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【摘 要】对CFB锅炉的物料分布特征进行了分析。对不同的燃料，内循环物料和外循环物料平衡的实现方式不同，高的分离器分离效率是物料平衡实现的基础。
【关键词】循环流化床锅炉；物料平衡；物料循环
0.前言
循环物料平衡、热量平衡和高的燃烧效率是CFB锅炉正常运行的基础。其中，物料平衡是CFB锅炉正常运行的基本条件，而CFB锅炉的物料平衡又与不同区域的物料分布形式和分布特征有关。因此，有必要对CFB锅炉的物料分布特征进行研究。
1.CFB锅炉内的物料构成
在通常条件下，炉内物料主要由SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、CaSO4、焦碳等构成。
物料中SiO2、Al2O3和Fe2O3为主要成分，SiO2含量一般在40～60%，Al2O3含量一般在20～30%，Fe2O3含量一般在3～10%。随着脱硫用石灰石的增加，CaO和CaSO4含量增加。
焦碳在爐内的平均含量与燃料的燃烧特性有关。对褐煤，底渣可燃物含量一般低于0.5%；对烟煤，底渣可燃物含量一般在1.5%左右；对贫煤，底渣可燃物含量一般在2～3%左右；对无烟煤，底渣可燃物含量一般在3%以上。此外，底渣可燃物的含量明显与底渣份额和燃煤粒径有关。
总体上，炉内的平均含碳量与燃料密切相关。难燃煤种与易燃煤种相比，由于不同燃料的燃烧特性不同，要维持相同的热量释放，难燃煤种在炉内的焦碳浓度或焦碳总量应大于易燃煤种。
2.CFB锅炉内的物料分布状态与分布特征
对CFB锅炉，按炉内的物料浓度通常将炉膛分为密相区、过渡区和稀相区三个区域。CFB运行状态下，在物料循环回路的不同部位，物料粒径的分布和可燃物含量存在很大区别，物料在炉内的分布大致分为以下四种类型：内循环物料、底渣、外循环物料（循环灰）和飞灰。
内循环物料的稳定是CFB锅炉热量平衡的基础，也是CFB锅炉正常运行的关键。在密相区、过渡区和稀相区存在不同的循环方式，同时三个区域的物料特性有很大区别。沿炉膛高度，物料粒径和焦碳含量逐渐减小，密相区物料与底渣相似，稀相区物料与外循环物料相似。
底渣由密相区内排出的物料组成，主要为煤中所含的矸石、未破碎的大煤颗粒、回料管回送的循环灰等。底渣中的可燃物含量一般比炉内的平均可燃物含量大。
外循环物料指通过炉膛出口进入分离器并回到炉内的物料。外循环物料的粒径一般在0.3mm以内，可燃物含量一般在1%左右。
采用旋风分离器结构的飞灰粒径一般小于0.1mm，由进入分离器未分离下来的内循环物料构成。飞灰可燃物含量是以上四种物料类型中最高的。对同一种煤种在相当的运行条件下，随着脱硫用石灰石的增加，飞灰总流量相应增加，但飞灰可燃物总量基本不变，飞灰可燃物含量会相应减小。
3.CFB锅炉内的物料流动状态
物料在炉内的宏观运动表现为：
a.物料在密相区有强烈的内循环。
b.物料在一次风的带动下经过过渡区进入稀相区，在密相区的上界面有大量的物料扬析和回落。
c.随着炉膛高度的增加，物料向上扬稀夹带的量逐渐减少，在炉膛壁面可见物料向下流动。
4.CFB锅炉物料分布的实现
CFB锅炉的稳定运行过程就是实现满足CFB运行所需的内循环物料、外循环物料、底渣和飞灰平衡过程。
在低负荷运行条件下，CFB锅炉处于鼓泡床运行状态，内循环物料主要积聚在密相区位置，外循环物料量很少，物料主要通过底渣离开炉膛。
在CFB运行状态下，内循环物料和外循环物料需要维持到一定的浓度才能够得以实现，具体表现为一定量的内循环物料和外循环物料平衡的实现。CFB锅炉的升负荷过程可以看作是内循环物料和外循环物料的积累过程。
在不排放循环灰条件下，物料进入炉膛后通过两个途径离开炉膛，底渣和飞灰；对应特定的运行状态，存在一个特定的底渣份额或飞灰份额。由于密相区与稀相区的物料浓度差异，煤的成灰特性就可以通过四种物料在炉内分布或平衡的实现可以充分体现出来，以下通过一些特殊煤种的物料分布或平衡的实现方法和现象进行阐述：
a.高灰份易破碎煤种，底渣平均粒径ddr明显低于给煤平均粒径dfuel，底渣份额adr小于飞灰份额afa，外循环物料量大。
b.高灰份难破碎煤种，ddr与dfuel相当或大于dfuel，adr远大于afa。尽管燃料的灰份含量高，如果给煤粒径过粗或破碎 性能很差（如煤矸石），在较短的运行时间内，即使锅炉风室压力已经很高，炉内料层压降增大，但只是密相区大粒径循环物料量在增加，而可参与炉膛上部循环和外循环的物料量却难以积累，锅炉将以鼓泡床方式运行。锅炉从刚启动时的鼓泡床运行方式过渡到CFB运行方式需要很长的时间，添加可循环的细物料是一个很好的方法。
c.低灰份煤种，一般需要添加可循环的细物料。对低灰份褐煤，燃料的投入甚至不足以弥补飞灰的物料损失，需要定期添加一定的可循环细物料。该类型CFB锅炉选用选择性排渣冷渣器可以弥补排渣带来的一部分物料损失。
5.分离器对物料分布的作用
分离器的分离效率对物料分布和燃烧效率起着关键作用。
正常运行条件下，通过底渣的排放和立管内物料料位的自平衡调节，进入炉内可生成的可循环物料量与飞灰量相当，外循环物料的粒径保持在0.3mm以内，炉内维持相当的物料量且平均粒径小于一定值。满足此运行条件，大量的焦碳可在炉膛中上部燃烧，密相区释放的热量带到炉膛上部，炉膛设计中所取的换热系数与运行值相当，热量沿炉膛高度较为均匀地释放。
如果分离器分离效率降低，可循环物料量减小。分离效率的降低一般同时意味着分离器捕捉细颗粒的能力降低，这会造成内循环物料和外循环物料的平均粒径增大，炉膛设计中所取的换热系数大于运行值。随着分离器分离效率的进一步降低，即使在满负荷条件下，CFB锅炉仍将以鼓泡床方式运行。
在实际运行中，由于分离器分离效率、运行控制、煤质特点等原因，常常无法满足CFB运行方式所需要的内循环物料量和外循环物料量及颗粒粒径要求，常常以鼓泡床方式运行。为达到锅炉满负荷出力，通常加大给煤量运行，炉膛下部温度一般在950℃以上，为减小密相区温度，通常采用较大的过量空气系数和一次风份额，而炉膛上部温度一般 在850℃以下，同时还出现水平烟道积灰、飞灰粒径偏大、省煤器频繁爆管等现象。
6.结论
物料在CFB锅炉内的分布可分为四种形式：底渣、飞灰、外循环物料和内循环物料。CFB锅炉的物料平衡可以进一步认为是内循环物料和外循环物料的平衡。CFB运行方式需要满足一定的内循环物料量，对特殊煤种需要采取特殊的方法实现物料的平衡。分离器的高效分离效率是满足和维持可循环物料积累的必要条件。 [科]
【参考文献】
[1]房德山，冷伟，徐治皋.循环流化床锅炉炉内压降分布及物料粒径分布的计算[J].锅炉技术，2002，33（2）：14-18，27.
[2]杨晨，何祖威，辛明道.大型循环流化床锅炉固体颗粒流动及分布的数值模拟[J].燃烧科学与技术，2000，6（3）：238-243.
[3]冯俊凯.循环流化床燃烧锅炉正常运行的规律[J].能源信息与研究，2000，16（1）：1-6.
【关键词】循环流化床锅炉；物料平衡；物料循环
0.前言
循环物料平衡、热量平衡和高的燃烧效率是CFB锅炉正常运行的基础。其中，物料平衡是CFB锅炉正常运行的基本条件，而CFB锅炉的物料平衡又与不同区域的物料分布形式和分布特征有关。因此，有必要对CFB锅炉的物料分布特征进行研究。
1.CFB锅炉内的物料构成
在通常条件下，炉内物料主要由SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、CaSO4、焦碳等构成。
物料中SiO2、Al2O3和Fe2O3为主要成分，SiO2含量一般在40～60%，Al2O3含量一般在20～30%，Fe2O3含量一般在3～10%。随着脱硫用石灰石的增加，CaO和CaSO4含量增加。
焦碳在爐内的平均含量与燃料的燃烧特性有关。对褐煤，底渣可燃物含量一般低于0.5%；对烟煤，底渣可燃物含量一般在1.5%左右；对贫煤，底渣可燃物含量一般在2～3%左右；对无烟煤，底渣可燃物含量一般在3%以上。此外，底渣可燃物的含量明显与底渣份额和燃煤粒径有关。
总体上，炉内的平均含碳量与燃料密切相关。难燃煤种与易燃煤种相比，由于不同燃料的燃烧特性不同，要维持相同的热量释放，难燃煤种在炉内的焦碳浓度或焦碳总量应大于易燃煤种。
2.CFB锅炉内的物料分布状态与分布特征
对CFB锅炉，按炉内的物料浓度通常将炉膛分为密相区、过渡区和稀相区三个区域。CFB运行状态下，在物料循环回路的不同部位，物料粒径的分布和可燃物含量存在很大区别，物料在炉内的分布大致分为以下四种类型：内循环物料、底渣、外循环物料（循环灰）和飞灰。
内循环物料的稳定是CFB锅炉热量平衡的基础，也是CFB锅炉正常运行的关键。在密相区、过渡区和稀相区存在不同的循环方式，同时三个区域的物料特性有很大区别。沿炉膛高度，物料粒径和焦碳含量逐渐减小，密相区物料与底渣相似，稀相区物料与外循环物料相似。
底渣由密相区内排出的物料组成，主要为煤中所含的矸石、未破碎的大煤颗粒、回料管回送的循环灰等。底渣中的可燃物含量一般比炉内的平均可燃物含量大。
外循环物料指通过炉膛出口进入分离器并回到炉内的物料。外循环物料的粒径一般在0.3mm以内，可燃物含量一般在1%左右。
采用旋风分离器结构的飞灰粒径一般小于0.1mm，由进入分离器未分离下来的内循环物料构成。飞灰可燃物含量是以上四种物料类型中最高的。对同一种煤种在相当的运行条件下，随着脱硫用石灰石的增加，飞灰总流量相应增加，但飞灰可燃物总量基本不变，飞灰可燃物含量会相应减小。
3.CFB锅炉内的物料流动状态
物料在炉内的宏观运动表现为：
a.物料在密相区有强烈的内循环。
b.物料在一次风的带动下经过过渡区进入稀相区，在密相区的上界面有大量的物料扬析和回落。
c.随着炉膛高度的增加，物料向上扬稀夹带的量逐渐减少，在炉膛壁面可见物料向下流动。
4.CFB锅炉物料分布的实现
CFB锅炉的稳定运行过程就是实现满足CFB运行所需的内循环物料、外循环物料、底渣和飞灰平衡过程。
在低负荷运行条件下，CFB锅炉处于鼓泡床运行状态，内循环物料主要积聚在密相区位置，外循环物料量很少，物料主要通过底渣离开炉膛。
在CFB运行状态下，内循环物料和外循环物料需要维持到一定的浓度才能够得以实现，具体表现为一定量的内循环物料和外循环物料平衡的实现。CFB锅炉的升负荷过程可以看作是内循环物料和外循环物料的积累过程。
在不排放循环灰条件下，物料进入炉膛后通过两个途径离开炉膛，底渣和飞灰；对应特定的运行状态，存在一个特定的底渣份额或飞灰份额。由于密相区与稀相区的物料浓度差异，煤的成灰特性就可以通过四种物料在炉内分布或平衡的实现可以充分体现出来，以下通过一些特殊煤种的物料分布或平衡的实现方法和现象进行阐述：
a.高灰份易破碎煤种，底渣平均粒径ddr明显低于给煤平均粒径dfuel，底渣份额adr小于飞灰份额afa，外循环物料量大。
b.高灰份难破碎煤种，ddr与dfuel相当或大于dfuel，adr远大于afa。尽管燃料的灰份含量高，如果给煤粒径过粗或破碎 性能很差（如煤矸石），在较短的运行时间内，即使锅炉风室压力已经很高，炉内料层压降增大，但只是密相区大粒径循环物料量在增加，而可参与炉膛上部循环和外循环的物料量却难以积累，锅炉将以鼓泡床方式运行。锅炉从刚启动时的鼓泡床运行方式过渡到CFB运行方式需要很长的时间，添加可循环的细物料是一个很好的方法。
c.低灰份煤种，一般需要添加可循环的细物料。对低灰份褐煤，燃料的投入甚至不足以弥补飞灰的物料损失，需要定期添加一定的可循环细物料。该类型CFB锅炉选用选择性排渣冷渣器可以弥补排渣带来的一部分物料损失。
5.分离器对物料分布的作用
分离器的分离效率对物料分布和燃烧效率起着关键作用。
正常运行条件下，通过底渣的排放和立管内物料料位的自平衡调节，进入炉内可生成的可循环物料量与飞灰量相当，外循环物料的粒径保持在0.3mm以内，炉内维持相当的物料量且平均粒径小于一定值。满足此运行条件，大量的焦碳可在炉膛中上部燃烧，密相区释放的热量带到炉膛上部，炉膛设计中所取的换热系数与运行值相当，热量沿炉膛高度较为均匀地释放。
如果分离器分离效率降低，可循环物料量减小。分离效率的降低一般同时意味着分离器捕捉细颗粒的能力降低，这会造成内循环物料和外循环物料的平均粒径增大，炉膛设计中所取的换热系数大于运行值。随着分离器分离效率的进一步降低，即使在满负荷条件下，CFB锅炉仍将以鼓泡床方式运行。
在实际运行中，由于分离器分离效率、运行控制、煤质特点等原因，常常无法满足CFB运行方式所需要的内循环物料量和外循环物料量及颗粒粒径要求，常常以鼓泡床方式运行。为达到锅炉满负荷出力，通常加大给煤量运行，炉膛下部温度一般在950℃以上，为减小密相区温度，通常采用较大的过量空气系数和一次风份额，而炉膛上部温度一般 在850℃以下，同时还出现水平烟道积灰、飞灰粒径偏大、省煤器频繁爆管等现象。
6.结论
物料在CFB锅炉内的分布可分为四种形式：底渣、飞灰、外循环物料和内循环物料。CFB锅炉的物料平衡可以进一步认为是内循环物料和外循环物料的平衡。CFB运行方式需要满足一定的内循环物料量，对特殊煤种需要采取特殊的方法实现物料的平衡。分离器的高效分离效率是满足和维持可循环物料积累的必要条件。 [科]
【参考文献】
[1]房德山，冷伟，徐治皋.循环流化床锅炉炉内压降分布及物料粒径分布的计算[J].锅炉技术，2002，33（2）：14-18，27.
[2]杨晨，何祖威，辛明道.大型循环流化床锅炉固体颗粒流动及分布的数值模拟[J].燃烧科学与技术，2000，6（3）：238-243.
[3]冯俊凯.循环流化床燃烧锅炉正常运行的规律[J].能源信息与研究，2000，16（1）：1-6.