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摘要：锅炉节能技术目前已经成为业界关注的焦点，而节能燃烧的新技术也成为目前专业人士研究的重点。从现有的锅炉节能技术来看，较为广泛使用的就是循环流化床锅炉节能燃烧新技术，由于其在各方面的优越性，在业界已经得到了基本的认可。与传统的煤粉炉相比而言，循环流化床技锅炉具有燃料适应性广、环保性能佳、符合调节范围宽等诸多优点。近年来，循环流化床锅炉燃烧技术得到飞速发展，在国内中小容量的锅炉机组中占有十分重要的作用，其市场地位也是不可替代的，目前循环流化床锅炉节能燃烧新技术已经成为国际公认的商业化程度最好的洁净煤燃烧技术。
关键字：循环流化床锅炉 节能燃烧
中图分类号：TK 文献标识码：A 文章编号：1009-914x（2013）02-01-01
一、循环流化床锅炉面临的问题和对策
从目前的实际工作情况来看，循环流化床锅炉具有诸多优点，而近年来也得到了飞速发展，在国内锅炉机组中已经得到了普遍推广，是一种较为成功过的锅炉发展方案。
但是，在循环流化床燃烧技术快速发展的同时，仍然面临着很多问题和挑战。对于循环流化床锅炉运行的安全可靠性而言，尽管解决了磨损、耐火材料、辅机系统三大问题后，循环流化床锅炉可用率得到很大提高。但循环流化床锅炉运行的经济性与煤粉炉相比仍然有较大差距，如循环流化床锅炉煤耗高于煤粉炉1%～3%，厂用电率高于煤粉炉2%～3%。能否在以上两个方面，特别是在经济性运行方面实现突破是循环流化床锅炉燃烧技术的重大课题。循环流化床锅炉的理论研究和产品开发若不能有所突破，其发展将受到严峻挑战。
循环流化床燃烧技术快速发展过程中遇到的主要问题有很多方面，本文主要对下列问题进行简单描述：
机组工作过程中发热量将会升高， 燃烧室密相区、稀相区燃烧份额大幅度增加，燃料燃烧释放热量远远超出受热面吸热热量及锅炉负荷需要热量，大于锅炉热量平衡的要求范围，导致过热器超温、再热器超温超压；大量煤粉进入炉膛后燃烧，整个炉膛的温度分布水平增加幅度很大，而且炉内蓄有的大量热物料具有很大的蓄热量和热惯性，再热系统内蓄有大量热工质未能释放，导致再热器压力长时间内不能降低；安全门回座后由于锅炉负荷又未能迅速升高，导致再热器安全门频繁动作、时间较长。
此外，锅炉机组在工作运行时，如果入炉煤煤质发生变化，燃料运行与锅炉运行人员未及时沟通联系，仍然维持锅炉原运行工况；或者当运行燃烧异常时，由于对CFB锅炉的燃烧认识不深、规律未掌握，燃烧调整未跟上入炉煤质变化，导致锅炉燃烧不稳、再热器安全门动作。
二、节能型循环流化床锅炉设计理论和方法
按照颗粒终端速度大于或小于燃烧室上升气速，可将循环流化床锅炉的床料定性分为2类，即有效床料和无效床料。有效床料可以构成燃烧室上部的快速床和形成外部循环，影响炉膛内、外循环回路的受热面布置。无效床料由于颗粒终端速度大于流化风速，无法参与循环，只能在底部形成密相的鼓泡流动，由于循环流化床锅炉下部水冷壁浇注了防磨材料，因此无效床料对传热性能基本无影响。无效床料对锅炉运行的正面意义在于提供了粗大煤粒燃尽所需的停留时间。一般，床内无效床料越少，床压降可以控制得越低，锅炉运行的效果越好。根据杨海瑞等提出的循环流化床内煤成灰、物料平衡的理论和模型可知，虽然给煤粒度与循环流化床内煤的燃烧成灰粒度有联系，但是并不相同，且给煤粒度与循环流化床内物料平衡后的粒度分布相差更大。大部分煤颗粒在循环流化床燃烧过程中最终形成较小的灰颗粒，仅需有限的粗颗粒床存量，即可保证粗煤颗粒的燃尽，因此，完全可以通过控制给煤来避免因无效存料引起的风
机能耗及受热面磨损。
对循环流化床内的快速床而言，床存量减少首先引起下部浓相床高度降低，而上部稀相浓度降低很少（即上部携带率降低很少），所以对循环流化床的燃烧和传热影响较小。对于快速床理论，至今没有实际的工程试验数据证明，在循环流化床锅炉中，参与形成快速床细颗粒物料的存量最少到何种程度才能维持快速床状态，所以，对当前循环流化床技术经验得到的床存量设计数据（8～12 kPa）而言，完全存在有效物料存量的裕度。
根据定态设计理论和循环流化床流态设计图谱，可以先验性地选择循环流化床上部快速床的状态，通过减少床料量重构炉膛内的气固流态，以达到降低能耗（即较少的床存量和较低的一次风机压头）、减少磨损和降低厂用电率的目的。但减少床料量对炉膛内燃烧的影响还需要深入研究。理论和实践证明，炉膛压降的高低对飞灰含碳量具有双重性影响。在某恒定的流化风速下，当床料量增加时，上部悬浮物料浓度也会提高，上部气固流场出现颗粒团的几率将增大。由于颗粒团的终端速度大于单个细小颗粒，因此会在炉膛轴向产生反混，并在气流作用下解体，再团聚，再解体，如此反复。这种轴向的混合会延长细小颗粒在炉膛上部的停留时间，有利于细小可燃物的燃尽。另一方面，随着炉膛上部悬浮物料浓度的提高，气固两相主流的动量和刚度都相应增加，二次风以一定速度射入气固主流区所受到的阻力变大，使得二次风的穿透深度降低，能够进入到炉膛核心区的氧气量减少，造成核心贫氧区，进而使可燃物颗粒在此区间的燃烧受到抑制。考虑到床压降对燃烧效率的双重性影响，理论上存在一最优床压降，既可以维持快速流化状态、保证传热性能要求，又可降低过渡区物料浓度、减轻受热面磨损及降低风机电耗，并获得最高燃烧效率。
根据上述分析，通过流态重构可以确定一合理少的床存量。在此床料量下，可以维持炉膛上部快速流化状态，并保证气固浓度和外循环流率不变，从而满足传热性能的要求，也使二次风区域物料浓度明显降低，增强了二次风穿透扰动效果，改善了炉膛上部气固混合效果，提高了锅炉燃烧效率，降低了锅炉机组的供电煤耗率；同时，床存量减少后，物料流化需要的动力减小，锅炉一、二次风机的压头降低，使风机电耗减少，锅炉机组的厂用电率降低；此外，床存量减少后，炉膛下部物料浓度大幅度降低，从而可以减轻炉膛下部浓相区，特别是防磨层与膜式壁交界处的磨损，提高了锅炉机组的可用率。
三、节能型循环流化床锅炉流态选择
循环流化床锅炉一旦选定流态，有关床内物料质量、循环量、物料浓度沿床高的分布、相应传热系数沿床高的分布及燃烧份额的分布等设计数据均得到确定，这些数据需要从工程实践中逐步积累，并需要与相应的结构及辅机系统匹配，是一个庞大、复杂、协调配合的系统体系，如果要变动流态将十分困难。清华大学确定的节能型炉内流化状态在实际运行过程中具有可控性，当发生循环量或物料浓度漂移时，通过调整床存量可以保持设计的流化状态不变。“定态设计”的理论核心为：以循环流化床锅炉基本原理为依据，寻求节能型循环流化床锅炉运行时的最佳状态模型，确定在最佳状态下锅炉应具备的设计参数，锅炉产品按照该组参数进行设计可获得最佳的运行效果、经济性和可靠性。
四、结论
基于流态重构的低床压降节能型循环流化床燃烧技术，克服了厂用电率高和磨损问题.降低床压降对燃烧效率具有双重影响，一方面有助于改善二次风的穿透和扩散能力，另一方面减少了可燃颗粒在炉膛内的停留时间.理论上存在最优床压降，在该床压降下可以维持快速流化状态，保证传热性能要求，降低过渡区物料浓度，减轻受热面磨损及降低风机电耗，并获得最高燃烧效率.
参考文献：
[1]杨海瑞，吕俊复，岳光溪.循环流化床锅炉的设计理论与设计参数的确定[J].动力工程，2006，26（1）：43-48。
[2]杨海瑞，岳光溪，王宇，等.循环流化床锅炉物料平衡分析[J].热能动力工程，2005，20（3）：291-295。
关键字：循环流化床锅炉 节能燃烧
中图分类号：TK 文献标识码：A 文章编号：1009-914x（2013）02-01-01
一、循环流化床锅炉面临的问题和对策
从目前的实际工作情况来看，循环流化床锅炉具有诸多优点，而近年来也得到了飞速发展，在国内锅炉机组中已经得到了普遍推广，是一种较为成功过的锅炉发展方案。
但是，在循环流化床燃烧技术快速发展的同时，仍然面临着很多问题和挑战。对于循环流化床锅炉运行的安全可靠性而言，尽管解决了磨损、耐火材料、辅机系统三大问题后，循环流化床锅炉可用率得到很大提高。但循环流化床锅炉运行的经济性与煤粉炉相比仍然有较大差距，如循环流化床锅炉煤耗高于煤粉炉1%～3%，厂用电率高于煤粉炉2%～3%。能否在以上两个方面，特别是在经济性运行方面实现突破是循环流化床锅炉燃烧技术的重大课题。循环流化床锅炉的理论研究和产品开发若不能有所突破，其发展将受到严峻挑战。
循环流化床燃烧技术快速发展过程中遇到的主要问题有很多方面，本文主要对下列问题进行简单描述：
机组工作过程中发热量将会升高， 燃烧室密相区、稀相区燃烧份额大幅度增加，燃料燃烧释放热量远远超出受热面吸热热量及锅炉负荷需要热量，大于锅炉热量平衡的要求范围，导致过热器超温、再热器超温超压；大量煤粉进入炉膛后燃烧，整个炉膛的温度分布水平增加幅度很大，而且炉内蓄有的大量热物料具有很大的蓄热量和热惯性，再热系统内蓄有大量热工质未能释放，导致再热器压力长时间内不能降低；安全门回座后由于锅炉负荷又未能迅速升高，导致再热器安全门频繁动作、时间较长。
此外，锅炉机组在工作运行时，如果入炉煤煤质发生变化，燃料运行与锅炉运行人员未及时沟通联系，仍然维持锅炉原运行工况；或者当运行燃烧异常时，由于对CFB锅炉的燃烧认识不深、规律未掌握，燃烧调整未跟上入炉煤质变化，导致锅炉燃烧不稳、再热器安全门动作。
二、节能型循环流化床锅炉设计理论和方法
按照颗粒终端速度大于或小于燃烧室上升气速，可将循环流化床锅炉的床料定性分为2类，即有效床料和无效床料。有效床料可以构成燃烧室上部的快速床和形成外部循环，影响炉膛内、外循环回路的受热面布置。无效床料由于颗粒终端速度大于流化风速，无法参与循环，只能在底部形成密相的鼓泡流动，由于循环流化床锅炉下部水冷壁浇注了防磨材料，因此无效床料对传热性能基本无影响。无效床料对锅炉运行的正面意义在于提供了粗大煤粒燃尽所需的停留时间。一般，床内无效床料越少，床压降可以控制得越低，锅炉运行的效果越好。根据杨海瑞等提出的循环流化床内煤成灰、物料平衡的理论和模型可知，虽然给煤粒度与循环流化床内煤的燃烧成灰粒度有联系，但是并不相同，且给煤粒度与循环流化床内物料平衡后的粒度分布相差更大。大部分煤颗粒在循环流化床燃烧过程中最终形成较小的灰颗粒，仅需有限的粗颗粒床存量，即可保证粗煤颗粒的燃尽，因此，完全可以通过控制给煤来避免因无效存料引起的风
机能耗及受热面磨损。
对循环流化床内的快速床而言，床存量减少首先引起下部浓相床高度降低，而上部稀相浓度降低很少（即上部携带率降低很少），所以对循环流化床的燃烧和传热影响较小。对于快速床理论，至今没有实际的工程试验数据证明，在循环流化床锅炉中，参与形成快速床细颗粒物料的存量最少到何种程度才能维持快速床状态，所以，对当前循环流化床技术经验得到的床存量设计数据（8～12 kPa）而言，完全存在有效物料存量的裕度。
根据定态设计理论和循环流化床流态设计图谱，可以先验性地选择循环流化床上部快速床的状态，通过减少床料量重构炉膛内的气固流态，以达到降低能耗（即较少的床存量和较低的一次风机压头）、减少磨损和降低厂用电率的目的。但减少床料量对炉膛内燃烧的影响还需要深入研究。理论和实践证明，炉膛压降的高低对飞灰含碳量具有双重性影响。在某恒定的流化风速下，当床料量增加时，上部悬浮物料浓度也会提高，上部气固流场出现颗粒团的几率将增大。由于颗粒团的终端速度大于单个细小颗粒，因此会在炉膛轴向产生反混，并在气流作用下解体，再团聚，再解体，如此反复。这种轴向的混合会延长细小颗粒在炉膛上部的停留时间，有利于细小可燃物的燃尽。另一方面，随着炉膛上部悬浮物料浓度的提高，气固两相主流的动量和刚度都相应增加，二次风以一定速度射入气固主流区所受到的阻力变大，使得二次风的穿透深度降低，能够进入到炉膛核心区的氧气量减少，造成核心贫氧区，进而使可燃物颗粒在此区间的燃烧受到抑制。考虑到床压降对燃烧效率的双重性影响，理论上存在一最优床压降，既可以维持快速流化状态、保证传热性能要求，又可降低过渡区物料浓度、减轻受热面磨损及降低风机电耗，并获得最高燃烧效率。
根据上述分析，通过流态重构可以确定一合理少的床存量。在此床料量下，可以维持炉膛上部快速流化状态，并保证气固浓度和外循环流率不变，从而满足传热性能的要求，也使二次风区域物料浓度明显降低，增强了二次风穿透扰动效果，改善了炉膛上部气固混合效果，提高了锅炉燃烧效率，降低了锅炉机组的供电煤耗率；同时，床存量减少后，物料流化需要的动力减小，锅炉一、二次风机的压头降低，使风机电耗减少，锅炉机组的厂用电率降低；此外，床存量减少后，炉膛下部物料浓度大幅度降低，从而可以减轻炉膛下部浓相区，特别是防磨层与膜式壁交界处的磨损，提高了锅炉机组的可用率。
三、节能型循环流化床锅炉流态选择
循环流化床锅炉一旦选定流态，有关床内物料质量、循环量、物料浓度沿床高的分布、相应传热系数沿床高的分布及燃烧份额的分布等设计数据均得到确定，这些数据需要从工程实践中逐步积累，并需要与相应的结构及辅机系统匹配，是一个庞大、复杂、协调配合的系统体系，如果要变动流态将十分困难。清华大学确定的节能型炉内流化状态在实际运行过程中具有可控性，当发生循环量或物料浓度漂移时，通过调整床存量可以保持设计的流化状态不变。“定态设计”的理论核心为：以循环流化床锅炉基本原理为依据，寻求节能型循环流化床锅炉运行时的最佳状态模型，确定在最佳状态下锅炉应具备的设计参数，锅炉产品按照该组参数进行设计可获得最佳的运行效果、经济性和可靠性。
四、结论
基于流态重构的低床压降节能型循环流化床燃烧技术，克服了厂用电率高和磨损问题.降低床压降对燃烧效率具有双重影响，一方面有助于改善二次风的穿透和扩散能力，另一方面减少了可燃颗粒在炉膛内的停留时间.理论上存在最优床压降，在该床压降下可以维持快速流化状态，保证传热性能要求，降低过渡区物料浓度，减轻受热面磨损及降低风机电耗，并获得最高燃烧效率.
参考文献：
[1]杨海瑞，吕俊复，岳光溪.循环流化床锅炉的设计理论与设计参数的确定[J].动力工程，2006，26（1）：43-48。
[2]杨海瑞，岳光溪，王宇，等.循环流化床锅炉物料平衡分析[J].热能动力工程，2005，20（3）：291-295。