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摘 要：本文主要从循环流化床锅炉燃烧系统的特点、过程、影响因素三方面对其燃烧系统进行分析和研究，以提高循环流化床锅炉燃烧系统对不同燃料煤质的燃烧适应性和循环流化床锅炉的燃烧效率，旨在降低运行成本，延长锅炉的使用寿命，确保循环流化床锅炉安全经济运行，达到国家环保要求。
关键词：循环流化床锅炉；物料流化；燃料粒比度
1 循环流化床锅炉燃烧系统的特点分析
循环流化床锅炉的结构炉膛大、燃料颗粒在炉膛内停留时间长、燃料颗粒在一二次风的强烈扰动下流化燃烧等特性，决定了其具有以下4个燃烧特点：燃料适应性广、燃烧效率高、脱硫性能强、氮氧化物排放低。这些特点是传统链条炉、煤粉炉和鼓泡床流化床锅炉所不具有的优点。
1.1 燃料适应性广
循环流化床锅炉不但能燃烧高热量的优质煤种和燃料，而且还能燃烧像煤矸石、高灰煤、泥煤、生活垃圾等低热量、低挥发分、高灰分的劣质煤种和燃料。
1.2 燃烧效率高
循环流化床锅炉的燃烧效率可高达99%，负荷调节范围广，可控制在额定功率的30%～110%之间。当负荷发生变化时，只须调节给煤量、一二次风量和旋风分离器的循环量即可满足不同条件下的负荷变化。
1.3 脱硫性能强
由于循环流化床锅炉的燃烧特性，当钙硫比在1.5～2.0时，其炉内脱硫效率高达92%，因为循环流化床锅炉的床温控制在850℃左右，是炉内石灰石脱硫的最佳温度，煤种中的硫元素在此温度下，通过和石灰石发生化学反应，可达到脱硫的目的。
1.4 氮氧化物排放低
循环流化床锅炉内炉膛低温燃烧和分区、循环燃烧的特性决定了其氮氧化物排放低的特点。通过多年的实际运行证明，煤种通过循环流化床低温循环燃烧，其氮氧化物排放量为55～140ppm。随着国家环保要求的提高，再配合炉外尾部脱硝系统，循环流化床锅炉氮氧化物排放值可以控制在55ppm以下。
2 循环流化床锅炉的燃烧过程分析
2.1 流化
燃料颗粒在炉内燃烧的空间为炉膛，也称之为燃烧室。在燃烧系统设计的过程中，把燃烧室分为了稀相区和密相区。循环流化床锅炉的燃烧主要发生在炉膛下部的密相区，上部的稀相区，锅炉分离器区燃烧相对较少。锅炉炉膛布风板上布有几十公分厚的惰性材料。锅炉炉膛是一个充满灼热的物料，是一个稳定贮存热量的火热源。燃煤与分离器返回的未燃尽的焦碳颗粒在该区域燃烧，炉膛内的物料在一次风的主要作用下，密相区处于还原性气氛，对于气固流态化的固体颗粒来说，气体并不均匀地流过床层，固体颗粒分成群体做紊流运动，床层中的空隙率随位置和时间的不同而变化，形成“聚式”流态化，即所谓的物料流化。
2.2 燃烧
已经流化的物料，高温床料使燃料达到燃烧的燃点；一次风提供了物料燃烧所需的氧气，在高温床料和一次风的作用下，燃料开始燃烧。其中一次风量约占燃料完全燃烧所需风量的60%左右，燃料挥发分的析出和燃烧大部分发生在密相区，燃料燃烧释放的热量与炉膛四周下部的水冷壁进行热量交换；当增加负荷时，保证一次风能把燃料足够流化的情况下，加大给煤量和二次风的比例，让已经流化的份额较大、粒径较大的煤粒，输送至炉膛上部稀相区，在二次风提供氧量的作用下，大颗粒煤同在稀相区的焦炭和一部分挥发分燃料，以富氧状态进一步燃烧，并与炉膛四周上部的水冷壁进行热量交换。相反，当锅炉负荷降低，保证一次风能把燃料足够流化的情况下，减少给煤量和二次风的比例，减少燃料在稀相区的燃烧，甚至在需要压火时停止二次风的供给，以满足负荷变化的需求。
在锅炉密相区床层温度越高，床下部燃烧份额也就越大，但是一次风量提供的氧气量约占燃料完全燃烧所需风量的60%，所以燃料在密相区是燃烧不完全的。在一次风和流体力学的作用下，燃料从密相区到稀相区，燃料向上运动燃烧的同时又沿截面贴近炉墙向下移动，进而在炉膛内旋转循环燃烧，物料循环延长了燃料在炉膛内燃烧状态的停留时间，更有利于燃料颗粒的燃尽和传热。
2.3 分离及平衡
燃料通过在炉膛内的燃烧，大部分都已经燃烧完毕，只有少数未燃尽的大颗粒燃料在流化风的带动下，夹带到旋风分离器中，由于少数未燃尽的大颗粒燃料在分离器强大离心力的作用下，停留时间很短，再加上分离器中的氧含量很低，燃料颗粒在该区域燃烧份额很小，只有一小部分一氧化碳和一小部分挥发分燃料在此燃烧。本过程主要是分离燃料，控制整个循环流化床锅炉燃烧系统的物料平衡，起到提高燃料利用率和锅炉效率的作用，达到让锅炉燃烧系统稳定运行的目的。
在实际循环流化床锅炉的运行中，一般分离效率大于理论计算数据。在实际工况下，从流化床内进入到旋风分离器的气固混合物中的固体燃料颗粒浓度比在其他常规锅炉分离器中要高的多。这样的颗粒通常以颗粒团的形式出现，在离心力的作用下更容易被搜集，使分离器的分离效果增大。在循环流化床锅炉实际燃烧工况下，固体燃料除经过炉膛密相区、稀相区的内循环燃烧外，还有一部分是在分离器再循环系统的外循环燃烧，以达到锅炉的物料平衡，烟气平衡。
3 影响循环流化床锅炉燃烧系统的因素分析
3.1 燃料热值特性
循环流化床锅炉是针对不同燃料热值特性的煤种而设计的专业的燃烧设备，当实际燃料热值与设计燃料热值有较大差别时，就会影响锅炉的燃烧系统，影响锅炉效率和燃料利用率，要么燃料不能充分燃烧，浪费资源；要么锅炉出力不够，达不到设计参数。所以选择的锅炉要和设计煤种相一致。
3.2 燃料粒比度
粒比度是指各粒径的颗粒占燃料总量的份额。燃料的粒比度对不同锅炉的要求也不完全相同。粒径越小，在炉内停留时间越短，基本从给煤口进入炉床到从炉膛出口飞出炉膛的一个过程便可燃尽。但是粒径太小，会导致未被燃尽就被吹出炉膛，并且受分离器的切割粒径限制不能被回收至炉膛重新燃烧，这会使飞灰热损失更大；而相反，粒径较大的燃烧时间较长，如果大颗粒所占比重较大，会导致炉膛密相区过厚，若再加上布风板结构不合理，送风调整不当，放渣时间间隔短，那么就会使大颗粒的煤未被燃尽便被排出，使排渣热损失增大。
3.3 流化质量
流化床要求布风板装置配风均匀，风帽选型合理，风速、风量合理分配；使炉底物料流化质量良好，清除死区和粗颗粒的沉积。进入料层的氧气不仅要分配均匀，而且要尽量减少氧气气泡的尺寸，减少气泡的夹带。在锅炉运行以前必须做布风板均匀性试验和最小流化风量测试，还要确定冷态临界流化速度。因为热态和冷态炉内温度差别大，烟气密度不同，热态时的密度要小，因此热态时的临界流量要比冷态时的临界流量小得多，但是，临界流速不变。物料流化质量的好坏是影响流化床锅炉燃烧系统的一个重要因素。
3.4 炉膛床温
维持稳定的床温是流化床锅炉稳定燃烧的关键，温度越高，越有利于提高燃烧速率和缩短燃尽时间，但温度太高，超过灰变形温度就可能产生高温结焦；温度过低，对煤着火和燃烧不利，要在安全和不结焦的允许范围内尽量保持较高的床温，应维持在800～900℃。
3.5 一、二次风的配比
一次风应满足密相区燃料燃烧的需要，保证物料正常流化，从密相区布风板进入炉膛。其风量过大，会使粒径小的颗粒在炉内停留时间过短，带走热量；风量过小，使物料不能充分流化，燃烧不充分，还可能导致炉床局部过热而结焦。二次风从密相区与稀相区的交界处进入，补充稀相区燃料充足的氧分，使物料横向搅动掺混，保证燃料充分燃烧，降低氮氧化物的排放。二次风过大与过小对燃烧都会产生不利影响。
4 结语
随着社会和科技的不断进步，循环流化床锅炉燃烧系统的技术也日益完善，相信循环流化床锅炉燃烧系统技术一定会向着高效型、节能型、超低排放型方向持续健康地发展。
参考文献
[1]路春美.循环流化床锅炉设备与运行[M].中国电力出版社，2008.
[2]岑可法.循环流化床锅炉理论设计与运行[M].中国电力出版社，1998.
[3]吕俊复.循环流化床锅炉运行与检修[M].水利水电出版社，2005.
[4]李绚天，骆仲泱，倪明江，等.煤燃烧过程中加石灰石脱硫对NOx排放影响的研究[J].燃料化学学报，1991，（1）：71-76.
（作者单位：太原锅炉集团有限公司）
关键词：循环流化床锅炉；物料流化；燃料粒比度
1 循环流化床锅炉燃烧系统的特点分析
循环流化床锅炉的结构炉膛大、燃料颗粒在炉膛内停留时间长、燃料颗粒在一二次风的强烈扰动下流化燃烧等特性，决定了其具有以下4个燃烧特点：燃料适应性广、燃烧效率高、脱硫性能强、氮氧化物排放低。这些特点是传统链条炉、煤粉炉和鼓泡床流化床锅炉所不具有的优点。
1.1 燃料适应性广
循环流化床锅炉不但能燃烧高热量的优质煤种和燃料，而且还能燃烧像煤矸石、高灰煤、泥煤、生活垃圾等低热量、低挥发分、高灰分的劣质煤种和燃料。
1.2 燃烧效率高
循环流化床锅炉的燃烧效率可高达99%，负荷调节范围广，可控制在额定功率的30%～110%之间。当负荷发生变化时，只须调节给煤量、一二次风量和旋风分离器的循环量即可满足不同条件下的负荷变化。
1.3 脱硫性能强
由于循环流化床锅炉的燃烧特性，当钙硫比在1.5～2.0时，其炉内脱硫效率高达92%，因为循环流化床锅炉的床温控制在850℃左右，是炉内石灰石脱硫的最佳温度，煤种中的硫元素在此温度下，通过和石灰石发生化学反应，可达到脱硫的目的。
1.4 氮氧化物排放低
循环流化床锅炉内炉膛低温燃烧和分区、循环燃烧的特性决定了其氮氧化物排放低的特点。通过多年的实际运行证明，煤种通过循环流化床低温循环燃烧，其氮氧化物排放量为55～140ppm。随着国家环保要求的提高，再配合炉外尾部脱硝系统，循环流化床锅炉氮氧化物排放值可以控制在55ppm以下。
2 循环流化床锅炉的燃烧过程分析
2.1 流化
燃料颗粒在炉内燃烧的空间为炉膛，也称之为燃烧室。在燃烧系统设计的过程中，把燃烧室分为了稀相区和密相区。循环流化床锅炉的燃烧主要发生在炉膛下部的密相区，上部的稀相区，锅炉分离器区燃烧相对较少。锅炉炉膛布风板上布有几十公分厚的惰性材料。锅炉炉膛是一个充满灼热的物料，是一个稳定贮存热量的火热源。燃煤与分离器返回的未燃尽的焦碳颗粒在该区域燃烧，炉膛内的物料在一次风的主要作用下，密相区处于还原性气氛，对于气固流态化的固体颗粒来说，气体并不均匀地流过床层，固体颗粒分成群体做紊流运动，床层中的空隙率随位置和时间的不同而变化，形成“聚式”流态化，即所谓的物料流化。
2.2 燃烧
已经流化的物料，高温床料使燃料达到燃烧的燃点；一次风提供了物料燃烧所需的氧气，在高温床料和一次风的作用下，燃料开始燃烧。其中一次风量约占燃料完全燃烧所需风量的60%左右，燃料挥发分的析出和燃烧大部分发生在密相区，燃料燃烧释放的热量与炉膛四周下部的水冷壁进行热量交换；当增加负荷时，保证一次风能把燃料足够流化的情况下，加大给煤量和二次风的比例，让已经流化的份额较大、粒径较大的煤粒，输送至炉膛上部稀相区，在二次风提供氧量的作用下，大颗粒煤同在稀相区的焦炭和一部分挥发分燃料，以富氧状态进一步燃烧，并与炉膛四周上部的水冷壁进行热量交换。相反，当锅炉负荷降低，保证一次风能把燃料足够流化的情况下，减少给煤量和二次风的比例，减少燃料在稀相区的燃烧，甚至在需要压火时停止二次风的供给，以满足负荷变化的需求。
在锅炉密相区床层温度越高，床下部燃烧份额也就越大，但是一次风量提供的氧气量约占燃料完全燃烧所需风量的60%，所以燃料在密相区是燃烧不完全的。在一次风和流体力学的作用下，燃料从密相区到稀相区，燃料向上运动燃烧的同时又沿截面贴近炉墙向下移动，进而在炉膛内旋转循环燃烧，物料循环延长了燃料在炉膛内燃烧状态的停留时间，更有利于燃料颗粒的燃尽和传热。
2.3 分离及平衡
燃料通过在炉膛内的燃烧，大部分都已经燃烧完毕，只有少数未燃尽的大颗粒燃料在流化风的带动下，夹带到旋风分离器中，由于少数未燃尽的大颗粒燃料在分离器强大离心力的作用下，停留时间很短，再加上分离器中的氧含量很低，燃料颗粒在该区域燃烧份额很小，只有一小部分一氧化碳和一小部分挥发分燃料在此燃烧。本过程主要是分离燃料，控制整个循环流化床锅炉燃烧系统的物料平衡，起到提高燃料利用率和锅炉效率的作用，达到让锅炉燃烧系统稳定运行的目的。
在实际循环流化床锅炉的运行中，一般分离效率大于理论计算数据。在实际工况下，从流化床内进入到旋风分离器的气固混合物中的固体燃料颗粒浓度比在其他常规锅炉分离器中要高的多。这样的颗粒通常以颗粒团的形式出现，在离心力的作用下更容易被搜集，使分离器的分离效果增大。在循环流化床锅炉实际燃烧工况下，固体燃料除经过炉膛密相区、稀相区的内循环燃烧外，还有一部分是在分离器再循环系统的外循环燃烧，以达到锅炉的物料平衡，烟气平衡。
3 影响循环流化床锅炉燃烧系统的因素分析
3.1 燃料热值特性
循环流化床锅炉是针对不同燃料热值特性的煤种而设计的专业的燃烧设备，当实际燃料热值与设计燃料热值有较大差别时，就会影响锅炉的燃烧系统，影响锅炉效率和燃料利用率，要么燃料不能充分燃烧，浪费资源；要么锅炉出力不够，达不到设计参数。所以选择的锅炉要和设计煤种相一致。
3.2 燃料粒比度
粒比度是指各粒径的颗粒占燃料总量的份额。燃料的粒比度对不同锅炉的要求也不完全相同。粒径越小，在炉内停留时间越短，基本从给煤口进入炉床到从炉膛出口飞出炉膛的一个过程便可燃尽。但是粒径太小，会导致未被燃尽就被吹出炉膛，并且受分离器的切割粒径限制不能被回收至炉膛重新燃烧，这会使飞灰热损失更大；而相反，粒径较大的燃烧时间较长，如果大颗粒所占比重较大，会导致炉膛密相区过厚，若再加上布风板结构不合理，送风调整不当，放渣时间间隔短，那么就会使大颗粒的煤未被燃尽便被排出，使排渣热损失增大。
3.3 流化质量
流化床要求布风板装置配风均匀，风帽选型合理，风速、风量合理分配；使炉底物料流化质量良好，清除死区和粗颗粒的沉积。进入料层的氧气不仅要分配均匀，而且要尽量减少氧气气泡的尺寸，减少气泡的夹带。在锅炉运行以前必须做布风板均匀性试验和最小流化风量测试，还要确定冷态临界流化速度。因为热态和冷态炉内温度差别大，烟气密度不同，热态时的密度要小，因此热态时的临界流量要比冷态时的临界流量小得多，但是，临界流速不变。物料流化质量的好坏是影响流化床锅炉燃烧系统的一个重要因素。
3.4 炉膛床温
维持稳定的床温是流化床锅炉稳定燃烧的关键，温度越高，越有利于提高燃烧速率和缩短燃尽时间，但温度太高，超过灰变形温度就可能产生高温结焦；温度过低，对煤着火和燃烧不利，要在安全和不结焦的允许范围内尽量保持较高的床温，应维持在800～900℃。
3.5 一、二次风的配比
一次风应满足密相区燃料燃烧的需要，保证物料正常流化，从密相区布风板进入炉膛。其风量过大，会使粒径小的颗粒在炉内停留时间过短，带走热量；风量过小，使物料不能充分流化，燃烧不充分，还可能导致炉床局部过热而结焦。二次风从密相区与稀相区的交界处进入，补充稀相区燃料充足的氧分，使物料横向搅动掺混，保证燃料充分燃烧，降低氮氧化物的排放。二次风过大与过小对燃烧都会产生不利影响。
4 结语
随着社会和科技的不断进步，循环流化床锅炉燃烧系统的技术也日益完善，相信循环流化床锅炉燃烧系统技术一定会向着高效型、节能型、超低排放型方向持续健康地发展。
参考文献
[1]路春美.循环流化床锅炉设备与运行[M].中国电力出版社，2008.
[2]岑可法.循环流化床锅炉理论设计与运行[M].中国电力出版社，1998.
[3]吕俊复.循环流化床锅炉运行与检修[M].水利水电出版社，2005.
[4]李绚天，骆仲泱，倪明江，等.煤燃烧过程中加石灰石脱硫对NOx排放影响的研究[J].燃料化学学报，1991，（1）：71-76.
（作者单位：太原锅炉集团有限公司）