循环流化床燃烧与炉内传热

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1、第三章         循环流化床燃烧与炉内传热 燃烧与炉内传热是循环流化床锅炉运行时的两大基本过程，通过燃烧才能把燃料的化学能转变为热能，通过传热才能把热量传递给工质，产生一定量的参数符合要求的蒸汽。但循环流化床锅炉的燃烧和传热与链条炉及煤粉炉有很大的不同，正是这些不同造成了循环流化床锅炉燃烧与传热的独有特点。本章将分别介绍煤粒在循环流化床锅炉中的燃烧过程、循环流化床中的燃烧区域、影响燃烧的因素，以及循环流化床的炉内传热机理、影响传热的因素等内容。 第一节循环流化床燃烧的特点 循环流化床燃烧技术是在沸腾炉（鼓泡床）

2、基础上发展起来的新一代燃烧技术，它与鼓泡床燃烧既有区别又有联系。因此在介绍循环流化床锅炉煤燃烧技术之前应首先了解鼓泡床燃烧的一些特点。一、鼓泡床燃烧特点鼓泡流化床燃烧具有低温、强化燃烧的特点。鼓泡床中的温度一般在850～1050℃范围内，这个温度比层燃、煤粉燃烧炉膛内的温度低，一般低于煤的灰渣变形温度100～200℃。如果温度超过灰的变形温度，则会出现大面积结渣，流化床燃烧条件就会被破坏。鼓泡床的容积热强度相当于链条炉的5倍，面积热强度相当于链条炉的3～4倍。低温、强化燃烧的特点使鼓泡床锅炉具有燃料适应性强、能降低污

3、染、炉渣可综合利用等优点。鼓泡床本身是一个积累了大量灼热床料、蓄热容量很大的热源，有利于燃料的稳定、迅速着火和燃烧。如10t/h小鼓泡流化床锅炉积累了2～2.5t床料，35t/h鼓泡流化床锅炉积累了6～8t床料。床料中95%以上是灼热的惰性灰渣，可燃物含量在5%以下。即使燃用低热值的煤时，每秒钟新加入床内的煤粒还远小于灼热床料的1%。这些灼热的床料并不与新加入的燃料争夺氧气，却提供了一个丰富的热源，将新加入的煤粒迅速加热，使之析出挥发分并稳定地着火燃烧。煤粒中的挥发分和固定碳燃烧后所释放的热量，其中一部分又用来加热床

4、料，使炉内温度始终保持在一个稳定的水平。所以，流化床燃烧对燃料的适应性强，不仅能烧优质燃料，而且能烧各种劣质燃料，包括灰分高达80%的石煤、水分高达60%的褐煤和洗煤矸石、煤泥等。鼓泡流化床锅炉绝大多数采用宽筛分的煤粒，颗粒一般相对较粗，最大粒径可达30mm，而且鼓泡床锅炉流化速度一般不大于3m/s。因此燃煤进入炉床后，基本沉集在炉膛下部与热床料混合加热沸腾燃烧。由于煤颗粒大而重，不易吹浮于炉膛出口被烟气带走，只有在床内沸腾或悬浮于炉膛上部燃烧。这部分煤粒在炉内停留时间较长，可以燃尽，变成冷灰(炉渣)，最后从溢流口排

5、出。鼓泡床锅炉燃煤颗粒直径尽管相对较大，但是原煤中必然含有一部分细小颗粒。另外，煤经破碎机破碎后也将产生一定量的小颗粒。这些细小颗粒送入炉内后停留时间很短就被烟气携带出燃烧室。对于那些不易着火和燃尽的燃料，这部分细小颗粒很难燃尽，因此会降低锅炉的燃烧效率，使飞灰中可燃物含量增大。当布风板面积和静止料层高度一定时，燃用低热值煤给煤量越大，平均停留时间越短，导致灰渣中固体不完全燃烧损失加大。在相同热负荷时，燃用高热值优质煤，给煤量小，煤粒在床内平均停留时间长，较粗煤粒在密相层可充分燃烧。鼓泡床锅炉炉内温度场沿水平方向比较

6、均匀，而沿炉膛高度方向温差很大，由于大部分煤粒在炉膛下部燃烧，放出绝大多数热量，为了吸收这部分热量，防止料层温度过高而结焦，在床内布置有埋管。鼓泡床锅炉炉膛下部床内温度一般控制在1050℃以内，上部由于处于稀相区，物料浓度低，与炉床温度一般相差100～200℃，运行中如果调整不当，可能相差更大。二、循环流化床燃烧特点图3-1 图3-1循环流化床锅炉工作原理示意图 二次风 给煤 分离器 流化风 一次风 排渣 烟气  循环流化床锅炉与鼓泡床不同，由于流化速度的增大，炉内的气固两相的动力特性发生变化，不再是鼓泡床流化状态，

7、而进入湍流床和快速床流化状态。为了减小固体颗粒对受热面的磨损，床料和燃料粒径一般比鼓泡床时小得多，这样在高的流化速度（一般在5～8m/s）下，即在湍流床或快速床工况下，绝大多数的固体颗粒能被烟气带出炉膛。这时，若在炉膛出口布置一物料分离器，把固体颗粒分离下来并返送回炉床内再燃烧，如此反复循环，就形成了循环流化床，如图3-1所示。与鼓泡床相比，循环流化床燃烧有如下特点：1、燃烧效率高循环流化床燃烧技术的最大特点是燃料通过物料循环系统在炉内循环反复燃烧，使燃料颗粒在炉内的停留时间大大增加，直至燃尽，从而提高了燃烧效率。但

8、是，绝大部分的循环流化床锅炉，均采用宽筛分床料和燃料，在实际运行中，较大颗粒和细小微粒(＜70)并未参加循环，不过这仅仅是极少量的。如某台220t/h循环流化床锅炉每小时循环回炉内的物料量达500～550t，对于高倍率的锅炉甚至超过15OOt。理论上讲，大煤粒在循环流化床锅炉炉内燃尽是不存在问题的，尽管它们的燃尽时间需要很长，如平均直径是2mm