循环流化床锅炉讲稿.doc

循环流化床锅炉第一节            循环流化床锅炉的概念循环流化床锅炉是在鼓泡床锅炉（沸腾炉）的基础上发展起来的，因此鼓泡床的一些理论和概念可以用于循环流化床锅炉但是又有很大的差别早期的循环流化床锅炉流化速度比较高，因此称作快速循环循环床锅炉快速床的基本理论也可以用于循环流化床锅炉鼓泡床和快速床的基本理论已经研究了很长时间，形成了一定的理论要了解循环流化床锅炉的原理，必须要了解鼓泡床和快速床的理论以及物料从鼓泡床→湍流床→快速床各种状态下的动力特性、燃烧特性以及传热特性一．流态化：当固体颗粒中有流体通过时，随着流体速度逐渐增大，固体颗粒开始运动，且固体颗粒之间的摩擦力也越来越大，当流速达到一定值时，固体颗粒之间的摩擦力与它们的重力相等，每个颗粒可以自由运动，所有固体颗粒表现出类似流体状态的现象，这种现象称为流态化对于液固流态化的固体颗粒来说，颗粒均匀地分布于床层中，称为“散式”流态化而对于气固流态化的固体颗粒来说，气体并不均匀地流过床层，固体颗粒分成群体作紊流运动，床层中的空隙率随位置和时间的不同而变化，这种流态化称为“聚式”流态化循环流化床锅炉属于“聚式”流态化固体颗粒（床料）、流体（流化风）以及完成流态化过程的设备称为流化床。

二． 临界流化速度1.对于由均匀粒度的颗粒组成的床层中，在固定床通过的气体流速很低时，随着风速的增加，床层压降成正比例增加，并且当风速达到一定值时，床层压降达到最大值，该值略大于床层静压，如果继续增加风速，固定床会突然解锁，床层压降降至床层的静压如果床层是由宽筛分颗粒组成的话，其特性为：在大颗粒尚未运动前，床内的小颗粒已经部分流化，床层从固定床转变为流化床的解锁现象并不明显，而往往会出现分层流化的现象颗粒床层从静止状态转变为流态化进所需的最低速度，称为临界流化速度随着风速的进一步增大，床层压降几乎不变循环流化床锅炉一般的流化风速是2－3倍的临界流化速度2.影响临界流化速度的因素：（1）料层厚度对临界流速影响不大2）料层的当量平均料径增大则临界流速增加3）固体颗粒密度增加时临界流速增加3）流体的运动粘度增大时临界流速减小：如床温增高时，临界流速减小床温与临界流速的关系如图所示           第二节    循环流化床锅炉的工作原理一、流化过程如图所示，固体颗粒随着气流速度的增大分别呈现五种不同的流动状态：固定床、、紊（湍）流流化床、快速流化床、气力输送循环流化床处于紊（湍）流流化床与快速流化床阶段。

 固定床：此种状态下，气流在颗粒的缝隙是流过，所有固体颗粒呈静止状态鼓泡流化床：当气流速度达到一定值时，静止的床层开始松动，当气流速度超过临界流化风速时，料层内会出现气泡，并不断上升，而且还聚集成更大的气泡穿过料层并破裂整个料层呈现沸腾状态鼓泡流化床存在明显的分界面，其上部为稀相区，包括床层表面至流化床出口间的区域，也称为自由空间或悬浮段下部为密相区，也称为沸腾段紊（湍）流流化床：随着气流速度继续上升到一定数值，固体颗粒开始流动，床层分界面逐渐消失，固体颗粒不断被带走，以颗粒团的形式上下运动，产生高度的返混此时的气流速度为床料终端速度快速流化床：当气流速度进一步增大，固体颗粒被气流均匀带出床层此时气流速度大于固体颗粒的终端速度，床内颗粒浓度基本相等床内颗粒浓度呈上稀下浓状态循环流化床的上升段属于快速流化床快速流态化的主要特征为床层压降用于悬浮和输送颗粒并使颗粒加速，单位高度床层压降沿床层高度不变气力输送：分为密相气力输送和稀相气力输送对于前者，床内颗粒浓度变稀，并呈上下均匀分布状态，其单位高度床层压降沿床层高度不变增大气流速度，床层压降减小对于后者，增大气流速度，床层压降上升密相气力输送的典型特征为：床层压降用于输送颗粒并克服气、固与壁面的摩擦。

稀相气力输送的床层压降主要受摩擦压降支配由上述燃烧分类可知，链条炉排炉采用的是固定床燃烧方式，而煤粉炉则采用了最稀相的悬浮燃烧方式二、循环流化床的特点：典型循环流化床锅炉结构如图所示，其基本流程为：煤和脱硫剂送入炉膛后，迅速被大量惰性高温物料包围，着火燃烧，同时进行脱硫反应，并在上升烟气流的作用下向炉膛上部运动，对水冷壁和炉内布置的其他受热面放热粗大粒子进入悬浮区域后在重力及外力作用下偏离主气流，从而贴壁下流气固混合物离开炉膛后进入高温旋风分离器，大量固体颗粒（煤粒、脱硫剂）被分离出来回送炉膛，进行循环燃烧未被分离出来的细粒子随烟气进入尾部烟道，以加热过热器、省煤器和空气预热器，经除尘器排至大气1、低温的动力控制燃烧：由于循环流化床燃烧温度水平比较低，一般在850－900℃之间，其燃烧反应控制在动力燃烧区内，并有大量固体颗粒的强烈混合，这种情况下的燃烧速度主要取决于化学反应速度，也就是决定于温度水平，而物理因素不再是控制燃烧速度的主导因素循环流化床燃烧的燃烬度很高，其燃烧效率往往可达到98%－99%以上2、高速度、高浓度、高通量的固体物料流态化循环过程：循环流化床锅炉内的物料参与了炉膛内部的内循环和由炉膛、分离器和返料装置所组成的外循环两种循环，整个燃烧过程以及脱硫过程都是在这两种循环运动过程中逐步完成的。

3、高强度的热量、质量和动量传递过程：在循环流化床锅炉中可以人为改变炉内物料循环量，以适应不同的燃烧工况 物料分离系统是循环流化床锅炉的结构特征，大量物料参与循环实现整个炉膛内的控制燃烧过程，是循环流床锅炉区别于鼓泡流化床锅炉的根本特点，因为鼓泡流化床锅炉的燃烧主要发生在床内所以循环流床锅炉燃烧必须具备的三个条件是：（1）要保证一定的流体速度，而且还要保证物料粒度处于适当的、使床层在快速流区域的粒度2）要有足够的物料分离3）要有物料回送，要有充分的措施以维持物料的平衡三、颗粒的夹带、扬析当床层流动转到紊流流化床时，密相床层和稀相床层的界面开始模糊，颗粒夹带量明显增加当气流通过颗粒层时，一些终端速度小于床层表观气速的细颗粒将被上升气流带走，这一过程称为扬析由于扬析过程中更多颗粒被夹带着离开床层，其中终端速度大于床层表观气速的颗粒经过一定的分离高度后会陆续返回床层，因此存在着输送分离高度TDH此过程就是我们通常所说的循环流化床的内循环在分离高度TDH以上的空间，颗粒浓度不再降低，床层表面至TDH之间的空间称为自由空间，燃用宽筛分的燃煤流化床锅炉，其炉膛出口高度通常低TDH，因此同时存在着夹带和扬析现象。

发生扬析现象的颗粒的来源有三个：①给煤中的细颗粒；②煤在挥发份析出阶段破碎形成的细颗粒；③在煤燃烧的同时，由于磨损造成的细颗粒四、宽筛分颗粒特性1、 宽筛分颗粒定义：循环流化床（气固流化床）床料中的颗粒通常是料径由小到大的宽筛分布，由于颗粒的直径不同，其流动工况和规律也各不相同这样就需要示出颗粒大小的分布规律，利用此规律来研究两相流动和燃烧，或者把分散相颗粒直径示平均值，以平均直径来代表分散相颗粒群的运动规律，粒径的分布规律是一个重要特性除了要知道颗粒尺寸的分布规律外，还要了解各颗粒所占表面积的分布规律扩各颗粒重量的分布规律2、宽筛分颗粒分类：Geldart根据在常温常压下对于一些典型固体颗粒的气固流态特性的分析，提出了一种颗粒分类法，即根据颗粒平均粒径和颗粒与气体的密度差的关系分类依照这种分类法，所有的固体颗粒均可被分为A、B、C、D四类如上图所示，为Geldart的颗粒分类图C类颗粒这类颗粒粒度很细，一般都小于20μm，颗粒间相互作用力很大，很难流态化A类颗粒　　这类颗粒粒度比较细一般为20～90μm，通常很易流化B类颗粒这类颗粒具有中等粒度，粒度范围为90～650μm，具有良好的流化性能。

它在流体速度达到临界流化速度后就会发生鼓泡现象D类颗粒这类颗粒粒度通常具有较大在粒度和密度，并且在流化状态时颗粒混合性能较差大多数循环流化床锅炉内的床料和燃料均属于D类颗粒3、宽筛分颗粒流化时的动力特性（1）密度小于流体密度的物体浮在床层表面，密度大于流体密度的物体会下沉2）床表面保持水平，形状保持容器的形状3）在任一高度的静压近似等于在此高度上单位床截面内固体颗粒的重量4）床内颗粒混合良好，加热床层时所有床料温度基本均匀5）床内固体颗粒可以象流体一样从底部或侧面的孔中排出 （6）几个流化床底部联通后，床层高度自动保持同一水平高度四、循环流化床内的传热一、在循环流化床中存在着各种不同的传热过程：（1）颗粒与气流之间的传热2）颗粒与颗粒之间的传热3）整个气固多相流与受热面之间的传热4）气固多相流与入床气流间的传热以下为循环流化床各部位的传热系数表：　　　　　 位置（部位）传热面方位传热系数［W/(m²?K)］可能出现的问题二次风下部水平或竖直300－500腐蚀、剥蚀、磨损、负荷调节性能差，阻碍颗粒间横向混合二次风上部竖直150－250传热较好的受热面二次风上部悬吊受热面竖直150－250轻微剥蚀、磨损、减少颗粒间横向混合。

五、影响循环流化床传热的各种因素：1、气体物理性质的影响：气膜厚度及颗粒与表面的接触热阻对传热起到主要作用另外，气体密度增加，传热系数增大；气体粘度增大，传热系数减小；气体导热系数增大，传热系数增大2、固体颗粒物理特性的影响（1）固体颗粒尺寸的影响：对于小颗粒床，传热系数随固体颗粒平均直径增大而减小；对于大颗粒床，传热系数随固体颗粒平均直径增大而增大2）固体颗粒密度的影响：传热系数随固体颗粒密度增大而增大3）球形度及表面状态的影响：球形和较光滑的颗粒，传热系数较高4）固体颗粒导热系数的影响：影响较小5）固体颗粒粒度分布的影响：对于小颗粒床，粒径越小，传热系数越大；对于大颗粒床，粒径越大，传热系数越大 3、化风速的影响：对于循环流化床的密相区，传热系数随流化风速的增大而减小对于循环流化床的稀相区，传热系数随流化风速的增大而增大4、床温对传热系数的影响：床与传热面间的传热系数随床温的升高而升高5、管壁温度的影响：传热系数随壁温的升高成线性规律地增大6、固体颗粒浓度的影响：床层颗粒浓度是影响循环流化床床层与床壁面传热最主要的因素之一传热系数随床层颗粒浓度的增加而显著增加7、床层压力的影响：床层压力增大，传热系数增加。

六、循环流化床内的燃烧过程1、煤粒送入循环流化床内迅速受到高温物料和烟气的辐射而被加热，首先水分蒸发，然后煤粒中的挥发份析出并燃烧、最后是焦炭的燃烧其间伴随着煤粒的破碎、磨损，而且挥发份析出燃烧过程与焦炭燃烧过程都有一定的重叠煤粒在流化床中的燃烧过程如图所示循环流化床内沿高度方向可以分为密相床层和稀相空间，密相床层运行在鼓泡床和紊流床状态循环流化床内绝大部分是惰性的灼热床料，其中的可燃物只占很小的一部分这些灼热的床料成为煤颗粒的加热源，在加热过程中，所吸收的热量只占床层总热容量的千分之几，而煤粒在10秒钟左右就可以燃烧（颗粒平均直径在0～8mm），所以对床温的影响很小2、循环流化床内煤的燃料着火流化床内燃料着火的方式，固体质点表面温度起着关键作用，是产生着火的点灶热源，这类固体近质点可以是细煤粒，也可以是经分离后的高温灰粒或者是布风板上的床料当固体质点表面温度上升时，煤颗粒会出现迅猛着火另外，颗粒直径大小对着火也有很大的影响，对一定反应能力的煤种，在一定的温度水平之下，有一临界的着火粒径，小于这个颗粒直径，因为散热损失过大，燃料颗粒就不能着火，逸出炉膛3.   循环流化床内煤的破碎。