图1-8 颗粒浓度对传热系数的影响
2）流化速度的影响
随着流化速度的增加，鼓泡床转变为湍流床，再转变成快速床，而床层和换热表面间的传热系数在开始时随着流化速度的增加而增加，在达到一个最大值以后，再增加流化速度，对小颗粒床传热系数会减小，而对于大颗粒床传热系数基本保持不变。对于循环流化床，流化速度对传热没有明显的直接影响。在一定的物料浓度下，不同的流化速度对传热系数的影响很小。这是因为，当流化速度增大时，若保持固体颗粒的循环量不变，床层内的颗粒浓度就会减小，从而造成传热系数的下降；而与此同时，由于流化速度的增加又会引起传热系数的上升。这两个相反趋势共同作用，使得当床层粒子浓度一定时传热系数在不同流化速度下变化很小。
3）床层温度的影响 在较高的床层温度下，气体和颗粒的热阻力减小，气体的热传导系数和辐射传热都会增大，其综合作用如图1-9所示。由图中可以看出，在相对高的粒子浓
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度（20kg/m）时，传热系数随温度的升高线性增加。而在炉膛上部由于辐射传热起主要作用则情况不同。
4）循环倍率的影响
循环倍率对炉内传热的影响，实质上是颗粒浓度对炉内传热系数的影响。循环倍率增大，即返送回炉内床层的物料增多，炉内物料量加大，而风速不变，颗粒在床内的停留时间基本保持不变，因而床内物料的颗粒浓度增加，传热系数增大。因此，循环倍率越
图1-9 床温对传热系数的影响 大，炉内传热系数也愈大，反之亦然。 5）颗粒尺寸的影响
在鼓泡流化床中小颗粒的传热系数要比大颗粒的传热系数大，但是在循环流化床中颗粒尺寸对传热系数的影响并不非常明显。运行结果表明，在具有水冷壁的商业应用循环流化床锅炉中颗粒尺寸对传热系数无明显的直接影响。但是在宽筛分的循环流化床锅炉中，如果细
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颗粒所占的份额增多，则会有较多的颗粒被携带到床层的上部，增加了截面颗粒浓度，从而间接地加强了传热。
6）肋片对传热的强化
在循环流化床锅炉中可通过采用肋片来加强壁面换热。肋片的形式可以是焊接于管子表面的竖直金属条，也可以是针肋，统称为扩展表面；而焊接到相邻管子之间的金属片与管子一起构成膜式冷水壁，这种肋片称为侧向肋。膜式水冷壁构成了锅炉包覆面，而侧向肋也增加了壁面的吸热，但侧向肋仅有一个面从炉膛吸收热量，另一面没有得到利用。在管子顶部焊接的扩展助片则可使两面都得到利用。另外与侧向肋不同的是，扩展助片可以相对方便地增加或移去，从而可对锅炉内的换热面积进行细调。
7）悬挂受热面的传热 对于大容量锅炉，在锅炉壁面不能布置足够的受热面时，就需要使用流化床外部热交换器或在炉内悬挂受热面。国内不少循环流化床锅炉在炉内应用悬挂受热面，它们或者集中在炉子的一边（管屏），或者水平布置在炉子中部（Ω管）。不少研究者在试验台上测量了室温下传热系数的横向分布，发现越靠近壁面处传热系数越大，这与局部颗粒浓度的变化是一致的。但是在高温炉膛中，情况就会发生改变。在离开壁面的地方，颗粒的对流传热虽然是低的，但由于在炉子中心的角系数最大，辐射传热作用大大增强，因而总传热系数在离开壁面处稍高于或大致等于壁面处的传热系数，在颗粒浓度较低时尤其是这样。但在高颗粒浓度时则会由于颗粒对流的增强，其变化情况正相反。
七、循环流化床的脱硫与氮氧化物的排放控制。
SO2是一种严重危害大气环境的污染物，SO2与水蒸气进行化学反应形成硫酸，和雨水一起降至地面即为酸雨。NOx包括NO、NO2、NO3三种，其中NO是导致酸雨的主要原因之一，同时它还参加光化学作用，形成光化学烟雾，还造成了臭氧层的破坏。煤加热至400℃时开始首先分解为H2S，然后逐渐氧化为SO2。其化学反方程式为
FeS2＋2H2-→2H2S＋Fe H2S＋O2→H2O＋SO2
对SO2形成影响最大的因素是床温和过量空气系数，床温升高、过量空气系数降低则SO2
越高。循环流床燃烧过程中最常用的脱硫剂就是石灰石，当床温超过其煅烧温度时，发生煅烧分解反应，即
CaCO3→CaO＋CO2
此时吸热183kJ/mol，接着发生脱硫反应方程，即
CaO＋SO2＋1/2O2→CaSO4
影响循环流化床脱硫效率的各种因素：
(1)Ca/S摩尔比的影响。Ca/S摩尔比是影响脱硫效率的首要因素，脱硫效率在Ca/S低于2.5时增加很快，而继续增大气固多相流比或脱硫剂量时，脱硫效率增加得较少。循环流化床运行时Ca/S摩尔比一般在1.5～2.5之间。
(2)床温的影响。床温的影响主要在于改变了脱硫剂的反应速度、固体产物分布及空隙堵塞特性，从而影响脱硫率和脱硫剂利用率。床温在900℃左右脱硫效率达到最高。
(3)粒度的影响。采用较小的脱硫剂粒度时，循环流化床脱硫效果较好。
(4)氧浓度的影响。脱硫与氧浓度关系不大，而提高过量空气系数时脱硫效率总是提高的。
(5)床内风速的影响。对一定的颗粒粒度，增加风速会使脱硫效率降低。
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(6)循环倍率的影响。循环倍率越高，脱硫效率越高。
(7)SO2在炉膛停留时间的影响。脱硫时间越长对脱硫效率来说越不利，应该保证段SO2
在床内停留时间不少于2～4s。
(8)负荷变化的影响。当循环流化床负荷变化在相当大的范围内时，脱硫效率基本恒定或略有升降。
(9)其他因素的影响。床压的影响：增加压力可以改善脱硫效率，并且能够提高硫酸盐化反应速度。煤种的影响：灰分对脱硫效率并无不利影响。
(10)给料方式的影响。石灰石与煤同点给入时脱硫效率最高。 虽然循环流化床的脱硫效果很好，但在床温达到850℃，即脱硫效率最高的温度时，NOx的生成量却最大，对环境造成极大的破坏，所以一定要把床温控制在850～950℃之间，而且要采用较小的脱硫剂粒径。另外，实施分段燃烧也是非常好的措施。
八、循环流化床锅炉的运行调节
锅炉设备运行的目的就是生产合格的蒸汽，然而在其生产过程中，反映运行工况的各状态参数会因一些外部或内部因素的变化而发生变化。为了保证锅炉运行的各状态参数能在其安全、经济的范围内波动，就需要通过适当的调节来满足。循环流化床锅炉的广泛应用为我们提供了丰富的经验和有关运行调节的参考依据。下面就循环流化床锅炉运行的性能指标和燃烧、负荷调节作一介绍。
1．典型循环流化床锅炉的性能与运行指标
自从20世纪70年代Lurgi公司首次申请循环流化床锅炉专利以来，目前世界上已出现众多循环流化床流派和风格，典型循环流化床锅炉的设计参数如表1-4所示。
表1-4 几台典型性的循环流化床锅炉的设计参数
项目 燃烧热功率 发电功率 蒸汽发生量 主蒸作参数 再热蒸汽量 再热蒸汽参数 热风温度 给水温度 排烟温度 床温 燃料及发热量 过量空气系数 锅炉热效率 单位 MW MW t/h MPa/℃ t/h MPa/℃ ℃ ℃ ℃ ℃ kJ/kg ％ Duisberg 226 66.4～95.8 270 14.5/535 230 3.0/320/535 235 850～900 Romerbrucke 120 40 150 11.4/535 175 164 130 约850 Nucla 110 420 10.5/540 200 140 788一940 烟煤23000～30150 烟煤17500～22000 烟煤15000～27000 1.2～1.3 1.2 1.2 88.3 表1-5 国外典型循环流化床锅炉运行指标
项目 燃烧效率 锅炉效率 脱硫效率 厂用电率 单位 % % % % 数值 96～99.5 88～92 项目 分离器阻力 布袋除尘器寿命 固氟率 HCI排放 单位 Pa a % mg/m 3数值 ＜2000 2 90 100 90(Ca/S=1.5～2.5) 8～10 15
3最低负荷 负荷变化速率 冷态启动时间 热态启动时间 分离效率 % %/min h h % 25～30 5 8～10 1～2 90.0～99.7 CO排放 SO2排放 Nox排放 N20排放 粉尘排放 mg/m mg/m mg/m mg/m mg/m 3333120～200 200～250 100～200 50～100 50 表1-6 几种循环流化床锅炉的运行参数
项目 密相区流化风速 悬浮段最大烟气流速 炉膛出口过量空气系数 一次风/二次风 循环倍率 分离器入口灰浓度 炉膛烟气停留时间 密相区燃烧份额 燃料粒度 石灰石粒度 一次风压头 压力控制点 压力控制点压力 单位 m/s m/s - % kg/m s % mm mm Pa Pa 3Lurgi型 5～8.5 8～10 1.15～1.2 40/60 40 10～12 ≥4 0～6 0.1～0.5 18000～30000 分离器出口 0 Circofluid型 3.5～5.5 5～6 1.2～1.25 60/40 10～20 2 5 60～65 0～10 0～2 15000～19000 Pyroflow型 5～8 8 1.2 70/30 40～120 10～25 ≥4 0～10 0～2 13000～20000 布风板上2m 6000～8000 MSFB型 6～9 8 1.2 40/60 35～40 5～7 ≥3 0～50 0～2 给煤点下 -700～-1000 近年来循环流化床锅炉在实际中得到不断完善、发展。随着其参数的提高、容量的增大、运行台数的增多，锅炉的运行指标不断提高，表1-5是当今国外典型循环流化床锅炉所具有的较为先进的运行指标。
为了达到先进的运行指标，各开发机构与制造厂家采取了不同的技术路线，从而确定了不同的锅炉运行参数，表1-6是四种循环流化床锅炉的运行参数对照。可见不同的锅炉在运行参数的选取上各具特色。另需注意的是某些参数随着循环流化床锅炉的发展也在不断变化，并不是一成不变的数值。
2．主要运行参数的调节
循环流化床锅炉运行参数的调节主要包括汽压、汽温、给水流量及燃烧调节和负荷调节等几个方面。
1）蒸汽压力的变化与调节
蒸汽压力是锅炉安全和经济运行的最重要指标之一。一般规定过热蒸汽的工作压力与额定值的偏差不得超过±（0.05～0.1）Mpa。当出现外部或内部扰动时，汽压发生变动。如汽压变化速度过大，不仅使蒸汽质量不合格，还会使水循环恶化，影响锅炉安全及经济运行。汽压的稳定与否决定于锅炉蒸发设备输入和输出能量之间是否平衡，输入能量大于输出能量时，蒸发设备内部能量增多，汽压上升；反之，汽压下降。蒸发设备输入能量包括水冷壁吸热量、汽包进水热量；输出能量主要是蒸汽热量，其他还有连续排污、定期排污等。
影响汽压速度变化的因素有两个，一是锅炉蒸发区蓄热能力的大小，二是引起压力变化不平衡趋势的大小。蒸发区的蓄热能力愈大，则发生扰动时蒸汽压力的变动速度就愈小；引起压力变化的不平衡势愈大，压力变动的速度也愈大。
蒸汽压力的调节是通过燃烧调节来实现的，当蒸汽压力升高时，应减弱燃烧；当蒸汽压力降低时，应加强燃烧。
2）燃烧调节
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由于燃烧方式的不同，循环流化床锅炉的燃烧调节方法与煤粉炉和火床炉有着很大差别。循环流化床锅炉的燃烧调节，主要是通过对给煤量、返料量、一次风量、一二次风分配、床温和床高(床压)等的控制和调节，来保证锅炉稳定、连续运行以及脱硫脱硝。
（1）给煤量调节
当燃煤性质一定时，给煤量总是与一定的锅炉负荷相适应，当锅炉负荷发生变化时，给煤量也要成比例发生变化。再者运行中若煤质发生变化，给煤量也要发生相应的变化。改变给煤量和改变风量应同时进行。一般，在增加负荷时，通常是先加风，后加煤；而在减小负荷时，应先减煤，后减风，以减少燃烧损失。
（2）风量调节
对于循环流化床锅炉的风量调节，不仅包括一次风量的调节、二次风量的调节，有时还包括二次风上下段、以及播煤风和回料风的调节与分配等。
A．一次风量的调节
一次风的主要作用是保证物料处于良好的流化状态，同时为燃料燃烧提供部分氧气。基于这一点，一次风量不能低于运行中所需的最低风量。实践表明，对于粒径为0～10mm的煤
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粒，所需的最低截面风量约为1800（m/h）／m。风量过低，燃料不能正常流化，影响锅炉负荷，还可能造成结焦；风量过大，不仅会影响脱硫，而且炉膛下部难以形成稳定燃烧的密相区，对于鼓泡流化床锅炉还会造成大量的飞灰损失；对于循环流化床锅炉，大风量增大了不必要的循环倍率，使受热面磨损加剧，风机电耗增大。因此，无论在额定负荷还是在最低负荷，都要严格控制一次风量使其保持在良好的流化风量范围内。
一次风量的调节对床温会产生很大影响，给煤量一定时一次风量增大，床温将会下降；反之床温将上升。因此调整一次风量时，必须注意床温的变化，应使其保持在要求的范围之内。
通常在运行中，通过监视一次风量的变化，可以判断一些异常现象。如：风门未动、送风量自行减小，说明炉内物料增多，可能是物料返回量增加的结果；如果风门不动、风量自动增大，表明物料层变薄，阻力降低，原因可能是煤种变化，含灰量减少；或料层局部结渣，风从料层较薄处通过；也可能是物料回送系统回料量减少等。因此，要密切关注一次风的变化，当一次风量出现自行变化时，要及时查明原因、进行调节。
B.一、二次风量的配比与调节
燃烧中所需要的空气常分成一次风和二次风，它们从不同位置分别送入流化床燃烧室，这被称做分段送风。分段送风不仅可以在密相区内造成缺氧燃烧形成还原性气氛，大大降低热力型NOx的生成；还可控制燃料型NOx的生成。另外一次风比（一次风占总风量的份额）直接决定着密相区的燃烧份额。在同样的条件下，一次风比大，必然导致高的密相区燃烧份额，此时就要求有较多的低温循环物料返回密相区，带走燃烧释放的热量，以维持密相区温度。如果循环物料量不足，必然会导致床温过高，无法多加煤，负荷带不上去。根据煤种不同，一般一次风量占总风量的60%～40%，二次风量占40%～60％。播煤风及回料风约占5%左右。
通常，二次风一般在密相床的上部喷入炉膛，一是补充燃烧所需要的空气；二是起到扰动作用，加强气、固两相混合；三是改变炉内物料的浓度分布。二次风口的位置很重要，如设置在密相区上部过渡区灰浓度较大的地方，就可将较多的碳粒和物料吹入上部空间，增大炉膛上部的燃烧份额和物料浓度。
一、二次风的配比，对流化床锅炉的运行非常重要。锅炉启动时，先不启动二次风，燃烧所需的空气由一次风供给。实际运行时，当负荷在正常运行变化范围内下降时，一次风按比例下降，当降至临界流化流量时，一次风量基本保持不变，再降低二次风。这时循环流化床锅炉进入鼓泡床锅炉的运行状态。
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