流化床锅炉基础和应用.doc

流化床锅炉基础和应用第一章 流化床锅炉的基本概念1.1 什么是循环流化床锅炉 从字面上看，循环流化床锅炉就是加了＂分离循环＂的流化床锅炉，但是它和带＂分离循环＂的鼓泡床锅炉有何不同呢？后者是否就是循环流化床锅炉呢？ 循环流化床锅炉七十年代中期在国外出现，它起源于化工煅烧氢氧化铝关于循环流化床的定义，有很多学者，从流化动力学方面来研究，但这些研究理论性较强，而且得出的结论和后来循环流化床锅炉的实际也有出入从流态化讲，最初认为循环流化床应是快速床现在的实践是：炉室下部是鼓泡床或湍流床，炉室上部是快速床，而鼓泡床或湍流床和上部快速床之间并无明显的界面在炉室上部物料沿中间断面是上升的，而沿壁面附近是下降的从燃烧上讲，循环流化床锅炉为分级燃烧，一次风在布风板以下送入炉膛，二次风在布风板以上不同高度送入炉膛，二次风以下是还原气氛，二次风以上为氧化气氛从传热上讲，炉室下部敷保护层，传热很少，绝大部分传热在炉膛上部上部传热有热烟气和粒子的辐射，还有粒子沿壁面下降时对壁面的传热分离和循环是产生上面三种工况的必要条件我们可以用以上流化，燃烧和传热三个特征判断一台锅炉是否是循环流化床锅炉1.2 循环流化床锅炉的传热 循环流化床锅炉的传热是指以下几方面：炉内传热，包括烟气和物料对水冷壁和屏式受热面的传热；水冷或汽冷旋风筒的传热；外置式热交换器的传热及尾部对流受热面的传热。

除最后一项外，其余传热过程都很复杂，尤其是炉内，气固两相流，目前尚无计算标准，基本上是根据经验选择传热系数 炉内传热，包括颗粒沿壁面下行时对壁面的导热，也有粒子和烟气对壁面的辐射放热和对流放热运行实践表明，炉内粒子浓度越高，传热系数越大而粒子浓度与锅炉负荷，一、二次风量，二次风布置，过剩空气，燃料粒度及性质，静止床层厚度，分离装置效率等诸多因素有关，设计和运行时有诸多参数可调整除粒子浓度外，影响传热的最重要因素是温度，温度愈高传热系数愈高，但循环流化床锅炉如燃料含硫较高，又向炉内加石灰石脱硫，则炉内温度一般必须控制在850～900℃之间，否则脱硫效率大大降低，因此企图改变温度来改变热系数，实用意又不大 炉内屏式受热面传热情况与水冷壁不同，根据实际运行数据，其传热系数和水冷壁的传热系数不相上下 目前炉内传热系数一般变动在100～140Kcal/m2h℃，分离效率好的取上限值，差的取下限值 汽冷或水冷壁分离器，包括水冷壁下部敷耐火材料处传热系数与销钉密度，耐火层厚度及耐火材料导热系数等都有关耐火材料的热阻是主要热阻，不同的耐火材料可使该传热系数变动在25～40 Kcal/m2h℃之间。

外置式热交换器内传热相当于鼓泡床锅炉埋管的传热系数，不同的是外置式热交换器内物料粒度要小得多，因而其传热系数也比常规鼓泡床锅炉大得多，可达300～350 Kcal/m2h℃但因在其内无燃烧，随着传热，床温要下降，因而各处温压是不均匀的 尾部受热面的传热系数和常规锅炉也有差别，主要是其积灰程度、也就是污染系数大小，不仅受烟气速度和燃料影响，还受分离装置影响分离装置分离效率高，飞灰粒子细，积灰就多，反之积灰就少因此针对不同的分离效率，应采用相应的烟气流速，分离效率高时积灰是主要矛盾，一般不磨损，此时烟速可取得较高，反之应取较低的流速随分离装置设计的改进，尾部烟速已从以前的6～7m/s提高到目前的10～12m/s，但传热系数却比以前还低因此计算很困难，要不断积累经验1.3 循环流化床锅炉的特点1.3.1 燃烧效率高 如上所述，鼓泡床锅炉燃烧效率低，一般在90% 以下，锅炉效率不足80%，主要是飞灰含碳量高为此曾采取加二次风、加分离回燃等措施，但由于鼓泡床烧室上部可燃成分少、烟温低、混合差等原因，收效甚微而循环流化床锅炉由于采用分级燃烧，且由于流化速度高，循环量大，燃烧室上部有大量可燃物，二次风比例相应比较大，混合激烈、温度高，在整个燃烧室甚至分离装置内部继续燃烧。

由于这样的燃烧工况，燃烧效率可达95～99%，锅炉效率可达90% 左右1.3.2 炉内脱硫 炉内加石灰石脱硫能确保烟气SO2排放达到环保要求由于炉温可方便控制在脱硫反应最佳数值，且由于分离回送，可使加入石灰石充分反应，大大节约石灰石用量1.3.3可有效控制NOx排放 低温燃烧生成的NOx低，另外由于分级燃烧，燃烧室下部为还原气氛，燃料中N转化为NOx也很少，因此一般要求下，可不采取特殊脱NOx措施NOx可保持在100～200ppm1．3.4燃烧室断面积小 由于流化速度高，约为鼓泡床的两倍，另外由于燃烧风分一、二次风，一次风仅占总风量55～60%，故循环流化床锅炉，布风面积仅为鼓泡床30%左右这有利于锅炉的大型化1.3.5给煤装置相对较简单 由于高的流化速度，大量炉内及炉外循环，使床内物料的混合非常强烈，因而对给煤均匀性要求相对不象鼓泡床那么严，130t/h锅炉有2个给煤点、220t/h～410t/h锅炉有4个给煤点已足够了，而鼓泡床锅炉，35t/h就有4个给煤点给煤点的减少大大简化了系统，有利大型化1.3.6负荷调节比大 鼓泡床锅炉，由于流化速度限制，再加上受热面积绝大部分在床内，为了保证流化和燃烧温度，最低负荷一般为满负荷的50% 。

而循环流化床锅炉由于流化速度高,且燃烧风分成一、二次风，受热面又远离床层，因此稳定燃烧负荷可低至25% 额定负荷1.3.7负荷变化时汽温特性好 煤粉炉，链条炉一般70% 以下负荷难以保持额定汽温，而循环流化床锅炉负荷低至50%也能保证额定汽温这是因为随负荷变化，炉温和炉内灰浓度都相应变化，炉膛传热不仅随炉温变化，还随灰浓度而变化，这样同样的负荷变化，炉温相对变化就较小，从而保证了过热汽温相对稳定1.3.8燃料适应性好 由于炉内保有大量高温物料，新加入燃料仅占很小部分，再加之物料流化混合强烈，因而循环流化床锅炉能燃烧各种燃料如煤矸石、煤泥、石油焦、生物燃料、垃圾、各种煤甚至油、气当然这是指可以根据不同的燃料来进行设计，不是指同一台炉子可以烧任何燃料对已运行锅炉也允许燃料有较大的变动，特别是带外置式热交换器的锅炉 燃料变化主要是热值，挥发分、灰分、水份等的变化燃料热值升高，灰分降低时，可以增加床层厚度，同时增加过量空气，提高炉内烟气速度，这样可以增加循环量，增强传热以减缓炉温升高，维持炉温在最佳范围对于挥发分变化，循环流化床锅炉也不敏感挥发分代表了燃料的反应性，循环流化床锅炉由于循环燃烧，使燃料停留时间大大延长，加之炉内燃料与空气相对运动速度高，扰动激烈，故对挥发分少的燃料也能很好燃烧。

如循环流化床锅炉布置了外置式热交换器，则对燃料适应性更好，且可保持锅炉始终在最佳工况运行这主要是外置式换热器可以根据燃料热值方便改变热循环回路的吸热量，如燃料热值高，则进入外置式的热灰量增加，以增加外置式热交换器的吸热量，这样可以保证炉温稳定1.3.9灰渣可综合利用 由于低温燃烧，灰活性好，且因燃烧效率高，飞灰含碳低，灰可用作水泥的掺合料 第二章 循环流化床锅炉的基本结构 循环流化床锅炉与其它类型锅炉在结构上有其相似之处，也有其独特之处，本文仅对其特有的一些结构加以介绍2.1燃烧系统2.1.1.给煤系统 循环流化床锅炉燃用的煤先经过破碎 ，粒度一般控制在10mm以下对挥发分高的褐煤可放宽到13mm，而对贫煤、无烟煤最好8mm 以下此外对其筛分也有一定的要求，小于0.1mm的煤粒燃烧后生成的灰较难分离，因而要求其份额最好不要超过10%，而大于5mm的颗粒燃烧时间长，其分额也希望小于10%，中间颗粒尤其是0.5-3mm份额应尽可能的多以上仅是个大概要求，对不同煤质有不同的要求煤的颗粒度对循环流化床的设计和运行影响很大，但在实际上又很难控制 给煤系统可分为单级(图2-1)及双级给煤（图2-2）。

图 2-1 单级给煤 图 2-2双级给煤当煤仓离锅炉较近时，可以用单级给煤，煤由给煤机直接从煤仓送至锅炉前的落煤管在煤仓离锅炉较远时，可用两级给煤，煤先由煤仓用输送机输送至锅炉附近再由给煤机送至炉前加煤管 采用单级给煤时，由给煤机控制给煤量采用两级给煤时，可用煤仓下的输送机控制给煤量，而给煤机则保持始终大于输送机的出力，如用给煤机控制煤量则两级之间应有缓冲小煤仓，根据此仓内的料位控制输送机的出力前者控制较简单，但输煤机及给煤机都要求保持密封，且给煤机始终在较高转速下运行，后者控制较复杂但不要求输送机密封，而且给煤机的转速也可较低 给煤遇到的最大问题是给煤堵塞，堵塞发生在煤仓下出口至输送机或给煤机的进口，有时在给煤机出口至锅炉的落煤管处也会发生堵塞为防堵煤采取了很多措施，但至今也未彻底解决堵煤很重要的原因是煤外在水分太高，一般外在水分超过8% 时堵煤常常发生，因此设置足够大的干煤棚，是防止堵煤的非常重要的措施此外煤仓的倾角，内衬材料，下料口的形状，落煤管结构，输送风的设置等对堵煤都有影响此问题后面还会详述 给煤的另一个问题是密封问题，为了使给煤进入床层，一般给煤点离布风板高度都不到2m，此处锅炉往往有正压。

在锅炉容量较小，分离效率较低时，可以靠提高炉膛负压，提高给煤点标高或降低料层等来保持给煤点处的负压但随着锅炉容量增大，分离效率提高，炉内正压很高，给煤点附近可达1000甚至2000Pa，此时要再形成负压，整台锅炉的负压增加很多，除加大电耗外，也增加了漏风但给煤点正压的存在，使炉烟反窜，不但污染环境，如用皮带给煤机还可能烧坏为此必须将给煤机密封，并在其中通入密封风该风一般由一次风机出口接来，使给煤机中保持一定的压力，此压力必须高于炉内给煤口处的压力，阻止烟气反窜正压给料必须有可靠的隔离装置，以便给煤机故障时可不停炉修理2.1.1.1.螺旋给煤机 螺旋给煤机结构简单，最初用于鼓泡床直接将煤送入密相床，是中小锅炉常用的给煤机它的优点是自密封性好，可不用密封风，但输送距离长而量大时，由于其结构限制不太适用另外，由于是挤压输送，其磨损严重，少则一两个月，多则半年，必须更换螺旋，还容易发生卡塞，目前在大型循环流化床锅炉上已很少采用2.1.1.2 刮板给煤机刮板给料机相对螺旋给料机而言，可以输送距离长，与皮带相比也不易因烟气反窜而烧坏，它也有磨损，但较螺旋轻刮板轴有时因刮板、链条带煤也会卡塞，但很少出现。

它无自密封功能，其可靠性优于螺旋而不如皮带2.1.1.3皮带给料机 最初皮带给料机因易被反窜的烟气烧坏，故只用于鼓泡床的负压给煤由于负压给煤燃烧效率较低，故很长一段时间流化床锅炉不用皮带给煤机由于锅炉容量的增大，给煤量也大，输送距离也长，因此，皮带给料机在大型锅炉中逐渐取代螺旋和刮板它可靠性高，距离不受限制，可以称量，唯一要注意的是防止烟气反窜因此给煤机必须密封，并在其中通入密封风2.1.1.4 落煤管 落煤管是给煤机和锅炉之间的连接通道，看起来很简单但对锅炉的可靠性和经济性都有很大影响给煤管内也经常发生堵煤，在给煤管的后方有输煤风，它防止下落的煤粘附在斜管上，它也有减少下落煤的冲力、减轻磨损的作用在落煤管的下端还有播煤风，它将煤均匀播散入炉内，加强混合以提高燃烧效率2.1.1.5 返料管内给煤 有不少大型循环流化床锅炉，尤其是国外奥斯龙技术的锅炉，给煤常常直接由给煤机进入返料管的斜管上，煤和返料混合后进入炉内这种给煤方式，煤预先与高温灰混合，对提高燃烧效率有利这仅是定性分析，并无实验数据比较这种给煤方式给煤输送路线长，且返料。