循环流化床小知识附系统图.docx

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循环流化床小知识附系统图

循环流化床小知识（附系统图）

循环流化床小知识

循环流化床锅炉燃烧与传热

循环流化床锅炉的燃烧区域：

不同结构形式的循环流化床锅炉其燃烧区域略有差别：

对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1、炉膛下部密相区（二次风口以下）。

2、炉膛上部稀相区和高温气固分离器。

采用中温气固分离器的锅炉：

只有炉膛上、下两个燃烧区域。

燃烧的份额：

燃烧份额定义为燃烧区域中燃烧量占总燃烧量的比例，一般可用燃料在各燃烧区域内释放出的发热量占燃料总发热量的百分比来表示。

燃煤在炉膛内各燃烧区域的燃烧份额表示了燃煤在各燃烧区域的燃烧程度，它的分布是循环流化床锅炉设计和运行中的一个重要环节。

因为循环流化床锅炉主要发生在密相区和稀相区，所以这两个区域的燃烧份额之和接近于1，其中密相区燃烧份额是我们最关心的一个参数。

在其他条件不变的情况下，当密相区燃烧份额增加，也就是燃煤在密相区放热份额增加，为保持密相区出口温度不变，必然要增加密相区的吸热量，相应增加密相区的受热面积。

如果这部分热量不能有效地被密相区受热面吸收或被烟气带走，则密相区的热量平衡就会遭到破坏，从而使密相区炉膛温度升高，出现高温结渣的问题，操作人员不得不采用提高过剩空气系数的办法来进行降温。

影响燃烧份额的因素：

1、煤种的影响：

在相同的燃烧条件下（温度、一、二次风比例相同）循环流化床密相区的燃烧份额远低于鼓泡床密相区的燃烧份额。

这可以从两个方面来解释：

①一方面循环流化床内气体流速较高，而床料粒度又比鼓泡床细的多，这样扬析到稀相区物料量增多。

稀相区的碳颗粒在床内所占的比例增多，结果引起稀相区的烧伤份额上升，而稀相区碳颗粒燃烧量的增加，反过来会使密相区的含碳量降低，因而降低了密相区的燃烧份额。

②另一方面循环流化床锅炉内密相区的燃烧处于一个很特殊的缺氧状态，虽然床内有大量的氧气存在、然而床内的一氧化碳浓度仍维持在很高的水平上，如在密相测得氧气浓度在13%左右，而一氧化碳浓度高达近2%、表明在循环流化床密相区内燃烧局部处于缺氧状态。

密相区中产生的大量一氧化碳和一部分挥发份被带到稀相区燃烧。

2、粒径和粒径分布的影响：

在同样的流化风速下粒径小的煤在密相区的份额会较小。

对同样筛分范围的煤，由于细颗粒所占的份额不同，燃烧份额也会不一样，当细粒份额增加时，被扬折到稀相区的煤粒份额增多，使密相区的燃烧份额减少。

在燃用小粒径的燃煤时密相区不必布置埋管也能维持密相区的热量平衡。

3、疏化速度的影响：

当流化速度增加时，同样粒径的煤颗粒在密相区的燃烧份额会减少。

当前有不少流化床锅炉为减小破碎的困难和降低成本、采用宽筛分煤粒，国内一般采用0—8mm或0—10mm的粒径。

在密相区选用较高的流化速度时使细粒被带到稀相区燃烧，使密相区燃烧份额降低。

4、循环量的影响：

物料循环量是循环硫化床锅炉设计运行的一个主要参数，它对锅炉流体动力特性、燃烧特性、传热特性及变工况运行特性的影响很大。

物料循环的定量表述采用以下三种方法：

①、循环倍率概念定义为循环物料量与投煤量的比值。

②、用炉膛出口单位烟气携带物料的多少即固气比或携带率大小来直接表述。

③、床内上升段中采用循环技术与不采用循环技术的灰量之比。

物料循环量的大小影响锅炉内的热量分配。

当循环倍率提高时，一方面细颗粒对受热面的传热量及从密相区带走的热量增加，有利于密相区的热量平衡，另一方面细颗粒循环燃烧的机会增加，使燃烧效率提高。

5、过剩空气系数的影响

过剩空气系数增加，床内含碳量会明显下降，扬析到过渡区的颗粒含碳量也会下降，因此过渡区燃烧量会下降。

在稀相区的上部过剩空气系数增加时氧气浓度升高较多，虽然颗粒含碳量相对较低，但燃烧份额在稀相区上部仍会有所增加，在密相区颗粒含碳量更低，但氧气浓度更高，一定程度上氧气达到碳颗粒表面的机会更大，因此密相区中燃烧份额略有上升。

6、密相区床温的影响：

密相区床温越高，床下部燃烧份额的比重越大，这是由于床温越高，碳颗粒反应速度会加快，并且气体扩散速率也有所增加，这样有利于气体和固体的混合，因此密相区的燃烧份额会稍有上升。

而床温升高以后，挥发份释放速度和反应速率会加快，因此密相区上部和过渡区中燃烧份额会明显增加。

一二次风的配比

为了使燃烧在实现高效低污染燃烧，应保证一次风的合理配比。

一次风从密相区的布风板进入，一次风量应能满足密相区燃烧的需要。

二次风从密相区和稀相区的交界处进入，以保证燃料完全燃烧，提燃烧效率。

一般一二次风比为40%：

60%或50%：

50%。

循环流化床锅炉的炉内传热

一、炉内传热的基本形式：

1、颗粒的对流换热。

2、气体对流换热。

3、辐射传热。

二、循环流化床锅炉下部密相区与受热面之间传热：

颗粒团理论认为：

可以将流化床中的物料看成许多“颗粒团”组成的传热垫阻来自贴近受热面的“颗粒团”。

颗粒团在气泡的作用下，在换热壁面附近周期性的更换，流化床与壁面之间的传热速依赖于这些颗粒团的放热速度以及颗粒团与壁面的接触频率。

三、循环流化床锅炉上部稀相区与受热面之间的传热：

在稀相区由于颗粒浓度较小，颗粒对流传热下降，辐射传热份额变大。

四、影响传热的影响：

1、颗粒浓度的影响：

在循环流化床内所发生的传热强烈地受到床内物料浓度的影响。

炉内传热系数随床内物料颗粒浓度的增加而增大，这是因为炉内热量向受热面的传递是四周沿壁而下流动的固体料团和中部向上流动的含有分散固体颗料的气流来完成的，由颗粒团向壁面的导热比起由分散相的对流换热要高得多。

较密的床层有较大份额的壁面被这些颗粒团所覆盖，受热面在密的床层会比在稀的床层受到更多的来自物料颗粒的热交换。

颗粒浓度对炉内传热系数的影响是比较显著的，这是固体颗粒的热熔要比气体大的多，在传热过程中起着重要的作用。

2、流化速度的影响：

随着流化速度的增加，而床层和换热表面间的传热系数在开始随着流化速度的增加而增加，在达到一个最大值后，再增加流化速度，对小颗粒床传热系数会减小，而对大颗料床传热系数基本保持不变，对循环流化床流化速度对传热没有明显的直接影响。

在一定的物料值浓度下，不同的流化速度对传热系数影响很小。

这个因为当流化速度增大时，若保持固体颗粒的循环量不变，床层内的颗粒浓度就会减小，从而造成传热系数的下降，而与此同时，由于流化速度的增加又会引起传热系数的上升，这两个相反的趋势共同作用，使得床层粒子浓度一定时，传热系数在不同的流化风速下变化很小。

3、床层温度的影响：

在较高的床层温度下，气体和颗粒的热阻力减小，气体的导热系数和辐射传热都会增大。

在相对高的粒子浓度时，传热系数随温度的升高线性增加，而在炉膛上部由于辐射传热起主要作用，则情况不同。

4、循环倍率的影响：

循环倍率对炉内传热的影响，实质上是颗粒浓度对炉内传热系数的影响。

循环倍率增大，即返送回炉内床层的物料增多，炉内物料量加大，而风速不变，颗粒在床内的停留时间保持不变，因而床内物料的颗料浓度增加，传热系数增大。

反之亦然。

5、颗粒尺寸的影响：

循环流化床中颗粒尺寸对传热系数的影响不非常明显，如果细颗粒所占的份额增多，则会有较多的颗粒被携带到床层上部，增加了截面颗粒浓度，从而间接地也加强了传热。

循环流化床锅炉的运行操作

运行和负荷调整：

循环流化床锅炉在设计和运行时要着重考虑两个问题：

一个是物料平衡，另一个是热量平衡，煤和石灰石破碎后形成一定粒径分布，经过给料机构输送入燃烧室下部，大颗粒煤将停留在下部燃烧，部分细颗粒的煤和灰将被夹带到上部，进一步完成燃烧过程。

在燃烧室出口进入分离器，未被分离器捕集的飞灰将通过尾部烟道排出炉外，捕集下来的物料通过一回送机构返回燃烧室下部，形成灰循环。

控制一次风总风量的比例，就可使密相区处于还原气氛，碳颗料不完全燃烧形成C0,在炉膛上部与二次风混合，进一步燃烧变成CO2,这样可改变密相区的燃烧份额，使炉膛上部也保持较高温度。

有利于细颗粒碳料子的燃尽。

燃烧份额的分配与物料循环量和数量有关之外，还取决于煤的破碎程度，挥发份的高低和一、二次风配比，煤越细、挥发份越高，一次风比例小，稀相区燃烧份额大，密相区燃烧份额小。

对给定的燃料，为了能稳定满负荷运行，希望0-1mm的达到40%，挥发份低的份煤0-1mm粒度的煤所占的比例越大。

在燃烧粒度和煤质确定后，一次风量大小对运行调整就有很大的影响。

在密相区，煤燃烧释放的热量由三部分吸收：

一是风加热形成热烟气带走的热量，二是四周水冷壁吸收的热量，三是循环灰带走的热量。

这就是热量平衡。

这三部分热量中，一次风加热形成热烟气带走的热量最大，循环灰带走的热量其次，四周水冷壁吸收的热量最小，对带埋管的低携带率的循环流化床，埋管吸热量与一次风加热成烟气的热量相当。

循环灰带走的热量是由循环量及送返密相区的循环灰温度决定的。

循环灰量越大，循环灰温度越低，则其与密相床温差越大，循环灰带走的热量越大，物料循环系统的主要作用是浆粒度较细的颗粒捕集并送回到炉膛，使密相区的燃烧份额得到控制，同时提高回路中受热面的传热系数，物料循环量和数量与主回路的流动燃烧，传热均有直接关系，存在一个平衡。

决流化质量的是风速，而不是风室静压，只要有足够的流化速度，就能有良好的流化状态，因此运行中必须以风量为准。

运行中料层厚度取决于床料密度和运行负荷：

床料密度小，料层可厚些，密度大，料层薄一点，满负荷时，物料循环量大，料层应厚，低负荷循环量小，料层应薄。

床层流化正常时，风室静压指针呈周期摆动，当料层厚时，风室压力指针不再摆动，表明流化恶化，应适当放掉部分炉渣，降低料层厚度，当风室静压指针大幅摆动时，可能出现结焦，或炉底沉积大量炉渣，应及时排除，在运行中如料层厚度增加，风量表指示下降，再适当开大风门，维持一次风量指示不变，绝不能采用任意开大风门仅用风室静压来作为运行监视办法。

循环流化床的压力分布：

循环流化床的压力分布反应了床内固体颗粒的载量料及气固之间的动量交换现象。

是循环流化床锅炉控制重要参数。

单位床层高度的压降与气流速度及固体循环率的关系，在同一循环物料量条件下，（速度）床层压降随运行风速的增加而下降，这意味着同一循环物料量条件下，速度越大，床内颗粒浓度就越小，因而床内压降和流速成反比关系。

另外相同气流速度下，随循环流率增加，床层压降增加。

循环流化床的动学特性包括其流态化特性，颗粒浓度（或空隙率），颗粒以及气体速度等参数。

沿炉膛轴向及径向的分布特性。

这些参数不仅受操作气流速度和颗料循环率的影响而受床层尺寸进口结构，循环结构，二次风位置，循环物料入口位置，分离效率及返料机构压降等因素的影响。

快速床中存在大量成絮团状的颗粒返混回流，这种运动状态表现为高速度，高浓度，高固体颗粒流量。

其突出的表现在于存在一种环状流动，即床层中心区以上升流为主，在壁面附近则以颗粒下降流为主，因而中心区域的气固滑移速度要比壁面附近低。

燃烧调整：

一、二次风调整

循环流化床锅炉风的控制点较多，有以风室经风帽进入的一次风，从布风机上不同点送入的二次风，还有给煤密封风，输煤风和返料风，对燃烧影响的主要是一、二次风和播煤风。

1、一、二次风与负荷的关系：

一次风其数量首先要保证床料良好的流化。

根据目前国内煤的破碎度在锅炉最低负荷25%额定负荷时，全部用一次风，一般可保证流化安全、燃烧稳定，但蒸汽参数一般无法达到。

随负荷增加在50%负荷以下，一般仍可用一次风，此时由于炉内风速低，循环物料少，二次风加入不但不能升高，炉室上部温度，反而可能降温，对燃烧不利，随负荷增加时可适当加入二次风，但负荷低时二次风较少，不能全开所有二次风门、否则压头很低，混合能力差，对燃烧不利，此时可开少量下层二次风管，压头保持在5000PA以上，随负荷的上升，可逐渐开大二次风，其原则是保持较高的炉膛出口温度。

一次风控制床温，二次风可以细调氧量。

2、一二次风与燃烧的关系：

循环流化床锅炉：

炉膛上部温度高，可燃物浓度高，混合也好，燃无烟煤时，往往炉膛上部，甚至分离器内的温度反而高于炉膛下部，因而对无烟煤上部二次风应多一些，位置高一些，以保证燃烧充分。

3、一二次风与炉内循环的关系：

在相同过量空气系数时，一次风增加可使炉上提高，降低床温，提高炉口温度，当燃此调整是一定限度内，超过一定限度，可适得其反。

负荷控制：

对负荷做调整，最有效的方法就是调整循环量升高床层高度，增加炉内物料储量，这样可以提高沿床高料子浓度增加。

总风量不变时，加大一次风，减少二次风，尤其是减少上层二次风，可增加循环量。

加大总风量，提高炉内风速，使更多粒子参加循环。

采用底灰分选系统时，可调整分选床风速以送回不同粒子的循环物料。

对于外置式热交换器中有受热面时可调节进入灰量，改变其传热温差从而改变负荷。