循环流化床锅炉的燃烧与传热
循环流化床锅炉技术
循环流化床锅炉技术循环流化床锅炉技术是一种高效、环保、节能的燃烧技术。
该技术利用循环流化床的高速气流把燃料物料悬浮在床层中，使其充分混合和燃烧，有效地保证了燃烧的充分程度和热能的利用率。
与传统锅炉相比，循环流化床锅炉具有热效率高、燃烧效率高、废气排放少、灰渣利用价值高等优点，因此在能源领域得到广泛应用。
一、循环流化床锅炉的基本原理循环流化床锅炉是一种利用循环流化床燃烧技术的锅炉，其基本原理是利用高速气流产生的快速搅拌作用，在床层中形成“气固两相流”，使燃料和空气充分混合并燃烧。
在循环流化床锅炉中，床层上方的空气被强制送入到床层中，形成了高速气流，使床层中的燃料物料悬浮在气流中并产生强烈的搅拌，从而形成了“气固两相流”。
床层下方设置有回料装置，将燃烧后的废渣回收到床层中，实现了废渣的循环利用。
二、循环流化床锅炉的优点1、热效率高：循环流化床锅炉可以利用燃料中的所有热能，强化了燃烧过程中的传热和传质，从而提高了锅炉的热效率。
2、燃烧效率高：循环流化床锅炉中燃烧完成度高，因为床料悬浮在气流中，使空气与燃料充分混合，从而实现了高效、充分的燃烧。
3、废气排放少：循环流化床锅炉的废气排放量低，废气中的二氧化硫和氮氧化物排放量远低于其他锅炉，对环境的影响小。
4、燃料适应性强：循环流化床锅炉可使用各种燃料，如煤、燃气、油、生物质等，具有一定的燃料适应性。
5、灰渣利用价值高：循环流化床锅炉中的灰渣细化程度高，易于回收利用，在土地改良、水泥生产和道路建设等领域具有广泛的使用价值。
三、循环流化床锅炉的应用领域循环流化床锅炉技术广泛应用于各个领域，如煤炭、石油、天然气、化工、冶金、烟草、食品、纺织等。
在煤炭领域，循环流化床锅炉可用于煤的燃烧，实现高效、低排放、节能的目的。
在化工、冶金、烟草等行业，循环流化床锅炉可用于燃烧废弃物、废气等，实现废物资源化、减少污染的目的。
综上所述，循环流化床锅炉技术是一种高效、环保、节能的燃烧技术，具有热效率高、燃烧效率高、废气排放少、灰渣利用价值高等优点，广泛应用于煤炭、石油、天然气、化工、冶金、烟草、食品、纺织等不同领域。
循环流化床锅炉的构造及工作原理
隔热层分三层砌筑： 密封层 32mm 绝热层 60mm 不大于135mm 耐火层 不大于35mm
布风板的型式
风帽
风帽的作用：是使进入流化 床的空气产生第二次分流并 具有一定的动能，以减少初 始气泡的生成和使底部粗颗 粒产生强烈的扰动，避免粗 颗粒的沉积，减少冷渣含碳 损失。风帽还有产生足够的 压降、均匀布风的作用。
正常燃烧时，在一次风机的作用下，具有一定数量和动 能的空气，经床下启动燃烧器、水冷风室、床上风帽，将床 上物料（煤+炭火+返料灰+石灰石）吹起来，较大的颗粒在 其自身重力作用下向下跌落，与吹起来的粒子发生碰撞、产 生破碎，不断更新粒子的燃烧外表面，使燃烧即快又好。在 上升的火焰和炭火流中，既有分子团的不断形成与扩散，又 有物料的强烈碰撞与返混，使燃烧的炭火流就像金色的喷泉 充满整个炉膛空间。由于流化速度比较高，离开炉膛的烟气 要带走一定数量的灰，经过旋风分离器、上料腿、回料阀、 下料腿，再一次回到床上参加流化、燃烧、传热，顾名思义 ，叫循环流化床锅炉。
回料阀的阻 力：
回料阀空床阻力4000帕-5000帕左右
回料阀的内部工作状 态：
回料器内的两个状态（松 动、流化）
CFB锅炉燃烧过程中的七个状态
• 炉膛浓相区--------紊流状态 • 炉膛稀相区--------高速流化状态 • 旋风分离器--------旋转状态 • 上料腿------------移动状态（不是流动） • 回料器------------鼓泡状态+流化状态 • 下料腿------------流动状态
罗茨风机出力可自动 调节，返料灰多风压自动 加大，返料灰少风压自动 减小。
返料风机采用的运行 方式：
循环流化床锅炉工作原理
循环流化床锅炉工作原理循环流化床锅炉是一种高效、清洁的燃烧设备，其工作原理主要包括燃料燃烧、热量传递和废气处理三个方面。
下面将从这三个方面详细介绍循环流化床锅炉的工作原理。
首先，循环流化床锅炉的燃料燃烧过程。
循环流化床锅炉采用流化床燃烧技术，燃料在高速空气流的作用下在锅炉内部形成流态化状态，燃烧效率高。
具体来说，燃料进入锅炉后首先经过预处理，然后在流化床内燃烧，燃烧产生的热量被传递给锅炉水，使其升温并产生蒸汽。
在这个过程中，燃料的燃烧需要一定的氧气，而流化床内的空气通过风机进行循环供给，保持燃烧的稳定性和高效性。
其次，循环流化床锅炉的热量传递过程。
燃烧产生的热量通过烟气和固体颗粒的热传导、对流和辐射等方式传递给锅炉水，使其升温并产生蒸汽。
在循环流化床锅炉中，热量传递效率高，能够充分利用燃料的热值，减少能源的浪费。
最后，循环流化床锅炉的废气处理过程。
燃料燃烧产生的烟气中含有大量的固体颗粒和有害气体，需要经过处理后排放到大气中。
循环流化床锅炉采用先进的除尘、脱硫、脱硝等设备对烟气进行处理，使排放的废气达到国家相关标准，减少对环境的污染。
总的来说，循环流化床锅炉通过流化床燃烧技术实现了燃料的高效燃烧和热量的高效利用，同时通过废气处理设备实现了废气的清洁排放。
这种锅炉工作原理不仅能够满足工业生产对热能的需求，还能够减少能源的浪费和环境的污染，是一种具有广阔应用前景的燃烧设备。
通过对循环流化床锅炉的工作原理进行了详细介绍，可以看出其具有高效、清洁的特点，对于工业生产和环境保护都具有重要意义。
希望本文能够帮助大家更好地了解循环流化床锅炉的工作原理，推动其在工程领域的应用和发展。
循环流化床锅炉炉膛传热系数
04
提高循环流化床锅炉炉膛传热 系数的方法与技术
优化炉膛结构
优化炉膛设计
通过改进炉膛结构，如增加炉膛 内壁的粗糙度、减小炉膛截面热 负荷等，以提高传热效率。
增加受热面
在炉膛内增加受热面，如水冷壁 、过热器等，以增加热量传递面 积。
控制床料粒径与分布
调整床料粒径
通过控制床料粒径分布，使床料在炉 膛内形成均匀的颗粒层，提高传热效 率。
循环流化床锅炉的特点
01
02
03
04
高效低污染
循环流化床锅炉具有较高的燃 烧效率和较低的污染物排放，
能够满足环保要求。
燃料适应性广
循环流化床锅炉能够适应多种 燃料，包括煤、油、气等，具
有较好的燃料适应性。
负荷调节范围大
循环流化床锅炉的负荷调节范 围较广，能够在较大范围内实
现稳定运行。
灰渣综合利用
循环流化床锅炉产生的灰渣具 有较高的综合利用价值，能够
循环流化床锅炉炉膛传热系 数
汇报人： 2023-12-27
目录
• 循环流化床锅炉简介 • 循环流化床锅炉炉膛传热系数
的定义与重要性 • 循环流化床锅炉炉膛传热系数
的计算方法
目录
• 提高循环流化床锅炉炉膛传热 系数的方法与技术
• 循环流化床锅炉炉膛传热系数 的研究现状与展望
• 结论
01
循环流化床锅炉简介
数值模拟法
总结词
通过建立数学模型和数值求解方法，模拟炉膛内的传热过程。
详细描述
数值模拟法是通过建立炉膛传热的数学模型，利用数值计算方法求解炉膛内的传热过程。这种方法可以模拟各种 复杂的工况和操作条件，提供更精确的传热系数值。然而，数值模拟法需要较长的计算时间和较高的计算资源， 且模型的建立和验证也需要大量的实验数据和实际运行经验。
循环流化床锅炉燃烧方式
循环流化床锅炉燃烧方式引言循环流化床锅炉是一种利用流化床技术进行高效燃烧的锅炉，其独特的燃烧方式可以提供更高的热效率和更低的污染排放。
本文将介绍循环流化床锅炉的燃烧方式，包括基本原理、燃烧过程及其应用领域等方面。
1. 循环流化床基本原理循环流化床是一种通过将固体颗粒物质与气流进行循环混合而实现燃烧的技术。
循环流化床锅炉的基本原理如下：•利用气流形成床内均匀的悬浮状态：循环流化床锅炉床内充满了固体颗粒物质，通过高速气流的作用，使颗粒物质悬浮在气流中，形成均匀的悬浮状态。
•利用气流的高速度提高传热效率：气流通过床层时，与悬浮颗粒物质发生剧烈碰撞，使气流中的热量迅速传递给颗粒物质，从而提高传热效率。
•利用颗粒物质的独特特性实现燃烧：循环流化床锅炉中的颗粒物质具有很好的燃烧性能，通过与气流的混合作用，颗粒物质可以迅速燃烧，释放出热量。
2. 循环流化床锅炉燃烧过程循环流化床锅炉的燃烧过程可以分为以下几个步骤：2.1 预热和干燥阶段：初始阶段，床内固体颗粒物质开始被加热和干燥，床温逐渐升高。
2.2 燃烧和混合阶段：预热和干燥后，固体颗粒物质与燃料混合，同时引入适量的气流。
在高速气流的作用下，颗粒物质迅速燃烧，释放出大量的热量。
2.3 吸热和燃料转化阶段：燃烧过程中，颗粒物质吸收热量，使颗粒物质温度升高。
同时，燃料在高温下发生物理和化学反应，转化为可燃气体。
2.4 燃料气化阶段：燃料转化为可燃气体后，与床内的气流充分混合，形成高温的气体。
该气体进一步燃烧，释放更多的热量。
2.5 传热和排烟阶段：燃烧产生的热量通过颗粒物质与气流的热交换，传递给锅炉管道中的工质（通常为水蒸气）。
同时，废气中的污染物通过烟气净化设备进行处理，以降低污染物排放。
3. 循环流化床锅炉燃烧方式的优势循环流化床锅炉的燃烧方式具有以下优势：•高热效率：循环流化床锅炉通过气流与颗粒物质的循环混合，使热量更均匀地传递给工质，提高了热效率。
•低排放：循环流化床锅炉通过燃料的充分燃烧和烟气净化设备的处理，减少了二氧化硫、氮氧化物等有害气体的排放。
循环流化床锅炉的工作原理
循环流化床锅炉的工作原理
循环流化床锅炉是一种利用循环流化床技术进行燃烧和热能转化的热力设备。
其工作原理可以简述如下：
1. 准备燃料：将燃料(如煤、生物质等)送入锅炉的燃料仓，经过预处理后，将燃料颗粒化并保持一定湿度。
2. 引风：启动引风机，引入足够的气流，使燃料在炉膛内燃烧时得到充分氧化。
3. 循环流化床：燃料和一定量的惰性物料(如矿石颗粒)一起投入到炉内的循环流化床中。
床内通过风机供气，使床层内的颗粒保持悬浮的状态，形成循环流化床。
床内气体与颗粒之间的剧烈混合增加了传热和物质传递的效率。
4. 燃烧：燃料进入炉膛后，在较高温度下进行氧化反应，释放出热能。
同时，床内的惰性物料的作用有助于抑制燃料的剧烈燃烧，使炉膛内的温度保持在合适的范围。
5. 煤渣排除：燃料在炉内燃烧后，生成的煤渣会随着循环床内的气流一起进入锅炉后部的分离设备。
在这里，煤渣和床内颗粒会通过离心力的作用分离开来。
床内颗粒会返回床内进行循环利用，而煤渣则被排出锅炉。
6. 余热回收：废气由引风机抽出，经过余热回收系统后，将烟气中的热能回收，提高整个系统的热效率。
总之，循环流化床锅炉通过床内颗粒的循环流动，实现了燃料的高效燃烧和热能转化。
相较传统的锅炉技术，循环流化床锅炉具有热效率高、燃烧效果好、抑制氮氧化物排放等优点，广泛应用于工业生产和供热领域。
循环流化床锅炉的工作原理及特点
循环流化床锅炉的工作原理及其特点一、工作原理1液态化过程流态化是固体颗粒在流体作用下表现出类似流体状态的一种状态固体颗粒、流体以及完成化介质为气体，固体颗粒以及煤燃烧后的灰渣（床料）被流化，称为气固流态化。
流化床锅炉与其他类型燃烧锅炉的根本区别在于燃料处于流态化运动状态，并在流态化过程中进行燃烧。
当气体通过颗粒床层时，该床层随着气流速度的变化会呈现不同的流动状态。
随着气体流速的增加，固体颗粒呈现出固定床、起始流化态、鼓泡流化态、节涌、湍流流化态及气力输送等状态。
2宽筛分颗粒流态化时的流体动力特性（1）在任意高度的静压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）床内固体颗粒可以向流体一样从底部或者侧面的孔口中排出。
（4）密度高于床层表观密度（如果把颗粒间的空间体积也看做颗粒体积的一部分，这时单位体积的燃料质量就称为表观密度）的物体在床内会下沉，密度小的物体会浮在床面上。
（5）床内颗粒混合良好，因此当加热床层时，整个床层的温度基本均匀。
3循环流化床锅炉的工作过程在燃煤循环流化床锅炉的燃烧系统中，燃料煤首先被加工成一定粒度范围内的宽筛分煤，然后由给料机经给煤口送入循环流化床密相区进行燃烧，其中许多细颗粒物料将将进入稀相区继续燃烧，并有部分随烟气飞出炉膛。
飞出炉膛的大部分细颗粒由固体物料分离器分离后经过返料器送回炉膛，在参与燃烧。
燃烧过程中产生的大量高温烟气，流经过热器、再热器、省煤器、空气预热器等受热面，进入除尘器进行除尘，最后由引风机排至烟囱进入大气。
循环流化床锅炉燃烧在整个炉膛内进行，而且炉膛内具有更高的颗粒浓度，高浓度的颗粒通过床层、炉膛、分离器和返料装置，再返回炉膛，进行多次循环颗粒在循环过程中进行燃烧和传热。
锅炉给水首先进入省煤器，然后进入汽包，后经过下降管进入水冷壁。
燃料燃烧所产生的热量在炉膛内通过辐射和对流等换热形式由水冷壁吸收，用以加热给水生成汽水混合物。
循环流化床燃烧与炉内传热
第三章循环流化床燃烧与炉内传热燃烧与炉内传热是循环流化床锅炉运行时的两大基本过程，通过燃烧才能把燃料的化学能转变为热能，通过传热才能把热量传递给工质，产生一定量的参数符合要求的蒸汽。
但循环流化床锅炉的燃烧和传热与链条炉及煤粉炉有很大的不同，正是这些不同造成了循环流化床锅炉燃烧与传热的独有特点。
本章将分别介绍煤粒在循环流化床锅炉中的燃烧过程、循环流化床中的燃烧区域、影响燃烧的因素，以及循环流化床的炉内传热机理、影响传热的因素等内容。
第一节循环流化床燃烧的特点循环流化床燃烧技术是在沸腾炉（鼓泡床）基础上发展起来的新一代燃烧技术，它与鼓泡床燃烧既有区别又有联系。
因此在介绍循环流化床锅炉煤燃烧技术之前应首先了解鼓泡床燃烧的一些特点。
一、鼓泡床燃烧特点鼓泡流化床燃烧具有低温、强化燃烧的特点。
鼓泡床中的温度一般在850～1050℃范围内，这个温度比层燃、煤粉燃烧炉膛内的温度低，一般低于煤的灰渣变形温度100～200℃。
如果温度超过灰的变形温度，则会出现大面积结渣，流化床燃烧条件就会被破坏。
鼓泡床的容积热强度相当于链条炉的5倍，面积热强度相当于链条炉的3～4倍。
低温、强化燃烧的特点使鼓泡床锅炉具有燃料适应性强、能降低污染、炉渣可综合利用等优点。
鼓泡床本身是一个积累了大量灼热床料、蓄热容量很大的热源，有利于燃料的稳定、迅速着火和燃烧。
如10t/h小鼓泡流化床锅炉积累了2～2.5t床料，35t/h鼓泡流化床锅炉积累了6～8t床料。
床料中95%以上是灼热的惰性灰渣，可燃物含量在5%以下。
即使燃用低热值的煤时，每秒钟新加入床内的煤粒还远小于灼热床料的1%。
这些灼热的床料并不与新加入的燃料争夺氧气，却提供了一个丰富的热源，将新加入的煤粒迅速加热，使之析出挥发分并稳定地着火燃烧。
煤粒中的挥发分和固定碳燃烧后所释放的热量，其中一部分又用来加热床料，使炉内温度始终保持在一个稳定的水平。
所以，流化床燃烧对燃料的适应性强，不仅能烧优质燃料，而且能烧各种劣质燃料，包括灰分高达80%的石煤、水分高达60%的褐煤和洗煤矸石、煤泥等。
流化床锅炉燃烧与传热
一、在流化状态下燃烧和传热流态化：在气体携带力的作用下，固体和气体掺混后的气固混合体具有近似流体的性质，就是流体化状态。
特点：1、有一个临界点：当所有颗粒都悬浮起来，固定的颗料重置都由气体称托时，表现为一个固定的压力值。
2、气固混合物的密度在同一层面上均匀，并有一密相区，并由于掺混强烈，炉内温度在流态化时相差不大，由一点测得的温度可基本代表炉内每点的温度。
必须在流态化状态下运行，这样才能保证炉温测量值准确，所以必须要总判定什么样的情况才是流态化。
燃烧放出的热量才能及时传出，炉温才能有效控制，测定流态化。
二、流化态下的燃烧特点燃烧：煤进入高温气固混合物后，快速吸热达到燃点燃烧并放出大量的热量。
炉温能维持燃烧就可以。
1、燃烧心须迅速，这就是要求炉内要有充足的高温热量。
2、煤和底料掺混要强烈，这样能使煤的吸热时间缩短尽快达到放热状态，放出更多的热量。
3、煤和底料量要成一定的比例，要根据煤的种类和颗粒的大小不同，负荷的大小（给煤量）调整好煤料的比例，目的是尽量缩短吸热时间，而必须使底料的量大，才能使掺混更强烈。
4、煤和风量比例要有5—6%过剩氧气。
三、流化态下的传热特点：传热：气固混合物把热量通过固体在水冷壁面的传热为主要传热方式，壁面固体浓度（颗粒数）决定单位时间内传热量，与燃烧时的温度无关，就是本锅炉传热主要特点。
1）、主要是水冷壁传热不同，水冷壁的传热量主要是壁面颗粒浓度的多少决定，与温度无多大联系。
2）、传热方式是固体颗粒与壁面接触，热量从高温颗料中传到管壁中的水中，热阻小，传热梯度大，传热系数高。
3）、由于固体在壁面运动，从而使烟气传热系数增加，对流传热比后面的对流传热率高。
4）、炉温与水冷壁面的颗粒浓度有关，由于壁面的浓度一部分取决于分离返料器，可通过返料器放灰减少浓度，从而减少水冷壁的传热量，使煤放热量从炉内料层中带出去的量减少，炉温可升高。
5）、要使传热量增大，先加煤使放热量增大，再加风使传热量增大，当传热量与放热量比例平衡后炉温可保护不变，要使一、二次的总量与所需空气量相当。
循环流化床锅炉燃烧
循环流化床锅炉燃烧一、循环流化床锅炉燃烧特点（一）、循环流化床锅炉燃烧采用流态化燃烧方式，其主要特征是颗粒在离开炉膛出口以后，经旋风分离器收集，由返料器不断返回炉膛参加二次燃烧，因此，循环流化床锅炉具有低温、强化燃烧的特点，床内温度850oC---950oC。
在循环流化床锅炉中，流化床本身是一个积累了大量灼热物料的蓄热容量很大的热源，有利于燃料的稳定、迅速着火燃烧，即使燃用低热值的燃料时，每秒种新加入的燃料还远小于灼热床料的1%，这些灼热床料大多为惰性物料，他们并不与新加入的燃料争氧，却提供了一个丰富的热源，将新加入的煤粒迅速加热，使之析出挥发份并稳定的着火燃烧，煤粒中的挥发份和固定碳燃烧后释放的热量，其中一部分又来加热床料，使炉内温度始终保持在一个稳定的水平。
同时，一些未完全燃尽的颗粒随烟气被携带出炉膛，被旋风分离器收集，由返料器返回炉膛参加二次燃烧。
所以，循环流化床锅炉对燃料的适应性强，不仅能烧优质燃料，也能烧劣质燃料，而且燃烧效率非常高，可达98%。
（二）、循环流化床锅炉优、缺点：1、优点：1）对燃料的适应性好。
2）燃烧效率高。
3）高效脱硫。
4）氮氧化物（NO x）排放低。
5）燃烧强度高，炉膛截面积小。
6）负荷调节范围大，负荷调节快。
7）燃料预处理及给煤系统简单。
8）易于实现灰渣综合利用。
缺点：1）飞灰的再循环燃烧，一次风机压头高，电耗大。
2）膜式水冷壁变节处和裸露在烟气中冲刷的耐火材料砌筑部件磨损大。
3）高温分离器和返料器内有耐火材料砌体冷热惯性大，给支撑和快速启停带来困难。
4）循环流化床锅炉对燃煤粒度及分布要求较高。
若燃料制备不完善，带来的普遍的问题是：锅炉达不到设计出力，磨损严重，燃烧效率不高和运行可靠性差。
二、循环流化床锅炉的燃烧区域循环流化床锅炉在使用二次风以后，一般就将其燃烧区域分为下部的密相区（二次风口以下）、上部的稀相区（二次风口以上）和高温气固分离器区及返料器区。
（一）、密相区在密相区内,由一次风将床料和加入的煤粒流化。
循环流化床锅炉的燃烧与传热
目录
CONTENTS
• 循环流化床锅炉简介 • 循环流化床锅炉的燃烧过程 • 循环流化床锅炉的传热原理 • 循环流化床锅炉的设计与优化 • 循环流化床锅炉的运行与维护
01 循环流化床锅炉简介
定义与工作原理
定义
循环流化床锅炉是一种高效、低污染的燃烧技术，通过在炉膛内形成流态化的 颗粒床，实现燃料的高效燃烧。
停炉操作
当需要停炉时，应先逐渐降低锅炉负荷，然后停运给煤系统和风机等辅助设备， 最后熄灭炉膛内的燃料。停炉后应进行全面的检查和维护，确保锅炉安全可靠。
运行参数调整
01 02
温度调整
循环流化床锅炉的燃烧温度应控制在一定范围内，以保证燃烧效率和减 少污染物排放。运行过程中应根据实际情况调整炉膛温度和烟气温度等 参数，保持最佳燃烧状态。
传热基本概念
热量传递
热量从高温物体传递到低温物体的过 程，包括热传导、对流和辐射三种基 本形式。
热传导
通过物体内部微观粒子的振动和相互 碰撞传递热量的过程，主要发生在固 体和液体中。
对流
由于流体运动而引起的热量传递过程， 主要发生在气体和液体中。
辐射
以电磁波的形式传递热量的过程，不 受物体状态和温度的限制。
工作原理
循环流化床锅炉主要由燃烧室和分离器组成，燃料和脱硫剂在燃烧室内燃烧， 产生的高温气体携带大量固体颗粒沿炉膛向上流动，经过分离器后，颗粒被分 离出来并返回燃烧室循环燃烧。
循环流化床锅炉的特点
高效低污染
燃料适应性广
循环流化床锅炉具有较高的燃烧效率，同 时能够实现低氮氧化物、低硫氧化物的排 放，减少对环境的污染。
燃烧调整与优化
01
燃料粒度
第四章循环流化床炉内传热与燃烧
3.辐射传热（
hr ）－－也是CFB锅炉的主要传热方式
密相区，辐射传热作用较小。 而在稀相区颗粒浓度较小、辐射传热所占比例增大。
４.总传热量
hw f t hp (1 f t )hg hr
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱft
——壁面为颗粒团覆盖的平均时间份额。
二、传热机理
１.气膜理论
２.颗粒团理论
三、影响CFB锅炉炉内传热的主要因素
•→50～60年代德国人Von Karmen（对宇航也有巨 大的贡献）提出用连续介质力学来研究燃烧，称为 化学流体力学或反应流体力学，将经典流体力学的 方法、边界层、射流理论等应用与研究燃烧 •→70年代初，大型电子计算机出现，形成计算流 体（计算燃烧）学，建立了燃烧的数学模拟方法和 数值计算方法； •激光测量技术的出现，使精密测量成为现实。
第四章 循环流化床炉内传热与燃烧
第一节 第二节 第三节 第四节 流化床锅炉的炉内传热 循环流化床中煤料的燃烧过程 循环流化床中的燃烧份额 流化床燃烧效率问题
第一节
流化床锅炉的炉内传热
导热传热 对流传热 辐射传热
传热基本方式
循环流化床锅炉内的传热是与燃烧同时发生的。 气体与固体之间的传热 炉内传热
颗粒与颗粒之间的传热
•基本理论+数学模型和数值计算+先进的测量技术
炉内燃烧与派生的问题
受热面积灰、结渣； 氧化氮等污染物的生成； 受热面金属表面的高温腐蚀； 蒸发受热面中水动力的安全性；
煤粒炉内燃烧过程
1.煤粒加热和干燥； 2.挥发分的析出和燃烧； 3.煤粒膨胀和破裂(一级破碎)； 4.焦炭燃烧和再次破裂（二次破碎）及炭粒磨损。
炉膛与受热面之间的传热 颗粒对流传热 气体对流传热 辐射传热
循环流化床锅炉的特点及其运行中的优化调整
循环流化床锅炉的特点及其运行中的优化调整摘要循环流化床锅炉作为一种相对新兴的炉型具有常规的锅炉无法相比的优势和突出的特点，结合循环流化床锅炉的特点和燃烧、传热特性，对于充分发挥其优势，提高运行的经济性尤为重要。
关键词循环流化床锅炉燃烧和传热运行优化调整一、循环流化床锅炉的特点(1)燃料适应性广，几乎可以燃烧各种煤，这对充分利用劣质燃料具有重大意义。
(2)环保效益突出，低污染—由于该炉系中温[(850－900)℃]燃烧和分级送风[二次风率(40％～50％)]，在这种状况下非常有利于炉内脱硫和抑制氮氧化物（N0x）。
脱硫剂随固体物料多次循环，所以具有较高的脱硫效率(Ca／S比为2时，脱硫效率可达90％)，使烟气中的S02和N0x的排放量很低，环保效益显著。
(3)负荷调节性能好，循环流化床锅炉比常规锅炉负荷调节幅度大得多，一般在30－110％，这一特点非常适应热负荷变化较大的热电厂。
(4)燃烧强度大和传热能力强—由于未燃烬碳粒随固体物料的多次循环，使飞灰含碳量下降，保证了燃烧效率高，可与煤粉炉媲美。
(5) 造价相对便宜，由于燃烧热强度大，循环流化床锅炉可以减少炉膛体积，降低金属消耗。
(6)灰渣综合利用性能好，炉内燃烧温度低，灰渣不会软化和粘结，活性较好，可以用于制造水泥的掺合料或其它建筑材料，有利于综合利用。
(7)存在着磨损、风帽损坏快、自动化水平要求高、理论和技术尚不成熟，运行方面还没有成熟的经验。
二、循环流化床锅炉的燃烧和传热特性(一)燃烧特性(1)循环流化床锅炉燃烧技术最大特点是通过物料循环系统在炉内循环反复燃烧和中温燃烧。
循环流化床燃烧时由于流化速度较快，绝大多数的固体颗粒被烟气带出炉膛，在炉膛出口处的分离器将固体颗粒分离下来并经过反料器送回炉床内再燃烧，如此反复循环，就形成了循环流化床。
由于循环燃烧使燃料颗粒在炉内的停留时间大大增加，直至燃尽，流态化的燃烧是以高扰动、固体粒子强烈混合以及没有固定床面和物料循环系统为其特征，被烟气携带床料经气固分离器后，返回床内继续燃烧。
循环流化床炉内传热与燃烧
02 循环流化床炉内传热
传热的基本原理
传导传热
三种基本传热方式
传导、对流和辐射是传热的三种 基本方式。在循环流化床炉内， 这三种方式都存在并共同作用。
依靠物质内部微观粒子（如分子、 电子）的直接接触进行热量传递。
对流传热
通过流体流动进行热量传递，在 循环流化床炉内主要表现在炉内 颗粒与流体之间的热量交换。
智能化控制
利用先进的传感器和控制 系统，实现对循环流化床 炉的智能化控制，提高燃 烧效率和稳定性。
多功能化应用
拓展循环流化床炉在废弃 物处理、生物质能利用等 领域的应用，实现能源的 多元化利用。
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优化流化床颗粒分布
通过调整流化床内颗粒的分布，使其更加均匀， 以增加颗粒与受热面的接触面积，从而提高传热 效率。
改善换热器性能
采用新型高效的换热器材料和结构，以提高换热 器的传热系数和降低热阻，进而提高传热效率。
提高燃烧效率的方法
优化燃料配比
01
根据燃料的特性，合理配比不同种类的燃料，以提高燃料的燃
循环流化床炉主要由燃烧室、分离器和回料系统组成。物料 在燃烧室中燃烧，高温烟气携带大量未燃尽的颗粒物进入分 离器，分离后颗粒物返回燃烧室继续燃烧，气体排出。
循环流化床炉的特点
燃料适应性广
循环流化床炉能够适应多种燃料， 包括煤、油、气等，且燃烧效率 高。
低污染排放
循环流化床炉采用低温燃烧技术， 能够有效降低氮氧化物和硫氧化物 的排放，减少对环境的污染。
烧效率。
控制炉膛温度
02
保持适当的炉膛温度是提高燃烧效率的关键，可以通过调节燃
料流量和空气流量来实现。
促进燃料与空气的混合
流化床内传热与燃烧
•
• • • •
实际上挥发分析出和燃烧是重叠进行的，很难 把两个过程的时间区分开来。 挥发分释放的可燃气体成分组要为H2,CO和碳氢 化合物。 三、焦炭燃烧 焦炭燃烧通常是挥发分析出完成后开始，有时 这两个过程也有所重叠。 在焦炭燃烧过程中，气流中的氧先被传递到颗 粒表面，然后在焦炭表面与碳氧化生成CO2和CO。
• 流化床稳定着火温度可按下式计算： • twd=4.3FCdaf+a=b-4.3Vdaf • 式中 a、b—推荐系数 • a=150—180℃ • b=580—610℃
第三节 循环流化床锅炉的燃烧特性
• 一、燃烧区域 • 1.燃烧区域的划分 • 对于带高温气固分离器的循环流化床锅炉，燃 烧主要存在于三个不同的区域： • 即炉膛下部密相区（二次风口以下）， • 炉膛上部稀相区（二次风口以上）， • 高温气固分离器区。 • 采用中温气固分离器的循环流化床锅炉只有炉 膛上、下部两个燃烧区域。
• 有些情况下，氧通过扩散进入焦炭内孔并与内孔 表面的碳产生氧化反应。 • 在不同的燃烧工况，焦炭燃烧可在外表面或内 孔孔壁发生。燃烧工况由燃烧室的工作条件和焦 炭特性决定，具体可分为以下三种。 • 1．动力控制燃烧（炉温低） • 在动力控制燃烧中，化学反应速率远低于扩散 速率。 • 多孔大颗粒焦炭在600℃以下燃烧可能属于该工 况。对于细颗粒多孔焦炭，如果传质速率很高可 能在800℃温度范围内燃烧才属于动力控制燃烧。
• • • • •
图4-3定性地给出了煤粒燃烧所经历的各个过程。 图中大致示出了各个阶段的时间量级。
煤粒被加热和干 燥； 挥发分的析出和 燃烧； 煤粒膨胀和破裂 （一级破碎）； 焦炭燃烧和再破 裂（二级破碎） 及炭粒磨损。
• •
•
第三章循环流化床锅炉的燃烧与传热详解
➢ 特点 充满灼热物料的大“蓄热池”，稳定的着火源，还原性气氛
➢ 燃烧过程 一次风将新给入燃料和未燃尽焦炭流化→燃料V析出，煤颗粒部
分燃烧
➢ 运行操作 负荷↑→一次风/ 二次风↑→输送较多高温物料到炉膛上部区域燃
烧，参与热、质交换 低负荷→停二次风
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强化燃烧：qV、qA高
■ （2）炉内温差较大（沿炉膛高度方向）
密相区：煤粒多，燃烧放热大，
为防止料层温度过高而结焦
需敷设埋管吸热
，
稀相区：物料浓度低
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二、循环流化床锅炉燃烧的特点
1. 鼓泡流化床燃烧特点
■ （3）燃料适应性强
密相区积累的大量灼热物料利于燃料的迅速着火和稳定燃烧
■ （4）燃烧效率较低
➢ （2）若达到灰的ST，易结渣→难以维持正常流化态，无法保证有效燃烧， 甚会被迫停炉
■ 5 . dp
➢ （1）对煤颗粒燃烧 dp↑→炭粒A↑→燃烧速率↑；延长燃尽t ➢ （2）对单位重量燃料 dp↓→颗粒数↑→总A↑→燃尽t↓→燃烧速率加快 ➢ （3）提高燃烧效率的措施 降低扬析情况下适当减少dp，缩小筛分范围
煤 颗 粒 中 析 出 的 V在 颗 粒 内 部 产 生 高 压 而 使 颗 粒 产 生 破 裂 ➢ （4） 二级破碎（只在V析出后）
焦炭处于动力控制燃烧或动力—扩散燃烧工况，焦炭内部小孔增加，连 接力消弱，若气动力大于连接力，焦炭会破裂产生碎片颗粒 ➢ （5） 渗透破裂
煤颗粒处于动力控制燃烧工况，整个焦炭均匀燃烧，所有内部化学键 急剧瓦解断裂，同时产生破裂
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二、循环流化床锅炉燃烧的特点
2.
循环流化床锅炉简介
返料器的设计需考虑颗粒的流动 性和输送效率，以确保锅炉的稳 定运行。
03
返料器的结构和性能对于循环流 化床锅炉的燃烧效率和灰渣处理
具有重要影响。
04
受热面
受热面是循环流化床锅炉中用于吸收热量的部分， 通常包括水冷壁、过热器和省煤器等。
受热面的设计需考虑热效率、传热系数和耐久性 等因素，以确保锅炉的安全、高效运行。
垃圾发电
循环流化床锅炉利用城市垃圾进 行发电，能够实现垃圾的资源化 利用，减少环境污染。
供热应用
集中供热
循环流化床锅炉在城市集中供热系统中用于提供热水和蒸汽，满足城市居民和企 事业单位的用热需求。
区域供热
循环流化床锅炉在区域供热系统中用于提供热量，满足特定区域内建筑物和设施 的采暖和热水需求。
05 循环流化床锅炉的未来发 展
受热面的结构和材料对于循环流化床锅炉的性能 和寿命具有重要影响。
03 循环流化床锅炉的优点与 缺点
优点
高燃烧效率
循环流化床锅炉采用流态化燃烧方式，具有较高的燃烧效率，能够有 效地降低能源消耗。
低污染排放
循环流化床锅炉采用低温燃烧和分级燃烧技术，能够降低氮氧化物、 硫氧化物等污染物的排放，有利于环境保护。
燃料适应性广
循环流化床锅炉能够适应多种燃料，包括煤、油、气等，具有较强的 燃料适应性。
负荷调节范围广
循环流化床锅炉的负荷调节范围较广，能够满足不同工况下的能源需 求。
缺点
磨损问题 维护成本高 启动时间长 技术要求高
循环流化床锅炉的燃烧室内存在高速的颗粒流动和激烈的颗粒 碰撞，容易导致炉内受热面和辅助设备的磨损问题。
技术改进
燃烧效率提升
通过改进燃烧技术，提高循环流化床锅炉的燃烧效率，降低能源 消耗和污染物排放。
循环流化床锅炉的燃烧与传热讲课教案
密相区：煤粒多，燃烧放热大， 为防止料层温度过高而结焦， 需敷设埋管吸热
稀相区：物料浓度低
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二、循环流化床锅炉燃烧的特点
1. 鼓泡流化床燃烧特点
（3）燃料适应性强
密相区积累的大量灼热物料利于燃料的迅速着火和稳定燃烧
（4）燃烧效率较低
宽筛分燃料中，大颗粒炉内停留时间长， 小颗粒燃料停留时间短，被烟气带出燃 烧室，造成飞灰中可燃物含量增大
2. dp↑→加热速率下→加热时间↑
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三、挥发份的析出和燃烧
1. V析出过程
煤颗粒因受高温物料加热分解并产生大量气态可燃物质
2.
V析出阶段
第一稳定析出阶段：500~600℃ 第二稳定析出阶段：800~1000℃
3.
影响V含量和组成成分的因素
煤种、dp分布、加热速率、初始T、 最终T及其下的停留t、析出时的P
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炭颗粒周围发生的一系列反应方程式
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五、煤颗粒的膨胀、破裂和磨损
1. 定义
➢ （1） 膨胀、破裂 热爆性强的煤种，在炉内被加热干燥、析出V的同时会发生，甚至会再
次爆裂 ➢ （2） 磨损
煤颗粒在运动中颗粒间存在相互碰撞摩擦等 机械作用，从较大颗粒表 面撕裂和磨损下来许多微小 颗粒 ➢ （3） 一级破碎
第一节 循环流化床锅炉燃烧的特点
一、循环流化床锅炉的主要特征
1. 燃烧过程 = 鼓泡流化床（湍流、快速）+ 气力输送 2. 燃烧颗粒不断送回床层循环燃烧 3. 物料和燃料粒径＜＜d鼓泡床
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二、循环流化床锅炉燃烧的特点
1. 鼓泡流化床燃烧特点
循环流化床锅炉原理
循环流化床锅炉原理循环流化床锅炉是一种高效、清洁的燃烧设备，其原理是利用流化床技术进行燃烧，实现燃料的充分燃烧和热能的高效利用。
循环流化床锅炉具有燃烧效率高、污染物排放低、适用范围广等优点，因此在工业生产中得到了广泛应用。
循环流化床锅炉的原理主要包括燃料燃烧、热能传递和流化床循环三个方面。
首先，燃料在流化床锅炉内被喷射到床层上，然后在空气的作用下发生燃烧。
在燃料燃烧的过程中，燃料中的碳、氢等元素与氧气发生化学反应，释放出热能。
同时，燃烧产生的热能被传递给流化床内的热载体，如水蒸气或热油，从而使其升温。
最后，流化床内的热载体在输送系统的作用下，将热能传递到锅炉外部，用于生产工艺或供暖等用途。
循环流化床锅炉的燃料可以是固体、液体或气体燃料，因此适用范围广泛。
在燃烧过程中，燃料颗粒在流化床内受到气流的支撑，形成了一种类似液体的状态，因此具有良好的混合性和传热性能。
同时，流化床锅炉的床层温度相对较低，有利于减少氮氧化物的生成，从而降低了污染物排放。
循环流化床锅炉的循环系统是实现其正常运行的关键。
循环流化床锅炉采用循环流化床技术，通过循环器将流化床内的热载体送回炉膛，实现热能的再循环利用。
在循环过程中，热载体经过再加热后重新进入流化床，完成热能的传递。
这种循环方式不仅提高了热能利用率，还有利于控制炉膛内的温度分布，保证了燃料的充分燃烧。
总的来说，循环流化床锅炉通过流化床技术实现了燃料的充分燃烧和热能的高效利用，具有燃烧效率高、污染物排放低、适用范围广等优点。
其原理包括燃料燃烧、热能传递和流化床循环三个方面，采用固体、液体或气体燃料，通过循环系统实现热能的再循环利用。
循环流化床锅炉在工业生产中具有重要的应用前景，对于提高能源利用效率、减少环境污染具有重要意义。
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➢ （3）动力—扩散控制燃烧（过渡控制燃烧） a. 化学反应速率 = 扩散速率 b. 常见于鼓泡和中等dp焦炭、细颗粒
➢ （4）循环流化床内焦炭燃烧过程 焦炭颗粒缩小→气固传输速度增加→扩散控制→动力—控制→动力控制
（3）气固两相流中燃料颗粒的燃烧燃料颗粒与颗粒、燃料颗粒与床料颗粒形 成的“群体”燃烧，与流动特性密切相关
（4）煤颗粒燃烧过程（定性）
➢ 颗粒被加热和干燥 ➢ 挥发份的析出和燃烧 ➢ 煤颗粒膨胀和破裂（一级破碎） ➢ 焦炭燃烧和再次破裂（二级破碎）
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二、煤颗粒的加热和干燥
循环流化床锅炉设备及系统
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第三章 循环流化床锅炉的燃烧与传热
第一节 循环流化床锅炉燃烧的特点
第二节 循环流化床锅炉中煤颗粒的燃烧过程
第三节 循环流化床锅炉的燃烧区域与燃烧份额
第四节 影响循环流化床锅炉燃烧的因素
第五节 循环流化床锅炉的传热分析
第六节 循环流化床锅炉的传热研究与计算
➢ 改变煤颗粒空隙结构，改善焦炭的燃烧反应
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四、焦炭的着火与燃尽
1. 定义——挥发分析出后剩下的固体物质
2. 燃烧过程（比较复杂）
O2到达颗粒表面→在焦炭（多孔颗粒，总面积大）表面与C发生氧化反应→CO2和CO
3. 焦炭燃烧工况
➢ （1）动力控制燃烧 a. 受化学反应速率控制（<<O2扩散速率） b. 发生在启动过程（T低，化学反应速率也低）及细颗粒燃烧（扩散阻力很小）
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二、循环流化床锅炉燃烧的特点
2. 循环流化床锅炉燃烧特点
（1）燃烧效率比较高
➢ 气固相间密切接触发生流态化燃烧反应，且有大量颗粒返混 ➢ 绝大部分高温颗粒送回炉内再次参与燃烧，燃料颗粒在炉内的燃烧时间↑↑ ➢ R↑→燃烧效率↑ ——大量未燃尽颗粒的循环燃烧提高了燃料颗粒的燃尽度 ➢ 锅炉设计和运行调整合理
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炭颗粒周围发生的一系列反应方程式
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五、煤颗粒的膨胀、破裂和磨损
1. 定义
➢ （1） 膨胀、破裂 热爆性强的煤种，在炉内被加热干燥、析出V的同时会发生，甚至会再
次爆裂 ➢ （2） 磨损
煤颗粒在运动中颗粒间存在相互碰撞摩擦等 机械作用，从较大颗粒表 面撕裂和磨损下来许多微小 颗粒 ➢ （3） 一级破碎
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五、煤颗粒的膨胀、破裂和磨损
2. 煤破裂对锅炉性能的影响
➢ （1）偏离设计工况，影响锅炉运行 煤dp分布显著改变→物料扬析夹带、传热、密相区和稀相区燃烧份额
煤颗粒中析出的V在颗粒内部产生高压而使颗粒产生破裂 ➢ （4） 二级破碎（只在V析出后）
焦炭处于动力控制燃烧或动力—扩散燃烧工况，焦炭内部小孔增加，连 接力消弱，若气动力大于连接力，焦炭会破裂产生碎片颗粒 ➢ （5） 渗透破裂
煤颗粒处于动力控制燃烧工况，整个焦炭均匀燃烧，所有内部化学键急 剧瓦解断裂，同时产生破裂
➢ 大颗粒：析出慢，炉内掺混过程慢→影响因素：物料分布和流动
6. V析出与燃烧过程（1~10s）
➢ 在氧和未燃挥发分边界上进行，由界面处挥发分和氧的扩散控制 ➢ 煤颗粒扩散火焰位置取决于氧的扩散速率和挥发分析出速率
7. V析出、燃烧对煤颗粒着火性能的改善
➢ 煤颗粒受热→挥发分析出、燃烧→又加热煤颗粒→颗粒温度迅速升高→利于 着火
1. 新鲜给煤进入床内，立即被大量灼热物料包围并被迅速加热到接 近床温→受到加热、蒸发水分并被烘干
2. dp↑→加热速率下→加热时间↑
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三、挥发份的析出和燃烧
1. V析出过程
煤颗粒因受高温物料加热分解并产生大量气态可燃物质
2.
V析出阶段
第一稳定析出阶段：500~600℃ 第二稳定析出阶段：800~1000℃
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第二节 煤颗粒的燃烧过程
一、循环流化床中煤的燃烧过程（一定宽度筛分固体燃料→燃烧复杂）
（1）涉及到气固两相流体的流动、热量和质量的传递、化学反应以及若干相 关的物理化学现象
（2）众多影响因素
➢ 燃料本身特性：挥发份含量、反应活性、颗粒粒径分布 ➢ 流化状态、氧气扩散条件、温度
3.
影响V含量和组成成分的因素
煤种、dp分布、加热速率、初始T、 最终T及其下的停留t、析出时的P
4.
影响V析出时间的因素
煤质、颗粒尺寸、床温、 煤颗粒加热时间
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三、挥发份的析出和燃烧
5. V析出后达到着火温度即燃烧
➢ 细煤颗粒：析出极快，迅速将细煤颗粒包围燃烧，产生扩散火焰，燃烧所需 时间很短
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第一节 循环流化床锅炉燃烧的特点
一、循环流化床锅炉的主要特征
1. 燃烧过程 = 鼓泡流化床（湍流、快速）+ 气力输送 2. 燃烧颗粒不断送回床层循环燃烧 3. 物料和燃料粒径＜＜d鼓泡床
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二、循环流化床锅炉燃烧的特点
1. 鼓泡流化床燃烧特点
（1）低温：850℃~950℃→低于DT约100℃~200℃→避免结渣和破坏 燃烧条件 强化燃烧：qV、qA高
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二、循环流化床锅炉燃烧的特点
2. 循环流化床锅炉燃烧特点
（2）燃料适应性极好
➢ “蓄热池”有足够热量加热新燃料而不致引起炉内温度大的变化 ➢ 新燃料炉内停留时间远大于其燃尽所需时间
（3）煤的清洁燃烧（循环流化床最主要特点）
➢ 脱硫——炉内加入石灰石粉或其他脱硫剂 ➢ 脱硝——炉膛下部采用欠氧燃烧和二次风分段给入 ➢ 燃烧份额分配更合理，炉内温度场更均匀
（2）炉内温差较大（沿炉膛高度方向）
密相区：煤粒多，燃烧放热大， 为防止料层温度过高而结焦， 需敷设埋管吸热
稀相区：物料浓度低
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二、循环流化床锅炉燃烧的特点
1. 鼓泡流化床燃烧特点
（3）燃料适应性强
密相区积累的大量灼热物料利于燃料的迅速着火和稳定燃烧
（4）燃烧效率较低
宽筛分燃料中，大颗粒炉内停留时间长， 小颗粒燃料停留时间短，被烟气带出燃 烧室，造成飞灰中可燃物含量增大