煤粒在循环流化床内的燃烧是流化床锅炉内所发生的最基本而又最为重要的过程。它涉及到流动、传热、化学反应及若干相关的物理化学现象。当煤粒通过给煤机给入流化床后,将依次发生如下过程:①煤粒得到高温床料的加热并干燥;②热解及挥发分燃烧;③对某些煤种会发生颗粒膨胀和一级破碎现象;④焦炭燃烧并伴随着二级破碎和磨损现象。实际上煤粒在流化床中的燃烧过程,并不能简单地以上述步骤绝对的划分成各阶段,往往有时几个过程会同时进行,挥发分和焦炭的燃烧阶段存在着明显的重叠现象。
煤粒在进入高温流化床后,受到炽热床料的快速加热,首先是水分蒸发,然后当煤粒温度达到热解温度时,煤粒发生脱挥发分反应。由于热解的作用,颗粒物理化学特性发生急剧的变化,对有些高挥发分煤,热解期间将伴随一个短时发生的拟塑性阶段,即颗粒在热解期间经历了固体转化为塑性体,又由塑性体转化为固体的过程。对于大颗粒煤来讲,由于温度的不均匀性,颗粒表面部分最早经历这一转化过程,即在颗粒内部转化为塑性体时,颗粒外表面可能已固化。因此,随着热解的进行以及热解产物的滞留作用,颗粒内部将产生明显的压力梯度,一旦压力超过一定值,已固化的颗粒表层可能会崩裂而形成破碎。对于低挥发分劣质煤,塑性状态虽不明显,但颗粒内部的热解产物克服致密的空隙结构才能从煤粒中逸出,因此颗粒内部亦会产生较高的压力。另外,煤粒投入床内后受到高温颗粒群的挤压,大颗粒内部温度分布不均匀引起的热应力,以及流化床中气泡和颗粒絮状物上升引起的压力波动等均会影响到燃料颗粒的破碎特性。
煤粒破碎的直接结果使煤粒投入床内后很快形成大量的细小粒子,有些细小粒子在挥发分析出后成为活性较低、不易燃尽的焦炭粒子。特别是一些可扬析粒子的产生会影响锅炉的燃烧效率。颗粒的扬析夹带理论和大量的运行实践均已证明:含有可燃物的细颗粒以扬析夹带形式离开流化床,是影响燃煤流化床锅炉效率的主要因素,而从这部分燃烧损失的组成来分析,除给料中一些可扬析细煤粒造成的扬析损失外,一些较大的颗粒由于破碎和磨损而生成大量的细颗粒,并以扬析夹带形式离开床层造成的燃烧损失也不可忽视。
3 飞灰含碳量的影响因素
循环流化床锅炉飞灰中的含碳量直接反应出锅炉中燃料燃烧的程度大小,影响着锅炉的燃烧效率,与电厂机组的经济性紧密相连。根据相关资料表明,循环流化床锅炉飞灰含碳量每降低3%,锅炉实际热效率提高1%,锅炉飞灰