循環(huán)流化床鍋爐本體 海盜船制作 本課程講解的內(nèi)容 一前言二循環(huán)流化床鍋爐的結(jié)構(gòu)三循環(huán)流化床鍋爐的工作原理四循環(huán)流化床鍋爐的特點(diǎn)五循環(huán)流化床機(jī)組的展望 一前言 循環(huán)流化床燃燒技術(shù)是二十世紀(jì)七十年代末發(fā)展起來的高效低污染清潔煤燃燒技術(shù) 循環(huán)流化床鍋爐具有燃料適應(yīng)性廣 添加石灰石在爐內(nèi)低成本脫硫 低溫燃燒和分級(jí)送風(fēng)有效降低氮的氧化物生成 低溫燃燒形成的灰渣便于綜合利用的優(yōu)點(diǎn) 二十年來得到迅速發(fā)展 我國的電力工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè) 在我國 電力生產(chǎn)主要以燃煤火力發(fā)電為主 由于燃煤發(fā)電的直接污染較大 特別是SO2 NOX的排放 SO2的排放是造成酸雨的主要原因 為了通過爐內(nèi)燃燒技術(shù)的改進(jìn) 降低SO2 NOX排放量 我國從60年代開始對循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)行研究 80年代中期 中科院工程熱物理研究所 清華大學(xué) 浙江大學(xué)以及東北電力學(xué)院等高校 科研院所聯(lián)合國內(nèi)鍋爐廠家研制出多種型號(hào)循環(huán)流化床燃燒工業(yè)鍋爐 90年代后 哈鍋 東鍋 上鍋等國內(nèi)大鍋爐廠家通過引進(jìn) 消化和吸收國外商業(yè)電廠用循環(huán)流化床鍋爐基礎(chǔ)上 現(xiàn)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的循環(huán)流化床鍋爐最大可做到670t h工業(yè)循環(huán)流化床鍋爐得到了快速發(fā)展 并在90年代以后和外國公司聯(lián)合研究并取得了較大有發(fā)展 現(xiàn)在循環(huán)流化床鍋爐已發(fā)展成熟并在全國廣泛應(yīng)用 流化床燃燒設(shè)備按流體動(dòng)力特性分為鼓泡流化床和循環(huán)流化床 按工作條件分為常壓和增壓式流化床 現(xiàn)在大型循環(huán)流化床鍋爐的主要爐型有三大流派 分別為 以德國Lurgi公司為代表的魯奇型和以美國的FosterWheeler 芬蘭的Alstorm公司 兩者兼并 為代表的FWPyroflow型和德國Babcock公司的Circofluid型 我國東方鍋爐廠采用的是FW公司的Pyroflow型的改進(jìn)型循環(huán)流化床鍋爐 北京B W鍋爐廠采用的是德國Babcock公司的架構(gòu)和技術(shù) 哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司 HBC 與美國PPC 奧斯龍技術(shù) 以及國內(nèi)的科研單位合作也開發(fā)了自己的大型循環(huán)流化床鍋爐 上海鍋爐廠引進(jìn)美國 技術(shù) 消化吸收自行設(shè)計(jì)制造了自己的循環(huán)流化床鍋 由于國內(nèi)各大鍋爐廠商的參與 我國的大型循環(huán)流化床技術(shù)已趨于成熟 二循環(huán)流化床鍋爐的結(jié)構(gòu) 循環(huán)流化床鍋爐大致可分成兩個(gè)部分 第一部分由爐膛 流化床燃燒室 氣固體分離設(shè)備 分離器 固體物料再循環(huán)設(shè)備 回料器 等構(gòu)成 上述形成一個(gè)固體物料循環(huán)回路 第二部分則為尾部對流煙道 布置有過熱器 再熱器 省煤器 空氣預(yù)熱器等 與常規(guī)煤粉爐相近 典型循環(huán)流化床鍋爐結(jié)構(gòu)如圖所示 其基本流程為 燃燒所需要的一次風(fēng)和二次風(fēng)分別由爐膛的底部和側(cè)墻送入 燃料的燃燒主要在爐膛中完成 煤和脫硫劑送入爐膛后 迅速被大量惰性高溫物料包圍 著火燃燒 同時(shí)進(jìn)行脫硫反應(yīng) 并在上升煙氣流的作用下向爐膛上部運(yùn)動(dòng) 對水冷壁和爐內(nèi)布置的其他受熱面放熱 粗大粒子進(jìn)入懸浮區(qū)域后在重力及外力作用下偏離主氣流 從而貼壁下流 氣固混合物離開爐膛后進(jìn)入高溫旋風(fēng)分離器 爐膛出口水平煙道內(nèi)裝有多級(jí)煙灰分離器 分離出的高溫灰落入灰斗 由氣流帶出爐膛的大量固體顆粒 煤粒 脫硫劑 被分離和收集 通過返料裝置 回料器 送入爐膛 進(jìn)行循環(huán)燃燒 未被分離出來的細(xì)粒子隨煙氣進(jìn)入尾部煙道 以加熱過熱器 省煤器和空氣預(yù)熱器 經(jīng)除塵器排至大氣 飛灰通過分離器經(jīng)尾部煙道受熱面進(jìn)入除塵器經(jīng)灰溝沖到沉灰池 床體下部已燃盡的灰渣定期排放 循環(huán)流化床鍋爐的基本結(jié)構(gòu) 典型循環(huán)流化床鍋爐燃燒示意圖 典型的CFB鍋爐系統(tǒng) 300MWCFB鍋爐工藝簡圖 循環(huán)流化床鍋爐的結(jié)構(gòu) 1爐膛2分離器3返料器4外置換熱器5輔助設(shè)備1 排渣系統(tǒng)2 點(diǎn)火系統(tǒng)3 布風(fēng)裝置 循環(huán)流化床鍋爐動(dòng)畫演示 1 爐膛 爐膛的燃燒以二次風(fēng)入口為界分為兩個(gè)區(qū)域 二次風(fēng)入口以下為大粒子還原氣氛燃燒區(qū) 二次風(fēng)入口以上為小粒子氧化氣氛燃燒區(qū) 燃料的燃燒過程 脫硫過程 NOx和N2O的生成及分解過程主要在燃燒室內(nèi)完成 燃燒室內(nèi)布置有受熱面 它完成大約50 燃料釋放熱量的傳遞過程 流化床燃燒室既是一個(gè)燃燒設(shè)備 也是一個(gè)熱交換器 脫硫 脫氮裝置 集流化過程 燃燒傳熱與脫硫 脫硝反應(yīng)于一體 所以流化床燃燒室是流化床燃燒系統(tǒng)的主體 2 分離器 循環(huán)流化床分離器是循環(huán)流化床燃燒系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一 它的形式?jīng)Q定了燃燒系統(tǒng)和鍋爐整體的形式和緊湊性 它的性能對燃燒室的空氣動(dòng)力特性 傳熱特性 物料循環(huán) 燃燒效率 鍋爐出力和蒸汽參數(shù) 對石灰石的脫硫效率和利用率 對負(fù)荷的調(diào)節(jié)范圍和鍋爐啟動(dòng)所需時(shí)間以及散熱損失和維修費(fèi)用均有重要影響 國內(nèi)外普遍采用的分離器有高溫耐火材料內(nèi)砌的絕熱旋風(fēng)分離器 水冷或汽冷旋風(fēng)分離器 各種形式的慣性分離器和方形分離器等 案例 我船用的是旋風(fēng)分離器 形式 采用絕熱式鋼板式分離器作用 旋風(fēng)分離器是循環(huán)流化床鍋爐的關(guān)鍵部件 我船采用了Alstom公司成熟先進(jìn)的技術(shù) 分離效率高達(dá)99 5 以上 能高效地把高溫固體物料從回旋的氣流中分離出來 通過回料器送回爐膛 以維持爐內(nèi)較高的顆粒濃度 確保較大的受熱面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 減少受熱面積和爐膛高度 降低鍋爐造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用 保證燃料和脫硫劑在多次循環(huán)中較完全的燃燼和化學(xué)反應(yīng) 是對循環(huán)流化床高效 清潔燃燒技術(shù)的真正體現(xiàn) 旋風(fēng)分離器的組成 分離器進(jìn)口煙道 旋風(fēng)筒 中心筒 錐體 分離器出口煙道 旋風(fēng)分離器 3 返料裝置 返料裝置是循環(huán)流化床鍋爐的重要部件之一 它的正常運(yùn)行對燃燒過程的可控性 對鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)性能起決定性作用 返料裝置的作用是將分離器收集下來的物料送回流化床循環(huán)燃燒 并保證流化床內(nèi)的高溫?zé)煔獠唤?jīng)過返料裝置短路流入分離器 返料裝置既是一個(gè)物料回送器 也是一個(gè)鎖氣器 如果這兩個(gè)作用失常 物料的循環(huán)燃燒過程建立不起來 鍋爐的燃燒效率將大大降低 燃燒室內(nèi)的燃燒工況變差 鍋爐將達(dá)不到設(shè)計(jì)蒸發(fā)量 流化床燃燒系統(tǒng)中常用的返料裝置是非機(jī)械式的設(shè)計(jì)中采用的返料器主要有兩種類型 一種是自動(dòng)調(diào)整型返料器 如流化密封返料器 別一種是閥型返料器 如 L 閥等 自動(dòng)調(diào)整型返料器能隨鍋爐負(fù)荷的變化 自動(dòng)改變返料量 不需調(diào)整返料風(fēng)量 閥型返料器要改變返料量則必須調(diào)整返料風(fēng)量 也就是 隨鍋爐負(fù)荷的變化必須調(diào)整返料風(fēng)量 案例 我公船二期用的是U形回料器 形式 U形回料器作用 回料器是確保旋風(fēng)分離器分離效果的重要部件 它的基本任務(wù)是將分離器分離出來的高溫固體顆粒穩(wěn)定地輸送回壓力較高的燃燒室內(nèi) 并以一定的料位壓差形成灰墻 確保氣體反竄進(jìn)入分離器的量最小 保證大量的固體顆粒經(jīng)過分離器和回料器再進(jìn)入爐膛的良性穩(wěn)定的物料流動(dòng) 是循環(huán)流化床鍋爐正常運(yùn)行的一個(gè)重要保證 組成 直管 流化室 回料腿 4 外置換熱器 外置床 部分循環(huán)流化床采用外置床換熱器 外置換熱器的作用是 使分離下來的物料部分或全部 取決于鍋爐運(yùn)行工況或蒸汽參數(shù) 通過它 并將其冷卻到500 左右 然后通過返料器送至床內(nèi)再燃燒 外置換熱器可布置省煤器 蒸發(fā)器 過熱器 再熱器等受熱面 外置式換熱器的實(shí)質(zhì)是一個(gè)細(xì)粒子鼓泡流化床熱交換器 流化速度是0 3 0 45m s 它具有傳熱系數(shù)高磨損小的優(yōu)點(diǎn) 采用外置式換熱器的優(yōu)點(diǎn)如下 1 可解決大型循環(huán)流化床鍋爐床內(nèi)受熱面布置不下的困難 2 為過熱蒸汽和再熱蒸汽溫度的調(diào)節(jié)提供了很好的手段 3 增加循環(huán)流化床鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍 4 增加同一臺(tái)鍋爐對燃料的適應(yīng)性 5 節(jié)約鍋爐受熱面金屬消耗量 其缺點(diǎn)是它的采用使燃燒系統(tǒng) 設(shè)備及鍋爐整體布置方式比較復(fù)雜 我船期1060t h鍋爐布置有4個(gè)外置床 其中兩個(gè)布置高溫再熱器和低溫過熱器 高再低過外置床 其它兩個(gè)布置一級(jí)中溫過熱器和二級(jí)中溫過熱器受熱面 中過外置床 鍋爐在運(yùn)行過程中 通過調(diào)節(jié)進(jìn)入一級(jí)中溫過熱器和二級(jí)中溫過熱器外置床的循環(huán)灰量來控制和調(diào)節(jié)爐膛的燃燒溫度 使?fàn)t膛處于脫硫 NOX排放和高的燃燒效率等一個(gè)綜合性能優(yōu)良的溫度區(qū)間 通過調(diào)節(jié)再熱器外置床循環(huán)灰的流量 可以直接控制再熱蒸汽出口溫度 5 循環(huán)流化床鍋爐輔助系統(tǒng) 循環(huán)流化床鍋爐輔助系統(tǒng)包括煤與石灰石制備與輸送系統(tǒng) 煙風(fēng)系統(tǒng) 灰渣處理系統(tǒng) 鍋爐控制系統(tǒng) 點(diǎn)火系統(tǒng)等 1 灰渣處理系統(tǒng) CFB鍋爐灰渣處理系統(tǒng)包括底渣處理系統(tǒng)和飛灰處理系統(tǒng) CFB底渣處理系統(tǒng)主要包括冷渣器 機(jī)械式 也有少量氣力方式 輸渣設(shè)備以及渣倉等 其中冷渣器是系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備 用來將鍋爐燃燒后從爐膛底部排出的高溫底渣進(jìn)行冷卻回收熱量 并滿足灰渣后續(xù)處理的需要 由于底渣具有粒度較粗 流動(dòng)性差 溫度高并可能含有許多大顆粒異物的特點(diǎn) 開發(fā)性能優(yōu)異的冷渣設(shè)備成為CFB鍋爐的一大難題 目前常見的兩種冷渣器形式包括流化床式冷渣器和滾筒式冷渣器 流化床式冷渣器采用流態(tài)化原理利用風(fēng)水聯(lián)合對底渣進(jìn)行冷卻 具有傳熱系數(shù)高 冷卻能力強(qiáng)的突出優(yōu)點(diǎn) 熱量也可便利地回收利用 但對底渣粒度的適應(yīng)性較差 從而導(dǎo)致其可用率下降 該冷渣器從原理來看適用于底渣量較大的場合 而提高對底渣的粒度適應(yīng)性是該技術(shù)的關(guān)鍵 滾筒式冷渣器對灰渣粒度的適應(yīng)性強(qiáng) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單 蛋傳熱系數(shù)低 冷卻能力差 機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件故障率高 適用于底渣里昂較小的場合 二提高其冷卻能力 降低機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件故障率是該技術(shù)的關(guān)鍵 滾筒冷渣器 2 CFBB的點(diǎn)火系統(tǒng) 循環(huán)流化床點(diǎn)火 就是通過外部熱源使最初加入床層上的物料溫度提高煤著火所需的最低水平上 從而使投入的煤迅速著火 并自保持床層溫度在煤自身著火點(diǎn)的水平上 實(shí)現(xiàn)鍋爐正常穩(wěn)定運(yùn)行 循環(huán)流化床鍋爐的點(diǎn)火分上部點(diǎn)火 下部點(diǎn)火 混合點(diǎn)火三種 點(diǎn)火裝置主要分油系統(tǒng) 點(diǎn)火系統(tǒng) 燃燒風(fēng)系統(tǒng) 啟燃室系統(tǒng) 點(diǎn)火系統(tǒng)主要由 點(diǎn)火器 推動(dòng)機(jī)構(gòu) 高壓發(fā)生器等組成 油系統(tǒng)主要由 油泵 油量控制裝置 霧化裝置 分機(jī)械霧化和霧化風(fēng)霧化 燃燒風(fēng)系統(tǒng)由 風(fēng)量控制裝置 風(fēng)門 風(fēng)道組成 一般為熱風(fēng) 啟燃室系統(tǒng)為高溫耐熱材料構(gòu)筑的燃燒空間 用于油的燃燒產(chǎn)生高溫?zé)煔?上部點(diǎn)火則不需要 CFB鍋爐一般采用柴油點(diǎn)火 點(diǎn)火過程中 點(diǎn)火系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)運(yùn)行爐膛吹掃 點(diǎn)火 火焰檢測 點(diǎn)火油槍退縮冷卻等程序 主要有以下三種點(diǎn)火方式 1 風(fēng)道燃燒器點(diǎn)火 俗稱床下點(diǎn)火 點(diǎn)火時(shí) 風(fēng)道燃燒器內(nèi)燃油產(chǎn)生的高溫?zé)煔馀c流化空氣混合成900 左右的熱煙氣進(jìn)入水冷風(fēng)室 在經(jīng)過布風(fēng)板進(jìn)入爐膛加熱床料 使床溫達(dá)到投煤點(diǎn)火溫度 采用床下點(diǎn)火方式 熱煙氣穿過整個(gè)床層 對床料加熱比較均勻 熱量的利用率也較高 節(jié)省點(diǎn)火用油 但點(diǎn)火時(shí)系統(tǒng)阻力大 同時(shí) 點(diǎn)火時(shí)需要對風(fēng)道燃燒器系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)致監(jiān)控以防止燒壞燃燒器及風(fēng)室 布風(fēng)板 其系統(tǒng)布置也較復(fù)雜 2 床上啟動(dòng)燃燒器點(diǎn)火 俗稱床上點(diǎn)火 在爐內(nèi)布風(fēng)板以上二次風(fēng)口附近布置多個(gè)燃油啟動(dòng)燃燒器 當(dāng)床料流化起來之后 投運(yùn)啟動(dòng)燃燒器 使床溫升高到投煤溫度 床上點(diǎn)火方式系統(tǒng)布置簡單 運(yùn)行操作簡便 但點(diǎn)火熱量的有效利用率低 點(diǎn)火用油量大 3 同時(shí)采用以上兩種方式點(diǎn)火 俗稱床下 床上聯(lián)合點(diǎn)火 床下 床上聯(lián)合點(diǎn)火可以減少床下風(fēng)道燃燒器系統(tǒng)的出力設(shè)計(jì) 輔之以床上油槍助燃 點(diǎn)火時(shí)首先開啟床下燃燒器 床溫升高到一定溫度后 再投入床上油槍 床上油槍還可以在低負(fù)荷時(shí)做穩(wěn)燃油槍使用 300MW級(jí)大型CFB鍋爐基本均采用這種方式點(diǎn)火 3 布風(fēng)裝置的結(jié)構(gòu) 作用和種類 流化床布風(fēng)裝置主要由布風(fēng)板 風(fēng)帽和風(fēng)室等組成 布風(fēng)裝置的主要作用有 1 支承床料2 使空氣均勻地分布在整個(gè)爐膛的橫截面上 并提供足夠的動(dòng)壓頭 使床料和物料均勻地流化 避免勾流 騰涌 氣泡尺寸過大 流化死區(qū)等不良現(xiàn)象的出現(xiàn) 3 那些已基本燒透 流化性能差 有在布風(fēng)板上沉積傾向的大顆粒及時(shí)排除 避免流化分層 保證正常流化狀態(tài)下被破壞 維持安全生產(chǎn) 布風(fēng)板 流化床鍋爐燃燒室下部的爐篦 b 稱作布風(fēng)板 布風(fēng)板的主要作用有 1 支撐爐內(nèi)物料 2 合理分配一二次風(fēng) 使通過布風(fēng)板及風(fēng)帽的一次風(fēng)流化物料 使之達(dá)到良好的流化狀態(tài) 布風(fēng)板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 布置形式及風(fēng)帽分布對鍋爐燃燒 物料摻混 爐內(nèi)傳熱都起著重要作用 對布風(fēng)板的要求是 在保證布風(fēng)均勻的條件下 布風(fēng)板壓降越低越好 布風(fēng)板 風(fēng)帽 風(fēng)帽的作用在于使進(jìn)入流化床的空氣產(chǎn)生第二次分流并具有一定動(dòng)能 以減少初始?xì)馀莸纳珊褪沟撞看诸w粒產(chǎn)生強(qiáng)烈的擾動(dòng) 壁面粗顆粒的沉積 減少冷渣含碳量損失 風(fēng)帽還有產(chǎn)生足夠的壓降 均勻布風(fēng)的作用 盡管 風(fēng)帽是循環(huán)流化床鍋爐的一個(gè)小元件 但它直接影響爐床的布風(fēng) 爐內(nèi)氣 固兩相流的動(dòng)力特性以及鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行 風(fēng)帽 風(fēng)室 風(fēng)室連接在布風(fēng)板地下 起著穩(wěn)壓和均流的作用 使從風(fēng)管進(jìn)入的氣體降低流速 將動(dòng)壓轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓 對風(fēng)室的要求是 1 具有一定的強(qiáng)度和較好的氣密性 在工作條件下不變形 不漏風(fēng) 2 具有較好的穩(wěn)壓和均流作用 3 結(jié)構(gòu)簡單 便于維護(hù)檢修 且風(fēng)室應(yīng)設(shè)有檢修門和放渣門 流化床的風(fēng)室主要有兩種類型 分流式風(fēng)室和等壓風(fēng)室 分流式風(fēng)室借助于分流罩或?qū)Я靼灏堰M(jìn)入風(fēng)室的氣流均分為多股氣流 使接近于正方形的風(fēng)室截面獲取均勻的布風(fēng) 分流式風(fēng)室結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 且只適用于正方形截面的流化床鍋爐 因而只在小型流化床鍋爐上得到應(yīng)用 等壓風(fēng)室的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是具有傾斜的底面 這樣能使風(fēng)室內(nèi)的靜壓延深度保持不變 有利于提高布風(fēng)的均勻性 循環(huán)流化床鍋爐動(dòng)畫演示 220t h循環(huán)流化床靜止態(tài)給煤系統(tǒng)排渣系統(tǒng)配風(fēng)系統(tǒng)物料循環(huán)系統(tǒng)石灰石系統(tǒng)燃燒調(diào)節(jié)控制全動(dòng)態(tài)450t h循環(huán)流化床靜止態(tài)給煤系統(tǒng)排渣系統(tǒng)配風(fēng)系統(tǒng)物料循環(huán)系統(tǒng) 三循環(huán)流化床鍋爐的工作原理 1 循環(huán)流化床一些基本名稱術(shù)語2 循環(huán)流化床鍋爐的相關(guān)概念3 循環(huán)流化床鍋爐的工作原理 流化過程4 循環(huán)流化床鍋爐的燃燒技術(shù)特點(diǎn)臺(tái)塑石化CFBB系統(tǒng)動(dòng)畫演示各種燃燒方式的主要特性5 循環(huán)流化床鍋爐的燃燒特性 1 循環(huán)流化床一些基本名稱術(shù)語 一 1 床料鍋爐運(yùn)行過程中 在爐膛及循環(huán)系統(tǒng) 分離器 立管 回料系統(tǒng)等 內(nèi)燃燒或載熱的固體顆粒 稱為物料 2 堆積密度和顆粒密度將固體顆粒不加約束的自然堆放時(shí)單位體積的質(zhì)量稱為顆粒的堆積密度 單個(gè)顆粒的質(zhì)量與其體積的比值稱為顆粒密度或真實(shí)密度 1 循環(huán)流化床一些基本名稱術(shù)語 二 3 密相區(qū)在流化床鍋爐下部 顆粒濃度較大 這部分區(qū)域稱為密相區(qū) 密相區(qū)內(nèi)沿高度方向濃度逐漸降低 循環(huán)流化床鍋爐中 一般定義密相區(qū)低于二次風(fēng)噴口高度 密相區(qū)的空隙率為0 7左右 4 稀相區(qū)在流化床鍋爐爐膛上部 氣流中粒子濃度較低 空隙率為0 85 0 99 稱為稀相區(qū) 稀相區(qū)內(nèi)顆粒濃度比較均勻 沿爐膛高度顆粒濃度變化比較緩慢 循環(huán)流化床鍋爐中 一般定義稀相區(qū)為鍋爐下部錐段以上直段500mm以上為稀相區(qū) 1 循環(huán)流化床一些基本名稱術(shù)語 三 5 過渡區(qū)在流化床鍋爐密相區(qū)和稀相區(qū)之間 顆粒濃度處于沿高度快速變化狀態(tài) 存在比較大的揚(yáng)析與夾帶現(xiàn)象 稱為過渡區(qū) 6 流化速度流化速度一般是指假設(shè)床內(nèi)沒有床料時(shí)空氣通過爐膛的速度 因此也叫空塔速度或表觀速度 用u0表示 單位為m s 即 式中 Q為空氣或煙氣體積流量 單位 m3 s A為爐膛截面積 m2 2 循環(huán)流化床鍋爐的相關(guān)概念 循環(huán)流化床鍋爐是在鼓泡床鍋爐 沸騰爐 的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的 因此鼓泡床的一些理論和概念可以用于循環(huán)流化床鍋爐 但是又有很大的差別 早期的循環(huán)流化床鍋爐流化速度比較高 因此稱作快速循環(huán)循環(huán)床鍋爐 快速床的基本理論也可以用于循環(huán)流化床鍋爐 鼓泡床和快速床的基本理論已經(jīng)研究了很長時(shí)間 形成了一定的理論 要了解循環(huán)流化床鍋爐的原理 必須要了解鼓泡床和快速床的理論以及物料從鼓泡床 湍流床 快速床各種狀態(tài)下的動(dòng)力特性 燃燒特性以及傳熱特性 流態(tài)化 當(dāng)固體顆粒中有流體通過時(shí) 隨著流體速度逐漸增大 固體顆粒開始運(yùn)動(dòng) 且固體顆粒之間的摩擦力也越來越大 當(dāng)流速達(dá)到一定值時(shí) 固體顆粒之間的摩擦力與它們的重力相等 每個(gè)顆?？梢宰杂蛇\(yùn)動(dòng) 所有固體顆粒表現(xiàn)出類似流體狀態(tài)的現(xiàn)象 這種現(xiàn)象稱為流態(tài)化 對于液固流態(tài)化的固體顆粒來說 顆粒均勻地分布于床層中 稱為 散式 流態(tài)化 而對于氣固流態(tài)化的固體顆粒來說 氣體并不均勻地流過床層 固體顆粒分成群體作紊流運(yùn)動(dòng) 床層中的空隙率隨位置和時(shí)間的不同而變化 這種流態(tài)化稱為 聚式 流態(tài)化 循環(huán)流化床鍋爐屬于 聚式 流態(tài)化 固體顆粒 床料 流體 流化風(fēng) 以及完成流態(tài)化過程的設(shè)備稱為流化床 臨界流化速度 對于由均勻粒度的顆粒組成的床層中 在固定床通過的氣體流速很低時(shí) 隨著風(fēng)速的增加 床層壓降成正比例增加 并且當(dāng)風(fēng)速達(dá)到一定值時(shí) 床層壓降達(dá)到最大值 該值略大于床層靜壓 如果繼續(xù)增加風(fēng)速 固定床會(huì)突然解鎖 床層壓降降至床層的靜壓 如果床層是由寬篩分顆粒組成的話 其特性為 在大顆粒尚未運(yùn)動(dòng)前 床內(nèi)的小顆粒已經(jīng)部分流化 床層從固定床轉(zhuǎn)變?yōu)榱骰驳慕怄i現(xiàn)象并不明顯 而往往會(huì)出現(xiàn)分層流化的現(xiàn)象 顆粒床層從靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱鲬B(tài)化進(jìn)所需的最低速度 稱為臨界流化速度 隨著風(fēng)速的進(jìn)一步增大 床層壓降幾乎不變 循環(huán)流化床鍋爐一般的流化風(fēng)速是2 3倍的臨界流化速度 影響臨界流化速度的因素 1 料層厚度對臨界流速影響不大 2 料層的當(dāng)量平均料徑增大則臨界流速增加 3 固體顆粒密度增加時(shí)臨界流速增加 4 流體的運(yùn)動(dòng)粘度增大時(shí)臨界流速減小 如床溫增高時(shí) 臨界流速減小 床溫與臨界流速的關(guān)系如圖所示 3 循環(huán)流化床鍋爐的工作原理 流化過程 如圖所示 固體顆粒隨著氣流速度的增大分別呈現(xiàn)五種不同的流動(dòng)狀態(tài) 固定床 鼓泡流化床 紊 湍 流流化床 快速流化床 氣力輸送 循環(huán)流化床處于紊 湍 流流化床與快速流化床階段 顆粒的夾帶 揚(yáng)析 當(dāng)床層流動(dòng)轉(zhuǎn)到紊流流化床時(shí) 密相床層和稀相床層的界面開始模糊 顆粒夾帶量明顯增加 當(dāng)氣流通過顆粒層時(shí) 一些終端速度小于床層表觀氣速的細(xì)顆粒將被上升氣流帶走 這一過程稱為揚(yáng)析 由于揚(yáng)析過程中更多顆粒被夾帶著離開床層 其中終端速度大于床層表觀氣速的顆粒經(jīng)過一定的分離高度后會(huì)陸續(xù)返回床層 因此存在著輸送分離高度TDH 此過程就是我們通常所說的循環(huán)流化床的內(nèi)循環(huán) 在分離高度TDH以上的空間 顆粒濃度不再降低 床層表面至TDH之間的空間稱為自由空間 燃用寬篩分的燃煤流化床鍋爐 其爐膛出口高度通常低TDH 因此同時(shí)存在著夾帶和揚(yáng)析現(xiàn)象 發(fā)生揚(yáng)析現(xiàn)象的顆粒的來源有三個(gè) 給煤中的細(xì)顆粒 煤在揮發(fā)份析出階段破碎形成的細(xì)顆粒 在煤燃燒的同時(shí) 由于磨損造成的細(xì)顆粒 4 循環(huán)流化床鍋爐的燃燒技術(shù)特點(diǎn) 爐膛內(nèi)的具體燃燒過程 煤進(jìn)入煤膛后 首先在主床燃燒 經(jīng)過預(yù)熱器的高壓風(fēng) 從爐床床下風(fēng)室向上進(jìn)入爐膛 使在床上煤顆粒沸騰燃燒 當(dāng)煙氣達(dá)到一定速度 大量的顆粒就會(huì)離開床層 由煙氣攜帶到爐膛上部燃燒 并隨煙氣直至爐膛出口 在爐膛出口處一般裝有多級(jí)煙灰分離器 對顆粒和煙氣進(jìn)行分離 而后進(jìn)入煙道 為了使顆粒上升 分離 穿過并離開爐膛 要求煙氣必須達(dá)到某一最小速度 分離后的煙氣流入煙道 通過省煤器 空氣預(yù)熱器得到進(jìn)一步的冷卻 而分離后的顆粒 下落回到爐膛繼續(xù)燃燒 再次進(jìn)行燃燒上升 分離 形成顆粒循環(huán) 由于顆粒反復(fù)循環(huán)延長了在爐內(nèi)的停留時(shí)間 因此 各煤種均可在850 950 的低溫下得到充分的燃燒 提高了燃盡度 因?yàn)闋t膛內(nèi)燃燒溫度較低 使得NOX的生存能得到有效控制 這個(gè)爐溫范圍 也有利于使為脫硫而加入爐膛的石灰石顆粒在循環(huán)燃燒中與燃料中的硫化物發(fā)生反應(yīng) 達(dá)到最佳的脫硫效果 而排放的爐渣由于是低溫燃燒 又可重新得到利用 如水泥制品 循環(huán)流化床鍋爐的燃燒技術(shù)特點(diǎn) 1 低溫的動(dòng)力控制燃燒 2 高速度 高濃度 高通量的固體物料流態(tài)化循環(huán)過程 3 高強(qiáng)度的熱量 質(zhì)量和動(dòng)量傳遞過程物料分離系統(tǒng)是循環(huán)流化床鍋爐的結(jié)構(gòu)特征 大量物料參與循環(huán)實(shí)現(xiàn)整個(gè)爐膛內(nèi)的控制燃燒過程 是循環(huán)流床鍋爐區(qū)別于鼓泡流化床鍋爐的根本特點(diǎn) 因?yàn)楣呐萘骰插仩t的燃燒主要發(fā)生在床內(nèi) 所以循環(huán)流床鍋爐燃燒必須具備的三個(gè)條件是 1 要保證一定的流體速度 而且還要保證物料粒度處于適當(dāng)?shù)?使床層在快速流區(qū)域的粒度 2 要有足夠的物料分離 3 要有物料回送 要有充分的措施以維持物料的平衡 臺(tái)塑石化CFBB系統(tǒng)流程圖 動(dòng)畫演示 各種燃燒方式的主要特性 5 循環(huán)流化床鍋爐的燃燒特性 給入流化床的煤顆粒將依次經(jīng)歷如下過程 煤干燥與加熱 揮發(fā)分析出和燃燒 顆粒的膨脹和一次破碎 焦碳燃燒和二次破碎 磨損 影響燃燒的主要因素 1 床溫 2 總風(fēng)量 3 一 二次風(fēng)比例 4 停留時(shí)間 1 床溫 循環(huán)流化床床溫的選取是從多方面考慮的 許多學(xué)者認(rèn)為 850 900 是最理想的循環(huán)流化床運(yùn)行溫度 這主要是出于下述原因的考慮 在該溫度下灰不會(huì)熔化 從而減少了結(jié)渣的危險(xiǎn)性 脫硫反應(yīng)的最佳溫度為850 左右 在該溫度下堿金屬不會(huì)升華 這樣就可減低鍋爐受熱面上的結(jié)渣 燃燒空氣中的氮不能大量轉(zhuǎn)化成NOX 2 總風(fēng)量 鍋爐負(fù)荷一定時(shí) 供入爐膛的總風(fēng)量和排煙氧量基本成對應(yīng)關(guān)系 CFB鍋爐送風(fēng)既要保證床料的正常流化也要保證爐內(nèi)燃料充分有效的燃燒 隨著總風(fēng)量的提高 氣相氧氣濃度相應(yīng)提高 加快了氧氣的傳質(zhì)速率和氣固反應(yīng)速度 在煤顆粒爐內(nèi)相對固定的停留 反應(yīng)時(shí)間內(nèi) 其最終反應(yīng)程度提高 具體體現(xiàn)為燃盡程度的提高 飛灰含碳量及CO排放降低降低 3 一 二次風(fēng)比例 與鼓泡床相比 循環(huán)流化床鍋爐爐膛上部燃燒的分額增加 因此二次風(fēng)比例升高 一次風(fēng)量約為燃料所需化學(xué)當(dāng)量值40 80 一次風(fēng)主要起流化與下部密相區(qū)燃燒的作用 因?yàn)樵跔t膛下部區(qū)域燃料完全燃燒所需風(fēng)量大于實(shí)際風(fēng)量 因此該區(qū)域通常處于還原性氣氛 二次風(fēng)口通常位于爐膛下部密相區(qū)以上 作為燃盡風(fēng)并控制爐膛的溫度分布均勻 尤其在鍋爐啟動(dòng)階段 當(dāng)鍋爐負(fù)荷增加時(shí) 一次風(fēng)比例增加 使得能夠輸送數(shù)量較大的高溫物料到爐膛上部區(qū)域 二次風(fēng)另一重要作用是進(jìn)行分級(jí)燃燒 即隨著燃燒的進(jìn)行逐步補(bǔ)充燃燒風(fēng) 以控制燃燒區(qū)域的風(fēng)量 使處于還原性狀態(tài) 這對于NOX排放的降低很有好處 4 停留時(shí)間 停留時(shí)間是決定煤燃盡的一個(gè)重要參數(shù) 在爐膛上部區(qū)域 一方面揮發(fā)分已經(jīng)析出 同時(shí)處于富氧狀態(tài) 焦碳的燃燒主要發(fā)生在此 焦碳顆粒在爐膛截面中間向上運(yùn)動(dòng) 同時(shí)沿四壁往下回流 或者上下運(yùn)動(dòng) 這樣焦碳顆粒在被夾帶出爐膛的前已在爐膛高度循環(huán)了多次 因此對于多數(shù)顆粒而言 在爐膛的停留時(shí)間 遠(yuǎn)大于以氣速穿過爐膛所需要的時(shí)間 被夾帶出爐膛的未燃盡焦碳顆粒進(jìn)入旋風(fēng)分離器并繼續(xù)燃燒 粗顆粒被分離下來送回爐膛 細(xì)顆粒作為飛灰飛走 四循環(huán)流化床鍋爐的特點(diǎn) 1 循環(huán)流化床鍋爐的優(yōu)點(diǎn)2 循環(huán)流化床鍋爐的缺點(diǎn)3 循環(huán)流化床鍋爐與常規(guī)煤粉鍋爐在結(jié)構(gòu)與運(yùn)行方面的區(qū)別 1 循環(huán)流化床鍋爐的優(yōu)點(diǎn) 1 燃料適應(yīng)性廣 2 高燃燒效率 3 高效脫硫 4 低氮氧化物 NOX 排放 5 高燃燒強(qiáng)度 爐膛截面積小 6 便于負(fù)荷調(diào)節(jié) 7 易于實(shí)現(xiàn)灰渣綜合利用 8 床內(nèi)不布置埋管受熱面 9 燃料預(yù)處理系統(tǒng)簡單 10 給煤點(diǎn)少此外 CFB鍋爐還具有傳熱系數(shù)高 可以壓火運(yùn)行 不存在爐內(nèi)和受熱面結(jié)渣 不會(huì)滅火放炮等優(yōu)點(diǎn) 其它污染物如CO HCl HF等的排放量也很低 2 循環(huán)流化床鍋爐的缺點(diǎn) 1 飛灰含炭量高的問題 對于循環(huán)流化床來說 其底渣含炭量較低 但其最佳脫硫溫度的限制 飛灰含炭量卻比較高 2 廠用電率高 由于循環(huán)流化床鍋爐具有布風(fēng)板 分離器結(jié)構(gòu)和爐料層的存在煙風(fēng)阻力比煤粉爐大得多 相應(yīng)的通風(fēng)電耗也較高 3 N2O排放較高 流化床燃燒技術(shù)可有效抑制NOX SO2的排放 但流化床低溫燃燒是產(chǎn)生N2O最主要的原因 4 爐膛 分離器和回送裝置及其之間的膨脹和密封問題 由于流化床其表面附著一層厚厚的耐磨材料與保溫材料并且各個(gè)部位受熱時(shí)間和程度不完全一致 所以會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力而造成膨脹不均 導(dǎo)致出現(xiàn)顆粒外漏現(xiàn)象 5 由于設(shè)計(jì)和施工工藝不當(dāng)造成的磨損問題 鍋爐部件的磨損主要與風(fēng)速 顆粒濃度以及流場的不均勻性有關(guān) 研究表明 磨損與風(fēng)速的3 6次方和濃度成正比 爐膛 分離器和回送裝置內(nèi)由于大量高濃度物料的循環(huán)流動(dòng) 一些局部位置