本文以某电厂490t/h循环流化床(CFB)锅炉为研究对象,分别在空气燃烧气氛和富氧燃烧气氛下进行炉膛热力计算,通过分析比较计算结果得出循环流化床在富氧燃烧条件下的燃烧特性｡
1燃烧计算过程分析
空气气氛燃烧时,O2:N2的比例是固定不变的,当过量空气系数确定后,燃烧产物的量也相应确定｡采用富氧燃烧方式时,燃烧中CO2再循环的比例及送入炉膛的O2浓度在一定范围内是可变的,燃烧产物的量与炉膛的燃烧温度随O2/CO2比例改变,通过提高助燃空气中的O2比例强化燃烧,达到高效节能的目的｡
该技术以O2/CO2代替空气组织燃烧，与常规燃烧相比，烟气成分将发生很大变化，传热特性也将改变｡富氧燃烧相对于常规燃烧,稀相区的传热系数没有明显变化,数量级相差不大｡因此,对于炉内各受热面的传热系数,只需按照常规工况进行计算,涉及到一些热力参数及关联式的改变｡
根据CFB锅炉相关文献,在过量空气系数1.22,排烟温度为136℃,且最大连续工况下进行计算,相关的计算参数及计算结果如表1~表4所示｡
2计算结果分析
(1)由表4看出,当O2/CO2的比值为21/79时的床温低于空气气氛下的床温20℃,这是因为CO2的比热容较空气中N2的比热容要大,致使富氧燃烧时烟气的比热容大于空气气氛下燃烧时烟气的比热容｡而且2种情况下烟气的体积相差不大,所以炉内的温度水平较低｡当O2/CO2的比值为30/70时,虽然CO2的份额较大,但是烟气体积却较前2种情况下小,所以床温也较前两者的高;
(2)富氧气氛下的脱硫效率高于空气气氛下的脱硫效率｡原因是烟气再循环延长了SO2在炉内的停留时间,使SO2的富集浓度增加,而且高浓度的SO2对CaSO4的分解起抑制作用｡O2/CO2的比值为30/70时的脱硫效率高于比值为21/79时的脱硫效率,原因在于前者气氛下的烟气量小于后者,故烟气中SO2的浓度高,脱硫效率也相应提高｡随着脱硫效率的提高,所需的钙硫摩尔比也相应增加｡3种情况下SO2的排放浓度没有太大变化,但排放量随烟气量的减小而减小;
(3)大量未燃尽颗粒的循环燃烧提高了燃料颗粒的燃尽度,使循环流化床的燃烧效率提高｡从表4中看出,当提高送氧量使O2/CO2=30/70时,虽然循环倍率较其他2种情况下小,但固体未完全燃烧热碳燃尽率｡同时床温提高,气体扩散速度增加,有利于燃烧的进行｡循环倍率的减小是因为入炉石灰石的增加以及石灰石的高温烧结致使锅炉底灰份额增加;
(4)O2/CO2=30/70时排烟热损失及燃料消耗量较其他2种情况要小,锅炉热效率较高｡因为O2浓度的增加有利于燃烧的进行,且烟气焓较O2/CO2=21/79时小,故排烟损失最小;
(5)CFB锅炉的燃烧份额反映了燃煤在燃烧区域的燃烧程度和燃料燃烧热量的释放规律,即能量平衡｡从表4可以看出,3种条件下的燃烧份额均在0.86以上,空气气氛下和O2/CO2=30/70时炉膛放热量远大于受热面的吸热量,O2/CO2=21/79时热量接近平衡;O2/CO2=30/70时受热面吸热量较其他2种情况有所提高｡热量不平衡的原因可能是锅炉燃用的校核煤种比设计煤种发热量低,密相区燃料的放热和吸热失去平衡｡虽然O2/CO2=21/79时热量趋于平衡,但由于烟气比热容太大而使炉膛的放热量过低;
(6)富氧气氛下烟气中的CO2浓度分别为92.03%､88.92%,高浓度的CO2有利于烟气中CO2的捕集和回收;大部分的烟气再循环,使烟气排放量减少｡
3结语(1)与空气燃烧方式相比,O2/CO2=30/70时CFB锅炉的排烟损失､固体未完全燃烧热损失较小,锅炉热效率较高,同时燃料消耗量较小,床温以及炉内传热与空气气氛下相差不大;
(2)富氧燃烧方式下CFB锅炉的脱硫效率大于空气气氛下的脱硫效率,入炉的石灰石量也需要相应增加,因而石灰石输送管道也需要加粗;
(3)富氧燃烧方式下,烟气中CO2的浓度高,在85%以上,有利于CO2的捕集和回收｡同时烟气中飞灰颗粒浓度增加,需要增加除尘设备;
(4)循环流化床锅炉对燃料的适应性广,但由计算结果得出若用煤种2,由于其发热量低且灰分高,使炉内热量平衡遭到破坏,将会影响锅炉的安全经济运行｡
