甘建辉（1962－）
男,（赣能萍乡电厂，江西 萍乡 337016），曾先后担任萍乡发电厂燃料科公司经理助理、副经理、检修分场热工专业主任、分场书记兼热工专业主任、检修分场主任、热化分场主任，现任赣能萍乡电厂党委办公室主任。

摘要：本文主要论述了循环流化床锅炉在国内的发展历程和发展现状，着重探讨了循环流化床锅炉的特点和基本特征，并针对循环流化床锅炉在运行当中容易出现的问题提出了需要注意和解决的方法，尤其是对循环流化床锅炉的燃烧原理、炉膛内部的物料流动结构做了比较深入的探讨，并对机组在点火启动、给煤、燃烧控制（一次风、二次风）、分离器、返料器、排渣等分系统做了比较细致的描述。

关键词：燃烧机制；分离效率；回料；结焦

Abstract:This paper mainly discusses internally circulating fluidized bed boiler in the development process and the development of the status quo, focused on the characteristics of circulating fluidized bed boiler and basic features, and for circulating fluidized bed boiler in the operation which easily lead to the need for attention to the problem and the solutions to these problems, especially for the circulating fluidized bed combustion boiler principle, flow of materials within the furnace structure done a more in-depth discussions, and units in the ignition start to the coal, combustion control (one wind, second wind ), the separator, back to the feeder, Deslagging sub-system to do a relatively detailed description.

Key Words: Combustion mechanism; Separation efficiency; Return Material; Coking

1　引言

    CFB锅炉因其良好的环保特性（氮氧化物排量低、在燃烧的过程中可以实现脱硫）、广泛的燃料适应性和燃烧的稳定性、燃烧效率高、排出的灰渣易于综合利用以及负荷调节范围广等特点，目前已经在国内得到了极大的推广和应用。

2　CFB锅炉的发展历程

    在1980-1990年国内的主要锅炉厂家就开始研究国外35-75t/h的CFB锅炉技术，并取得了成功，推广应用大约50台机组；1991-2000年开始研究75-130t/h的CFB锅炉，推广应用大约200台机组；在2000至2004年开始研究大型CFB机组，其中国内三大锅炉厂分别引进了三家国外公司大型CFB锅炉技术（1996年东方锅炉厂引进FW公司220-400T/hCFB技术；2001年哈尔滨锅炉厂引进了EVT公司100MW-150MW机组CFB技术；2002年上海锅炉厂引进了ABB-CE公司的100MW-150MW机组CFB技术），并推广应用200余套。目前CFB机组正朝着大型化方向发展，国内第一台200MWCFB机组将在江西分宜投入运行，第一台300MW机组将在四川内江投入生产。

3　CFB的基本特点

    CFB锅炉在结构及燃烧方式上均与普通煤粉炉不同，循环流化床锅炉采用布风板上床层流化燃烧方式，炉膛内分密相区和稀相区（见图1），一次风由锅炉底部风室进入密相区，主要将密相区的床料良好流化；二次风由炉膛中部分层进入稀相区，将燃料充分混合燃烧，其中在密相区的燃烧为缺氧燃烧，在稀相区的燃烧为富氧燃烧。在燃料中伴有石灰石的加入进行炉内燃烧过程中的脱硫，炉膛内温度一般控制在850-900℃范围内，在此温度区间脱硫效果最好而且氮氧化物的排放最低。另外，炉膛烟气中的未燃的大颗粒将沿炉壁下沉到密相区再次被流化、摩擦、爆裂燃烧形成CFB锅炉的内部循环，而小颗粒将被烟气携带出炉膛经过安装在炉膛出口的旋风分离器后，细小颗粒被烟气直接带入尾部烟道排出，而稍大一点的颗粒被分离后进入返料装置在返料风的作用下被重新回送炉膛继续燃烧，这就构成了CFB锅炉的外部循环与内部循环。

图1  CFBB结构示意图

    CFB的特征构件：

    ● 旋风分离器（气固分离）；

    ● J阀返料器（物料循环）；

    ● 冷渣器（排渣冷却）；

    ● 给煤、石灰石脱硫、流化风系统。

    CFB锅炉燃烧特征：

    ● 流化 增加燃料和脱硫剂每颗粒受热与接触面积；

    ● 循环 延长燃料和脱硫剂每颗粒受热与接触面积（包括内循环与外循环）；

    ● 低温 在850℃-900℃脱硫脱氮效果最好。

4　CFBB的燃烧系统特点

    4.1　启动床料

    要保证循环流化床的正常运行，必须要保证炉膛内物料的正常流化和一定的物料循环，因此在初次启动时需要在炉膛内加入一定的物料，初次启动一般加入粒径在1mm以下的细河砂，床料的具体高度以锅炉厂说明书为准（哈锅440t/h：600mm），再次启动可以使用原有的床料。锅炉点火启动时间不易过长，因为启动时间过长容易造成床料中细物料的缺失，造成流化不良等，突然给煤易造成启动时局部结焦，随着给煤量的持续加入和负荷的逐渐升高，结焦的范围将逐步扩大，如果发现不及时将造成整个床层的结焦，将严重影响正常生产。其实这种现象是完全可以通过仔细观察床层每个区域的温度曲线来得到避免，如果在初次加煤后，床层各点温度均呈幅度基本相同的变化趋势，则表示启动、流化、着火正常，如果出现发散特性，则应停炉检查，防止结焦的进一步扩大。

    4.2　启动加煤

    当启动床料温度升高到煤的着火点后（煤种不同其着火点不一样，最好采用设计煤种，一般烟煤550℃、贫煤650℃、无烟煤750℃）应采取脉动给煤的方式，一般是加煤90S然后停90S，连续3次，期间仔细观察床温和氧量的变化，如果床温的变化趋势是先降后升，而氧量在持续下降，则表示煤已点着，升温幅度一般控制在4-6℃/min。炉膛传热主要以辐射传热（55%）和对流传热（45%）为主，影响传热的主要因素为颗粒的粒度、浓度、流速及受热面的面积等。煤的粒径一般要求在8mm以下，但25um以下的颗粒最好不要超过25%。

    给煤系统主要容易出现的问题是堵煤，这跟煤的粒度、水分以及煤斗的设计有很大的关系，当煤中的水分大于一定值（一般讲如果水分>13%比较容易产生堵煤）、煤中的细颗粒过多，极易产生粘壁、搭桥现象，导致出口堵煤，因此煤在破碎前应尽量进行筛选避免细颗粒煤的再次破碎，这样既可以有效防止堵煤同时又可以保证入炉膛煤的粒度。

    4.3　炉膛内物料的流动结构

    物料在炉膛中呈核环结构、壁区返混、扬析夹带流动方式。根据循环流化床的流体动力特性，可以将稀相区横截面分为中心核心区和壁面环形区两部分。在核心区，颗粒在其中由下向上运动，固体颗粒浓度较小；在床体壁面为密相环形区中，固体颗粒汇集成各种不同的密相结构（颗粒团），颗粒团与固体颗粒分散在其中交替地与床壁面接触，沿传热壁面下滑、离散，期间与受热面进行对流和辐射传热。

    4.4　燃烧机制

    燃烧机制的核心为残碳，即循环流化床内所有没有燃尽的碳质量，而锅炉负荷则全部来自于所有残碳的燃烧，而不是来自于瞬时的给煤量，给煤量只是用来补充燃烧中消耗的残碳，保证在一定负荷下残碳总量的平衡。因此说要进行循环流化床锅炉的变负荷调节，关键是要调节残碳的燃烧份额，这样才能保证调节的快速性和稳定性。虽然煤在进入炉膛后循环量有所增大，但由于锅炉的循环倍率（CFB锅炉循环倍率是指每小时的循环物料重量与进入炉膛燃料量的比值。影响循环倍率的主要因素是燃料特性，尤其是粒度分布、分离器效率及运行风速等）一般至少为20～50，也就是说增加的给煤量在炉膛中所占的份额很低，炉膛中96%左右为循环灰，况且煤进入炉膛后要进行一系列的吸热、破裂、燃烧、放热等过程，因此具有比较大的热惯性。

    根据循环流化床锅炉的残碳概念，对负荷的调节主要采用以调节炉膛内的灰浓度为主进行调节（灰浓度可以采用炉膛出口与密相区上部之间的差压来表征），通过调整一、二次风的配比来调整灰浓度（灰浓度与烟气流速的平方成正比）及稀相区的燃烧份额。增负荷则增大一次风量和给煤量，以氧量调整二次风量。减负荷则减煤、减一次风量，但减一次风量的前提是必须要保证锅炉的最小流化风量（锅炉最小流化风量一般为总风量的20%左右，最小一次风量的限制最好要比最小流化风量高出10%左右）。为防止突然较大负荷的减少导致主汽压力的过度升高，建议在减负荷时，同时快速减少二次风量，进而降低稀相区的燃烧份额，也就是说在降负荷时以增加飞灰含碳量为代价来换取系统的稳定运行，同时为保证降负荷时因一次风量的降低可能导致床温的骤降，建议同时增大排渣量，降低床压，以维持床温在许可的范围内。

    4.5　分离器的分离效率

    锅炉负荷在40%～100%的范围内，其分离效率一般可以达到98%，分离器的入口灰浓度一般在3～5Kg/Nm3左右，随着分离效率的增加旋风分离器入口灰的含碳量在逐渐减少，而分离器出口灰的含碳量基本变化不大，这表明大颗粒的物料在经过分离器分离后循环燃烧的程度进一步加大，提高了燃烧效率。但是在入口处50um以下的颗粒其含碳量较高与出口处相当，这说明这一部分粒径小的颗粒没有被分离器分离出来进行循环燃烧，同时在旋风分离器内也没有发生二次燃烧。同时分离器入口烟气流速、飞灰浓度、烟气温度等都会对分离器的分离效率产生影响。

    4.6　回料阀

    回料阀是构成循环流化床物料循环的重要构件之一，一般为J型自平衡阀，由料腿压力和回料器炉膛入口阻力形成一个自由循环。回料风包括流化风和松动风，一般在冷态调好后无需再调节，与锅炉的负荷无关，一般在料腿设置最高和最低料位监视测点。

    4.7　排渣

    目前采用的冷渣器一般为滚筒冷渣器和风水联合冷渣器，风水联合冷渣器的主要优点是容量大，冷却效果好，在国外是广泛使用的定型产品，但在国内大多CFB锅炉上配套使用时，存在的问题比较多，主要是锅炉排出的底渣粒径大。该型冷渣器由3个室组成，一室为空室，布置有水冷管束的二、三室之间设置了隔墙，依次并列的3个室均在底部安装了布风板，一室流化速度较高，约为1.0～1.3 m/s。而二、三室流化速度为0.3～0.5 m/s，炉渣分别经过3个室风水联合冷却后，由第三室后壁中部的溢流口排出。由此可见：风水联合冷渣器对底渣的粒度级是有一定要求的，比较适合于褐煤。而燃用贫煤、无烟煤等所产生的底渣就满足不了冷渣器对粒径的要求，造成一室被粗渣压死，二、三室根本不能流化，结焦频频发生，往往导致停炉。因此说从煤中杂质及入炉煤粒度控制方面无法改进的话，那么只能放弃这种冷渣器，转而改用对底渣粒度不敏感的滚筒式冷渣器、螺旋式冷渣器或强力钢带式冷渣器。前两者为国产，廉价，后者为进口，价格昂贵，但使用效果都很好，能够满足运行要求。

    为保证冷渣器的正常运行，冷态时应进行各冷渣室的流化风试验，保证各室的冷渣风量，但因煤种的不同，渣的密度将不同时，因此应密切注意各冷渣室的床压（一般在17-19Kpa），但床压超出规定值，应适当放出部分底渣（主要是1室的大颗粒渣，通过底部的事故排渣口排出），注意底渣不可放空，否则将导致冷渣器的低温结焦。

5　CFBB锅炉容易出现的几个问题

    5.1　点火启动阶段：

    ● 床下燃烧器烧坏（床下燃烧器的冷却风量不足，运行中要注意观察冷却风量，保证壁温热电偶的安装质量）；

    ● 炉内结焦，有较大焦块（炉内局部流化不好，床料黏结，要注意观察床层的温度分布，防止局部结焦）。

    5.2　冷渣器容易出现的问题

    ● 冷渣器内结块、结焦（底渣颗粒大在冷渣器内流化困难，出现积聚及接块现象；另外冷渣器内要保证一定的冷渣，不能排空，并且要保证冷渣器流化风量）；

    ● 排渣温度高（入炉煤灰量大，远远超过设计煤种，底渣量超过冷渣器的设计能力，冷却速度慢，导致排渣温度高）。

    5.3　给煤系统问题
   
    堵煤、断煤（原煤经破碎后送入煤斗，当入炉煤细粒子多，且其表面水分大于一定值，则煤斗内煤粘壁压实、搭桥、出煤口不下煤，旋转给料器轮斗粘煤、堵煤；煤斗设计不合理, 注意改善煤斗型线、下煤口结构以及煤斗内衬材料等措施；给煤机断链；应控制给煤粒度，最重要的是要控制采购时原煤中的细粒子粒度）。

6　对煤种适应性的说明

    循环流化床锅炉与任何其他形式的锅炉相比，其突出的优点是对煤种的适应性强，但这并不意味着某一台循环床锅炉能燃用任何煤种。只有当煤种变化后，还能建立正常的物料平衡和热平衡，即煤质特性、循环物料的浓度和粒度分布、烟气流速、旋风分离器的分离效率、床温床压等都还在匹配的范围内，锅炉各项蒸汽参数能通过现有的调节手段来调节，并保证锅炉各个受热面不超温，不结渣，同时锅炉所有辅助设备，如煤的破碎和输送、锅炉所有风机的容量、锅炉除灰出渣设备等都能安全稳定运行，才能说该锅炉对变动的煤种是适应的。所谓循环床锅炉对燃料的适应性强，主要是指工程技术人员能够按多种燃料设计相应的循环流化床锅炉，而几乎不受煤种的限制。对于一台已经布置制造好的循环床锅炉，当煤种的变化范围较宽时，其经济性和锅炉的出力等均会受到不同程度的影响，甚至不能安全稳定运行。如当煤的发热量和挥发份较低时，锅炉可能会由于床温偏低而导致燃烧不稳定，甚至熄火；当煤的发热量和挥发份较高时，又可能导致床温和尾部对流烟井温度偏高而造成炉膛结渣，炉内和尾部对流受热面管子超温爆管。

    煤的种类、性质与燃烧参数（床温、分离器是否冷却、旋风分离器出口烟温、过量空气系数等）相结合，决定了循环流化床锅炉循环主回路和尾部对流受热面之间的热负荷分配。对于不同燃料，循环主回路和尾部对流受热面之间的热负荷分配是不同的，对于烟煤烟气携带了大约42%～44%的热量到尾部受热面，对于同一种煤种烟煤，发热量低，水份较高，锅炉带到尾部的热负荷高，这说明烟煤的发热量越低，水份越高，带到尾部的热量也就越多，当煤种的热质和水份接近时，含氢量高的煤，烟气带到尾部的热量也就高。对于贫煤，由于其成分与烟煤接近，因此烟气带到尾部的热量略高于烟煤。对于无烟煤，由于较难着火和燃尽，炉膛采用了较高的床温，因此进入尾部对流烟道的烟气温度高，携带的热量也高，基本上在46～49%左右，远远高于烟煤和贫煤；对于褐煤，由于煤种含水份高，热质低，但含水份高，再加上氢的成分亦高，生成的烟气中水蒸汽的含量高，因此进入尾部对流烟道的热量介于烟煤、贫煤和无烟煤之间，约为45～46%左右。因此对于不同煤种，循环流化床锅炉主循环回路和尾部对流烟道的热量分配差别较大，烟煤最小，大部分热量被炉膛和炉内受热面吸收，贫煤次之，无烟煤为最大。对于同种煤种，煤的发热量、水分、氢的含量对热量分配有一定的影响，总的趋势是发热量越低，水分和氢含量越高，进入尾部的热量越多，但在一定范围内差别不是很大。