循环流化床锅炉简介

循环流化床锅炉简介基本概念几种典型流动状态床层阻力特性和压力分布床内颗粒浓度分布气流速度分布CH2循环流化床锅炉流动特性基本概念床料物料燃料筛分流化速度临界流化速度颗粒终端速度输送速度扬析夹带物料循环倍率2-1循环流化床锅炉的流动状态2-1循环流化床锅炉的流动状态CFB锅炉不同位置的流化状态位置流动状态燃烧室（二次风口以下）湍流或鼓泡流化床燃烧室（二次风口以上）快速流化床旋风分离器旋涡流动返料料腿（立管）移动床返料机构/外置式换热器鼓泡流化床尾部烟道气力输送鼓泡床流化态的特征1.气流以气泡形式穿越床层（离散相）2.固体颗粒均匀分散在气流中（乳化相、连续相）3.气泡不断上移、聚并、长大、破裂4.气泡运动使得颗粒纵向运动（实现混合）5.气泡在床层表面破裂，将部分颗粒喷入空间6.存在明显的床层表面鼓泡床及其实验演示气泡的移动鼓泡床锅炉的工作湍流流化态特征1.气泡逐渐破碎、变小2.床层无明显界面（形成一飞溅区）3.床内颗粒混合更加均匀4.床内压力波动达最大快速流化态特征1.气流变为连续相，气泡消失2.固体颗粒形成絮状颗粒团，成为分散相3.絮状物形成面壁流，颗粒反混显著4.颗粒滑移速度达最大5.床内颗粒浓度、温度分布趋于均匀循环流化床演示快速流化态特征图2-19颗粒带(颗粒图)形成示意图图2-20面壁流CFB2-2CFB锅炉床层阻力特性及压力分布1.什么是床层阻力？气流通过固体床层时产生的压力降ΔP2.什么是床层阻力特性？就是床层阻力与流化速度之间的关系2-2CFB锅炉床层阻力特性及压力分布3.床层的阻力特性如何？图2-26流化床中料层随气流速度变化的情况图2-27床层高度、阻力随气流变化速度变化的情况示意图2-2CFB锅炉床层阻力特性及压力分布3.床层的阻力特性如何？1）当流化速度很小时：随着U的增大，阻力增大；颗粒静止不动（固定床）2）当流化速度达到临界流化速度时：阻力达到最大值（流化床）；此后，U再增大，阻力将基本不变3）当流化速度大于输送速度时：随着U的增大，阻力减小（气力输送床）2-2CFB锅炉床层阻力特性及压力分布4.床层的压力分布规律1）密相区单位高度上的压力降大于稀相区2）随着U的增大，单位床层高度的压降减小3）U一定时，物料循环量增大时，单位压降增大流化床的压力分布在一定程度上反应了物料颗粒浓度的多少不同流化态下床层的压力分布图2-29不同流型下床内压力沿床层高度的变化曲线输送床湍流床快速床鼓泡床ΔP/L高度2-3CFB锅炉固体颗粒浓度分布1.固体颗粒浓度对锅炉工作的影响2.影响固体颗粒浓度的因素3.固体颗粒浓度沿炉膛高度的分布4.固体颗粒浓度沿径向的分布颗粒浓度与锅炉工作的关系1.固体颗粒的量决定了炉内的热容量2.与燃烧过程的稳定性有关3.稀相区的颗粒浓度与氺冷壁传热量密切相关4.密相区颗粒浓度与密相区燃烧分额以及床层温度有关5.与磨损有关影响颗粒浓度分布的因素1.流化速度2.颗粒特性3.循环倍率4.给料、回料口位置5.二次风口位置颗粒浓度的纵向分布图2-21不同流态化型式沿高度的颗粒浓度分布颗粒浓度的径向分布2-4气流速度分布1.沿轴向，气流速度比较均匀2.沿径向，中心流速高，壁面处流速低煤粒的燃烧过程煤粒在燃烧中的破碎与磨损CFB的燃烧区域炉膛内的燃烧份额CH3：循环流化床锅炉的燃烧3-1循环流化床锅炉的燃烧优势1.为新入炉燃料提供了丰富的热源2.燃料在炉内有充分的停留时间炉内大量800~900度的惰性颗粒；每分钟的新燃料只有床内物料的1%左右；炙热物料迅速加热新燃料；燃料燃烧放处的热量又维持了床温3-2流化床中煤粒的燃烧过程1.煤粒的加热和干燥2.挥发分的析出和燃烧3.焦炭的着火的燃烧挥发份的析出和燃烧1.开始析出的温度与煤种有关2.挥发分析出所需要的时间与颗粒大小及加热条件有关3.挥发份的燃烧与析出交错进行4.挥发份的燃烧为焦炭的着火和燃烧提供了良好的条件焦炭的着火和燃烧过程1.周围氧气扩散到炭粒表面2.氧气在炭粒表面与炭发生化学反应，产生CO和CO23.CO和CO2向周围扩散4.扩散途中CO被再次氧化影响焦炭燃烧速度的因素1.化学反应速度2.扩散速度不同尺寸焦炭颗粒的燃烧特性2MM以上大颗粒的燃烧特性1）一般在密相区参与燃烧；2）滑移速度很大，属于动力燃烧；3）停留时间15~20分钟4）燃尽条件很好5）通常燃尽后从床底排渣口排出不同尺寸焦炭颗粒的燃烧特性小于1MM的小颗粒的燃烧特性1）一般在整个燃烧系统参与燃烧；2）滑移速度较小，属于扩散燃烧；3）大多容易被分离器捕捉，为循环燃烧4）燃尽条件很好5）灰中含炭量0.1%左右不同尺寸焦炭颗粒的燃烧特性50~100uM颗粒的燃烧特性1）很难被分离器捕捉2）不能一次就燃尽3）是导致固体不完全燃烧损失的主要原因4）20~40%不能燃尽不同尺寸焦炭颗粒的燃烧特性20uM以下颗粒的燃烧特性1）不能被分离器捕捉2）一次就燃尽3）一般不会导致固体不完全燃烧损失3-3煤粒燃烧过程中的破碎与磨损1.破碎：煤粒入炉后因受热而使颗粒减小的现象一级破碎：由于煤粒的挥发分快速析出，而使炭粒内部产生较高压力，引起破碎二级破碎：炭粒在燃烧过程中，将煤中各元素结合的化学键破坏，从而产生破碎3-3煤粒燃烧过程中的破碎与磨损2.磨损：煤粒入炉后因机械碰撞而使颗粒减小的现象煤粒与煤粒的碰撞；煤粒与容器壁的碰撞3-3煤粒燃烧过程中的破碎与磨损3.破碎与磨损的区别和联系都是CFB中细小颗粒的主要来源产生原因不同所产生的细颗粒的细度不同破碎有利于锅炉燃烧效率的提高、有利于炉内热负荷的合理分布、有利于污染物排放的控制运行中应考虑破碎和磨损对炉内燃烧份额的影响3-4CFB炉内燃烧的区域1.CFB锅炉的燃烧区域2.CFB锅炉各个燃烧区域燃烧的组织燃烧室下部密相区燃烧室上部稀相区密相区与上部稀相区的过渡区旋风分离器CFB锅炉燃烧室的密相区CFB锅炉燃烧室上部稀相区布置的膜式氺冷壁CFB锅炉的旋风分离器不同燃烧区域燃烧的组织燃烧室下部密相区合理控制一次风量：保证良好的流化状态；满足密相区燃烧所需要的氧气合理控制物料循环量及床层压力：控制好床温：不结渣；不熄火；不同燃烧区域燃烧的组织燃烧室上部稀相区合理控制一、二次风的比例：保证颗粒在炉内分布的合理不同燃烧区域燃烧的组织过度段的燃烧二次风应有一定风速和风量：保证炉膛中心燃烧不缺氧二次风的送入应考虑给煤口的布置：3-5CFB炉内的燃烧份额燃烧份额的定义燃烧份额与锅炉工作的关系影响燃烧份额的因素什么是燃烧份额每一燃烧区域中的燃烧量占锅炉总燃烧量的比例每一燃烧区域中的燃烧释放出的热量占燃料总发热量的比例表示煤在各个燃烧区域的燃烧程度密相区与稀相区燃烧份额的总和约等于1控制燃烧份额的意义燃烧份额会影响运行中的床温会影响稀相区的传热在设计上，燃烧份额会影响受热面的布置影响燃烧份额的因素燃料种类燃料的颗粒特性流化速度物料循环量床层温度挥发份高的煤，密相区燃烧份额较少；挥发份低的煤，密相区燃烧份额较多；燃料粒度较小或粒度小的颗粒较多，密相区燃烧份额较少；流化速度大，密相区燃烧份额减小增大循环物料量，密相区燃烧份额较少；床温升高，密相区燃烧份额较多；3-6影响CFB锅炉燃烧的因素燃料特性燃料的颗粒特性布风装置和流化质量给煤方式床层温度二次风口布置的影响燃料特性1.挥发份挥发份多的煤，其析出后煤成为较松散的多孔结构，有利于氧气与炭的进一步接触，燃烧效率高2.发热量如果所用燃料发热量显著低于设计煤种，则运行中密相区床温偏低，对燃烧不利3.灰熔点灰熔点的高低与结渣关系密切，熔点低的煤，也叫易结渣煤，燃料的颗粒特性1.CFB锅炉采用宽筛分燃料；2.不同粒度的煤燃烧完全程度取决于其本身的燃烧速度以及在炉内的停留时间，前面已分析过。布风装置和流化质量1.CFB锅炉密相区一般运行在鼓泡床状态，存在气泡相和乳化相；2.大气泡的存在不利于为煤提供氧气；3.大气泡的存在会增大扬析和夹带的量；4.所以要求：布风均匀、形成细流（减小气泡直径）、保证良好的流化质量给煤方式1.给煤口过于集中的坏处；给煤口附近严重缺氧，大量细颗粒无法燃烧就进入稀相区，往往导致不完全燃烧损失2.措施；1）采用播煤风，将给煤尽量分散均匀；2）在给煤口上方布置二次风口，为燃烧提供氧气床层温度1.床温上限的设计1）必须低于灰的变形温度100~200度，防止结渣；2）必须满足脱硫剂的最佳工作温度；2.床温下限的设计；1）必须满足燃料的燃烧条件；2）必须保证密相区有一定的燃烧份额；二次风口布置的影响1.目前CFB燃烧中存在的问题：1）燃烧室出口CO含量较高；2）燃烧室上部仍有较多的剩余氧；3）说明稀相区的横向混合不够充分，炉膛中部存在一个明显的缺氧区；2.上述问题的原因；1）二次风动量不足，穿透力较小；2）若提高单个二次风口的风速和刚度，就必须减少二次风口的个数，则其沿截面的分布欠均匀；传热的基本概念CFB锅炉的传热机理炉内传热规律影响传热的因素CH4循环流化床锅炉的传热4-1传热的基本概念一、导热（热传导）1.定义即热量从物体的高温部分传递到低温部分，或者从高温物体传递到与之接触的低温物体的过程。2.特点参与传热的物体之间没有相对位移；能量形式五变化。3.影响因素：冷热物体的温差，物体的导热系数二、对流1.定义指流体各部分之间发生相对位移时产生的热量交换。2.特点参与传热的物体之间有相对位移；对流换热中伴随这导热过程3.影响因素流体的物理性质、流速、受热面的布置等三、辐射1.定义物体通过电磁波传递能量的过程。2.特点参与传热的物体不必直接接触；换热中伴随能量形式的变化3.影响因素温度、黑度等4-2CFB锅炉的传热机理一、CFB锅炉燃烧系统中四种受热面1.炉膛四周的膜式氺冷壁2.悬挂在炉膛的屏式受热面3.旋风分离器周围的受热面4.外置式热交换器炉内受热面二、CFB传热的三种基本方式1.固体颗粒与受热面壁面之间的对流传热hp；2.气体与受热面的对流传热hg3.固体颗粒与气体的辐射传热hr固体颗粒的对流传热的机理新颗粒将停留在壁面上的颗粒扫掉颗粒在壁面上进行热交换变成冷颗粒后被新颗粒替换影响颗粒对流传热的因素1.炉内颗粒的浓度，浓度越大，对流传热越强2.炉内颗粒浓度的分布，稀相区颗粒浓度大，则氺冷壁吸热增强3.颗粒的大小，小颗粒对流传热强4.温度高的颗粒传热强5.密度大、比热大的颗粒传热强6.球形颗粒、表面光滑的颗粒传热好影响气体对流传热的因素1.气体的温度高则换热好2.气体的流动速度快，则传热好3。气体的密度与比热越大，传热系数高4.气体粘度大则传热减弱5.气体的导热系数大传热好影响辐射传热的因素1.炉内温度越高，辐射传热越强2.烟气中三原子气体增多，辐射传热强CFB锅炉各个区域的传热方式布风板炉膛下部炉膛中部炉膛上部颗粒浓度辐射传热为主对流及辐射传热对流传热为主不同运行负荷下的传热方式1.高负荷运行，气体与颗粒的对流传热占主导地位（例如，满负荷运行时，辐射传热大约占总传热量的40%）2.低负荷时逐渐向以辐射传热为主的方式转变（例如达到最低负荷时，辐射传热占90%）4-3影响炉内总传热系数的因素固体颗粒特性的影响流化风速的影响床温的影响固体颗粒浓度的影响物料循环量的影响固体颗粒特性的影响1）小颗粒的传热系数大于大颗粒；2）密度大的颗粒传热系数较大；3）球形和表面光滑的颗粒传热系数高；4）颗粒浓度大，传热系数高流化风速的影响1）流化风速增大，气体对流传热增强；2）流化风速增大，床层内颗粒浓度降低，固体对流创热减弱；3）所以在增大流化风速的同时，增大给料量，才能提高锅炉负荷总传热系数沿燃烧室高度的变化传热系数燃烧室高度MM总传热系数沿燃烧室断面的变化炉膛中心传热系数壁面4-5CFB锅炉的物料平衡一、CFB锅炉的物料循环系统即由炉膛、分离器及回料装置组成的闭合回路称为CFB锅炉的物料循环系统二、什么是物料平衡指燃料灰分、焦炭、脱硫剂及添加剂等固体物料在循环系统中形成的动态平衡1.密相区的颗粒浓度代表了其储存热量的能力；2.稀相区的颗粒浓度受热面的传热量3.必须自下而上合理分布CFB内的固体颗粒的作用：1.参与燃