[发明专利]低床压降循环流化床锅炉燃烧工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及循环流化床锅炉燃烧技术及设备，特别涉及一种低床压降循环流化床锅炉燃烧工艺方法。

背景技术

循环流化床锅炉是利用流态化原理实现高强度燃烧，并将燃烧温度控制在石灰石最佳脱硫温区的装置，同时由于在该温区燃煤NO生成量小，可以实现底污染排放。多数循环流化床锅炉燃烧室上部气固两相流动属于快速床流动状态。快速床是指在一定流化风速范围内，对一定粒度的物料在燃烧室空间内的物料浓度(指燃烧室内单位体积空间内含有的固体颗粒重量)达到一定数值以上时形成的一种颗粒发生团聚的流化状态。

现有技术中循环流化床锅炉基本有两种结构，一种是带有外置式换热床的循环流化床锅炉，如图1所示。该装置由快速床燃烧室，分离器，外置式换热床和物料返送阀构成。燃烧室内的物料在流化风的作用下流化，形成快速床流动状态。燃烧发生在燃烧室内，温度维持在850-930度范围内，在该温度范围内，通过加入石灰石颗粒，吸收燃烧中产生的二氧化硫。流化风夹带着物料进入分离器，物料被分离后通过返送阀送到外置换热床将高温循环物料的热量传给换热管排，冷却的物料送回燃烧室，以保持燃烧室内的物料存量，维持快速床流化状态。图2为不带外置式换热床的循环流化床锅炉的结构示意图。燃烧室由水冷壁构成，燃烧室内燃烧与换热同时进行，流化状态仍旧是快速床流动状态，该装置结构相对简单。

美国专利US 4,103,6464和US4,165,717分别于1977年3月7日和1977年10月14日公开了一种采用快速床流动的循环流化床锅炉燃烧技术。US4,103,646中规定流化风速为6.096m/s到9.14m/s，燃料颗粒粒度小于40目，石灰石粒度小于100目，快速床的物料浓度为80kg/m³到48kg/m³之间。US4,165,717对流化风速没有明确限定，但快速床的物料浓度限定为100kg/m³到15kg/m³之间，循环物料的平均粒度为30到200微米，给煤粒度小于300微米。

按照快速床理论，燃烧室内的物料浓度沿高度分布规律为一指数型分布。且随着燃烧室内物料存量的增加，燃烧室上部物料浓度逐步增加(如图3所示)。因此US4,165,717中在界定快速床物料空间浓度时是指二次风口以上的上部区域的物料空间浓度。而二次风口以下是高物料浓度的浓相区，俗称密相床区。此后随着该专利的实践，人们发现适当放宽燃料粒度对稳定燃烧室温度均匀性更有利。根据不同的煤种，燃料粒度可以在0-6mm到0-20mm之间变动。燃料粒度的放宽使得燃烧室内的物料含有部分大颗粒，而不仅仅是100-300微米的细颗粒。大颗粒在燃烧室内不可能被有限速度的流化风带到燃烧室上部，而趋于向下沉降，下部密相床区的物料包含较多的大颗粒物料，其流化形态为鼓泡床，上部仍旧维持细颗粒的快速床状态。

从燃烧的角度看，燃烧室物料存量内保留一定比例的大颗粒是必要的。大颗粒燃料燃烬需要一定时间，而大颗粒燃料在循环床锅炉燃烧室内的停留时间取决于大颗粒的床物料存量。这部分的大颗粒存量对于燃烧室上部形成快速床并没有贡献，所以宽筛分物料构成的循环床锅炉需要的物料存量为大颗粒物料存量加上燃烧室上部能达到快速床流化状态所要求的物料浓度所需的细颗粒物料存量之和。上面所述的循环流化床锅炉流化形式及物料存量的构成对于带有外置床的循环流化床锅炉(如图1所示)及后来发展的不带外置床的循环流化床锅炉(如图2所示)均有效。

由于燃烧室内的物料是由一次风的作用而流化的，按照流态化的理论及实践证明，流化所需的流化风风压(从燃烧室布风板起算到燃烧室顶部)近似等于燃烧室单位面积上颗粒物料的重量，即单位面积上的总物料存量，用压力单位表示，如KPa。原芬兰Alhstrom公司将单位面积物料存量取为8KPa-10KPa。法国Alstom公司300MWe循环流化床锅炉设计导则规定总物料存量为15-20mba(折合为15-20KPa)。上述专利和工程实践给循环流化床锅炉带来系列问题：