循環(huán)流化床鍋爐的燃燒與傳熱課件

1、循環(huán)流化床鍋爐設(shè)備及系統(tǒng),1,PPT學(xué)習(xí)交流,第三章 循環(huán)流化床鍋爐的燃燒與傳熱,第一節(jié)循環(huán)流化床鍋爐燃燒的特點(diǎn) 第二節(jié)循環(huán)流化床鍋爐中煤顆粒的燃燒過程 第三節(jié)循環(huán)流化床鍋爐的燃燒區(qū)域與燃燒份額 第四節(jié)影響循環(huán)流化床鍋爐燃燒的因素 第五節(jié)循環(huán)流化床鍋爐的傳熱分析 第六節(jié)循環(huán)流化床鍋爐的傳熱研究與計(jì)算,2,PPT學(xué)習(xí)交流,第一節(jié)循環(huán)流化床鍋爐燃燒的特點(diǎn),一、循環(huán)流化床鍋爐的主要特征 1.燃燒過程 = 鼓泡流化床（湍流、快速）+ 氣力輸送 2.燃燒顆粒不斷送回床層循環(huán)燃燒 3.物料和燃料粒徑d鼓泡床,3,PPT學(xué)習(xí)交流,二、循環(huán)流化床鍋爐燃燒的特點(diǎn),1.鼓泡流化床燃燒特點(diǎn) （1）低溫：850950

2、低于DT約100200避免結(jié)渣和破壞燃燒條件 強(qiáng)化燃燒：qV、qA高 （2）爐內(nèi)溫差較大（沿爐膛高度方向） 密相區(qū)：煤粒多，燃燒放熱大， 為防止料層溫度過高而結(jié)焦， 需敷設(shè)埋管吸熱 稀相區(qū)：物料濃度低,4,PPT學(xué)習(xí)交流,二、循環(huán)流化床鍋爐燃燒的特點(diǎn),1.鼓泡流化床燃燒特點(diǎn) （3）燃料適應(yīng)性強(qiáng) 密相區(qū)積累的大量灼熱物料利于燃料的迅速著火和穩(wěn)定燃燒 （4）燃燒效率較低 寬篩分燃料中，大顆粒爐內(nèi)停留時(shí)間長， 小顆粒燃料停留時(shí)間短，被煙氣帶出燃 燒室，造成飛灰中可燃物含量增大,5,PPT學(xué)習(xí)交流,二、循環(huán)流化床鍋爐燃燒的特點(diǎn),2.循環(huán)流化床鍋爐燃燒特點(diǎn) （1）燃燒效率比較高 氣固相間密切接觸發(fā)生流態(tài)

3、化燃燒反應(yīng)，且有大量顆粒返混 絕大部分高溫顆粒送回爐內(nèi)再次參與燃燒，燃料顆粒在爐內(nèi)的燃燒時(shí)間 R燃燒效率 大量未燃盡顆粒的循環(huán)燃燒提高了燃料顆粒的燃盡度 鍋爐設(shè)計(jì)和運(yùn)行調(diào)整合理,6,PPT學(xué)習(xí)交流,二、循環(huán)流化床鍋爐燃燒的特點(diǎn),2.循環(huán)流化床鍋爐燃燒特點(diǎn) （2）燃料適應(yīng)性極好 “蓄熱池”有足夠熱量加熱新燃料而不致引起爐內(nèi)溫度大的變化 新燃料爐內(nèi)停留時(shí)間遠(yuǎn)大于其燃盡所需時(shí)間 （3）煤的清潔燃燒（循環(huán)流化床最主要特點(diǎn)） 脫硫爐內(nèi)加入石灰石粉或其他脫硫劑 脫硝爐膛下部采用欠氧燃燒和二次風(fēng)分段給入 燃燒份額分配更合理，爐內(nèi)溫度場更均勻,7,PPT學(xué)習(xí)交流,第二節(jié)煤顆粒的燃燒過程,一、循環(huán)流化床中煤的燃

4、燒過程（一定寬度篩分固體燃料燃燒復(fù)雜） （1）涉及到氣固兩相流體的流動(dòng)、熱量和質(zhì)量的傳遞、化學(xué)反應(yīng)以及若干相關(guān)的物理化學(xué)現(xiàn)象 （2）眾多影響因素 燃料本身特性：揮發(fā)份含量、反應(yīng)活性、顆粒粒徑分布 流化狀態(tài)、氧氣擴(kuò)散條件、溫度 （3）氣固兩相流中燃料顆粒的燃燒燃料顆粒與顆粒、燃料顆粒與床料顆粒形成的“群體”燃燒，與流動(dòng)特性密切相關(guān) （4）煤顆粒燃燒過程（定性） 顆粒被加熱和干燥 揮發(fā)份的析出和燃燒 煤顆粒膨脹和破裂（一級破碎） 焦炭燃燒和再次破裂（二級破碎）,8,PPT學(xué)習(xí)交流,二、煤顆粒的加熱和干燥,1.新鮮給煤進(jìn)入床內(nèi)，立即被大量灼熱物料包圍并被迅速加熱到接近床溫受到加熱、蒸發(fā)水分并被烘干

5、2.dp加熱速率下加熱時(shí)間,9,PPT學(xué)習(xí)交流,三、揮發(fā)份的析出和燃燒,1.V析出過程 煤顆粒因受高溫物料加熱分解并產(chǎn)生大量氣態(tài)可燃物質(zhì) 2.V析出階段 第一穩(wěn)定析出階段：500600 第二穩(wěn)定析出階段：8001000 3.影響V含量和組成成分的因素 煤種、dp分布、加熱速率、初始T、 最終T及其下的停留t、析出時(shí)的P 4.影響V析出時(shí)間的因素 煤質(zhì)、顆粒尺寸、床溫、 煤顆粒加熱時(shí)間,10,PPT學(xué)習(xí)交流,三、揮發(fā)份的析出和燃燒,5.V析出后達(dá)到著火溫度即燃燒 細(xì)煤顆粒：析出極快，迅速將細(xì)煤顆粒包圍燃燒，產(chǎn)生擴(kuò)散火焰，燃燒所需時(shí)間很短 大顆粒：析出慢，爐內(nèi)摻混過程慢影響因素：物料分布和流動(dòng) 6

6、.V析出與燃燒過程（110s） 在氧和未燃揮發(fā)分邊界上進(jìn)行，由界面處揮發(fā)分和氧的擴(kuò)散控制 煤顆粒擴(kuò)散火焰位置取決于氧的擴(kuò)散速率和揮發(fā)分析出速率 7.V析出、燃燒對煤顆粒著火性能的改善 煤顆粒受熱揮發(fā)分析出、燃燒又加熱煤顆粒顆粒溫度迅速升高利于著火 改變煤顆?？障督Y(jié)構(gòu)，改善焦炭的燃燒反應(yīng),11,PPT學(xué)習(xí)交流,四、焦炭的著火與燃盡,1.定義揮發(fā)分析出后剩下的固體物質(zhì) 2.燃燒過程（比較復(fù)雜） O2到達(dá)顆粒表面在焦炭（多孔顆粒，總面積大）表面與C發(fā)生氧化反應(yīng)CO2和CO 3.焦炭燃燒工況 （1）動(dòng)力控制燃燒 a. 受化學(xué)反應(yīng)速率控制（O2擴(kuò)散速率） b. 發(fā)生在啟動(dòng)過程（T低，化學(xué)反應(yīng)速率也低）及

7、細(xì)顆粒燃燒（擴(kuò)散阻力很?。?（2）擴(kuò)散控制燃燒 a. 受擴(kuò)散速率控制（化學(xué)反應(yīng)速率） b. 常見于大顆粒焦炭和高溫 （3）動(dòng)力擴(kuò)散控制燃燒（過渡控制燃燒） a. 化學(xué)反應(yīng)速率 = 擴(kuò)散速率 b. 常見于鼓泡和中等dp焦炭、細(xì)顆粒 （4）循環(huán)流化床內(nèi)焦炭燃燒過程 焦炭顆?？s小氣固傳輸速度增加擴(kuò)散控制動(dòng)力控制動(dòng)力控制,12,PPT學(xué)習(xí)交流,炭顆粒周圍發(fā)生的一系列反應(yīng)方程式,13,PPT學(xué)習(xí)交流,五、煤顆粒的膨脹、破裂和磨損,1.定義 （1） 膨脹、破裂 熱爆性強(qiáng)的煤種，在爐內(nèi)被加熱干燥、析出V的同時(shí)會發(fā)生，甚至?xí)俅伪?（2） 磨損 煤顆粒在運(yùn)動(dòng)中顆粒間存在相互碰撞摩擦等 機(jī)械作用，從較大顆粒表

8、面撕裂和磨損下來許多微小 顆粒 （3） 一級破碎 煤顆粒中析出的V在顆粒內(nèi)部產(chǎn)生高壓而使顆粒產(chǎn)生破裂 （4） 二級破碎（只在V析出后） 焦炭處于動(dòng)力控制燃燒或動(dòng)力擴(kuò)散燃燒工況，焦炭內(nèi)部小孔增加，連接力消弱，若氣動(dòng)力大于連接力，焦炭會破裂產(chǎn)生碎片顆粒 （5） 滲透破裂 煤顆粒處于動(dòng)力控制燃燒工況，整個(gè)焦炭均勻燃燒，所有內(nèi)部化學(xué)鍵急劇瓦解斷裂，同時(shí)產(chǎn)生破裂,14,PPT學(xué)習(xí)交流,15,PPT學(xué)習(xí)交流,16,PPT學(xué)習(xí)交流,五、煤顆粒的膨脹、破裂和磨損,2.煤破裂對鍋爐性能的影響 （1）偏離設(shè)計(jì)工況，影響鍋爐運(yùn)行 煤dp分布顯著改變物料揚(yáng)析夾帶、傳熱、密相區(qū)和稀相區(qū)燃燒份額 （2）不完全燃燒熱損失

9、磨損產(chǎn)生的細(xì)小顆粒不易從煙氣中分離 （3）利于煤顆粒燃燒燃盡，提高鍋爐效率 焦炭顆粒表面“灰殼”去除（磨損作用） （4）有燃燒的磨損（燃燒輔助磨損） 3.影響因素 （1）磨損：顆粒表面結(jié)構(gòu)特性、機(jī)械強(qiáng)度及外部操作條件 （2）破裂 a. 擠壓力（高溫顆粒群） b. 熱應(yīng)力（大顆粒內(nèi)部T分布不均） c. 壓力波動(dòng)（氣泡和顆粒團(tuán)上升）,17,PPT學(xué)習(xí)交流,第三節(jié)燃燒區(qū)域與燃燒份額,18,PPT學(xué)習(xí)交流,一、循環(huán)流化床鍋爐的燃燒區(qū)域,1.爐膛下部密相區(qū)（二次風(fēng)口以下） 特點(diǎn) 充滿灼熱物料的大“蓄熱池”，穩(wěn)定的著火源，還原性氣氛 燃燒過程 一次風(fēng)將新給入燃料和未燃盡焦炭流化燃料V析出，煤顆粒部分燃燒

10、運(yùn)行操作 負(fù)荷一次風(fēng)/二次風(fēng)輸送較多高溫物料到爐膛上部區(qū)域燃燒，參與熱、質(zhì)交換 低負(fù)荷停二次風(fēng),19,PPT學(xué)習(xí)交流,一、循環(huán)流化床鍋爐的燃燒區(qū)域,2.爐膛上部稀相區(qū)（二次風(fēng)口以上） FC和部分V富氧狀態(tài)燃燒 燃燒反應(yīng)主要發(fā)生區(qū)域 返混等現(xiàn)象延長了焦炭顆粒 在爐內(nèi)的停留t，利于燃盡 燃燒區(qū)域很大,20,PPT學(xué)習(xí)交流,一、循環(huán)流化床鍋爐的燃燒區(qū)域,3.高溫循環(huán)灰分離器區(qū) 未燃盡顆粒，停留時(shí)間短且 O2濃度低，燃燒份額小 部分CO和揮發(fā)份燃燒， 燃燒份額有所增加,21,PPT學(xué)習(xí)交流,一、循環(huán)流化床鍋爐的燃燒區(qū)域,4.不同焦炭顆粒的主要燃燒區(qū)域 50m1mm密相區(qū)；稀相區(qū)；夾帶送回 粗顆粒停留t

11、長，燃盡度高，爐渣（C低）排出,22,PPT學(xué)習(xí)交流,二、循環(huán)流化床鍋爐的燃燒份額,1.循環(huán)流化床燃燒份額的概念 （1）定義 爐內(nèi)每一燃燒區(qū)域中燃料燃燒量 / 燃料總?cè)紵?（2）表示方法（反映了能量平衡） 燃料在各燃燒區(qū)域內(nèi)所釋放的熱量 / 燃料總發(fā)熱量 （3）燃燒份額分布求取方法 國外計(jì)算 國內(nèi)經(jīng)驗(yàn) （4）密相區(qū)燃燒份額（影響料層溫控、爐內(nèi)傳熱、連續(xù)安全運(yùn)行爐內(nèi)高溫結(jié)渣） + 稀相區(qū)燃燒份額 = 1,23,PPT學(xué)習(xí)交流,二、循環(huán)流化床鍋爐的燃燒份額,2.燃燒份額分布的主要影響因素 （1）煤種 V含量高，爐膛上部釋熱多；否則在爐膛下部 （2）dp和燃料篩分 相同u0下，小dp在密相區(qū)燃燒份

12、額?。〒P(yáng)析到稀相區(qū)） （3）u0 u0同樣dp的煤顆粒在密相區(qū)燃燒份額 （4）Gh（影響爐內(nèi)熱量分配） R循環(huán)細(xì)顆粒傳熱量和從密相區(qū)帶走的熱量，利于熱量平衡；細(xì)顆粒循環(huán)再燃機(jī)會，燃燒效率,24,PPT學(xué)習(xí)交流,二、循環(huán)流化床鍋爐的燃燒份額,2.燃燒份額分布的主要影響因素 （5）過量空氣系數(shù) O2濃度床內(nèi)含C量揚(yáng)析到上部的C燃燒量增加不明顯，甚至下降 （6）床溫 T焦炭反應(yīng)速率、氣體擴(kuò)散速度密相區(qū)燃燒份額稍有上升 TV釋放速率、FC燃燒速率密相區(qū)上部燃燒份額明顯整體燃燒量 （7）一、二次風(fēng)配比 氣泡相、乳化相傳質(zhì)阻力限制密相區(qū)燃燒份額 一次風(fēng)比例 配比與燃料性質(zhì)有關(guān) 調(diào)整一次風(fēng)比例即可調(diào)節(jié)密相區(qū)

13、燃燒份額 （8）循環(huán)灰分離器效率（直接影響） 分離效率密相區(qū)燃燒份額 分離效率過低無法形成大循環(huán)量密相床超溫,25,PPT學(xué)習(xí)交流,第四節(jié)影響燃燒的因素,一、燃煤特性 二、布風(fēng)裝置和流化質(zhì)量 三、給煤方式 四、床溫 五、床體結(jié)構(gòu)和飛灰再燃 六、運(yùn)行水平,26,PPT學(xué)習(xí)交流,一、燃煤特性,1.V含量 （1）結(jié)構(gòu)較松軟，V含量較高（煙煤、褐煤、油頁巖） 熱解析出V，煤顆粒成多孔松散結(jié)構(gòu)，O2向顆粒內(nèi)擴(kuò)散和產(chǎn)物向外擴(kuò)散阻力小，燃燒速率較高 （2）結(jié)構(gòu)密實(shí)，V含量少（無煙煤、石煤） 熱解時(shí)化學(xué)鍵不易破裂，V不易析出，O2難以向內(nèi)擴(kuò)散，燃燒速率較低 （3）V含量少，灰分高，含C量低（劣質(zhì)煤） 煤粒表面

14、燃燒后形成一層堅(jiān)硬灰殼，阻礙產(chǎn)物向外和O2向內(nèi)擴(kuò)散，燃盡困難 2.不同燃料的焦炭物理性質(zhì) （1）“不焦結(jié)”燃料粉末狀 未燃盡即被帶出爐膛，若分離器效率不高，飛灰含C 量增加，加大機(jī)械不完全燃燒熱損失 （2）“弱焦結(jié)性”燃料松散焦塊 （3）“強(qiáng)焦結(jié)性”燃料堅(jiān)硬焦塊,27,PPT學(xué)習(xí)交流,一、燃煤特性,3.發(fā)熱量 （1）若燃煤發(fā)熱量比設(shè)計(jì)值低得多，會使密相區(qū)T偏低而影響燃燒 （2）對策：密相區(qū)少布置受熱面 4.灰熔點(diǎn) （1）危害 煤發(fā)熱量降低、影響著火和燃燒、污染受熱面、影響傳熱、增加磨損 （2）若達(dá)到灰的ST，易結(jié)渣難以維持正常流化態(tài)，無法保證有效燃燒，甚會被迫停爐 5.dp （1）對煤顆粒燃燒

15、 dp炭粒A燃燒速率；延長燃盡t （2）對單位重量燃料dp顆粒數(shù)總A燃盡t燃燒速率加快 （3）提高燃燒效率的措施 降低揚(yáng)析情況下適當(dāng)減少dp，縮小篩分范圍,28,PPT學(xué)習(xí)交流,二、布風(fēng)裝置和流化質(zhì)量,1.布風(fēng)裝置（布風(fēng)板、風(fēng)帽及風(fēng)室等）的要求 配風(fēng)均勻以消除死區(qū)和粗粒沉積，保證底部流化良好 進(jìn)入床層的空氣還要形成氣流，以減小初始?xì)馀葜睆?2.提高燃燒效率有效途徑 合理的布風(fēng)結(jié)構(gòu)減小氣泡尺寸、 改善流化質(zhì)量、減少細(xì)顆粒帶出量 3.提高流化質(zhì)量的手段 采用小d風(fēng)帽、合理布置風(fēng)帽數(shù) 和排列方式，設(shè)計(jì)良好等壓風(fēng)室,29,PPT學(xué)習(xí)交流,三、給煤方式,1.燃料加入要求 在整個(gè)床面上播撒均勻， 防止局部

16、C負(fù)荷過高造成局部缺氧 2.對策 給煤點(diǎn)分散布置，給煤量不宜 集中加入 3.缺點(diǎn) 給煤點(diǎn)數(shù)量太多，給煤系 統(tǒng)復(fù)雜化，運(yùn)行可靠性降低 4.原因 煤熱解，V析出、燃燒消耗O2，給煤口附近缺氧細(xì)顆粒無法燃燒，隨上升氣流進(jìn)入稀相區(qū)若無足夠停留t飛灰不完全燃燒損失,30,PPT學(xué)習(xí)交流,四、床溫,1.特點(diǎn) 提高床溫利于提高燃燒速率和 縮短燃盡t（V析出速率和C反應(yīng)速 率隨之增大） 2.床溫限制 煤的變形溫度（DT）850950 脫硫最佳反應(yīng)溫度850870 3.稀相區(qū)溫度（850900） 原因：保證送回爐膛的細(xì)顆粒中 FC可著火、燃燒 措施：根據(jù)熱量平衡，適當(dāng)布置受熱面,31,PPT學(xué)習(xí)交流,五、床體結(jié)

17、構(gòu)和飛灰再燃,1.床體結(jié)構(gòu)對燃燒效率的影響 流化質(zhì)量 顆粒在爐膛內(nèi)的停留t 2.床體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 原則：合理組織氣流，可燃物 與空氣充分混合、攪拌以利于 細(xì)顆粒的重力分離 鼓泡床實(shí)例：擴(kuò)大懸浮段面積， 降低煙速，延長細(xì)顆粒懸浮t 增大爐體結(jié)構(gòu)尺寸,32,PPT學(xué)習(xí)交流,五、床體結(jié)構(gòu)和飛灰再燃,3.改善和提高循環(huán)流化床燃燒的措施 內(nèi)循環(huán)：設(shè)計(jì)中適當(dāng)減少稀相區(qū)斷A達(dá)到一定u0、p顆?！碍h(huán)核”流動(dòng)延長停留t 外循環(huán)：采用分離性能好的高、中溫循環(huán)灰分離器 4.改善和提高鼓泡床燃燒的措施 加裝飛灰回燃裝置 懸浮段上部用水冷管構(gòu)成臥式旋風(fēng)筒收集飛灰 懸浮段出口設(shè)置U形分離燃盡段,33,PPT學(xué)習(xí)交流,六、運(yùn)行

18、水平,根據(jù)負(fù)荷和煤質(zhì)變化，隨時(shí)調(diào)整燃燒工況，保證正常床溫和合理風(fēng)煤比，調(diào)整一、二次風(fēng)比例，組織好密、稀相區(qū)燃燒，保證飛灰回送裝置正常運(yùn)行降低氣、固不完全燃燒損失,34,PPT學(xué)習(xí)交流,第五節(jié)傳熱分析,一、循環(huán)流化床的主要傳熱過程 二、循環(huán)流化床傳熱的基本方式 三、循環(huán)流化床鍋爐床層與受熱面之間的傳熱 四、影響循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)傳熱的主要因素,35,PPT學(xué)習(xí)交流,一、循環(huán)流化床的主要傳熱過程,1.傳熱方式（爐內(nèi)、爐外） 氣體與固體顆粒、顆粒間 床層與水冷壁 床層與爐內(nèi)埋管 外置式換熱器中鼓泡床層與埋管 循環(huán)灰分離器或氣體一次分離器內(nèi) 2.爐內(nèi)傳熱機(jī)理比較 煤粉：輻射換熱，爐膛溫度高 循環(huán)：對流 + 輻射換熱 3.循環(huán)流化床傳熱過程 氣體與固體顆粒（氣、固間滑移v大，熱邊界層薄，傳熱熱阻小）以及顆粒間（頻繁碰撞導(dǎo)致熱邊界層?。?床層與受熱面：顆粒對流（導(dǎo)熱）、氣體對流、輻射,36,PPT學(xué)習(xí)交流,二、循環(huán)流化床傳熱的基本方式,1.顆粒對流換熱 （1）主要特征：固體顆粒聚集成團(tuán) （2）熱量傳遞方式 顆粒團(tuán)經(jīng)過氣膜熱傳導(dǎo) 直接碰撞導(dǎo)熱 （3）爐內(nèi)傳熱主要方式的條件： dp=401000m 2.氣體對流換熱 主要在稀相區(qū)，上