循环流化床锅炉燃烧效率分析Word下载.docx

1、 2. 影响临界流化速度的因素： （1） 料层的当量平均料径增大则临界流速增加。 （2） 固体颗粒密度增加时临界流速增加。 （3） 流体的运动粘度增大时临界流速减小：如床温增高时，临界流速减小。第二节 循环流化床锅炉的工作原理 当气体通过颗粒床层时，该床层随着气流速度的变化会呈现不同的流动状态。固体颗粒随着气流速度的增大分别呈现五种不同的流动状态：固定床、紊（湍）流流化床、快速流化床、气力输送。循环流化床处于紊（湍）流流化床与快速流化床阶段。 固定床。此种状态下，气流在颗粒的缝隙中流过，所有的固体颗粒呈静止状态。 鼓泡流化床。当气流速度达到一定值时，静止的床层开始松动，当气流速度超过临界流化风

2、速时，料层内会出现气泡，并不断上升，而且还聚集成更大的气泡穿过料层破裂。整个料层呈现沸腾状态。鼓泡流化床存在明显的分界面，其上部为稀相区，包括床层表面至流化床出口间的区域，称为自由空间或悬浮段。下部为密相区，也称为沸腾段。） 紊（湍）流流化床。随着气流速度继续上升到一定数值，固体颗粒开始流动，床层分界面逐渐消失，固体颗粒不断被带走，以颗粒团的形式上下运动，产生高度的返混。此时的气流速度为床料终端速度。 快速流化床。当气流速度进一步增大，固体颗粒被气流均匀带出床层。此时气流速度大于固体颗粒的终端速度，床内颗粒浓度基本相等。床内颗粒浓度呈上稀下浓状态。循环流化床的上升段属于快速流化床。快速流态化的

3、主要特征为床层压降用于悬浮和输送颗粒并使颗粒加速，单位高度床层压降沿床层高度不变。 气力输送。分为密相气力输送和稀相气力输送。对于前者，床内颗粒浓度变稀，并呈上下均匀分布状态，其单位高度床层压降沿床层高度不变。增大气流速度，床层压降减小。对于后者，增大气流速度，床层压降上升。密相气力输送的典型特征为：床层压降用于输送颗粒并克服气、固两相与壁面的摩擦。稀相气力输送的床层压降主要受摩擦压降支配。 由上述燃烧分类可知，链条炉排炉采用的是固定床燃烧方式，而煤粉炉则采用了最稀相的悬浮燃烧方式。第三节 循环流化床的特点 在循环流床锅炉中，气固流态处于紊流流化床和快速流化床、快速流化床气力输送之间，其主要特

4、点表现在床内无明显稀相区和密相区的分界面，存在颗粒团和返混现象。在结构方面典型循环流化床锅炉结构一般如图1-3所示，其基本流程为：煤和脱硫剂送入炉膛后，迅速被大量惰性高温物料包围，着火燃烧，同时进行脱硫反应，并在上升烟气流的作用下向炉膛上部运动，对水冷壁和炉内布置的屏式过热器或屏式再热器等其他受热面放热。粗大粒子进入悬浮区域后在重力及外力作用下偏离主气流，从而贴壁下流。气固混合物离开炉膛后进入高温旋风分离器，大量固体颗粒（煤粒、脱硫剂）被分离出来回送炉膛，进行循环燃烧。未被分离出来的细粒子随烟气进入尾部烟道，以加热对流式过热器、省煤器和空气预热器，经除尘器排至大气。 1. 低温的动力控制燃烧：

5、由于循环流化床燃烧温度水平比较低，床温一般在850900之间，其燃烧反应控制在动力燃烧区内，并有大量固体颗粒的强烈混合，这种情况下的燃烧速度主要取决于化学反应速度，也就是决定于温度水平，而物理因素不再是控制燃烧速度的主导因素。循环流化床燃烧的燃烬度很高，性能良好的锅炉燃烧效率可达到98%99%以上。 2. 高速度、高浓度、高通量的固体物料流态化循环过程：循环流化床锅炉内的物料参与了炉膛内部的内循环和由炉膛、分离器和返料装置所组成的外循环，共两种循环，整个燃烧过程以及脱硫过程都是在这两种循环运动过程中逐步完成的。 3. 高强度的热量、质量和动量传递过程：在循环流化床锅炉中可以人为地改变炉内物料循

6、环量，以适应不同的燃烧工况。物料分离系统是循环流化床锅炉的结构特征，大量物料参与循环实现整个炉膛内的控制燃烧过程，是循环流床锅炉区别于鼓泡流化床锅炉的根本特点，因为鼓泡流化床锅炉的燃烧主要发生在床内。所以循环流床锅炉燃烧必须具备的三个条件是： （1） 要保证一定的流体速度，而且还要保证物料粒度处于适当的、使床层在快速流化区域的粒度。 （2） 要有足够的物料分离。 （3）要有物料回送，要有充分的措施以维持物料的平衡。. 一、 粒的夹带、扬析 当床层流动状态转到紊流流化床时，密相床层和稀相床层的界面开始模糊，颗粒夹带量明显增加。当气流通过颗粒层时，一些终端速度小于床层表观气速的细颗粒将被上升气流带

7、走，这一过程称为扬析。由于扬析过程中更多颗粒被夹带着离开床层，其中终端速度大于床层表观气速的颗粒经过一定的分离高度后会陆续返回床层，因此存在着输送分离高度TDH。此过程就是我们通常所说的循环流化床的内循环。在分离高度TDH以上的空间，颗粒浓度不再降低，床层表面至TDH之间的空间称为自由空间，燃用宽筛分的燃煤流化床锅炉，其炉膛出口高度通常低于TDH，因此同时存在着夹带和扬析现象。发生扬析现象的颗粒的来源有三个： 1给煤中的细颗粒； 2煤在挥发份析出阶段破碎形成的细颗粒； 3在煤燃烧的同时，由于磨损造成的细颗粒。 二、 筛分颗粒特性 1. 宽筛分颗粒定义。循环流化床（气固流化床）床料中的颗粒通常是

8、料径由小到大的宽筛分布，由于颗粒的直径不同，其流动工况和规律也各不相同。这样就需要显示出颗粒大小的分布规律，利用此规律来研究两相流动和燃烧，或者把分散相颗粒直径示平均值，以平均直径来代表分散相颗粒群的运动规律，粒径的分布规律是一个重要特性。除了要知道颗粒尺寸的分布规律外，还要了解各颗粒所占表面积的分布规律扩各颗粒重量的分布规律。 2 筛分颗粒分类 a类颗粒 这类颗粒粒度很细，一般都小于20m，颗粒间相互作用力很大，很难流态化。 b类颗粒 这类颗粒粒度比较细。一般为2090m，通常很易流化。 c类颗粒 这类颗粒具有中等粒度，粒度范围为90650m，具有良好的流化性能。它在流体速度达到临界流化速度

9、后就会发生鼓泡现象。 d类颗粒 这类颗粒粒度通常具有较大在粒度和密度，并且在流化状态时颗粒混合性能较差。大多数循环流化床锅炉内的床料和燃料均属于d类颗粒。 3.宽筛分颗粒流化时的动力特性 1）小于流体密度的物体浮在床层表面，密度大于流体密度的物体会下沉。 2）床层表面保持水平，形状保持容器的形状。 3）在任一高度的静压近似等于在此高度以上单位床截面积内固体颗粒的重量。 4）床层内颗粒混合良好，加热床层时所有床料温度基本均匀。 5）床层内固体颗粒可以象流体一样从底部或侧面的孔中排出。 6）几个流化床底部联通后，床层高度自动保持同一水平高度。 三、 循环流化床内的传热 1在循环流化床中存在着各种不

10、同的传热过程 1）颗粒与气流之间的传热。 2）颗粒与颗粒之间的传热。 3）整个气固多相流与受热面之间的传热。 4）气固多相流与入床气流间的传热。表1-1循环流化床各部位的传热系数位置（部位）二次风下部二次风上部二次风上部悬吊受热面传热面方位水平或竖直竖直传热系数W/（m2?K）300500150250可能出现的问题腐蚀、剥蚀、磨损、负荷调节性能差，阻碍颗粒间横向混合传热较好的受热面轻微剥蚀、磨损、减少颗粒间横向混合2影响循环流化床传热的各种因素： （1）气体物理性质的影响。气膜厚度及颗粒与表面的接触热阻对传热起到主要作用。比如，气体密度增加，传热系数增大；气体粘度增大，传热系数减小；气体导热系

11、数增大，传热系数增大。 （2）固体颗粒物理特性的影响。 1）固体颗粒尺寸的影响。 对于小颗粒床，传热系数随固体颗粒平均直径增大而减小； 对于大颗粒床，传热系数随固体颗粒平均直径增大而增大。 1） 体颗粒密度的影响。传热系数随固体颗粒密度增大而增大。 2） 形度及表面状态的影响。球形和较光滑的颗粒，传热系数较高。 3） 固体颗粒导热系数的影响。影响较小。 4） 固体颗粒粒度分布的影响。对于小颗粒床，粒径越小，传热系数越大；对于大颗粒床，粒径越大，传热系数越大。 3. 流化风速的影响。 对于循环流化床的密相区，传热系数随流化风速的增大而减小。 对于循环流化床的稀相区，传热系数随流化风速的增大而增大

12、。 4. 床温对传热系数的影响。 床与传热面间的传热系数随床温的升高而升高。 5. 管壁温度的影响：传热系数随壁温的升高成线性规律地增大。 6. 固体颗粒浓度的影响。床层颗粒浓度是影响循环流化床床层与床壁面传热最主要的因素之一。传热系数随床层颗粒浓度的增加而显著增加。 7. 床层压力的影响。床层压力增大，传热系数增加。 四、 循环流化床内的燃烧过程 1. 煤粒送入循环流化床内迅速受到高温物料和烟气的辐射而被加热，首先水分蒸发，然后煤粒中的挥发份析出并燃烧、最后是焦炭的燃烧。其间伴随着煤粒的破碎、磨损，而且挥发份析出燃烧过程与焦炭燃烧过程都有一定的重叠。煤粒在流化床中的燃烧过程。 循环流化床内沿

13、高度方向可以分为密相床层和稀相空间，密相床层运行在鼓泡床和紊流床状态。循环流化床内绝大部分是惰性的灼热床料，其中的可燃物只占很小的一部分。这些灼热的床料成为煤颗粒的加热源，在加热过程中，所吸收的热量只占床层总热容量的千分之几，而煤粒在10秒钟左右就可以燃烧（颗粒平均直径在08mm），所以对床温的影响很小。 2. 循环流化床内煤的燃料着火。流化床内燃料着火的方式，固体质点表面温度起着关键作用，是产生着火的点灶热源，这类固体近质点可以是细煤粒，也可以是经分离后的高温灰粒或者是布风板上的床料。当固体质点表面温度上升时，煤颗粒会出现迅猛着火。另外，颗粒直径大小对着火也有很大的影响，对一定反应能力的煤种

14、，在一定的温度水平之下，有一临界的着火粒径，小于这个颗粒直径，因为散热损失过大，燃料颗粒就不能着火，逸出炉膛。 3. 循环流化床内煤的破碎特性。煤在流化床内的破碎特性是指煤粒在进入高温流化床后粒度急剧减小的一种性质。但引起粒度减小的因素还有颗粒与剧烈运动的床层间磨损以及埋管受热面的碰撞等。影响颗粒磨损的主要因素是颗粒表面的结构特性、机械强度以及外部操作条件等。磨损的作用贯穿于整个燃烧过程。 煤粒进入流化床内时，受到炽热床料的加热，水分蒸发，当煤粒温度达到热解温度时，煤粒发生脱挥发份反应，对于高挥发份的煤种，热解期间将伴随一个短时发生的拟塑性阶段，颗粒内部产生明显的压力梯度，一旦压力超过一定值，

15、已经固化的颗粒表层可能会崩裂而形成破碎；对低挥发份煤种，塑性状态虽不明显，但颗粒内部的热解产物需克服致密的孔隙结构都能从煤粒中逸出，因此颗粒内部也会产生较高的压力，另外，由于高温颗粒群的挤压，颗粒内部温度分布不均匀引起的热应力，这种热应力都会引起煤颗粒破碎。 煤粒破碎后会形成大量的细小粒子，特别是一些可扬析粒子会影响锅炉的燃烧效率。细煤粒一般会逃离旋风分离器，成为不完全燃烧损失的主要部分。破碎分为一级破碎和二级破碎：一级破碎是由于挥发份逸出产生的压力和孔隙网络中挥发份压力增加而引起的。二级破碎是由于作为颗粒的联结体-形状不规则的联结“骨架”（类似于网络结构）被烧断而引起的破碎。 煤的破碎发生的

16、同时也会发生颗粒的膨胀，煤的结构将发生很大的变化。一般破碎和膨胀受下列因素的影响：挥发份析出量；在挥发份析出时，碳水化合物形成的平均质量；颗粒直径；床温；在煤结构中有效的孔隙数量；母粒的孔隙结构等。 4. 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与水蒸汽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也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 + FeH2

17、S + O2 H2 + 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石灰石，当床温超过其煅烧温度时，发生煅烧分解反应：CaCO3 CaO + CO2 183kJ/mol脱硫反应方程式为：CaO + SO2+1/2 O2 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Ca/S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1.52.5之间。2） 床温的影响。床温的影响主要在

18、于改变了脱硫剂的反应速度、固体产物分布及孔隙堵塞特性，从而影响脱硫率和脱硫剂利用率。床温在900左右达到最高的脱硫效率。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。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。脱硫时间越长对效率来说越不利，应该保证SO2在床内停留时间不少于24秒。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） 其它因素的影响

19、。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：灰份对脱硫效率并无不利影响。10） 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作用很强，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。这是我们所不愿看到的。所以一定要把床温控制在850900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。五、 循环流化床锅炉的优点1. 燃料适应性强。由于循环流化床中的燃料仅占床料的1%3%，不需要辅助燃料而燃用任何燃料，可以燃用各种劣质煤及其他可燃物，特别包括煤矸石、高硫煤、高灰煤、高水分煤

20、、煤泥、垃圾等，可以解决令人头疼的环境污染问题。2. 燃烧效率高。循环流化床比鼓泡床流化床燃烧效率高，燃烧效率通常在97%以上，基本与煤粉相当。3. 脱硫率高。循环流化床的脱硫方式是最经济的方式之一，其脱硫率可以达到90%。4. 氮氧化物排放低。这是循环流化床另外一个非常吸引人的特点。其主要原因是：一低温燃烧，燃烧温度一般控制在850900之间，空气中的氮一般不会生成NOX；二分段燃烧，抑制氮转化为NOX，并使部分已生成的NOX得到还原。5燃烧强度高，炉膛截面积小。这是循环流化床的主要优点之一。其截面热负荷约为35MW/m2，接近或高于煤粉炉。6负荷调节范围大，调节速度快。这主要上相对于煤粉炉

21、来说的。其原因是循环流床内床料的蓄热能力非常大，不会象煤粉炉那样低负荷时需投油枪助燃，最大的好处在于可以压火热备用，熄火后可以马上热态启动，比煤粉炉有更好的调峰能力。循环流化床的负荷调节比可达（34）：1，其调节速率可达4%5%。7易于实现灰渣综合利用。由于其灰渣含炭量较低，属于低温烧透，有着更大的利用价值。六、 燃料预处理系统简单。循环流化床锅炉的燃料粒度一般小于12mm,破碎系统比煤粉炉更为简化。但由于制粉系统已经不存在，燃料破碎的任务全部由碎煤机来承担，这样对碎煤机的可靠性提出了较高的要求。1 循环流化床锅炉容量的大小直接决定了锅炉结构方面的区别，现在分别以北京锅炉厂为代表的75t/h循

22、环流化床锅炉与以东方锅炉厂为代表的440t/h循环流化床锅炉进行比较如下：（1）前者旋风分离器为中温分离，其工质温度在425与450之间。由于分离器温度低，可以采用较薄的保温层，大缩短锅炉启动时间，在保温相同的条件下，减小散热损失，分离器内部不会发生二次燃烧，也不会超温结焦。中温分离对保温材料要求较低，可以降低成本。采用中温分离下来的物料温度较低，这对平抑床温，作为床温和负荷调节的一种有效手段。但分离器布置于过热器的后面，所以分离器处的烟所含物料量较大，固体颗粒也较粗，增加了过热器的磨损。中温分离一般应用于低循环倍率循环流化床锅炉上，并且对分离器前受热面采取有效的防磨措施，以提高其有效寿命。后

23、者旋风分离器为高温汽冷式，其床温与床温相差不大，旋风分离器布置有膜式结构过热器。外壳由汽冷弯制、焊装而成，取消了绝热旋风分离器的高温绝热层，受热面管子内侧布满销钉并涂一层较薄的高温耐磨浇注料，可以吸收一部分热量，这样分离器内物料温度会略有下降，不会造成结焦。而且具有相当好的分离性能。但该分离器的问题在于容易造成飞灰可燃物含量升高，制造工艺复杂，生产成本高。（2）调整循环灰量是前者燃烧调整的关键和调节床温的重要手段；而后者调整床温的主要手段是调整风煤配比和一、二次风风量，一旦正常运行，针对于某一负荷来说其循环灰量是恒定的。（3）由于容量的差异，前者的蒸发吸热量比重比较大，所以在炉膛内布置了部分蒸

24、发受热面。后者过热吸热量比较大，在炉膛内布置屏式过热器和屏式再热器用来吸收炉膛的辐射热；另外由于后者热负荷太大，在炉膛设置了中间隔墙，以增加蒸发吸热量。（4）给煤方式不同。前者设置了前置式和后置式给煤机，给煤机分为皮带式给煤机和埋刮式给煤机两种，给煤时先启动后置式给煤机，正常后再启动前置式给煤机。始终控制后置式给煤转速大于前置式给煤机。后者全部采用皮带式给煤机，而且给煤点全部布置在前墙。前者的后墙给煤时采用回料阀给煤系统，这样煤在炉膛内能够充分混合并可以对煤进行预先加热，但当煤种水分含量低或挥发份高时会出现煤提前燃烧造成烧烘坏输煤管道的现象。（5）冷渣器种类不同。前者往往采用螺旋输送式冷渣器，

25、其螺旋叶片轴为空心轴，内部通冷却水，外壳也是双层结构，中间有冷却水通过，炉渣进入冷渣器后，一边被螺旋搅拌输送，一边被轴内和外壳夹层内流动的冷却水冷却。这种冷渣器的主要问题在于叶片容易变形，造成卡住或机械故障；在绞笼进口和外壁处易磨损，导致水夹套磨穿漏水，冷渣器内的灰易结块，增加了灰处理的难度，不可以进行选择性排渣。这种冷渣器的好处是：由于不往冷渣器内送风，灰渣发生燃烧的可能性很小。后者采用多仓风水冷选择流化床式冷渣器，这种冷渣器的优点是：可以实现选择性排放灰渣，是补充循环物料的技术措施之一；灰渣的冷却效果较好；提高了进入炉膛内的二次内温度，加热了给水温度，提高了锅炉热效率；缺点是：冷渣器内埋管

26、易磨损，所以必须采取严格的防磨措施；灰渣易再次燃烧，造成结渣；风系统与一次风共用时容易影响一次风系统的调节。2循环流化床锅炉与常规煤粉锅炉在结构与运行方面的区别：（1）燃烧室底部布风板是循环流化床锅炉特有的设备，其主要作用是流化风均匀地吹入料层，并使床料流化。对布风板的要求是：在保证布风均匀地条件下在，布风板压降越低越好。（2）床料循环系统是循环流化床锅炉结构上的主要特征：由高温旋风分离器和飞灰回送装置组成，其作用是把飞灰中粒径较大、含炭量高的颗粒回收重新送入炉内燃烧。（3）循环流化床锅炉的入炉煤粒大。一般燃用粒径在10mm以下的煤，要求燃料破碎系统稳定可靠。（4）循环灰参数对锅炉运行的影响：

27、锅炉负荷通过热量平衡和飞灰循环倍率两方面来调节。循环流化床锅炉运行时，其单位时间内的循环灰量可高达同单位时间内燃煤量2040倍。由于灰的热容大得多，因此循环灰对燃烧室下部的温度平衡有很大影响，循环流化床锅炉燃烧室下部卫燃带一般或根本不布置受热面，煤粒燃烧产生的热量则由烟气和循环灰共同带走。而在煤粉炉中，煤粉的燃烧产生的热量是由烟气和工质带走的。在煤粉炉中，蒸发受热面的出力主要取决于炉膛温度，而在循环流化床锅炉中，温度基本不随负荷变化，运行中烟气携带的飞灰颗粒量成为影响蒸发受热面的重要因素。因此，循环流化床锅炉可以从热量平衡和飞灰循环倍率两个方面来调节锅炉负荷。（5）控制系统要求高。由于循环流化床锅炉内流态化工况、燃烧过程较煤粉炉复杂，加之有飞灰再循环系统，其正常运行时需控制的参数，如：炉膛的床温、床压、床层密度、汽温、汽压等，同样对于选择性流化