流化床

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第四节 影响循环流化床锅炉燃烧的因素
一、燃烧特性 1. 挥发分含量对燃烧的影响 挥发分含量↑→燃烧速度↑ 2. 焦结性 弱焦结性→机械不完全燃烧损失↑ 3. 发热量 发热量低于设计煤种发热量→密相区温度↓→影响燃烧 4. 灰分 灰分↑→发热量↓影响燃烧 灰熔点↓→造成结渣→破坏流化状态、破坏燃烧 5. 燃煤颗粒粒径 粒径小→燃烧效率↑
第一章绪论 第一节循环流化床锅炉的原理及组成
一、流化床燃烧技术 流化床燃烧的基本原理： 燃料在流化状态下进行燃 烧，粗颗粒在炉膛下部，细颗 粒在炉膛上部。 流化床分：鼓泡流化床 循环流化床 区别：循环流化床炉膛出 口安装 灰分离器，实现循环燃 烧。
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二、循环流化床锅炉系统及组成 1 .燃烧室(炉膛) • 侧面为水冷壁，底部为布风板 • 二次风口以下为还原气氛 • 二次风口以上为氧化气氛 2. 循环灰分离器 ① 高温旋风分离器：利用离心力将灰颗粒从气流中分离 出来，阻力大。 ② 惯性分离器：通过急速改变方向，使气流中的颗粒分 离出来，效率低。 3.飞灰回送装置（回料阀、返料阀） ---将循环分离器收集下来的飞灰送回流化床循环燃烧， 并起“止回阀”的作用。
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4.颗粒浓度的径向分布 中心颗粒浓度小，靠近壁面处颗粒浓度高 二、压力分布 床层底部压力梯度大，上部压力梯度小 三、气体速度分布 1.轴向分布 二次风的作用、床层截面变化的影响 2.径向分布 中心速度高 颗粒浓度越大，速度不均匀性越大
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二、固体体颗粒的物理特性 • 1.堆积密度与颗粒密度 • 堆积密度－固体颗粒自然堆放时单位体积的质量 • 颗粒密度－单个颗料的质量与其体积的比值 • 2.空隙率－床料或物料自然堆放时，颗粒间的空隙占总 • 体积的份额 • 3.颗料环形度－与颗粒有相同体积的球体表面积与颗粒 • 实际表面积之比 • 4.燃料筛分和燃料颗粒特性 • （1）燃料筛分 • 宽筛分－颗粒粒径粗细范围较大 • 窄筛分－颗粒粒径粗细范围较小 • 挥发分高的煤允许宽筛分 • （2）燃料颗粒特性（粒比度） • －燃料中各种粒径的颗粒占总质量份额之比
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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
一、循环流化床锅炉的主要特征 燃烧颗粒在离开炉膛后经循环灰分离器和送灰装置送回 床层循环燃烧。 物料和燃料粒径比鼓泡床锅炉小 二、循环流化床锅炉燃烧的特点 1. 2. 3. 燃烧效率比较高 燃料的适应性极好 清洁燃烧
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五、物料循环倍率 • • • • • • • • • • • • • ----由循环灰分离器捕捉下来并返送回炉内的物料量与新 给入的燃料量之比 影响循环物料量Gh的因素： （1）一次风量，风量小，炉膛上部物料浓度低，Gh低 （2）燃料颗粒特性，颗粒粗，Gh低 （3）循环分离器效率，效率越低，Gh低 （4）回料系统的可靠性，送灰器结焦或堵塞，回料风压 头低，Gh低 六、夹带和扬析 夹带---在单一颗粒或多组分系统中，气流从床层中携带 走固体颗粒的现象 扬析---气流穿过流化床层时，细颗粒被分离出来并被带 走的现象
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三、流化速度 -----床料流化时动力流体的速度，一般指假设床内没有床料 时空气通过炉膛的速度，也称空塔速度 临界流化速度----使颗粒床层从静止状态转变为流态化时 的最低气流速度 实际运行中，流化速度指烟气速度 流化速度越高，空隙率越大 随流化速度的增大，出现鼓泡床、湍流床、快速床 四、颗粒终端速度 ----上升气流速度大到恰好能将固体颗粒浮起并维持静止不 动时的气流速度 流态化操作时应使气流速度小于或等于终端速度 颗粒终端速度与临界流化速度之比反映流化床操作性能 比值越大，流态化操作速度可调节范围宽；越小，灵活性差 床层的最大高度：底部开始流化，顶部达到终端速度。
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第五节 循环流化床锅炉的传热分析
一、循环流化床的主要传热过程 流化床传热有： • 气体与固体颗粒以及颗粒之间的传热 • 床层与水冷壁之间的传热 • 床层与炉内埋管的传热 • 循环灰分离器内的传热 1. 传热机理：固体物料循环运动以对流和辐射的形式进行热量传递 2. 传热特点：整个炉床温度近似相等，热传递速率高 3. 传热过程：（1）气体与固体颗粒以及固体颗粒之间的传热。固体颗粒间 的频繁碰撞，强化了传热，使炉膛温度相等（2）床层与受热面之间的传 热包括：颗粒对流，气体对流和辐射三种形式 二、循环流化床传热的基本方式 1. 颗粒对流换热 颗粒团接触受热面时通过导热与受热面进行热量传递 影响颗粒对流换热的因素： ① 颗粒团在受热面附近的停留时间，停留时间短，换热强 ② 颗粒尺寸越小，换热越强 ③ 床温越高，换热越强
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第三节 循环流化床锅炉的燃烧区域与燃烧份额
一、循环流化床锅炉的燃烧区域 带高温循环灰分离器的循环流化床锅炉： 燃烧主要发生在三个区域：炉膛下部密相区 炉膛上部稀相区 高温循环灰分离器区 中温循环灰分离器的循环流化床锅炉： 燃烧主要发生在二个区域：炉膛下部密相区 炉膛上部稀相区 1、炉膛下部密相区： 挥发分析出，部分燃料燃烧 负荷增加时，一次风/二次风比值↑ 低负荷时，二次风可停 2、炉膛上部稀相区： 燃烧大量可燃质、区域较长、燃烧份额大 中心区向上运动，贴近壁面处向下运动
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四、焦炭的着火与燃尽 焦炭——挥发分析出后所剩下的固体物质 焦炭的燃烧速度取决于化学反应速度与氧气扩散速度 五、煤颗粒的膨胀、破裂和磨损 一级破碎---煤颗粒中析出的挥发分有时会在颗粒 内部产生很高的压力而使颗粒产生破裂 二级破碎---作用在焦炭上的气动力大于其内部连接 力，焦炭就会破裂产生碎片颗粒（发生 在燃烧阶段） 磨损---煤颗粒在循环流化床中循环运动时，由于 碰撞、摩擦等机械作用 导致从较大颗粒表 面撕裂和磨损下来许多微小颗粒的过程。
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二、布风装置和流化质量 要求配风均匀、消除死区和粗颗粒沉积，保证底部流化 质量良，采用小直径风帽，合理布置风帽数量和风帽排列方 式，实现等压风室。 三、给煤方式 加入到床层的燃料，在床面上播撒均匀，防止局部燃料过 多，造成缺氧。 给煤点应分散布置，给煤量不易集中加入，给煤口加装播 煤风或给煤口上方布置二次风。 四、床温 床温必须低于变形温度100～200℃。 脱硫最佳温度850～870 ℃，温度过高，脱硫效率降低。 六、运行水平 料层高→增大风机电耗，扬析损失↑ 料层薄→燃烧工况不稳定，燃料在床内停留时间↓溢流 渣含碳量增加 一、二次风比例、送灰器的运行调节、风量大小，对燃 烧均有一定的影响。
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3.循环流化床锅炉的缺点 ① 热风系统阻力较 高，风机电耗大 ② 锅炉部件的磨损 比较严重 ③ 实现自动化的难 度较大 二、循环流化床锅炉的主要型
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第二章 循环流化床的基本理论
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第一节循环流化床中的基本概念 一、循环流化床中的固体颗粒 1.床料－流化床锅炉启动前，铺设在布风 板上的一定厚 度和一定粒度的固体颗粒 床料：燃煤、灰渣、石灰石、砂子、铁矿石 厚度350～600mm 2.物料－在炉膛及循环系统内燃烧或载热的固体颗粒 物料：床料、燃料、脱硫剂、循环颗粒、灰渣 循环物料－循环分离器分离下来通过送灰器返送回 炉膛的物料 飞灰－未被捕捉随烟气进入尾部烟道的细小颗粒 炉渣－炉床下部排出的大颗粒 废料－指飞灰和炉渣
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三、循环流化床锅炉的燃烧特性参数 燃烧效率＞99％ 锅炉效率＞90％ 床温850～900℃ 脱硫率＞90％（高硫煤） ＞70％（低硫煤） NOx排放量较低
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第二节 循环流化床锅炉中煤颗粒的燃烧过程
一、循环流化床中煤的燃烧过程 ① 颗粒被加热和干燥 ② 挥发分的析出和燃烧 ③ 煤粉颗粒膨胀和破裂 ④ 焦炭燃烧和再次破裂 二、煤颗粒的加热和干燥 新燃料进入循环流化床，被灼热的物料包围，迅速被加 热烘干 三、挥发分的析出和燃烧 烟煤、褐煤、油页煤挥发分析出较快 无烟煤、石煤挥发分析出较慢 颗粒小挥发分析出快
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（2）颗粒粒径和燃料筛分 窄筛分，颗粒细→密相区燃烧份额小 （3）流化速度 流化速度↑→密相区燃烧份额↓ （4）循环物料量 循环倍率↑→从密相区带走的热量↑ ↘ 燃烧效率↑ （5）过量空气系数 α↑→密相区燃烧份额↑ （6）床温 床温↑→密相区燃烧份额↑ （7）一、二次风配比 一次风比例↑→密相区燃烧份额↑ （8）循环灰分离器效率 分离效率↓→密相区燃烧份额↑、超温
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第三节 循环流化床的流体动力特性
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第二节 流态化及其典型形态 • • • • • • • • • • • • 一、流态化 流态化现象---固体颗粒在流体作用下表现出类似流体状态的 现象 流化床流态化的性质： （1）在任一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，床层形状保 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孔口中排出 （4）密度大的颗粒会下沉，密度较小的颗粒会浮在床面上 （5）床内颗粒混合良好，当加热床层时，整个床层的温度基 本均匀
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3、高温循环灰分离器区 停留时间短、氧浓度低、燃烧份额小、部分可燃气体燃烧。 部分颗粒被分离出来继续燃烧,部分形成飞灰。 二、循环流化床锅炉的燃烧份额 1. 燃烧份额的概念 燃烧份额——炉内每一燃烧区域中燃料燃烧量占总燃烧量的 比例。 燃烧份额反映了燃烧在各燃烧区域的燃烧程度和燃料燃烧 热量的释放规律。 燃料燃烧主要发生在密相区和稀相区，这两个燃烧区域的 燃烧份额之和接近于1。 密相区燃烧份额↑→密相区出口烟温↑→炉内高温结渣 2. 燃烧份额分布的主要影响因素 （1）煤种 挥发分↓→密相区燃烧份额↑ 挥发分↑→密相区燃烧份额↓
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4.外置流化床换热器（外置冷灰床）
---将循环灰的部分热量传递给受热面 采用流化床换热器的主要优点： ① 布置较多的受热面 ② 具有调节燃烧室温度和过热器、再热器蒸汽温度的功 能
③ 提高负荷调节范围和对燃料的适应性
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第二节 循环流化床锅炉的特点及主要型式 一、循环流化床锅炉的特点 • 1.工作条件：低温燃烧 • 流态化循环 • 高强度的热量传递、质量传递、动量传递 • 2.优点： • (1)燃料适应性好 • (2)燃料预处理系统简单 • (3)燃烧效率高（95～99％） • (4)负荷调节范围宽（30～110％） • (5)污染物排放量低 (6)燃烧热强度大，设备紧凑，减低金属消耗 (7)炉内传热能力强，节省受热面 (8)易于实现灰渣利用 (9)床内可不部置受热面
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二、流态化的典型形态 1.固定床 2.鼓泡流化床 ---也称沸腾床，气体通过床层的压力降近似等于床层 的重量 3.湍流流化床 ---床面波动，颗粒“之”字形向上抛射 循环流化床下部多为湍流流化床 4.快速流化床 ---床内颗粒浓度上稀下浓，无床粒补给时，被吹空 5.气力输送 ---床内颗粒浓度上下均一 不正常的流化状态： （1）沟流：原因：一次风速低 沟流可引起粒层结焦，影响传热和燃烧 （2）腾涌：发生在鼓泡流态化与湍流流态化之间 使风压波动，燃烧不稳，结焦