循环流化床锅炉简介详解

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1、循环流化床锅炉简介简介 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 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

2、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 CFB 2-2 CFB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P 2.什么是床层阻力特性？ 就是床层阻力与流化

3、速度之间的关系 2-2 CFB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 2-2 CFB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） 2-2 CFB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

4、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 P / L 高度 2-3 CFB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

5、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800900度的惰性颗粒； 每分钟的新燃料

6、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 CO2 3.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

7、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1520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 50100uM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）2040%不能燃尽 不同尺寸焦炭颗粒的燃烧特性 20uM以下

8、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

9、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 3-4 CFB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

10、 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： 3-5 CFB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

11、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

12、 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；

13、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100200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

14、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

15、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 4-2 CFB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hg 3.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

16、，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，