生物质循环流化床循环特性研究

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可再生能源
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(’% 山东省科学院 能源研究所,山东 济南
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高效、 对燃料适应性强等特点得到了较快的发展, 飞灰循 N* 以生物质为燃料的流化床气化炉以其清洁、
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器, 它是一个小型流化床, 通过风量调节使其保
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存在最小回送风量的原因, 是因为回料器依 靠粒子悬浮流化完成回料动作, 由图 ! 流化床床
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我们分别对回料器进行了冷、 热态试验。 在冷
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态试验时, 采用的是透明的有机玻璃回料器, 以便 清晰地观察到回料情况; 在热态试验时, 采用钢制
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回料器。 冷态试验采用粒径为 ’(")*’(#+ ,, 的石英 砂作为载体, 其堆密度为 " ++’ -. / ,0。
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后飞出, 在旋风分离器处被收集下来, 沿立管沉 降入回料器, 然后采用风送等方式将回料器内的 物料送回至主床, 进行循环利用。 回料器是飞灰循环装置中的关键部件, 它既 是一个飞灰回送装置, 又是一个阻气器, 阻断主 床进风和回送风这 # 股空气在回料器中逆向流 动, 保证床内正常循环。 —机 械 式 和 非 机 械 回 料 器 可 分 为 # 大 类—— 式。早期的回料器大多采用机械式, 但由于其自 身难于克服的缺点, 已经基本被淘汰。目前广泛 使用的是非机械式回料器, 它依靠气体推动物料 运动, 实现简单、 可靠的输送。非机械式回料器又 可分为 # 大类—— —阀型和自动调整型, 阀型的主 要形式有 $ 阀、 换向阀等, 自动调整型 % 阀、 & 阀、 的主要形式有流化密封型、 流化床密封罐型等。 我们采用的回料器是流化床密封罐型回料 持鼓泡流化床状态,床内的颗粒物料悬浮起来, 当悬浮至溢流口处时, 依靠重力流向主床, 完成 了回料过程,在立管下端形成的料柱封闭了气 体, 使物料不能倒流回旋风分离器。 飞灰循环装置及测点布置情况见图 # 所示。
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“(&" ” 计划课题 (!##"++,’$#"# ) +,-.* 国家 (’-&") ) , 男 . 研究员 . 主要从事新能源和可再生能源的研究工作。 /012* 郭东彦
高速流化床采用飞灰循环装置,将吹出床层的较 细颗粒经分离器收集后, 送回床内循环燃烧, 提高 了燃料的复用率, 也提高了锅炉效率, 因而循环流 化床技术引起人们越来越多的重视。 飞灰循环装置是循环流化床设备中的重要部 件,它的正常运行对反应过程的可控性以及负荷 的调节性起重要作用。各类生物质原料的挥发分 远高于煤, 在生物质燃料燃烧过程中, 挥发分很快 析出参加反应,残留的炭粒来不及反应就被完全 吹出炉膛, 因而必须用循环装置将炭粒捕获, 再将 其送回炉内燃烧, 以提高原料利用率。因此, 飞灰 循环装置对以生物质为原料的循环流化床气化炉 显得尤为重要。
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层压降—流速特性曲线可以看出, " 点为拐点, " 点之前床层为固定床, 随 " 点之后床层为流化床, 着气流速度超过拐点 " 的起始流化速度, 床层开 始沸腾, 粒子悬浮至溢流口后, 就开始回料, 而起 始流化速度对应的回送风量就是最小回送风量。
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具有工业实用价值的技术以来, 已被广泛地应用 于石油、 化工、 冶金、 环保等领域。在能源领域内, 各式以煤为燃料的流化床锅炉不断出现, 并以其 清洁、 高效和对燃料适应性好等优点得到了快速 发展。近年来, 以生物质为燃料的流化床气化炉 也得到了较快的发展。 按照床层内气体的不同流动速度, 可将流化 床分为鼓泡流化床和高速 (循环) 流化床。鼓泡流 化床锅炉由于热效率低、 燃烧强度低、 炉膛截面 积较大等缺点,其推广应用受到一定的限制; 高 速流化床内的气流速度高, 燃料处理量大, 同时,
在不同循环状态下, 测量各点数据及数据变 化趋势并进行分析比较, 可以确定以下正常循环 的压力判据。
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23 $飞 灰 循 环 装 置 对 循 环 流 化 床 的 正 常 运 行
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鉴于飞灰循环装置在循环流化床中所起的 重要作用, 我们对其进行了研究, 基本掌握了判 别正常循环状态的直观数据。
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试验中, 安装若干压力、 温度、 空气流量测点, 以得 出正常循环状态时的控制条件。
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如果 (! # )! &) 小 于 ##-01, 表明没有建立起正
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常的砂封高度 $ , 主床的风会窜至回料器中 逆 向 大 于 ##-34 , 则说明砂子在立 流动; 如果 (! # )! &) 管中发生了堆积, 已经不能循环了, 需要立即调 节主、副床风量,使其压差回落至上述的范围 内, 使 ##-01 ###2! # )! & ###-34 成 立 , 保持正常 循环状态。 需要指出的是, 落灰管下口必须低于溢流口, 至于低多少, 影响并不是很大; 对不同尺寸的回料 器, 这一压力判据值会有所不同。
较难测量,而且砂封的几何高度是一个动态高 度, 具有根据循环量大小自动调节的能力, 所以 很难通过计算确定循环状态。 在冷态试验中, 通过观察, 我们得出了正常 循环状态的直观压力判据, 如图 5 所示。
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改变初始加砂高度 , 的值 (-!, !. ) , 测量开 始回料时的回送风量, 即为最小回送风量 ),12, 见 只有 风 量 大 于 ),12 时 , 才能开始正常回料。 图 0, 但风量也不能无限增大, 因为大到一定值时, 风就 会沿着立管逆向流动了。
起着重要作用,回料器是飞灰循环装置中的关 键部件。 回 %回 料 器 实 现 正 常 循 环 的 充 要 条 件 是 : 送风量大于起始流化风量; 溢流口压力大于回 料口压力; 落灰管内两点压差在一定范围内变化。
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刘 德 昌8阎 维 平8林 志 杰$流 化 床 燃 烧 技 术 的 工 业 应 用 中国电力出版社 8 &::5$ 697$ 北京: 岑 可 法8倪 明 江8骆 仲 泱$循 环 流 化 床 锅 炉 理 论 设 计 与 运行 697$ 北京: 中国电力出版社 8&::;$
环装置是循环流化床设备中的重要部件。文章论述了流化床密封罐型回料器的工作特性, 提出了实现正常循 环的充要条件。
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循环流化床试验台由主流化床、旋风分离 其中旋风分离 器、 立管、 回料器等 ! 部分组成, 器、 立管、 回料器组成了飞灰循环装置, 如图 " 所 示。其工作过程为: 物料在主流化床内高速流化
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