有技术的不足和缺陷，本发明的目的是提供一种低床压降循环流化床锅炉燃烧工艺方法，该工艺方法是在保证循环流化床燃烧室内维持快速床状态的前提条件下，通过降低单位面积物料存量的方法减少燃烧室上部的物料空间浓度，从而解决现有循环流化床锅炉存在的风机压头高导致的电耗大，燃烧室内水冷壁磨损严重和燃烧效率低的缺点。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

一种低床压降循环流化床锅炉燃烧工艺方法，其特征在于：该循环流化床锅炉是在保证燃烧室上部形成快速床流态，以及控制床内燃烧温度为850～930度、风速为4-6.2m/s，燃烧室内循环物料的平均粒度小于300μm的前提条件下，使循环流化床燃烧室内二次风口以上部位空间的物料浓度为1～15Kg/m³快速床状态。

本发明的技术特征还在于：在循环流化床燃烧室单位面积物料存量或床压降小于等于8KPa，对不同燃料，不同燃烧室高度的循环流化床所需要的床压降P按下式计算：

(N₁+k_o+0.07×h).＞P＞(N₂+k_o+0.02×h)

P----床压降/KPa

h-----燃烧室高度/米

N₁----高限煤种常数：对于无烟煤取3.5，烟煤取2.5，褐煤取2.0；

N₂----低限煤种常数：对于无烟煤取1.5，烟煤取1.3，褐煤取1.2；

k_o---密相区常数：对任何燃料均取1.5。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：采用本发明可使循环流化床锅炉的一次风机压头大幅度下降，相应二次风机的压头也可以下降，这样可以有效降低辅机电耗。实现节能型循环流化床锅炉燃烧。另外，由于燃烧室空间物料浓度降低，改进了气体的混合，强化了燃烧，可进一步提高锅炉燃烧效率。由于降低了燃烧室密相区的床层高度，减少了大颗粒被扬析到燃烧室上部，因此可以减少燃烧室水冷壁受热面的磨损程度。

附图说明

图1为带有外置式换热床的循环流化床锅炉的结构示意图。

图2为不带外置式换热床的循环流化床锅炉的结构示意图。

图3快速床物料浓度沿高度分布规律的示意图。

具体实施方式

本发明提供的低床压降循环流化床锅炉燃烧工艺方法，是在循环流化床锅炉采用快速流态化状态，以及控制床内燃烧温度为850～930度、风速为4-6.2m/s，燃烧室内循环物料的平均粒度小于300微米的前提条件下，使循环流化床燃烧室内二次风口以上部位空间的物料浓度为1～15Kg/m³快速床状态。图3为快速床物料浓度沿高度的分布规律的示意图。随着总物料存量的不同，燃烧室二次风口以上的物料浓度是变化的，形成一族指数曲线，已有技术选择的是右边浓度大于15Kg/m³的快速床曲线浓度分布。本发明选择的是介乎于15Kg/m³与1Kg/m³的快速床浓度曲线，即A为本发明选择区域B为已有技术选择区域。

为保证实现上述物料浓度，循环流化床燃烧室单位面积物料存量或床压降小于等于8KPa，对不同燃料，不同燃烧室高度的循环流化床锅炉所需要的床压降P可按下式计算：

(N₁+k_o+0.07×h).＞P＞(N₂+k_o+0.02×h)

P----床压降/KPa

h-----燃烧室高度/米

N₁----高限煤种常数：对于无烟煤取3.5，烟煤取2.5，褐煤取2.0；

N₂----低限煤种常数：对于无烟煤取1.5，烟煤取1.3，褐煤取1.2；

k_o---密相区常数：对任何燃料均取1.5。

实施例：

例如，一个燃用无烟煤的循环流化床锅炉燃烧室高度为30m，为了使得燃烧室内二次风口上部物料浓度为3-5Kg/m³。燃烧温度根据燃料燃尽和脱硫效果控制在850-930度之间，燃料粒度选择为0-8mm，床压降根据本发明所提供的计算公式可以得到介乎于3.6kPa和7.1kPa之间。