第３８卷第４期２００７年７月锅Ｂ（）ＩＬＥＲ炉技术Ｖ０１．３８。Ｎｏ．４Ｊｕｌ．，２００７ＴＥＣＨＮＯＬｏＧＹ文章编号：ＣＮ３１—１５０８（２００７）０４００３０—０５２６０ｔ／ｄ炉排一循环床焚烧炉的物料平衡和物料分布规律研究蒙爱红１，张衍国１，李清海１，武２．北京锅炉厂，北京１０００４３）俊１，任钢炼２（１．清华大学热科学与动力工程教育部重点实验室，北京ｌｏ００８４；关键词：循环流化床锅炉；炉排一循环床；焚烧炉；物料平衡摘要：通过现场测试数据分析了清华大学自行研制的２６０ｔ／ｄ炉排一循环床焚烧炉的物料平衡和物料分布规律。结果表明，炉排一循环流化床垃圾焚烧炉在燃用不同燃料时总体物料平衡发生了很大变化；循环灰系统设计时充分考虑了垃圾的成灰特性，在燃用垃圾和煤混和燃料的情况下，循环倍率与一般燃煤循环流化床锅炉设计值相当；同一台循环流化床焚烧炉，在燃用不同燃料时，尽管粒径分配份额不同，但不管是炉膛出口颗粒粒径分布、分离器进出口颗粒粒径分布，还是床料粒径频率密度分布规律，都呈现出同样的变化趋势。中图分类号：ＴＫ２２９．６１６文献标识码：Ａ１前言开发了适合我国国情，排放性能良好的垃圾焚烧技术，已经研制出了日处理量１５０ｔ／ｄ和２６０ｔ／ｄ的炉排一循环床垃圾焚烧炉，并都应用到了工程实际中。清华大学２６０ｔ／ｄ炉排一循环床焚烧炉系统如图１所示。废弃物从料斗经给料器送人炉膛内的移动床（炉排）干燥，然后进入流化床密相段，在流化床内伴随气同两相的流动过程完成着火、燃烧和燃尽的过程。在炉膛出口处设置高温气同分离装置，把同体颗粒分离后送回炉膛，烟气则进入尾部烟道。图２为清华大学炉排一循环流化床废弃物焚烧炉炉排与密相区结合的示意图。这种炉型的特点在于，垃圾的部分预热、干燥、燃烧在炉排上进行，降低了大块垃圾进入循环床密相区对流态化燃烧的冲击，可适应垃圾不经破碎直接进料。循环流化床锅炉是一种燃用固态燃料来生产蒸汽或热水的装置，锅炉的燃烧室运行在一种特殊的流体动力特性下：３０～５００扯ｍ的细颗粒被以超过平均粒径颗粒终端速度的气速输送通过炉膛，同时又有足够的颗粒返混以保证炉膛内的温度分布均匀。也就是说，循环流化床锅炉炉膛下部物料是流态化的，上部是物料输运，并形成物料循环。循环流化床锅炉具有燃料适应性广、燃烧效率高、高效脱硫、低Ｎｏ，排放、负荷调节比大及负荷调节速度快等优点。针对我国城市生活垃圾高水分、低热值的特点［１一，循环流化床燃烧无疑是一个很好的选择。针对目前我国垃圾焚烧处理现状，清华大学图１收稿日期：２００６一１２—２８２６０ｔ／ｄ炉排一循环床焚烧系统示意作者简介：蒙爱红（１９７６一）．女，丁学顾士，现从事锅炉性能测试和污染物排放控制工作。万方数据第４期蒙爱红，等：２６０ｔ／ｄ炉排一循环床焚烧炉的物料平衡和物料分布规律研究３１给料图２炉排一循环床焚烧炉结合示意图２循环流化床物料平衡循环流化床锅炉区别于其它炉型就在于它存在独特的物料循环。在一定的流化风速下，较小的物料颗粒会被烟气气流携带至炉膛出口并被分离器分离下来，再次进入炉膛成为循环物料，这些循环物料对锅炉运行效果有着重大影响［２。］：首先，循环物料中有部分是未燃尽的碳颗粒，通过循环这些碳颗粒得以再次燃烧直至燃尽，减少了机械不完全燃烧损失，提高了锅炉的因成为循环物料而进入炉膛循环使用，有利于实现炉膛内充分脱硫；另外，循环物料在炉膛下部的密相区内受热后被气流吹到炉膛上部，作为传热媒介把炉膛下部的热量带到了炉膛上部，并通炉膛下部密相区物料因温度过高而烧结。尽管循环流化床锅炉内物料循环是一个瞬时运动和变化的过程，但从整体上研究物料平衡区域存在一定的物料量积累，不同的运行状态需针对２６０ｔ／ｄ循环流化床垃圾焚烧炉的独特（１）炉内燃烧和输送模型；（２）布风板排渣模型；（３）分离器模型；（４）细渣回送模型；（５）炉后脱污和除尘模型。其中炉内燃烧输送模型主要包括炉膛密相区、稀相区、炉膛燃尽段；布风板排渣模型主要指万方数据离器进口、出口和料腿以及回灰装置；细渣回送装置包括炉底排渣装置、水冷滚筒排渣机、细灰斗提机和螺旋给灰机；炉后脱污和除尘模型包括粗除尘、脱污塔和布袋除尘。以上５个部分构成２６０ｔ／ｄ循环流化床垃圾焚烧炉的完整模型，具体结构如图３所示。图３焚烧炉物料平衡模型分解对于炉内物料平衡模型研究很多，但是由于炉内部存在着复杂的气固两相流动和燃烧反应，其研究难度可想而知。一般来说，炉膛内部物料构成和分布是进出流化床物料累计的结果，它除了和燃料特性（燃料含灰量、成灰特性、入炉燃料粒度分布）和设备特性（分离器效率，炉膛几何尺寸）有关外，还同运行参数（如给风参数、燃料量，排渣量和循环灰排放量）等因素密切相关。在实际运行中，运行参数不断地调节变化，循环流化床的物料平衡是一个连续的动态过程而非稳态过程，因此对这一过程的描述非常困难。３物料平衡现场测试结果分析现场对２６０ｔ／ｄ循环流化床垃圾焚烧炉的入炉燃料量、人炉燃料成分、灰渣和飞灰排量及其可燃物含量进行了测量。测试工况选取及测试工况下的物料平衡状况如表１、２所示。表１测试工况表％燃烧效率；其次，加在燃料中的脱硫剂也有部分过对流与辐射传递给上部的水冷壁，传热过程加快，传热量增大，保证了锅炉出力，同时也防止了可看出：在稳定运行状态下物料循环回路上不同要不同的物料积累量。物料循环设计，本文将物料平衡模型分解为５个环节：布风板上排渣区域；分离器模型区域主要包括分３２锅炉技术第３８卷续表１ｋ一刺一蝴一ｍ物一垃一ｏｍ枰一髓一一ｏｍｍ墨ｉｍｏ吣卯埘¨：：叫ｏｏｏｍ批ｍ脚犹黜圳一～一。。。。。：。一～一～一～一～一一。。一～一。ｍ渤㈣。一汕加Ⅶ～薹｜一～一～一～一～一～一咖一骇嫩她姚㈣溉跳№眦姒溉帆蓦从测试结果可以看出，燃料发生变化后，锅循环倍率是循环流化床重要指标之一，为了的变化，利用测试数据对循环倍率进行了计算；屈＝等４．（１）位一最Ａ．＠）准的循环倍率；Ｂ——燃料量；Ａ汕——分离器循环灰量；Ａ。，——燃料的灰分。万方数据图４、５分别给出了不同燃料时循环倍率向和屉的变化情况：０ｌ２３４５６工况序号图４岛的变化情况瓣逛酸姆０１２３４５６工况序号图５＆的变化情况从图４、５中可以看出，当燃料发生变化时锅炉循环倍率的变化很明显：（１）燃煤时锅炉循环倍率较大，角数值达到了６０～１２０，＆数值达到了３００～７００，远远大于一般循环流化床锅炉设计值；（２）燃用混合燃料时锅炉的循环倍率较小，风数值为４０～１２０，＆为１００～２００，与一般燃煤循环流化床锅炉设计值相当；（３）比较燃煤和燃用混合燃料的循环倍率可以发现，２６０ｔ／ｄ循环床垃圾焚烧炉的循环灰系统设计时充分考虑了垃圾的成灰特性，适合燃用混合燃料。４物料分布规律测试分析为了解燃料发生变化时循环流化床垃圾焚烧炉内物料分布规律，本文还对炉膛密相区粒径分布、分离器进出口颗粒粒径分布以及分离器进出口颗粒浓度分布情况进行了测试研究。在相似工况下，燃用不同燃料时炉膛出口颗粒粒径频率密度分布在数值上有较大差别；燃用混合燃料时，分离器进口颗粒粒径分布均匀性要炉总体物料平衡发生了很大变化，主要表现在排渣量增加比飞灰量增加要明显。这主要是由垃圾的成灰特性决定的。此外由于垃圾成分随机性比较大，灰渣和飞灰的比例并不稳定。更清楚地了解不同燃料时循环流化床锅炉特性另外考虑到燃料的特殊性（主要指垃圾灰分较少，挥发分和水分相对较多），本文还给出了以入炉灰分为基准的循环倍率，两者分别记为＆和屉，其定义式为：式中：角，＆——分别为以人炉燃料量和灰分为基万方数据３４锅炉技术第３８卷为了解燃用不同燃料时锅炉密相区物料分布规律的变化情况，对锅炉密相区物料进行了取样和分析，取样点为炉底紧急放渣口。分析结果ＯＯ∞∞ＯＯ∞∞Ｏ如图９、１０所示，其中图９为粒径频率密度分布，图ｌｏ为对应的累计频率。Ｏ０ＯＯＯ％、毯龆瓣嚣Ｏ０∞窨｝ｍｏＯ２０００艰、雠糖瓣臻ＯＯ∞∞∞舛∞舵叭ｏ４∞Ｏ粒径，ｕｍ“）ｌ号炉６咖８０００ｌ００００Ｏ２咖４咖粒径／ｕｍ６咖８０（ｍｌＯＯ∞∞ｌ号炉图９床料粒径频率密度分布对比１００．００９０．００８０．ｏｏ７０．００冰１００．００９０．００８０．００旃骧：ｋ酶６０．（）（）５０．００４０．００３０，００２０．００ｌＯ．００Ｏ．００Ｏ５０００ｌ００００１５０００２００００蔷蒌嘴７０．００６０．００５０．００４０。００３０．００２０．００１０．０００．ｏｏ０５０００１００００１５０００２００００粒径，ｕｍ（ａ）１号炉粒径，哪㈣１号炉图１０床料粒径累计频率对比从图９、１０中可以看出，当燃料发生变化时，锅炉密相区物料分布呈现以下的规律：（１）燃煤时１号炉和２号炉密相区物料粒径分布规律基本相似，频率密度分布峰值均出现在６００～ｌＯＯｏ时充分考虑了垃圾的成灰特性，在燃用垃圾和煤混合燃料的情况下，循环倍率与一般燃煤循环流化床锅炉设计值相当，表明此该循环流化床适合燃用混合燃料。同一台循环流化床焚烧炉，在燃用不同燃料时，尽管粒径分配份额不同，但不管是炉膛出口颗粒粒径分布、分离器进出口颗粒粒径分布，还是床料粒径频率密度分布规律，都呈现出同样的变化趋势。“ｍ左右，这主要是因为燃煤时人炉煤经过初步的筛分，燃料颗粒粒径分布稳定；（２）燃用混合燃料时，１、２号炉密相区物料粒径分布规律并不完全一致，主要表现在粗大颗粒的份额和小颗粒的粒径分布上的差别，造成这一结果的主要原因是由于垃圾的成灰特性不稳定，人炉燃料粒径分布波动较大；（３）由于对入炉煤进行了初步筛分，所以燃煤时密相区颗粒最大粒径为２ｃｍ左右，而且大颗粒的质量份额在ｌｏ％以下；燃用混合燃料时，粒径超过２ｃｍ的颗粒质量份额占到一半以上，成分主要是玻璃、陶瓷碎片和建筑垃圾。５参考文献：［１］金余其，金忠财．２００ｔ／ｄ循环流化床焚烧炉垃圾及纸渣混烧运行实践［Ｊ］．电站系统工程，１９９５。２０（６）：４３—４４．［ｚ］顾亚平．论循环流化床锅炉的循环倍率［Ｊ］．锅炉技术．２００ｌ，３２（１）：８一１２．［３］何宏舟，邹峥．循环流化床锅炉的循环倍率及其对燃烧效率的影响［Ｊ］．集美大学学报（自然科学版），２００２，７（１）：２６—３０．结论循环流化床垃圾焚烧炉在燃用不同燃料时［４］王智微．循环流化床锅炉物料平衡分析［ｊ］。发电设备，２００３．（３）：２０一２３．总体物料平衡发生了很大变化，循环灰系统设计（下转第６７页）万方数据第４期贾相如，等：污水污泥着火和燃烧特性研究６７［６］蒋旭光，池涌，严建华，等．污泥的热锵动力学特性研究［Ｊ］．环境科学学报，１９９９．１９（２）：２２１—２２４．［７］蔡明招．实用工业分析［Ｍ］．广州：华南理工大学出版社，１９９９．［９］孙学信，陈建原．煤粉燃烧物理化学基础［Ｍ］．武汉：华中理工大学出版社，１９９１．［１０］聂其红，孙绍增，李争起，等．褐煤混煤燃烧特性的热重分析法研究［Ｊ］．燃烧科学与技术，２００１。７（１）：７２—７６．［１１］胡荣祖，史启祯．热分析动力学［Ｍ］．北京：科学出版社，２００１．［８］Ｊ．Ａ．Ｃｏｎｅｓａ，Ａ．Ｍａｒｃｉｌｌａ。Ｄ．Ｐｒａｔｓ，Ｍ．Ｒｏｄｒｉｇｕｅｚ—Ｐａｓ—ｔｏｒ．Ｋｉｎｅｔｉｃｓｔｕｄｙｏｆｔｈｅｐｙｒｏｌｙｓｉｓｏｆｓｅｗａｇｅｓｌｕｄｇｅ［Ｊ］．ＷａｓｔｅＭａｎａｇｅｍｅｎｔ＆Ｒｅｓｅａｒｃｈ，１９９７，１５（３）：２９３—３０５．ＩｇｎｉｔｉｏｎａｎｄＣｏｍｂｕｓｔｌｏｎＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＳｅｗａｇｅＳｌｕｄｇｅｉｎａｎ●ＡｉｒＡｔｍｏｓｐｈｅｒｅＵｓｉｎｇＴＧａｎｄＤＴＡＪＩＮＢａｏ－ｓｈｅｎ９１，ＪＩＡＸｉａｎｇ—ｒｕｌ，（１．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣｌｅａｎｏｆ２．ＷＡＮＧＱｉｎｇ＿ｈｕａ２ＣｏａｌＰｏｗｅｒＧｅｎｅｒａｔｉｏｎａｎｄＣｏｍｂｕｓｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ。Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９６，Ｃｈｉｎａ；ＭｏｎｇｏｌｉａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈｏｈｈｏｔ０１００８０，Ｃｈｉｎａ）ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＣｏｌｌｅｇｅｏｆＩｎｎｅｒＫｅｙｗｏｒｄｓ：Ａ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