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在循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)中，二次風(fēng)所在平面距離流化床鍋爐布風(fēng)板距離的理論文獻(xiàn)很少，二次風(fēng)的合理布置影響到循環(huán)流化床鍋爐的燃燒份額分布、NOx排放量、鍋爐負(fù)荷、風(fēng)機(jī)能耗、密相區(qū)的流動(dòng)及燃燒等。在循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)中，二次風(fēng)所在平面位置直接影響著密相區(qū)的流化速度，因此，循環(huán)流化床鍋爐二次風(fēng)布置平面距布風(fēng)板的高度要適當(dāng)，二次風(fēng)所在平面距離布風(fēng)板的高度對(duì)爐膛內(nèi)循環(huán)灰濃度及外循環(huán)灰濃度都有一定影響，如果二次風(fēng)口與布風(fēng)板距離太高，二次風(fēng)平面以下流化速度比稀相區(qū)流化速度就會(huì)低很多，容易造成流化床流化不良和鍋爐帶不了負(fù)荷；反之，如果二次風(fēng)口與布風(fēng)板距離太低，二次風(fēng)所在平面以下流化速度過高，會(huì)造成爐膛及旋風(fēng)分離器內(nèi)部循環(huán)物料量增加，運(yùn)行控制不好，很容易造成旋風(fēng)分離器溫度過高而結(jié)渣。二次風(fēng)口的高度在布置上應(yīng)根據(jù)鍋爐容量的大小而定，鍋爐容量大，高度距布風(fēng)板的距離大，反之則小。

1二次風(fēng)的設(shè)計(jì)理論分析

1.1密相區(qū)概念及二次風(fēng)分層設(shè)計(jì)理論密相區(qū)是從布風(fēng)板開始直到當(dāng)?shù)剡\(yùn)行風(fēng)速小于某些顆粒的終端沉降速度時(shí)，這些顆粒開始向下運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行爐內(nèi)返混那一位置為止的一個(gè)固體顆粒濃度很大且顆粒在其內(nèi)部進(jìn)行強(qiáng)烈的擾動(dòng)、燃燒的區(qū)域。

在型循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)中部分大型循環(huán)流化床鍋爐布置三層二次風(fēng)，其余布置兩層二次風(fēng)，中型循環(huán)流化床鍋爐為保證次風(fēng)的穿透深度、縮小中心貧氧區(qū)的范圍，一般布置兩層二次風(fēng)，小型循環(huán)流化床鍋爐基于上述因素可考慮布置一層二次風(fēng)，如圖1。

1.2循環(huán)流化床鍋爐椎體段模型的設(shè)計(jì)理念循環(huán)流化床鍋爐送入的空氣一般分為一次風(fēng)和二次風(fēng)(有的循環(huán)流化床還設(shè)計(jì)有三次風(fēng))，密相區(qū)一般都做成錐形擴(kuò)口，否則密相區(qū)的流化速度就會(huì)降低，特別在鍋爐低負(fù)荷時(shí)，鍋爐會(huì)出現(xiàn)流化停止及床料結(jié)焦現(xiàn)象，同時(shí)由于密相區(qū)流化速度降低，鍋爐密相區(qū)析出的顆粒物減少，鍋爐帶負(fù)荷能力也會(huì)下降，所以循環(huán)流化床鍋爐的密相區(qū)總是采用較小的橫截面積。

在設(shè)計(jì)循環(huán)流化床鍋爐錐體的截面收縮可以采用兩種不同的方法：第一種方法是流化床下部區(qū)域采用較小的截面積，在二次風(fēng)口送入位置采用漸擴(kuò)的錐形擴(kuò)口，擴(kuò)口角度小于45°，具體的設(shè)計(jì)如圖2。

第二種方法是在爐膛布風(fēng)板上部就呈錐形擴(kuò)口，這有助于提高布風(fēng)板附近流化風(fēng)速，以減少床內(nèi)分層和大顆粒沉底的可能，具體的設(shè)計(jì)如圖3。

1.3二次風(fēng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵數(shù)據(jù)確定

影響二次風(fēng)所在平面距離布風(fēng)板位置高低的影響因素很多，主要包括流化床錐體段深度、錐體段容積、循環(huán)流化床鍋爐錐體兩端面積大小及比值、煤質(zhì)、料程高度、一二次風(fēng)比率、煤質(zhì)粒度分布、流化速度、布風(fēng)板開孔率，外循環(huán)倍率、內(nèi)循環(huán)倍率等，下面簡單介紹一下二次風(fēng)布置影響因素之間的關(guān)系及設(shè)計(jì)理論。

1.3.1流化床一二次風(fēng)率的確定及錐體段設(shè)計(jì)從考慮脫硝和降低廠用電方面考慮，二次取大值為好，但是不宜過大，因?yàn)槎物L(fēng)率過大，密相區(qū)的截面積就必須做的很小才能保證密相區(qū)的流化速度，這是設(shè)計(jì)循環(huán)流化床鍋爐所不允許的，同時(shí)因?yàn)殄F體段截面積做的很小會(huì)導(dǎo)致鍋爐燃燒不穩(wěn)定；從燃燒份額方面考慮，循環(huán)灰及冷的二次風(fēng)都是從密相區(qū)加入，所以密相區(qū)必須有一定的燃燒份額，才能保證循環(huán)流化床鍋爐的穩(wěn)定燃燒，如果一次風(fēng)量取得過低，可能導(dǎo)致循環(huán)流化床鍋爐析出顆粒物濃度下降，鍋爐循環(huán)倍率降低，帶負(fù)荷能力下降，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致大顆粒物無法燃盡，鍋爐排渣含碳量增加。綜合考慮，對(duì)于揮發(fā)份高、易燃優(yōu)質(zhì)煤種，一次風(fēng)率一般取低值，一般取40%～60%；對(duì)于難燃、低揮發(fā)份劣質(zhì)煤種，一次風(fēng)率取高值。但是，每個(gè)鍋爐公司設(shè)計(jì)的一二次風(fēng)率都不盡相同，因?yàn)?，每個(gè)鍋爐廠家選擇的流化風(fēng)速不同，密相區(qū)與稀相區(qū)各自的流化風(fēng)速也不同，煤質(zhì)的顆粒分布也不相同，這就導(dǎo)致了不同的鍋爐廠家，對(duì)于相近的煤質(zhì)，選擇的一二次風(fēng)率比不同，但所有鍋爐廠家總的設(shè)計(jì)理念都是保持密相區(qū)流化均勻，密相區(qū)與稀相區(qū)熱量分布均勻，表1給出了幾家鍋爐公司給出的一次風(fēng)率，可供設(shè)計(jì)參考。

在確定一二次風(fēng)比率后，要根據(jù)煤質(zhì)的不同考慮流化速度，流化速度確定以后，就確定了鍋爐錐體以上部分的橫截面積，然后再根據(jù)鍋爐蓄熱、料程、密相區(qū)燃燒等確定錐體體積。

一二次風(fēng)率比及錐體體積確定以后，根據(jù)密相區(qū)與稀相區(qū)流化速度的數(shù)值來計(jì)算二次風(fēng)的高度或者根據(jù)二次風(fēng)的高度來反推錐體底部的面積大小，但都遵循原則是在到達(dá)二次風(fēng)平面的流化速度與整體流化速度相差不多(密相區(qū)的流化速度略小于稀相區(qū)的流化速度)，具體根據(jù)煤質(zhì)好壞和煤粒分布作適當(dāng)調(diào)整，保證錐體良好流化，熱量分布均勻。

1.3.2流化床密相區(qū)、稀相區(qū)流化速度的確定及對(duì)二次風(fēng)的影響

循環(huán)流化床鍋爐流化速度的確定是鍋爐設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的問題之一，影響循環(huán)流化床鍋爐流化速度的影響因素很多，主要包括煤質(zhì)、煤質(zhì)粒徑、煤質(zhì)平均粒徑等。流化床流化速度的設(shè)計(jì)包括密相區(qū)流化速度和稀相區(qū)流化速度，Pyroflow型循環(huán)流化床鍋爐密相區(qū)流化速度一般設(shè)計(jì)為4.0m/s～4.5m/s，稀相區(qū)流化速度一般為4.5m/s～5.5m/s，早期流化床鍋爐的流化速度取值較高，但是考慮到循環(huán)流化床鍋爐水冷壁的磨損，現(xiàn)在取值沒那么高了。

2流化床二次風(fēng)位置設(shè)計(jì)的具體計(jì)算

2.1流化床二次風(fēng)位置設(shè)計(jì)循環(huán)流化床錐體段(密相區(qū))設(shè)計(jì)的核心理念是保證密相區(qū)流化良好及密相區(qū)與稀相區(qū)燃燒放熱分配均勻，并且燃燒穩(wěn)定。流化床錐體段的具體結(jié)構(gòu)計(jì)算如圖4、5。

對(duì)循環(huán)流化床鍋爐的錐體相關(guān)參數(shù)做以下假設(shè)：

1)流化床鍋爐錐體錐角分別為：α、β。

2)流化床鍋爐低部(布風(fēng)板)長、寬：amm×bmm。

3)第一層二次風(fēng)距離布風(fēng)板距離：h1/mm。

4)第二層二次風(fēng)距離布風(fēng)板距離：h2/mm。

5)流化床錐體最大擴(kuò)口處長寬：a3mm×b3mm。

循環(huán)流化床鍋爐布風(fēng)板面積計(jì)算如下：

循環(huán)流化床鍋爐第一層二次風(fēng)所在平面面積計(jì)算如下：

循環(huán)流化床鍋爐第二層二次風(fēng)所在平面面積計(jì)算如下：

循環(huán)流化床鍋爐稀相區(qū)橫截面積計(jì)算如下：

循環(huán)流化床鍋爐稀相區(qū)橫截面積與布風(fēng)板及兩層二次風(fēng)所在平面的面積比計(jì)算如下：

假設(shè)循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)風(fēng)量：一次風(fēng)量為Q1，二次風(fēng)量為Q2。

D1－一次風(fēng)率比；D2－二次風(fēng)率比。D1=40%～60%，根據(jù)煤質(zhì)的不同取不同值，對(duì)于難燃、低揮發(fā)份劣質(zhì)煤D1取高值，對(duì)于易燃、高揮發(fā)份煤D1取低值，具體的設(shè)計(jì)值參考1.3.1的設(shè)計(jì)原則及數(shù)值。假如二次風(fēng)兩層布置，第一層二次風(fēng)量為Q3，那么，第二層二次風(fēng)量為Q2～Q3，一般情況下第一層二次風(fēng)量與第二層二次風(fēng)量大致相等。

D3－第一層二次風(fēng)率比；D4－第二層二次風(fēng)率比。D3，D4的取值要根據(jù)煤質(zhì)、鍋爐運(yùn)行穩(wěn)定、蓄熱能力、流化速度等進(jìn)行確定。一次風(fēng)量、一次風(fēng)量加第一層二次風(fēng)量與總風(fēng)量的比，具體計(jì)算如下：

假設(shè)密相區(qū)的流化風(fēng)速為V1，稀相區(qū)的流化速度為V2。

具體V1、V2的設(shè)計(jì)值參考1.3.2。X的值小于1，因?yàn)槊芟鄥^(qū)的流化速度一般低于稀相區(qū)流化速度，不同的設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)數(shù)值不同。

風(fēng)量與面積比：

F1、F2的取值范圍為95%～100%。

2.2 h1、h2取值的分析及影響

2.2.1 h1、h2取值的分析

對(duì)于揮發(fā)份高易燃煤種h1、h2取高值，對(duì)于揮發(fā)份低難燃劣質(zhì)煤種h1、h2取低值。對(duì)于平均煤粒徑較小的煤種h1、h2取高值，對(duì)于平均煤粒徑較大的煤種h1、h2取低值。

在鍋爐調(diào)試過程中，假如在滿足鍋爐負(fù)荷及煙氣含氧量情況下，一次風(fēng)比率高于額定值，那么可以通過減小h1、h2的取值，來降低一次風(fēng)比率，相反，在滿足鍋爐負(fù)荷及煙氣含氧量情況下，一次風(fēng)比率低于額定值，那么可以通過增大h1、h2的取值，來提高一次風(fēng)比率，從而使鍋爐設(shè)計(jì)更加合理。

2.2.2 h1、h2取值過大、過小的影響

如果h1、h2取的值過高，會(huì)導(dǎo)致密相區(qū)流化速度過低導(dǎo)致流化不良，密相區(qū)析出細(xì)顆粒較少，密相區(qū)燃燒份額增加，稀相區(qū)的燃燒份額下降，循環(huán)物料量降低，鍋爐帶不起負(fù)荷。

如果h1、h2取的值過低，會(huì)導(dǎo)致密相區(qū)流化速度過高，一次風(fēng)機(jī)能耗增加，同時(shí)密相區(qū)的燃燒份額下降，密相區(qū)燃燒溫度降低，鍋爐運(yùn)行不穩(wěn)定，鍋爐磨損增加。

密相區(qū)合理的流化速度是整個(gè)循環(huán)流化床熱量分布均勻的前提，是循環(huán)流化床經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的核心。

3結(jié)論

煤質(zhì)對(duì)循環(huán)流化床鍋爐二次風(fēng)的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，密相區(qū)和稀相區(qū)的熱量分布與循環(huán)流化床鍋爐的一二次風(fēng)率比及鍋爐的流化速度密切相關(guān)。

1)對(duì)現(xiàn)有循環(huán)流化床鍋爐入爐煤質(zhì)在發(fā)生較大變化時(shí)，為能滿足鍋爐設(shè)計(jì)負(fù)荷，可以從以下幾方面考慮改造鍋爐：a)燃燒揮發(fā)份高、易燃、灰分低的煤種時(shí)，循環(huán)流化床應(yīng)降低一次風(fēng)率，提高二次風(fēng)率，為滿足密相區(qū)流化要求，可以縮小錐體段橫截面積或者適當(dāng)降低二次風(fēng)布置平面到布風(fēng)板的距離。b)燃燒揮發(fā)份低、難燃、灰分高的煤種時(shí)，循環(huán)流化床應(yīng)加大一次風(fēng)率，降低二次風(fēng)率，使鍋爐的熱量分布均勻。密相區(qū)溫度過低或鍋爐運(yùn)行不穩(wěn)定時(shí)，可以適當(dāng)增加二次風(fēng)布置平面到布風(fēng)板的距離，以保證密相區(qū)蓄熱增加，運(yùn)行穩(wěn)定。

2)對(duì)于設(shè)計(jì)循環(huán)流化床鍋爐，為了使鍋爐密相區(qū)與稀相區(qū)燃燒穩(wěn)定，可以通過所提的公式對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，使循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)更加合理，密相區(qū)與稀相區(qū)溫差在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，鍋爐煙氣含氧量在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)(3%～5%)。