循环流化床

当流体向上流过颗粒床层时，其运动状态是变化的。流速较低时，颗粒静止不动，流体只在颗粒之间的缝隙中通过。当流速增加到某一速度之后，颗粒不再由分布板所支持，而全部由流体的摩擦力所承托。此时，对于单个颗粒来讲，它不再依靠与其他邻近颗粒的接触而维持它的空间位置，相反的，在失去了以前的机械支撑后，每个颗粒可在床层中自由运动；就整个床层而言，具有了许多类似流体的性质。这种状态就被称为流态化。颗粒床层从静止转变为流态化时的最低速度，称为临界流化速度。

快速流态化流体动力特性的形成对循环流化床是至关重要的。 2．循环流化床锅炉的基本工作原理

高温炉膛的燃料在高速气流的作用下，以沸腾悬浮状态（流态化）进行燃烧，由气流带出炉膛的固体物料在气固分离装置中被收集并通过返料装置送回炉膛。一次风由床底部引人以决定流化速度，二次风由给煤口上部送人，以确保煤粒在悬浮段充分燃烧。炉内热交换主要通过悬浮段周围的膜式水冷壁进行。 （二）流化床燃烧设备的主要类型

流化床操作起初主要应用在化工领域，本世纪60年代开始，流化床被用于煤的燃烧。并且很快成为三种主要燃烧方式之一，即固定床燃烧、流化床燃烧和悬浮燃烧。流化床燃烧

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过程的理论和实践也大大推动了流态化学科的发展。目前流化床燃烧已成为流态化的主要应用领域之一，并愈来愈得到人们的重视。

流化床燃烧设备按流体动力特性可分为鼓泡流化床锅炉和循环流化床锅炉，按工作条件又可分为常压和增压流化床锅炉。这样流化床燃烧锅炉可分为常压鼓泡流化床锅炉、常压循环流化床锅炉、增压鼓泡流化床锅炉和增压循环流化床锅炉。其中前三类已得到工业应用，增压循环流化床锅炉正在工业示范阶段。

循环流化床又可分为有和没有外部热交换器两大类。（如图a和b）

（三）循环流化床锅炉的特点 1．循环流化床锅炉的主要工作条件 循环流化床锅炉的工作条件如下表： 项目 温度（℃） 流化速度（m/s） 床料粒度（μm） 床料密度（kg/m3） 燃料粒度（mm） 脱硫剂粒度（mm） 数值 850—950 4—6 100—700 1800—2600 <12 1左右 项目 床层压降（kPa） 炉内颗粒浓度（kg/m3） Ca/S摩尔比 壁面传热系数[W/（m2·K）] 1.5—4 210—250 数值 11—12 150—600（炉膛底部） 2．循环流化床锅炉的特点

循环流化床锅炉可分为两个部分。第一部分由炉膛（快速流化床）、气固物料分离设备、固体物料再循环设备和外置热交换器（有些循环流化床锅炉没有该设备）等组成，上述部分形成了一个固体物料循环回路。第二部分为对流烟道，布置有过热器、再热器、省煤器和空气预热器等，与常规火炬燃烧锅炉相近。

循环流化床燃烧锅炉的基本特点如下： （1）燃料适应性广，几乎可燃烧一切煤种；（2）低污染燃烧，脱硫效率高达90% （3）燃烧热强度大，炉膛体积比一般常规锅炉小得多；（4）床内传热系数高，可减少受热面的金属磨损，使受热面布置紧凑；（5）负荷调节性能好、范围大（30%－100%），低负荷下稳定燃烧特性好；（6）灰渣可综合利用；（7）循环流化床锅炉电耗比煤粉炉小10%；（8）只需将煤破

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碎，不必制成煤粉，可节约磨煤费用。

二、循环流化床锅炉的主要设备

循环流化床锅炉主要由燃烧系统、气固分离循环系统、对流烟道三部分组成。其中燃烧系统包括风室、布风板、燃烧室、炉膛、给煤系统等几部分；气固分离循环系统包括物料分离装置和返料装置两部分；对流烟道包括过热器、省煤器、空气预热器等几部分。其中气化装置、分离装置和固体物料回送装置是循环流化床锅炉有别于其他类型锅炉的主要部件，下面分别介绍这三种主要设备。 1．气化工艺

（1）气化剂：在煤的气化过程中，使用不同的气化剂可得到不同质量的产品气。通常采用的气化剂有氧（包括空气）、水蒸气、二氧化碳和氢，它们和煤反映的速率都不同。例如，氧气反应速率比水蒸气高3个数量级。

（2）气化炉：流化床气化炉由于具有床温均一、气固接触良好、气化强度高、气体中焦油含量少且适合于粉煤等特点，普遍受到人们的重视，目前已开发了十多种该类型的气化炉。各种气化炉的主要区别为供热方式（自热式、循环热载体）、排灰方法（干法、熔聚法）以及为改善碳转化率而采取的措施，目前最典型的第二代流化床煤气化炉有HTW（高温温克勒）、KRW和U-Gas炉。 （3）循环流化床的气化工艺 a. 循环流化床气化灰熔聚工艺

近几年来，循环流化床气化技术迅速发展，循环流化床气化炉相对鼓泡床，由于采用了 更高气速，气固接触时间增加，气化强度和碳转化率得以提高。循环流化床的气化剂由下部鼓入，与给入的煤和石灰石进行气化反应和脱硫反应，气化炉运行温度为 750～1100℃。煤气和炭粒经炉膛出口高温分离器分离后，大部分粗炭粒由下料管进人流化床返料器，再返回气化炉下部。从高温分离器出来的粗煤气中含有大量高含碳量细灰，如这部分不加以利用，

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次循环、反复燃烧和反应。这样，才有可能达到理想的燃烧效率和脱硫效率。因此，循环流化床分离机构的性能，将直接影响整个循环流化床锅炉的总体设计、系统布置及锅炉运行性能。

循环流化床的分离机构必须满足下列几个要求：①能够在高温情况下正常工作；②能够满足极高浓度载粒气流的分离；③具有低阻的特性，因为分离装置的阻力增大势必要增大风机的压头，增加能耗；④具有较高的分离效率，实际上循环倍率在很大程度上是靠分离器的效率来保证的，这里较高的效率不完全是对于大颗粒，而且也指小煤粒或脱硫剂，因为稳定运行后床内参与循环运动的固体颗粒可能会较粗、较重，分离器仅分离这一部分颗粒也能达到很高的分离效率；⑤能够与锅炉设计的流程相适应，使锅炉结构紧凑，易于设计。 （2）分类：主要有高温旋风分离器和惯性分离器

a．高温旋风分离器：旋风分离器是利用旋转的含尘气体所产生的离心力，将颗粒从气流中分离出的一种干式气-固分离装置。

高温旋风分离器分离效率高，但体积庞大，结构复杂，且这种分离器工作温度高，需用的耐火和保温材料厚，启动时间长，相对来说散热损失也较大。

b。惯性分离器：在惯性分离器内，主要是气流急速转向或冲击在挡板上后再急速转向，其中颗粒由于惯性效应，运动轨迹与气流轨迹不一样，从而使两者获得分离。

惯性分离器不需要很厚的保温层，结构比较紧凑，启动和停炉也比较容易。但其分离效率较低。

3．固体物料回送装置 （1）回送装置的作用：

循环流化床锅炉的最基本特点之一是大量固体颗粒在燃烧室、分离机构和回送装置（有些炉型还包括外置式换热器）所组成的固体颗粒循环回路中循环。由于分离装置中固体颗粒出口处的压力低于炉膛内固体颗粒人口处的压力，所以固体颗粒回送装置的基本任务是将分离器分离的高温固体颗粒稳定地送回压力较高的燃烧室内，并且保证气体反窜进入分离器的量为最小。综上所述，对固体物料回送装置的基本要求有如下三点：

a．物料流动稳定。这是保证循环流化床锅炉正常运行的一个基本条件。由于固体物料温度较高，回送装置中又有充气，在设计时应保证在回送装置中不结焦，流动通顺。

b。无气体反窜。由于分离器的压力低于燃烧室的压力，回送装置是将物料从低压区送到高压区，而类似于旋风分离器这一类分离装置如果有气体从下料管进人会降低分离效率，从而影响物料循环，所以回送装置必须保证产生足够的压差来克服负压差，既起到气体的密封作用而又能将固体颗粒送回床层。

c。物料流量可控。即能够稳定地开启或关闭固体颗粒的循环，同时能够调节或自动平衡固体物料流量，从而适应锅炉运行工况变化的要求。 （2）回送装置的类型：

回送装置一般由立管和阀两部分组成。立管的主要作用是防止气体反窜，形成足够的压差来克服分离器与炉膛之间的负压差，而阀则起调节和开闭固体颗粒流动的作用。在各种类型的回送装置中，立管的差别不是很大，主要的差别是在阀的部分。

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一般的流量控制装置可分为机械阀和非机械阀两大类。机械阀靠机械构件动作来达到 控制和调节固体颗粒流量的目的，如球阀、蝶阀、闸阀等。但由于在循环流化床锅炉中循环物料温度较高，阀需在高温下工作，机械装置在高温状态下会产生膨胀和高温氧化，运动部件中还极易进人固体颗粒，产生卡塞等现象。又由于固体颗粒的运动，在高温状态下工作的部件的磨损也相当严重，所以机械阀在循环流化床中的应用变得十分困难，除了极少数炉型曾报道采用机械阀外，循环流化床锅炉中几乎全部采用非机械阀。

非机械阀无须任何外界机械力的作用，仅采用气体推动固体颗粒运动，实现在高温工况下简单、可靠地输送固体物料。由于非机械阀无运动部件，所以它结构简单、操作灵活、价格低廉，从而广泛地应用于循环流化床锅炉。

非机械阀可以依其功能分为三大类，第一类为可控型阀，这种阀不但可以将颗粒输送到主床，可以开启和关闭固体颗粒料流，而且可以控制和调节固体颗粒的流量。第二类为通流阀，这种阀主要是经过一压力的屏障，将固体颗粒从低压处送到高压处，而对固体颗粒流量的调节作用很小，阀和立管依据自身的压力平衡关系自动地平衡固体颗粒的流量。第三类属于稀相输送，这种类型由于气固比较大，不可能应用于高倍率的循环流化床锅炉，但在飞灰回燃式流化床锅炉中可以应用。 （3）物料循环量的表征：

物料循环量是循环流化床锅炉设计、运行中的一个非常重要的参数，该参数对锅炉的流体动力特性、燃烧特性、传热特性以及变工况特性等影响很大。

物料循环量的定量表述一般采用三种方法。第一种方法采用循环倍率的概念，其定义式如下：

R=Fs/Fc

式中：R一循环倍率；Fs一循环物料量(kg/h)；Fc一投煤量(kg／h)。第二种方法，即用单位床层面积上的物料循环量来直接描述，即Gs 。第三种方法是，确定循环倍率为床内上升段中采用循环技术与不采用循环技术时的灰量之比。目前一般采用第一种或第二种方法。上面所说的物料循环量均是指外部物料循环量在通过返料机构送回床层的物料量。 （4）循环物料量对运行的影响：

①物料循环量对燃烧的影响：物料循环量增加，使理论燃烧温度下降；固体物料的再循环而使燃料在炉内的停留时间增加，从而使燃烧效率提高；物料循环使整个燃烧温度趋于均匀，相应地也降低了燃烧室内的温度，这样使脱硫和脱硝可以控制在最佳反应温度。②物料循环量对热量分配的影响：当循环物料回送温度低于550℃时，省煤器应布置在分离器的前后，当回送温度大于550 ℃时，省煤器可单级布置于分离器之后，回送温度低于730℃以前，对过热器的影响不很明显，过热器仅需双级布置；但当回送温度大于730℃以后，过热器经常布置成三级，其中一级布置在分离器后的对流竖井中。③物料循环量与变负荷的关系：一般的煤粉炉当处于低负荷运行时，炉内温度水平大大降低，炉膛出口温度也下降，这是由于对于低负荷而言。相对于正常负荷时，水冷壁受热面显得过大，为了维持低负荷时汽温仍维持在额定范围内，在设计锅炉时，除了额定工况的计算外还必须进行70％负荷的计算，这时一般要大大增加过热器受热面，以保证低负荷时温压大大降低的情况下仍能达到汽温的要求。但对于循环流化床锅炉，则可不必这样考虑，改变循环倍率即可满足负荷变化的要求。

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降低循环倍率可使理论燃烧温度上升，从而可以弥补由于在低负荷时相对于正常负荷时过大的水冷壁受热面而造成的烟气过度冷却。同时，也可以降低水冷壁的传热羡数，从而使炉膛出口温度不变。在正常负荷下，保持循环倍率设计值运行，随着负荷的下降，循环倍率也随之下降，到达到1/3～1/4负荷时，循环流化床锅炉按鼓泡流化床方式运行，物料循环量为零。此时可以保证汽温、汽压在允许的范围内。由此可见，只要适当调节物料循环量，循环流化床锅炉就有很好的负荷适应能力和良好的汽温调节性能。④物料循环量对脱硫、脱硝的影响：在循环流化床锅炉中，Ca/S摩尔比一般为1．5～2．0。在循环物料中部分是未与SOx反应的CaO颗粒，因此物料循环量增加，则送人床内的CaO量也随之增加，这样就会使脱硫率增大。

三、循环流化床的关键部件： 1． 布风板：

流化床锅炉燃烧所需的空气供给系统由风机、风道、风室、布风板、调节挡板和测量装置等组成。布风板作为重要的布风装置，在流化床中的作用有三个：一是支承静止的燃料层；二是给通过布风板的气流以一定的阻力，使在布风板上具有均匀的气流速度分布，为取得良好的流化工况准备条件；三是以布风板对气流的一定阻力，维持流化床层的稳定，抑制流化床层的不稳定性。

2．给料装置：指的是经破碎后的煤和脱硫剂送入流化床的装置，通常包括皮带、链板、埋刮板、气力输送设备以及圆盘给料机和螺旋给料机等。

3．点火装置：就是将床料加热至运行所需最低温度以上，以便实现投煤后能稳定燃烧运行。 4．高温灰渣冷却装置：从流化床锅炉中排出的高温灰渣带走了大量的物理热，这一部分热量通过适当的传热装置是可以回收利用的。这可在冷渣装置（或冷渣器）中完成。

冷渣器的作用主要有：①加热给水，起省煤器的作用；②加热空气，起空预器的作用；③作烘煤装置；④同时加热水和空气；⑤保持炉膛存料量和良好流化；⑥细颗粒分选回送，提高燃烧和脱硫效率。

四、循环流化床锅炉的启动和运行控制

1．点火：循环床的点火就是指通过某种方式使床层温度提高到并保持在投煤运行所需的最低水平以上，从而实现投煤后的正常稳定运行。目前，循环床锅炉的点火方式可简单地归为如下几种：即微流化点火、流态化点火及循环床点火，分别指点火初期时床层的状态。点火热源可以是床上或床层中的油枪、气枪等以及床下预燃装置产生热烟气。

整个点火启动过程一般可分成三个阶段：

1）底料加热：用外来燃料作热源，把底料从室温加热到引燃温度。

2）底料着火爆燃：底料达到一定温度后，启动风机引燃底料，用它本身燃烧放热进一步使床温急剧上升。

3）过渡到正常运行：用风量控制床温，并适时给煤，调节好风煤比，逐步过渡到正常运行参数。

2． 循环流化床锅炉的启动步骤：

（1）检查并确认所有阀门处于正确的开关状态。

（2）确认风机风门、进总风箱风门、二次风门、返料机构风门等处于关闭状态

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（3）确认锅炉各种门孔、锁气装置严密关闭。

（4）检查并确认控制仪表、各机械转动装置和点火装置处于良好的状态。

（5）煤仓上煤，化验锅水品质，电气设备送电，给水管送水，关闭所有的水侧疏水阀，开启气包和过热器所有排气阀，将过热器、再热器管组及主蒸汽管道中的凝结水排出。 （6）确认给水温度与汽包金属壁温相差不超过110℃，经省煤气向锅炉缓慢上水，至水位计负50-100mm处停止；若汽包里已有水，则应验证水位显示的真实性

（7）将配好的底料在炉外搅拌均匀后填入流化床，底料静止高度400-500mm（如需要还应准备补充的引燃物），启动引风机和送风机，并逐渐增大风量使床层充分流化几分钟后关闭引风机，以备点火。

（8）启动送风机（投入连锁）并缓慢增大风量，使床层达到确定的流化状态（如微流化状态），其他风机（如二次风机、返料风机）的开启视情况而定。 （8）启动点火油泵，调整有压后点火，并调整油枪火焰。

（9）待底料预热到400-500℃时，可缓慢增大风量使床层达到稳定流化状态，确保底料温度平稳上升。

（10）当底料温度达到600-700℃时可往炉内投入少量的引燃煤，增大风量使床层充分流化。 （11）当床温达800℃左右时，启动给煤机少量给煤，并视床温变化情况调整风量和煤量。给煤开始90s后，应确认炉膛氧浓度值在下降，而床温至少上升10℃，否则表明给煤没有着火，应立即停止给煤。在这一过程中，之所以要在给煤开始90s后读数，是因为给煤入炉后将出现很短的吸热阶段，此时床温可能会先略有降低，然后重新上升。 （12）调整投煤量和风量使床温稳定在适宜的水平上（如850-900℃）。 （13）投入二次风和返料机构，并逐步增加返料量，稳定工况。

（14）锅炉缓慢地逐步升压，并监视床温、蒸汽温度和炉体膨胀情况，保证水位指示真实，水位正常。

（15）当汽包压力上升至额定压力的50%左右时，应对锅炉机组进行全面检查；如发现不正常情况应停止升压，待故障排除后再继续升压。

（16）检查并确认各安全阀处于良好的工作状态，进行动作试验。

（17）对蒸汽母管进行暖管，暖管时间对冷态启动不少于2h，对温态启动和热态启动一般为30-60min。

（18）锅炉并列前应确认：蒸汽温度和压力符合汽轮机进汽要求，蒸汽品质合格，汽包水位为负50mm左右。

（19）锅炉并列，注意保持汽温、汽压和汽包水位；如发现蒸汽参数异常或蒸汽管道有水击现象，则应立即停止并列，加强疏水，待情况正常后重新并列。 （20）关闭省煤器与汽包间的再循环阀，使给水通过省煤器。 3．正常运行和变负荷运行

循环床锅炉正常运行时，司炉人员主要的操作是监视和调整各种运行参数，保证机组高效运转，预防意外停炉事件的发生。调节负荷的主要手段是改变投煤量和相应的风量。变负荷过程中床温的正常变化范围是760～1000℃，视制造厂家的设计方法和煤种而异。而当达到预期的蒸汽流量时，则应将床温调整到额定运行温度。在所有情况下，应确保送风量与投

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煤量的正常匹配，以保证炉内氧浓度处于适当水平。

司炉应经常检查床的流化状态和返料机构的运转情况。这一点可通过检测锅炉各段的床温、烟温、料温来做到。如果确证部分床层流化不良，则可以暂时增加一次风量和放底渣量。如果这样仍不能使流化情况好转，则可以停炉，检查是否有风帽堵塞、结渣或大块存积情况。 检查烟气侧的（对流受热面）压降有助于判断是否需要吹灰。有条件的用户还可以经常监测 SO2和 NOx排放水平，为此，除了检查燃料系统的运转外，还应检查石灰石给料系统的运转情况，看是否有堵塞、搭桥现象。

要经常监视床层压降并维持正常的床高水平和氧量，以及风箱与床层给定点之间的压差。如有异常，应首先检查测压管路是否堵塞，仪表指针是否卡死或有其他机械电子故障。如果确认属流化质量问题，应考虑停炉，检修布风板；在配有冷渣器时，还要检查冷渣器的渣流量等。

要经常检查水位和水位表计的工作情况，确保就地水位与遥测水位读数一致，并防止读数失真。与此同时，应始终保持锅炉水质和蒸汽品质，检查软化水设备和排污工况。在锅炉运行时，水冷壁下联箱上的排污阀不可用来放水，因为这样可能会影响水循环的安全性。

司炉应经常检查蒸汽减温前和主蒸汽温度，调节减温水量，确保减温后的蒸汽温度不低于饱和温度以上6℃。

锅炉吹灰的目的是防止受热面积灰。一般地，吹灰频度由煤种灰分决定，或根据空气预热器出口烟温来掌握。排烟温度升高表明对流受热面有较多飞灰沉积，需要吹灰。一氧化碳排放量也可作为吹灰的辅助判据，尤其是烧活性较差的煤时，积灰会使含碳的飞灰在管壁上就地气化，从而使一氧化碳浓度提高。运行人员必须熟悉煤种特性，并在吹灰成本和吹灰后锅炉效率的提高之间进行比较，有时吹灰频度可高达每班一次，有时则每周才一次。

负荷变化时各种参数的动态响应是衡量机组性能的重要指标。进行机组动态响应试验的目的是确定制约负荷变速度的种种因素，特别是锅炉厚重的耐火层和床料热容量的可能影响。当负荷突然改变时，炉内风速也将变化，从而引起循环物料量和炉膛内颗粒浓度分布的改变，这反过来又影响到水冷壁及过热器和省煤器的传热。

当控制系统的负荷参数调整到新的值后，发电机的输出、汽轮机负荷调节器和各主要阀门开度，以及锅炉燃料、空气量都将开始响应，并最终稳定在新的负荷所对应的值上，而主蒸汽节流压力则要求基本不变，省煤器段烟气的氧浓度也维持在给定的水平上。

变负荷过程中，人们发现，当负荷跃升时，随着主汽阀开度响应负荷变化节流压力开始会有较大波动，波动幅度取决于负荷变化幅度；与此同时，汽水水位也在压力减低的同时有所上升，原因是在水冷壁中汽水容积的增大。为补偿节流压力的下降，锅炉燃烧的风量应当增加。反之，当突然甩负荷时，各参数将以相反方向变化。通常变负荷30min以内，各种参数会趋于新的稳定值。

为防止管子超温，控制系统有时也增设过热器喷水量的逻辑控制。这样，负荷升高时，喷水量加大，汽温可能会先有所下降，然后稳定下来。

在采用三通量调节器调节水位时，蒸汽流量是作为期望值的，以在水位指示变化之前改变给水流量，而水位指示仅用于对给水量进行微调。当蒸汽流量稳定时，如汽包水位出现波动，则将水位作为调节给水流量的主要参量。

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至于变负荷对燃烧系统的影响，则可以从如下方面进行理解。通常，循环床的负荷调节灵敏度较好，可与燃油炉媲美。在负荷突然改变时，通过改变给煤量、送风量和循环物料量或EHE冷热物料流量分配来实施负荷调节，从而维持床温稳定。 4．关键参数的运行控制：

循环流化床锅炉与常规锅炉控制对象相比，其汽水子系统的控制特性类似于常规锅炉，主要不同点在燃烧子系统，主要特性如下：（1）燃料颗粒大，造成燃烧速度慢、时间长，使燃烧控制有较大的滞后特性；（2）燃烧分为密相和稀相2区，燃料处于流动状态，这对燃烧控制有较大影响；（3）炉内脱硫需对加入炉内的石灰石量进行控制，为达到最优的脱硫效果，需把床温严格控制在850—900℃。但多个变量如燃料量、石灰石量、循环灰量和灰温及一二次风量比都影响床温，使床温难以控制；另外，床温测量元件受大颗粒燃料介质流动影响，易受磨损，造成床温测量不准，这也对床温控制有一定影响；床温的高低还决定着炉内结焦和灭火与否，因此床温控制在循环流化床锅炉中至关重要；（4）一次风是保证燃料流化的必需，风量太小，不足流化，须保证不得低于最小值；风量太大，不能保证密相区的欠氧燃烧，影响脱硫脱氮效果，须保证不得高于最大值；（5）床体燃料层的厚度影响燃烧状态，在燃烧过程中须对其进行控制；（6）循环流化床锅炉是一个多变量、相关联、非线性、时变和分布参数的控制对象，其各控制参数之间耦合关系较强，动一个变量，同时影响几个参数，这就增加了控制难度。

循环床锅炉的燃烧部分运行中，床温、风量、燃料粒度和床层高度无疑是几个最为关键的指标。我们知道，影响床温的因素主要有负荷、投煤量、返料量、风量及－二次风配比等操作因素，也与设计方面的因素如床内埋管受热面的多少有关。

循环床锅炉的控制系统应由这样几个部分组成，即床温控制、给煤量控制、床高控制、补充床料量及脱硫剂量控制、空气量控制、返料量控制、蒸汽温度及压力控制、给水流量控制和通风量控制等。 （1）床温控制：

一般来说，床温是通过布置在密相区和炉膛各处的热电偶来监测的。为降低不完全燃烧损失，提高传热系数，并减少CO、N2O排放，人们希望床温尽可能高一些，然而从脱硫、降低NOx排放和防止床内结焦来考虑，床温应选择低一些。为此推荐烧烟煤时，循环床的密相区温度在820～900℃，烧无烟煤时可取得稍高一些。一般应保证密相区温度低于灰的初始变形温度100～150℃或更多。

在循环床锅炉中，由于炉膛上部悬浮空间颗粒浓度较高，燃烧份额也往往超过0.3，故对于某些设计，悬浮空间直至炉膛出口温度往往高于密相区。显然，投煤量、过量空气系数、一二次风配比等都会影响床温，而在锅炉设计时，还须考虑煤种发热量、埋管布置、燃料水分等方面。当床温波动时，应首先确认给煤速度是否均匀，然后才是给煤多少的问题，给煤过多或过少、风量过小或过大都会使燃烧恶化，床温降低；而在正常范围内，当负荷上升时，同时增加投煤量和风量会使床温水平有所升高。

床温的波动，是由于煤质、煤量、风量和负荷的变化所引起的。具体有以下几方面： A 运行中煤种变化或煤颗粒太粗，易造成床温波动，如燃烧小煤窑的杂煤，司炉人员事先无法掌握其煤质的变化，很难根据这种变化及时调整给煤量或风煤比，因而造成床温

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波动。

B 给煤量不均，时多时少，会使床温忽高忽低，尤其有时操作不慎或短时间断煤会使床温急剧下降。

C 负荷改变后，风煤配比未及时调整，如负荷增大，煤量风量未相应增加，床温就会下降，反之，床温就会上升。

D 冷渣沉积，运行中给煤粒度控制不严或煤质太差，排放冷渣不及时，使流化层底部流化质量恶化，同时料层阻力增加风量减少。风煤比失调，都可造成床温逐渐下降。 E 风煤比调整不当，煤给得过多，风量过小，煤在炉内不能良好燃烧，使床温降低。如果运行人员不能正确判断，误认为煤量不够，继续增加煤量，会使风煤比严重失调，床温急剧下降。如果风量过大，烟气带走粒子热量增加，也会使床温下降。

床温的调整控制主要根据负荷和煤质的变化，及时调整给煤量，并保持合适的风煤比和料层厚度，使床温维持在最佳的范围内运行。运行中当床温汽压有变化时，要及时按变化趋势相应调整给煤量。一般汽压下降说明负荷在增加，这时要增加给煤量并按比例增加送风量，同时调整二次风量和循环灰量，才能维持正常的汽压和床温。当汽压上升说明负荷减少，要减煤减风调整二次风量和循环灰量，以适合减负荷的需要。对于床温的调整和控制应当特别仔细。由于运行中热电偶所反应的温度总是滞后于实际温度。所以不能等到床温表的指示已超过正常范围后再去调整，这时即使完全停止给煤或给煤加到最大，床温还是可能继续上升或下降，有造成结焦和熄火的危险。在床温波动不是很大时，要进行细调，分几次进行。那种等待床温变化较大，然后做大幅度调整的做法是不妥的。无论如何调整给煤量风量以及循环灰量，都必须保证底料有良好的流化质量，以防结焦和熄火。

值得特别指出的是，中低温分离的循环流化床锅炉可以用改变返料量的办法来控制床温，床温升高时可增加返料量以维持床温不变，反之亦然。这是鼓泡床锅炉所没有的优点。 （2）料层高度控制

维持相对稳定的床高或炉膛压降是运行中十分必要的方面，通常是把循环床某处作为压力控制点，并监测此处压力。从设计角度考虑，布风板压降一般占炉膛总压降的20%—25%，少数情况下可适当增减，这是保证流化质量所要求的。运行中，床层过高或过低都会影响流化质量，引起结焦。放底渣是常用的稳定床高的方法。在连续放底渣情况下，放渣速度是由给煤速度、燃料灰分和底渣份额确定的，并要与排渣机构或冷渣器本身的工作条件相协调。在定期放渣时，通常的做法是设定床层压降或控制点压力的上限作为开始放底渣的基准，而设定的压降或压力下限则作为停止放渣的基准。这一原则对连续排渣也是适用的。如果流化状态恶化，大渣沉积将很快在密相区底部形成低温层，故监测密相区各点温度可以作为放渣的辅助判断手段。

风机风门开度一定时，随着床高或床层阻力增加，进入床层的风量将减小，故放渣一段时间后风量会自动有所增加。 （3）返料温度的调整

返料温度是指通过返料器送回到燃烧室中的循环灰的温度，它可以起到调节料层温度的作用。对于采用高温分离器的循环流化床锅炉，其返料温度较高，一般控制返料温度高出料层温度20-30℃，可以保证锅炉稳定燃烧，同时起到调整燃烧的作用。在锅炉运行中必须密

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切监视返料温度，温度过高有可能造成返料器内结焦，特别是在燃用较难燃的无烟煤时，因为存在燃料后燃的情况，温度控制不好极易发生结焦，运行时应控制返料温度最高不能超过1000℃。返料温度可以通过调整给煤量和返料风量来调节，如温度过高，可适当减少给煤量并加大返料风量，同时检查返料器有无堵塞，及时清除，保证返料器的通畅。 （4）燃煤的调整控制 A 煤水分的控制

由于受雨季和开采的影响，往往使煤的水分较高，这就给破碎和筛分带来许多困难，经常造成煤斗堵塞，下煤困难，给煤减少和空斗现象。水分太高，排烟热损失也相应增加，因此将水分高的煤置煤棚风干或将干湿煤混合搭配后燃用。这样既提高了锅炉热效率，也减少了运行人员的劳动强度，同时保证了锅炉运行的稳定性。 B 煤粒度的控制

在筛分破碎系统中，因筛网破损，或因锤头磨损或因煤太湿，均会出现大颗粒煤，粒度远远超过设计范围。对锅炉的燃烧和调整非常不利，负荷及热效率显著降低，所以必须经常检查筛网及锤头的工作情况，及时处理筛分和破碎设备中的问题，将煤的粒度严格控制在设计范围0-13mm，保证炉的安全经济运行。 C 煤量的调整

给煤量主要是根据煤质及负荷的变化进行调整的。煤质变差，保持负荷不变，应增给煤和送风量，使之在新的风煤配比下运行。调整过程中，应逐渐增加，幅度不宜过大，煤质未变，负荷增加时，调整方法同上。 （5）风量的调整控制 A 一次风量的调整

为保证锅炉有良好的工况和较高的热效率，在运行中应根据煤质和负荷的变化及时地调整一次风量，同时根据燃料燃烧，底料流化床温变化和料层差压的情况合理配风。如果配风过低，就不能使燃料充分燃烧，时间稍长，还会有结焦的危险；风量过大，又会使床温降低，同样会使燃料无法充分燃烧，排烟热损失也相应增大。另外需要强调的是当冷炉点火启动时， 应根据底料的实际粒度和冷态实验情况，合理的调配最低流化风量，以防引起低温结焦。低 负荷运行时，一次风量不能低于最低风量，否则就有结焦和灭火的可能。 B 二次风量的调整

投入和调整二次风量的基本原则是：一次风调整流化、炉温和料层差压，二次风控制总风量。当总风量不足时，可逐渐开启二次风小风门投入二次风，一般约在40t/h负荷时投入较为适合。随着锅炉负荷的不断增加，二次风逐渐增大，当达到额定蒸发量左右时，一、二次风的配比约占50%左右，此时过热器后氧量仍控制在3-5%左右。

应当注意的是投入二次风一定要根据负荷和炉温的不断升高、逐渐缓慢进行，切忌快速大量的投入。因此时锅炉刚刚投运，炉内热强度还很低、系统燃烧还不够稳定，此时如大量快速的投入温度较低的二次风，势必造成炉温较大的波动，给运行调整带来许多困难，如果控制不好会造成灭火。

送风量的控制习惯上采用调节一、二次风机的出口挡板开度来改变送风量，但由于一、二次风风机的出口挡板开度与风量的关系是非线性关系，可控性差，所以采用通过变频调速

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器控制一、二次风机的转速来调节送风量，以改善其可控性能。 C 返料风的调整

返料风是保证正常返料和控制返料量的主要参数，运行中要不断及时地观察返料风压是否正常，返料是否连续的进行，小流化床是否流化良好，并根据负荷的要求和料位情况及时的调整返料风，从而控制返料量和料位的平衡。当燃用灰份较大的低质煤时，返料器内出现积灰料位过高，难于调节。此时料位逐渐上涨，大量的高温热灰产生停留，如系统的观察孔，测量孔，排放孔不严密时，便有大量空气漏入产生再燃，致使返料器内结焦堵塞无法正常运行。遇有上述情况应根据炉膛差压情况及时的将放灰门打开，排除过多的循环细灰。 （6）负荷的调节控制 A 负荷调节的灵敏度

当负荷迅速变化时，采用改变给煤量，同时控制好一、二次风量和飞灰循环量，便能对负荷的快速调节，且能良好的控制住床温和氧量。 B 负荷调整的具体方法

调节燃料和一、二次风的供给量，是从建立新的燃烧热平衡角度来满足负荷变化的要求；而改变循环量是从改变传热的角度来适应负荷变化需要的。 （7）料层差压和炉膛差压的调整控制 A 料层差压的调整

合理的控制好料层厚度，直接影响风室压力和风机电耗、料层过厚会使送风量降低，保证不了流化风速，流化质量恶化；料层太薄，虽送风量调节范围大，但运行不稳定，负荷较低时风机节流损失大。一般低负荷采用小风量薄料层运行，高负荷时采用大风量、厚料层运行。正常运行时一般控制在7500-9500Pa之间比较适合。保证料层的厚薄和流化质量可通过炉底排渣控制，排放冷渣时要注意均匀，一次不能排放过多，以免造成放空和增加灰渣热损失。

通过测量一次风室与稀相区的压差及一次风量来算出实际料层厚度，再与给定料层厚度比较。通过PI调节来控制出渣机的转速，以达到保持料层厚度的目的。 B 炉膛差压的调节

调节炉膛差压也是为了更好的控制炉内的循环灰量。随着锅炉运行时间和负荷的变化，炉膛内的灰浓度也会逐渐变化，同时炉膛差压也会不断增加或降低。负荷和运行时间的不同；炉膛差压一般在300-800Pa之间变化。运行中根据负荷的需要和炉膛差压的反应来及时调整灰的循环量，细灰的排放可通过旋风分离器的放灰管排出。 （8）主汽温度的调节

可采用串级调节，主汽温度作为主调输入，减温器出口温度作为中间点参数引人副调，作为副调的反馈，通过调节减温水量，满足主汽温度的要求。 （9）主汽压力的调节

可采用引入中间点参数的双回路系统来提高消除内扰动的速度。中间点参数采用蒸汽量和汽包压力计算得出的热量信号，通过调节燃料量（给煤机转速）来满足压力调节的要求。 （10）汽包水位的调节

汽包水位是保证锅炉安全运行的重要参数，其控制系统与常规的汽包锅炉是一样的。

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5．循环流化床的运行监测、保护和自动控制：

为确保循环流化床锅炉的安全运行，应重点考虑如下方面的保护方案； （1）炉膛监测

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常规煤粉炉目前主要采用光学火焰监测装置。但由于循环流化床物料浓度较高，用光学方法进行火焰监测不可靠，有导致意外停机的危险。常规煤粉燃烧装置会形成典型的火焰，而循环流化床内却看不见能归属于某个燃烧器的火焰。循环流化床内温度分布均匀，炉膛径向和轴向温度波动很小。为此，许多循环床锅炉采用温度检测方式进行炉膛监测。首先，必须在炉膛内适当位置安装热电偶、点火装置及油枪的监视可单设回路。

根据美国防火协会有关流化床锅炉运行的安全技术标准，燃烧控制系统主要是根据负荷维持向炉膛输送的燃料量和风量，同时，系统应控制向炉膛的输人量及它们相应的变化速率，以便在机组的受控运行范围内，维持连续稳定燃烧所需的过量空气系数，防止其超过正常范围。此外，该系统还将担负监视给煤粒度、形成富氧或缺氧燃烧状态，维持炉膛压力控制点处的压力等职能。

（2）主燃料跳闸（MFT）系统

循环流化床锅炉与鼓泡床锅炉的跳闸原则基本上是一致的，主燃料的跳闸应该是根据确保床温足够高，使入炉燃料能稳定着火燃烧来判断。如果床温未达到预定的最低值以上，应防止主燃料进人床区，该最低值可根据经验设置，一般可取760℃。此外，在下列情况之一发生时，即应紧急停炉一实行强制性主燃料跳闸。

①床温高（950 ℃）；②床温低（650℃）；③旋风分离器进口温度高（950 ℃）；④旋风⑤分离器出口温度高（970℃）；⑥一次风机跳闸；⑦一次风压力低和一次风量低；⑧二次风与炉膛差压低；⑨二次风机跳闸；⑩高压风机跳M和高压风机出口压力低。

主燃料跳闸后，应根据现场情况决定是否关停风机。在不停风机时，应慎重地控制入炉风量，而不应盲目地立即减小风量。有些不良运行状态，如给煤速度波动、或固体燃料品质、水分变化而造成床温波动时，可不必实施主燃料跳闸，而可通过辅助油枪等维持运行。 （3）炉膛及烟风管道的压力保护

一些循环流化床锅炉采用正压运行，因而需要保证炉膛的气密性。因风机压头远高于煤粉炉，故需对炉膛及烟风管道进行正压、负压保护措施。鉴于风机的特殊性，考虑了不同的惰走时间，其中罗兹风机或高压离心鼓风机为4s，引风机为20s。 （4）联锁

联锁系统的基本要求是保障运行人员和设备免受伤害和破坏，其功能是在装置接近到不合理的或不稳定的运行状态时，依靠预设顺序限定该装置的动作，或是驱动跳闸设备产生一个跳闸动作。如对燃烧系统，当流化燃烧室内达到正压极限时，锅炉保护动作，停止输人燃料并切断所有送引风机。在引风机后面的即闭式挡板维持开启位置的同时，开完风机导向挡板，在引风机惰走作用下炉膛减压。

但是，由于流化燃烧室是密闭的，因而存在着由于引风机惰走而迅速达到负压极限的危险。为此，在引风机后面安装了即闭式挡板，其关闭时间为2s。当达到炉膛负压极限时，即闭式挡板关闭，切断引风机的全部输送气流。 （5）吹扫和启动

循环床锅炉冷态启动之前必须进行吹扫。运行中主燃料跳闸使床温低于760℃，或者由于给煤机故障而使床温低于650℃，并且启动燃烧器在没有投入的场合进行热态或温态启动时也需进行炉膛吹扫。吹扫时应使足够的风量进人炉膛，将可燃气体从炉膛带出，同时要防

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止一切燃料入炉。

吹扫时应确认入炉风量符合吹扫要求，开始执行吹扫程序，直至达到规定的时间。炉膛和烟道吹扫时，应开启包括EHE风机和返料器风机在内的全部风机。吹扫风量为满负荷风量的25％，吹扫时间为20min。吹扫结束后，即可投人预燃器，将流化燃烧室炉衬加热到运行温度。加热速度决定于炉衬允许温升速度。预燃器的火焰由其所对应的红外火焰监测器监视。

当床温达到一定值后，再执行给煤和其他程序，并在适当时机撤出油枪。点火助燃油枪的投用条件规定为布风板以上3m处床温降到550℃。投人油枪后，由于气固两相强烈的径向和轴向混合，床温迅速升至700℃，此时便可退出点火燃烧器。由此刻起，便只能通过氧量和温度进行炉膛监视。 6．床内结焦及其影响因素

结焦是运行中较为常见的问题，无论点火或正常运行中都可能发生，原困也有多种。表面上看，结焦的直接原因是局部或整体温度超出灰熔点或烧结温度。依此标准，常将结焦分为高温结焦和低温结焦两种。当床层整体温度低于灰渣变形温度而由于局部超温或低温烧结而引起的结焦叫低温结焦，它不仅会在启动过程或压火时出现在床内，也有可能出现在炉膛以外，如高温旋风分离器的灰斗内，外置换热器及返料机构内，灰渣中碱金属钾、钠含量较高时较易发生。要避兔低温结焦，最好的方法是保证易发地带流化良好，颗粒混和迅速，或处于正常的移动状态（指分离器和返料机构内），这样温度均匀，防止结焦。有些场合，向床内加入石灰石等补充床料也有助于避免低温结焦。

高温结焦是指床层整体温度水平较高而流化正常时所形成的结焦现象。当床料中含碳量过高时，如未能适时调整风量或返料量来抑平床温，就有可能出现结焦。与疏松的带有许多嵌入的未烧结颗粒的低温焦块不同，从高温焦块表面上看基本上是熔融的，冷却后呈深褐色，并夹杂少量气孔。

无论高温焦还是低温焦都常在点火过程中出现，一旦生成，就会迅速增长。由于烧结是个自动加速过程，因此焦块长大速度往往越来越快。这样，及早发现结焦并予以清除是运行人员必须掌握的原则。因炽热焦块相对容易打碎，故一旦严重结焦，应立即停炉，实施打焦和清除小焦块操作，否则，残留的小焦块还将对重新启动后的运行不利。

另一种较难察觉的结焦是运行中的渐进性结焦，此时床温和观察到的流化质量都正常，这时焦块是缓慢生长的。渐进性结焦的主要原因有：①布风系统制造和安装质量不好；②给煤中存在大块；③运行参数控制不当等。为此，要强调指出的是，当给煤粒度超出设计值时，应对大块进行分离和二次破碎后方可人炉。新建机组投运初期，应检查风帽及风帽小孔有无错装或堵塞，炉内分隔墙和耐火层边角处和顶部角度设计是否适当。

为保证安全稳定运行，应在点火过程中注意布风均匀性，保证流化质量达到规定的要 求，并注意在点火过程后期适时放渣。运行中的渐进性结焦，在掌握操作技能，控制入炉颗粒尺寸后，也是可以避免的。 五、循环流化床发展中存在问题

循环流化床燃烧技术在短短的十几年间从实验室研究发展到了大规模的商业化应用，特别是循环流化床锅炉已成为目前世界上可供选择的成熟的发电设备，正是由于发展如此迅速，也不免存在各种问题有待于进一步解决。这里结合工业应用归纳如下几方面的问题：

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1．合适的炉膛高度。目前所开发的循环流化床锅炉与同等容量的其他型式锅炉相比，炉膛高度一般都显得较高，从经济角度考虑如何选取合适的循环流化床锅炉炉膛高度是一个仍需解决的问题。

2．最有利的循环倍率。国外制造的循环流化床锅炉从高效脱硫考虑，一般都选用较高的循环倍率；国内制造的循环流化床锅炉目前一般还不考虑燃烧脱硫，同时大都燃用劣质高灰燃料，因此一般都选用较低的循环倍率。从目前的发展趋势看，随着环保法规的日趋严格，同时也为了充分发挥循环流化床锅炉的优越性，我国的循环流化床锅炉必须考虑燃烧脱硫，因此对于燃用劣质燃料的循环流化床锅炉的循环倍率的选取仍需进一步研究。

3．循环物料的分离。循环物料的分离是构成循环流化床锅炉的关键环节之一。从物料分离装置的工作温度看，可分为高温分离、中温分离和低温分离；从分离原理看，又有旋风分离和撞击式分离等，此外从物料的循环方式看，又有外循环和内循环。如何根据实际情况选用适当的循环物料分离装置和循环方式是一个十分重要的课题。

4．进一步的防磨措施。在循环流化床锅炉中，有许多部件是工作在高温、高固体颗粒浓度的不断冲刷环境下的。虽然已采取一些防磨措施，但循环流化床锅炉的运行结果仍表明锅炉设备的磨损是十分严重的，特别是在国内，经常由于磨损问题造成停炉。因此如何从防磨机理出发，采取进一步的防磨措施，对循环流化床锅炉的推广应用是一个十分现实又重要的课题。

5．锅炉的大型化。从目前世界上已投运的循环流化床锅炉来看，最大容量的循环床锅炉的发电能力为250MW，与煤粉锅炉相比，在锅炉容量上尚有相当的差距。为使循环流化床锅炉能在发电设备市场上与煤粉锅炉相竞争，目前各国的循环流化床锅炉制造厂家和研究机构都十分重视循环流化床锅炉的大型化。

6．其他经济性问题。从各国循环流化床锅炉制造厂家的宣传资料看，都保证锅炉的燃烧效率在99％以上，但实际运行结果往往达不到宣传保证值，因此循环流化床锅炉的燃烧还需进一步优化。此外，循环流化床锅炉所需的风机压头通常较高，使辅机功率增加，如何解决这个问题也值得进一步探讨。

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