第5章 5.4 流化床燃烧方式及其设备=西安交通大学-锅炉原理

6. 沸腾炉的优点及存在的问题
优点： (a)可燃极低劣的燃料。灰分达70％，热值 4200kJ/kg的燃料、挥发分为2％～3％的无 烟煤和含碳量在15％以上的炉渣。
(b)炉膛尺寸为同容量的其它型锅炉的一半 左右，可减少金属耗量和安装费用。 (c)污染物排放低。 (d)灰渣便于综合利用。 (e)负荷凋节性能好。
图5-75 Lurgi循环流化床锅炉
德国Babcock公司Circofluid的循环流化床锅炉
燃烧室主要型式：有屏与无屏
回料阀的主要型式：L、U、U
分离器的主要型式：多种，cyclone最广
炉内传热计算：仍主要经验。
2. 几种异常沸腾床
a)气泡 b)节涌 c)沟流 d)分层
3. 沸腾炉内的燃烧
优越条件：
(a) 着火燃烧迅速。厚的灼热料层，相当于蓄热池，新燃
料占5％。剧烈扰动和混合。
(b)保证燃尽。因很厚的料层，又上下循环翻腾，增长了停
留时间。
(c)接触和混合比较完善。空气和颗粒的相对速度较大，
同时扰动剧烈，因此空气和燃料的接触和混合比较完善。
更趋于采用高温分离器！
按有无外置式流化床换热器： 1) 有外置式流化床换热器的循环流化床锅炉。 2) 无外置式流化床换热器的循环流化床锅炉。
(a)带外置式换热器；(b)、(c)无外置式换热器(带不同数量的屏式过热器)
有无外置式流化床换热器，形成对应的两大流派。
(4) 按固体颗粒物料的循环倍率： 物料循环量是设计和运行控制中的一个十分重要的参数， 通常用循环倍率来描述物料循环量，定义：
(2) 炉膛结构
图5.67 沸腾炉倒锥形炉膛简图 1一进风口 2一进料口 3一溢流灰口 4一风帽
(3) 进料方式
可分为正压进料和负压进料两种。 进料口设在正压区(溢流口以下)者，称为正压进料； 进料口设在负压区(溢流口以上)者，称为负压进料。
溜煤管简图 1一溜煤管 2一平衡管 3一进料口 4一炉墙
沸腾床燃烧的不利条件是燃烧的温度受限制。
过高的炉温会导致燃料的结渣，从而破坏了流化 床的工作。 采取下述措施对强化燃烧有利： (a) 防止局部碳量过分集中。可多点给煤，最好 气力给煤。 (b) 减小床层中的气泡直径。应用小孔风帽等。 (c) 减小颗粒直径，即应用比较细的燃料。
4. 沸腾层中的传热
2. 循环流化床燃烧锅炉的基本特点
由快速流化床(上升段)、气固物料分离装置和固体 物料回送装置所组成。
为什么循环流化床锅炉技术在较短的时间内 能够在国内外得到迅速发展和广泛应用？ 优点多，克服沸腾炉的主要缺点。
问题：
（1）大型化困难。 尽管循环流化床锅炉发展很快，已投运的单炉容量已大于 1000t/h，更大容量的锅炉正在研制中。但由于受技术和辅助 设备的限制，更大容量难实现。 （2）自动化水平要求高。 系统比常规锅炉复杂。 （3）磨损严重。 磨损仍比常规锅炉大得多。
有菌形(蘑菇形)，柱形、球形和伞形。应用最广的是菌形 风帽，柱状风帽是目前应用较多的一种新型风帽。
风帽的结构及其固定
a)菌形风帽 b)柱状风帽 c)风帽的固定
1-风帽 2-耐火混凝土充填(保护)层 3-花板
(c) 风室(风箱)
是进风管和布风板之间的空气均衡容积。等压风室结构简单 且使用效果最好。
问题：
(a) 锅炉热效率低。
％～68％。q4很大。
(b) 埋管磨损快。 三个月到半年。防磨后，可达一年以上。 (c) 电耗大。 比煤粉炉高一倍。
5.4.3 循环流化床燃烧方式及其设备 1. 循环流化床的原理和特点
发展历程
循环流化床的特点可归纳如下：
(1) 不再有清晰的界面，颗粒充满整个上升段空间； (2) 强烈的物料返混，颗粒团不断形成和解体； (3) 颗粒气体相对速度大； (4) 流化速度为鼓泡流化床的2-3倍； (5) 床层压降随流化速度和颗粒质量流量而变化； (6) 颗粒横向混合良好； (7) 强烈的颗粒返混、颗粒的外部循环和良好的横向 混合，上升段内温度分布均匀； (8) 改变上升段内的存料量，固体物料在床内的停留 时间可在几分钟到数小时范围内调节; (9) 流化气体的整体性状呈塞状流。
百度文库. 沸腾炉的结构特点 (1) 布风装置
使用最广泛的是风帽式布风装置。它是由花板(多孔板)、风 帽和风室等组成。其中花板和风帽组成一体，统称为布风 板。
(a) 花板
由钢板或铸铁板制成的多孔平板，它用来固定风帽，并使 之按一定方式排列，以达到均匀布风。
(b) 风帽
风帽是一种弹头状的物体，它的上端封闭，称为帽头，下 端敞开，制成插头，垂直地插于花板上的插孔中。风帽的 颈部开有一圈水平的或略向下倾斜的小孔。 小孔风速有一合理的数值范围，一般为35～45m／s，相应 的开孔率（风帽小孔总面积和布风板面积之比）为2.2%～ 2.8%左右。
前已讲述
流化床燃烧设备按流体动力特性可分为鼓泡流化 床锅炉和循环流化床锅炉， 按工作条件又可分为常压和增压流化床锅炉。 流化床燃烧锅炉可分为常压鼓泡流化床锅炉、常 压循环流化床锅炉、增压鼓泡流化床锅炉和增压 循环流化床锅炉。
其中前三类已得到工业应用，增压循环流化床锅 炉正在工业示范阶段。
流化床燃烧方式的优点：高传热率、高热强度、 燃料适应性极强、能有效地脱硫除硝。 但国情不同，研究和使用的侧重点也不同。
据热平衡计算，当沸腾层保持950～1000℃时，需 从床层吸走热量45％～55%。
否则，床层温度就会升高而造成结渣。 但沸腾层的容积不大，沸腾层中埋管受热面的传 热极其强烈。
传热系数可达230～290W／(m2．K)，甚至更高。
因机理复杂，提出传热的各种物理模型准确度较 差。 影响传热系数主要因素：空截面气流速度、颗粒 尺寸、埋管的几何特性、 沸腾床温度。
5.4.2 鼓泡流化床燃烧方式及其设备
1. 鼓泡流化床的特征 颗粒上下翻滚，如同沸腾，故又称为“沸腾床”。 由于沸腾床中有大量的气泡，又称为鼓泡流化床。
图 5.63 料层的特性曲线
w0 一按空截面计算的气流速度
燃料层开始沸腾时的气流速度 ' 燃料颗粒开始 w0 叫临界速度。 " 被气流带走的气流速度 w0 称 为极限速度或飞出速度。 显然， 要使燃料层形成沸腾床， ' " 条件 w0 < w0 < w0 。
5.4 流化床燃烧方式及其设备
5.4.1 流化床燃烧简介
1921年，Winkler发现固体流化现象。 1960s，用于煤燃烧，发展迅速。 流态化的特征： (1) 静压等于固体颗粒重量； (2) 床表面总是保持水平，形状保持容器的形状； (3) 固体颗粒从底部或侧面的孔口中排出； (4) 密度的物体会下沉，密度小的物体浮在床面上。
循环物料量 R 投煤量
1) 低倍率循环流化床锅炉1～5。 2) 中倍率循环流化床锅炉6～20。 3) 高倍率循环流化床锅炉大于20。高倍率循环流化床锅炉 的循环倍率最高可达40～200。
4. 循环流化床锅炉的构成
白马300MW
主要技术流派：
图5-74 Pyroflow循环流化床锅炉 最先开发Ahlstrom of Finland
3. 循环流化床锅炉的分类
主要区别在分离器的类型和工作温度，以及是否设置 外部换热器等。
按分离器型式： 1)旋风分离型循环流化床锅炉。 2) 惯性分离型循环流化床锅炉。 3) 炉内卧式分离型循环流化床锅炉。 4) 炉内旋涡型分离型循环流化床锅炉。 5) 组合分离型循环流化床锅炉。
按分离器工作温度： 1) 高温分离型循环流化床锅炉； 2) 中温分离型循环流化床锅炉； 3) 低温分离型循环流化床锅炉(适合鼓泡床)。 4) 组合分离型循环流化床锅炉(两级分离)。