循環(huán)流化床鍋爐知識講座

很快樂與大家進(jìn)行交流CFB鍋爐與啟動調(diào)試山東濟(jì)寧運河發(fā)電肖玉生2007年8月26日12/15/20231一.CFB鍋爐根本知識12/15/20232一.流態(tài)化的概念

當(dāng)氣體或液體以一定的速度流過固體顆粒層，并且氣體或液體對固體顆料產(chǎn)生的作用力與固體顆粒所受的其他外力相平衡時，固體顆粒層會呈現(xiàn)出類似于液體狀態(tài)的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為流態(tài)化現(xiàn)象，這種操作狀態(tài)稱為流態(tài)化。

氣流壁面固體顆粒層圖2-1流化示意圖布風(fēng)板12/15/20233流態(tài)化的流體特性12/15/20234單一球型顆粒的受力分析

l

當(dāng)重力>浮力+曳力，顆粒將在氣流中不斷加速下落。l

當(dāng)重力=浮力+曳力，顆粒以一定速度做勻速運動。l

當(dāng)重力<浮力+曳力，顆粒將隨氣流加速上升。在流態(tài)化理論中，當(dāng)重力=浮力+曳力時，顆粒在氣流中勻速運動，這一速度定義為顆粒終端沉降速度。因此，簡單的說：流態(tài)化是氣〔氣體〕、固〔固體顆粒〕相互作用，到達(dá)平衡的結(jié)果。圖2-3在上行氣流中單一顆粒的受力分析圖力曳力顆粒氣流浮力重力12/15/20235顆粒流態(tài)化運動的簡化過程

設(shè)有一氣固流化床，上行氣流速度為u，顆粒終端沉降速度為ut，氣固兩相流的空隙率為ε；l

當(dāng)u<ut時，顆粒層在布風(fēng)板上處于靜止?fàn)顟B(tài)，ε≈0.4～0.5。l

當(dāng)u≥

ut時，顆粒層處于流化狀態(tài)，固體顆粒開始被吹得上下翻滾，其空隙率由流化速度、顆粒直徑和料層溫度等參數(shù)確定。l

當(dāng)u足夠大時，大量顆粒被懸浮帶走，此時ε→1。12/15/20236臨界流化速度

12/15/20237寬篩分顆粒分類與特性

lC類顆粒：<20μm，顆粒間相互粘附力大，難流化，易出現(xiàn)噴流。lA類顆粒：20～90μm，很易流化，氣固混合良好。lB類顆粒：90～650μm，易流化，能夠氣固混合，啟動床料〔干砂〕屬于B類顆粒。lD類顆粒：>650μm，能流化，氣固混合差，流化床中大多數(shù)床料和燃料顆粒屬于D類顆粒。

一般：入爐煤<10mm；石灰石粉<1mm；合格床料<0.7mm。12/15/20238氣固流態(tài)化的分類形式及特性12/15/20239固定床固定床特征為：固體顆粒靜止不動，床壓隨氣流速度增大而增高。氣流從顆粒間隙中流過，空隙率保持不變，同時氣流產(chǎn)生一定的壓降。固定床是形成流態(tài)化前的一個必經(jīng)階段，在固定床的根底上隨氣流速度增大，將呈現(xiàn)出不同的流化狀態(tài)，表現(xiàn)出不同的流態(tài)特征。12/15/202310鼓泡床初試流態(tài)化后繼續(xù)增大風(fēng)速，超過臨界流化風(fēng)量的空氣以氣泡形式流過床層，氣泡不斷上升、合并、破裂，對床層產(chǎn)生擾動，直觀形態(tài)似液體沸騰，這一狀態(tài)稱為鼓泡床。鼓泡床隨風(fēng)速增大，空隙率增大，床壓出現(xiàn)較明顯波動。其特征為：有氣泡流過床層，存在明顯的密相界面。在循環(huán)流化床鍋爐中，回料器、冷渣器一般運行在鼓泡床狀態(tài)。12/15/202311湍流床進(jìn)一步提高流化風(fēng)速，氣泡劇烈聚并與破碎，床層兩相趨于均一，出現(xiàn)連續(xù)氣流，空隙率增大，床壓波動較小，并伴有少量顆粒夾帶，這一狀態(tài)稱為湍流床。其特征為：有顆粒飛出床層，床內(nèi)只有很模糊的密相界面，顆粒彌散于整個床內(nèi)空間。12/15/202312快速床對于湍流床，繼續(xù)提高流化風(fēng)速，顆粒夾帶量越大，床層界面越彌散，在沒有顆粒補入的情況下，床層顆粒將被很快吹空，為維持床層，必須向床中補充顆粒。其特征為：無氣泡和密相界面，顆粒密度呈下濃上稀狀態(tài)，存在顆粒成團(tuán)與返混現(xiàn)象。l

在流動結(jié)構(gòu)方面，存在典型的環(huán)狀流動，即在床層中心區(qū)向上、在邊壁區(qū)向下，產(chǎn)生顆粒返混現(xiàn)象，形成內(nèi)循環(huán)。另外，存在很高的氣固相對速度。l

在顆粒濃度方面，無明顯界面，固體顆粒充滿整個上升段，呈現(xiàn)上稀下濃、中心稀四周濃分布。存在顆粒不斷成團(tuán)〔絮狀〕、分解現(xiàn)象l

在壓力分布方面，沿床高壓力降主要為顆粒靜壓所構(gòu)成，與壁面的摩擦壓降較小，壓降大小隨流化速度和循環(huán)物料量而變化。12/15/202313以上特征使循環(huán)流化床爐膛內(nèi)氣固流體具有以下優(yōu)點：n熱強度上低下高、中心低四周高，適合蒸發(fā)換熱要求，易于燃料引燃、燃燒。n混合強烈，燃燒強度高，整個爐膛溫度分布均勻，易于燃料燃盡，提高脫硫劑利用率。n通過控制流化風(fēng)速、循環(huán)物料量，易于到達(dá)調(diào)整負(fù)荷、保持最正確脫硫效果目的。12/15/202314循環(huán)流化床12/15/202315形成快速床必須滿足條件u適宜的固體顆粒特性u運行流化風(fēng)速大于顆粒終端沉降速度u

足夠大的顆粒循環(huán)量12/15/202316氣力輸送在快速床的根底上繼續(xù)增大流化風(fēng)速或減少床料量，床內(nèi)顆粒濃度將變稀，呈上下均勻分布狀態(tài)，此時即為密相氣力輸送。其特征為：沿床高單位高度床層壓降不變。在稀相氣力輸送的根底上繼續(xù)增大風(fēng)速，就轉(zhuǎn)變?yōu)橄∠鄽饬斔?。它與密相氣力輸送的最大區(qū)別是：增大風(fēng)速，床層壓降上升，這是因為摩擦壓降隨風(fēng)速增大而增加；而在密相氣力輸送狀態(tài)下，增大風(fēng)速，床層壓降減小。12/15/202317二.循環(huán)流化床鍋爐原理

12/15/202318循環(huán)流化床鍋爐的根本特點低溫的動力控制燃燒高速度、高濃度、高通量的固體物料流態(tài)循環(huán)過程高強度的熱量、質(zhì)量和動量傳遞過程12/15/202319CFB鍋爐燃燒必須有三個條件〔1〕

保證流化床流態(tài)處于快速流化床區(qū)域附近范圍，并要保證一定的氣流速度，同時要保證物料粒徑處于適當(dāng)?shù)?、在該流速下能處于快速流化區(qū)域的粒度?！?〕

要有足夠的物料別離〔3〕

要有物料回送

12/15/202320循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)的組成

燃燒室物料別離器回料器12/15/202321循環(huán)流化床的壓力平衡

P床+P分1+P分2+P腿+P閥=0

P腿=-(P床+P分1+P分2+P閥)12/15/202322

循環(huán)流化床的物料平衡

圖2-8循環(huán)流化床鍋爐物料平衡系統(tǒng)粒度分布與別離效率示意圖三.循環(huán)流化床的傳熱與傳質(zhì)

12/15/202323循環(huán)流化床爐膛傳熱主要影響因素

床層顆粒濃度流化風(fēng)速床溫床料平均粒徑12/15/202324循環(huán)流化床燃燒份額分布規(guī)律

當(dāng)粒徑一定時，流化風(fēng)速增加，密相區(qū)的燃燒份額下降。當(dāng)粒徑增大時，密相區(qū)的燃燒份額增大。鍋爐負(fù)荷增加時，密相區(qū)的燃燒份額下降。稀相區(qū)平均溫度增加，燃燒份額增大。運行中，通常用調(diào)節(jié)一二次風(fēng)比例來調(diào)節(jié)密相區(qū)的燃燒份額。12/15/202325循環(huán)流化床中煤的燃燒過程

加熱和烘干(準(zhǔn)備過程)；揮發(fā)份析出和揮發(fā)份燃燒；膨脹和一次破裂(某些類型的煤)；焦炭燃燒、二次破裂和磨損。12/15/202326

循環(huán)流化床鍋爐中的燃燒效率

燃煤特性的影響

顆粒粒徑的影響給煤方式的影響床溫的影響床體結(jié)構(gòu)和循環(huán)倍率的影響運行水平的影響12/15/202327四.脫硫與氮氧化物排放控制

CaCO3→CaO+CO2

CaO+SO2+1/2O2→CaSO4

循環(huán)流化床燃燒中脫硫的機理:

12/15/202328石灰石脫硫的一般規(guī)律

反響產(chǎn)物對脫硫反響的影響溫度對石灰石脫硫效果的影響影響循環(huán)流化床脫硫的其他因素:脫硫劑的反響活性脫硫劑的顆粒分布爐膛溫度燃料揮發(fā)份的含量的影響煙氣在爐內(nèi)停留的時間鈣硫比的限制12/15/202329氮氧化物的生成

在燃燒過程中，生成NOx的途徑有三個：⑴熱力型NOx，它是空氣中的氮氣