流化床基础知识..

辅助教材（二）循环流化床专题知识锅炉设备及运行

目录

第一讲：循环流化床锅炉及其优缺点 (3)

第二讲：CFB的空气和烟气量 (7)

第三讲CFB的热损失 (8)

第四讲炉膛及传热 (9)

第五讲床温 (10)

第六讲床压 (11)

第七讲给煤系统 (11)

第八讲风系统 (12)

第九讲石灰石系统 (13)

第十讲渣系统 (14)

第十一讲炉内耐火、耐磨和保温材料 (15)

第十二讲锅炉的启动、运行及停运 (16)

第一讲：循环流化床锅炉及其优缺点

一.流化床锅炉（CFB）

1.流化：

（1）颗粒分类：

C类颗粒：颗粒的粒度很细，一般d＜20μm，颗粒间互相作用力很大，属难以流化的颗粒。因此气流通过此床层时，往往会出现沟流现象。

A类颗粒：颗粒的粒度较细，d = 20～90μm，如化工流化床常用的催化裂化剂，这类颗粒通常很容易流化，并且从开始流化到开始形成气泡之间一段很宽的气速范围内，床层能均匀散式膨胀（粒子均为分散）。

B类颗粒：中等颗粒，d =90～650μm，具有良好的流化性能，此种颗粒在流化速度达到临界流速时即发生鼓泡现象，循环流化床锅炉启动时常用的沙子就属于此类颗粒。

D类颗粒：这种颗粒具有较大的粒度和密度，颗粒的范围较大，属于宽筛分，大部分燃煤流化床锅炉的炉内颗粒属于此类。（ABC类均属窄筛分）。

（2）流态化：当流体向上流过具有一定粒径的颗粒床层时，床层的运动状态随流体的流速的变化而改变：

①当流体的流速较低时，颗粒静止不动，流体只能从颗粒之间的缝隙中通过，所有颗粒互相接触，并座落在布风板上，这就是固定床；

②当流体的流速增加到某一速度后，所有颗粒不再由布风板支持，而全部由流体的摩擦力承托。对单个颗粒而言，它不再依靠与其相邻的颗粒接触而维持它的空间位置，相反在失去了机械支撑后，每个颗粒可以在床层中自由运动。就整个床层而言，无数个自由运动的颗粒组成的床层具有了许多类似流体的性质，这种状态称为流态化。

（3）临界流化速度：颗粒床层从静止状态变成流态化时的最小速度。

（4）流态化的类型：

①散式流态化：一般液固两相流的流态化就属于散式流态化，颗粒均匀分布于床层中。

②聚式流态化：气固两相流的流态化就属于聚式流态化，颗粒并不是均匀地流过床层，一部分气体形成气泡经床层短路逸出，颗粒被分成群体做喘流运动，床层中的空隙率随时间和位置不同而变化，就称为聚式流态化，燃煤锅炉的流态化就属于这种流态化。

（5）流态化类似流体的性质主要有：

①在任何一高度的静压近似等于此高度以上单位截面上固体颗粒的重量。（床压是反映炉内存料量的唯一指标，上、中、下三组测压点相距2米，下层床压与中层床压的差值应同中层床压与上层床压的差值近似相等，若三层床压差值相差过大，说明床料粒度过粗；若三层床压近似相等，说明床料粒度过细。）

②无论床层如何倾斜，床层的表层总是保持水平的，床层的形状也保持容器的形状，当停止供风时，床层静止后如水面一样平。以此可判断布风板的布风是否均匀以及床层底部是否有大颗粒的堆积。

床内固体颗粒可以象流体一样从底部或侧面的孔排出。

③密度高于床层表观密度的固体颗粒在床内会下沉，密度小于床层表观密度的固体颗粒会浮在床面上（假设气体流速为5m/s时，刚好能使d=1mm、ρ=2000Kg/m3粒子流化，那么ρ=2000Kg/m3就称为此时的表观密度）。所以应控制大于表观密度的固体颗粒进入炉膛。

④炉内颗粒混合良好。因此当加热床层时，整个床层的温度基本是均匀的。

（6）异常的流化状态：

①气泡过大：含气泡是气体流化床的基本特性，但气泡过大或过于集中向上涌时，床层表面会出现大的波浪起伏，运行不稳定，因此是一种异常的流化状态。引起气泡过大和分布不均匀的因素有：a.床层太薄；b.布风板结构不良；c.床料颗粒过大；d.表观速度过高。

②当气泡直径大到接近床层宽度尺寸时，床层被大气泡分隔成几段并形成气塞，在大气泡之间的颗粒层将以活塞的形式向上运动，达到一定高度后，颗粒层崩裂成单个颗粒或较小的颗粒团，此时大颗粒和颗粒团将穿过上升的气流，象雨淋般的下落，而较小的颗粒工颗粒团则被气流带走，这种现象称节涌。发生节涌时能听到“扑通”声。节涌现象将造成沿炉膛高度床料分布不均，而且引起床层阻力的激烈波动，能量损失很大，飞灰增加，影响流化和燃烧的稳定性。这种现象如不及时处理，将导致大颗粒底料沉积面结焦。造成节涌的原因与气泡过大是相同的，因为，节涌是气泡过大的进一步发展。

③沟流：在空气速度未达到临界流化速度，整个床层处于固定床时，大量气体有可能从床层阻力最小的“沟道”穿过，这种现象称沟流或局部穿孔。沟流分贯穿沟流和局部沟流两种。

贯穿沟流沟道自下而上贯穿整个床层，这时风速增加到超过正常的临界流化速度床层也不流化。

局部沟流：沟道未贯通的部分仍然可以流化。

产生沟流的原因有：a.床层过薄；b.布风板结构不良，布风不均匀；c.颗粒组成不均匀。局部或大部分床层的大颗粒堆积，多出现在风速较低时，如启动和压火。因此，在空床启动时，最好采用送风后添加床料的方式，以避免沟流现象的发生。（底料≤0.6mm、炉渣≤0.3mm）；d.分层：由于流化床燃用的是宽筛分的燃料，颗粒的粒径粗，差值大，而且配比又不一定合适，特别是在燃料中还混有少量大块的石头，或粒径虽然不大但密度很大的金属，因此在这种床料的流化过程中，特别是表观速度较低时，往往出现细粒子在上面，粗粒子和重粒子在下面的现象，这种现象叫分层。在分层比较严重时甚至会出现一种难以察觉

到的假沸腾现象——细粒子在上面流化的很好，有明显的波浪，而大颗粒沉入底部，仅作轻微的跳动或似动非动的状态，这时如不及时处理，则产生结焦而被迫停炉。产生分层流化的原因是床料的粒度粗且在底部堆积以及表观速度低，特别是大渣堆积的区域，阻力大，表观速度更低。

判断大渣的堆积主要有两点：a.床压：如某处堆积，该处床压不波动甚至到零；b.下部床温：如果下部床温不断下降，则说明出现了大渣堆积。解决办法：排除大渣和提高表观速度。

（7）CFB不同区域中固体颗粒所处的流动状态：

2.循环：

（1）名词解释：

①颗粒终端速度：a.当一个颗粒在无限静止的介质中，在重力的作用下作自由落体运动时，颗粒在重

力的作用下加速，而浮力和流体的摩擦力则阻碍其加速，当颗粒加速直至达到一稳定速度时，该速度称为该颗粒的终端速度。b. 对于一定密度和一定颗粒的固体粒子，能把它带到任一高度的最小速度叫颗粒的终端速度。

②表观（流化、运行、操作）速度：

W=V/F m/s：

V——气体流量（不包括固体颗粒所占的体积）m3/s：

F——炉膛横截面积m2

③杨析：当气流穿过由各种颗粒组成的流化床层时，一些终端速度小于床层表观速度的细粒子，将陆续被上升气流带走，这一过程称为杨析。

④夹带：燃煤流化床锅炉是典型的聚式流化系统，床内存在着大量的气泡，由于气泡在床层表面爆破

而将许多粒子抛掷向上，并被上升气流夹带上行，其中一些终端速度大于表观速度的粒子，经过一定的分离高度后将陆续返回床层或被带出炉膛，称为夹带。

产生夹带的原因：a.由于气泡内的压力高于床层表面压力，当气泡到达床层表面时因破裂将气泡顶部的一层颗粒喷入悬浮空间内；b.由于气泡的尾涡夹带着相对滞后的颗粒群与周围气泡一起以比周围介质高的速度上升，气泡到达床层表面爆破后，这部分尾涡颗粒被抛到自由空间；c.对于两个处于纵向合力的气泡，当其上部气泡逸出床层表面爆破后，下部气泡尾涡颗粒也抛至自由空间。