《循环流化床锅炉原理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《循环流化床锅炉原理（15页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、循环流化床概况循环流化床锅炉技术是近几十年来迅速发展起来的一项高效低污染清洁燃煤技术。现根据我国近几年来出版的关于循环流化床锅炉理论设计与运行中有关循环流化床锅炉的原理、特点、启动和运行等方面的情况介绍如下：一、循环流化床锅炉的工作原理：（一） 流态化过程：当流体向上流动流过颗粒床层时，其运行状态是变化的。流速较低时，颗粒静止不动，流体只在颗粒之间的缝隙中通过。当流速增加到某一速度之后，颗粒不再由分布板所支持，而全部由流体的摩擦力所承托。此时对于单个颗粒来讲，它不再依靠与其他邻近颗粒的接触面维持它的空间位置。相反地，在失去了以前的机械支承后，每个颗粒可在床层中自由运动；就整个床层面言，具有了许
2、多类似流体的性质。这种状态就被称为流态化。颗粒床层从静止状态转变为流态化时的最低速度，称为临界流化速度。流化床类似流体的性质主要有以下几点（1）在任一高度的静止近似于在此高度以上单位床截面内固体颗粒的重量。（2）无论床层如何倾斜，床表面总是保持水平，床层的形状也保持容器的形状；（3）床内固体颗粒可以像流体一样从底部或侧面的孔口中排出；（4）密度高于床层表观察的物体化床内会下沉，密度小的物体会浮在床面上；（5）床内颗粒混合良好，颗粒均匀分散于床层中，称之为“散式”流态化。因此，当加热床层时，整个床层的温度基本均匀。而一般的气、固体态化，气体并不均匀地流过颗粒床层。一部分气体形成气泡经床层短路逸出
3、，颗粒则被分成群体作湍流运动，床层中的空隙率随位置和时间的不同而变化，因此这种流态化称之为“聚式”流态化。煤的燃烧过程是一个气、固流态化过程。二、循环流化床的原理和特点：循环流化床在不同气流速度下固体颗粒床层的流动状态也不同。随着气流速度的增加，固体颗粒分别呈现固体床、鼓泡流化床、湍流流化床和气力输送状态。循环流化床的上升阶段通常运行在快速流化床状态下，快速流化床流体动力特性的形成对循环流化床是至关重要的，此时，固体燃料被速度大于单颗燃料的终端速度的气流所流化，以颗粒团的形式上下运动，产生高度的返混。颗粒团向各个方向运动，而且不断形成和解体，在这种流体状态下气流还可携带一定数量的大颗粒，尽管其
4、终端速度远大于截平均气速。这种气、固运行方式中，存在较大的气、固两相速度差，即相对速度，循环流化床由快速流化床（上升段）气、固燃料分离装置和固体燃料回送装置所组成。循环流化床的特点可纳如下：（1）不再有鼓泡流化床那样的界面，固体颗粒充满整个上升段空间。（2）有强力的燃料返混，颗粒团不断形成和解体，并向各个方面运行。（3）颗粒与气体之间的相对速度大，且与床层空隙率和颗粒循环流量有关。（4）运行流化速度为鼓泡流化床的 2-3 倍。（5）床层压降随流化速度和颗粒的质量流量而变化。（6）颗粒横向混合良好。（7）强烈的颗粒返混，颗粒的外部循环和良好的横向混合，使得整个上升段内温度分布均匀。（8）通过改变
5、上升段内的存料量，燃料在床内的停留时间可在几分钟到数子时范围内调节。（9）流化气体的整体性状呈塞状流。（10 ）流化气体根据需要可在反应器的不同高度加入。三、流化床燃料设备的主要类型：流化床操作起初主要用在化工领域，自 60 年代开始，流化床被用于煤的燃料，并且很快成为三种主要燃烧方式之一，即固定床燃烧（层燃），流化床燃烧和悬浮燃烧（煤粉燃烧）。流化床燃烧过程的理论和实践也大大推动了流态化学科的发展，目前流化床燃烧已成为流态化的主要应用领域之一，愈来愈得到人们的重视。流化床燃烧设备按流体动力特性可分为鼓泡流化床锅炉，和循环流化床锅炉，按工作条件分又可分为常压和增压流化床锅炉，这样流化床燃烧锅炉
6、可分为常压鼓泡流化床锅炉，常压循环流化床锅炉，增压鼓泡流化床锅炉和增压循环流化床锅炉正在工业示范阶段。（四）循环流化床锅炉的特点：（1）循环流化床锅炉的工作条件：项目 数值 项目 数值温度（） 850-950 床层压降 KPa 11-12流化速度（m/s） 4-6 炉内颗粒浓度 kg/m3 150-600床料粒度（m ） 100-700 炉膛上部 10-40床料密度（kg/m3） 1800-2600 Ca/s 摩尔比 1.5-4燃料粒度（mm） 12 壁面传 210-250脱硫剂粒度（mm） 1 左右（2）循环流化床锅炉的特点：循环流化床锅炉可分为两个部份，第一部份由炉膛（块速流化床）气，固物
7、料分离设备，固体物料再循环设备，（旋风份离器）等组成，上述部分形成了一个固体物料循环回路。第二部份为对流烟道，布置有过热器，再热器，省煤器和空气予热器等。典型循环流化床锅炉燃烧系统，燃烧所需的一、二次风分别从炉膛的底部和炉膛侧墙送入，燃料的燃烧主要在炉膛中完成，炉膛四周布置水冷壁，用于吸收燃料所产生的部分热量，由气流带出炉膛的固体物料在气、固体分离装置中被收集并通过返料装置返回炉膛再燃烧循环流化床燃烧锅炉的基本特点：可概括以下：1、低温的动力控制燃烧：循环流化床燃烧是一种在炉内使高速运行的烟气与其所携带的湍流扰动极强的固体颗粒密切接触，并具有大量颗粒返混的流态化燃烧反应过程，同时，在炉外将绝大
8、部分高温的固体颗粒捕集，将这部分颗粒送回炉内再次参予燃烧过程，反复循环地组织燃烧。显然，燃料在炉膛内燃烧的时间延长了，在这种燃烧方式下，炉内温度水平因受脱硫最佳温度限制，一般 850左右，这样的温度远低于普通煤粉炉中的温度水平（一般 1300-1400），并低于一般煤的灰烤点（1200-1400 ），这就免去了灰熔化带来的种种烦恼。这种低温燃烧方式好处较多，炉内结渣，及碱金属，析出均比煤粉炉中要改善很多，对灰特性的敏感性减低，也无须用很大空间去使高温灰冷却下来，氮氧化合物生成量低。并可与炉内组织廉价而高效的脱硫工艺。从燃烧反应动力学角度看，循环流化床锅炉内的燃烧反应控制在动力燃烧区（或过渡区）
9、内。由于循环流化床锅炉内相对来说燃烧温度不高，并有大量固体颗粒的强烈混合，这种状况下的燃烧速率主要取决于化学反应速率，也就决定于燃烧温度水平，面燃烧物理因素不再是控制燃烧速率的主导因素，循环流化床锅炉内燃料燃尽度很高，通常，性能良好的循环流化床锅炉燃烧率可达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固体物料（包括燃料残炭，脱硫剂和惰性床料等）经由炉膛，分离器和返料装置所组成的外循环。同时，循环流化床锅炉内的物料参于炉内、外两种循环运行。整个燃烧过程的及脱硫过程都是在这两种形式的循环运行的动态过程中逐步完成的。3、高强度的热量、质量和运行传递过程：在
10、循环流化床锅炉中，大量的固体物料化强烈湍流下通过炉膛，通过人为操作可改变物料循环量，并可改变炉内物料的分布规律，以适应不同的燃烧工况，在这种组织方式下，炉内的热量、质量和动量传递是十分强烈的，这就使整个炉膛高度的温度分布均匀，实践也充分证实际这一点。4、循环流化床锅炉与其它炉型相比较：一般固体燃料的燃烧可分为：层燃、流化床燃烧和紧浮燃烧，流化床燃烧又可分为鼓泡流化床和循环流化床燃烧。为了解循环流化床锅炉的优点以及需要进一步研究解决的问题，有必要对循环流化床锅炉与其他炉型炉进行比较。（1）燃烧过程的比较：特征 层燃炉 循环流化床 悬物燃烧炉燃料颗粒平均直径（mm） 300 0.05-0.1 0.
11、02-0.08燃料室区域风速（m/s） 1-3 3-12 15-30固体运行状态 静止 大部份向上部分向下 向上床层与受热面传热系数 w.m2.k 50-150 100-250 50-100磨损 小 中 较小（2）脱硫过程的比较：煤粉炉的喷钙脱硫是将钙基脱硫剂（如石灰石、白方石或消石灰）直接喷入炉内，在高温下脱硫剂大段烧进行如下反应：500-900CaCO3 CaO(S)+ CO2（g）500-900MgCO3（OH2） CaO(S)+ MgO（S）+2 CO2（g）500-900Ca（OH2） Ca0(S)+ H2O（g） 1在通常燃烧温度下，燃烧过程在不到 200ms 的时间内就基本完成了
12、（脱硫剂粒径为 10m 左右），脱硫剂燃烧后形成多孔的氧化钙颗粒，一旦脱硫剂燃烧生成 CaCO，它就和反应成硫酸钙2CaO(S)+ SO2（g ）+ O2（g ） CaSO4（S ）据煤粉炉喷钙试验，最佳喷入温度为 1100左右，石灰石粒度在 8-10m 之间脱硫效率较佳，脱硫剂的利用率一般为 20%，脱硫效率为 50%。而循环硫化床锅炉的燃烧脱硫过程是将脱硫剂（石灰或白方石）送入炉内，然后与燃烧生成的二氧化硫气体反应，达到脱硫目的。与煤粉炉一样，脱硫剂进入循环流化床锅炉后大段烧形成氧化钙，氧化钙再与二氧化硫气体反应。在循环流化床锅炉中，由于独特的设计和运行条件，整个循环流化床锅炉的主循环回路
13、运行在脱硫的最佳温度范围内（850-900）。同时由于固体物料在炉内、外循环（通过分离装置和回送装置）脱硫剂在炉内的停留时间大大延长，通常平均停留时间可达数十分钟。此外，炉内强烈的湍流混合也十分有利于循环流化床锅炉燃烧脱硫过程在 Ca/S 为 1.5-2.5 时，脱硫效率通常可达 90%，脱硫剂利用率可达 50%，将比煤粉脱硫效果提高一倍。（3）各种形式锅炉主要技术经济指标的比较：锅炉型号主 要 技 术 经 济 指 标 YG-35/39-M3 循 环 流 化 床 炉 BG-35/39-M 煤 粉 炉 L-35/39-W/I 链 条 炉锅炉实际热效率（%） 87.8 87.96 50燃料种类 贫
14、煤 贫煤 贫煤低位发热量（KJ/kg） 21736 22003 21736锅炉耗煤量（kg/h） 4959 4883 8707锅炉耗标煤（kg/h） 3684 3677 6468辅机耗电总容量（KW） 470 587.1 362.3辅机耗电总容量折标煤（kg） 100 235 145总耗标煤（kg/h） 3872 4218 6613每吨汽耗标煤（kg） 110.69 109.25 188.94燃烧效率（%） 98-99 98-99 88.1负荷调节范围 较大 小 大对煤种变化的适应性 适应广 较单一煤种 单一煤种操作维护水平 一般 高 简单锅炉设备费(本体)(万元) 82.68 97 86.5
15、9系统投资费（万元） 245 400 200.7锅炉钢材耗量（吨） 157 165 186二氧化硫排放量 加石灰石可脱硫 全部排放 全部排放二氧化氮排放量 生成少 生成多 生成较多飞灰排放量 较大 大 小注：锅炉投资按 90 年代初估价循环硫化床锅炉与其他型式锅炉比较锅炉特性 链条炉 煤粉炉 循环硫化床炉床高或燃料燃烧区高度 m 0.2 15-40 27-45截面风速 m/s 1.2 4-8 4-6过剩空气系数 1.2-1.3 1.2-1.25 1.15-1.3截面热负荷 MW/M2 0.5-1.5 3-5 4-6煤的粒度过 mm 6-32 0.1 以下 6 以下负荷调节比 4.1 3： 4.1燃烧效率% 85-90 95-99 99NO2 排放 PPM 400-600 50-200 400-600炉内脱硫效率 低 80-90从上表可看出：循环硫化床锅炉明显优于其他型式的锅炉五、循环硫化床锅炉的优点：优点：由于循环硫化床锅炉独特的流体动力特性和结构，使其具备有许多独特的优点，以下分别加的简述。1、燃料适应性：这是循环流化床锅炉主要特性优点之一。在循环流化床锅炉中按重量计，燃料仅点床料的 1%-3%，其它是不可燃的固体颗粒，如脱硫剂、灰渣或砂。循环流化床锅炉的特殊流
