循环流化床锅炉中煤粒的燃烧课件

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1、第三章循环流化床锅炉中煤粒的燃烧65第三章循环流化床锅炉中煤粒的燃烧第三章循环流化床锅炉中煤粒的燃烧3.1循环流化床锅炉中煤粒的燃烧过程加入流化床的煤粒将经过如下过程：干燥和加热；挥发分析出和燃烧；膨胀和一级破碎;焦炭燃烧和二级破碎、磨损。图3-1定性地给出了煤粒燃烧所经历的各个过程。哼"为界XiJi工3.1.1干燥和加热电G户%/-L期送出用H当新鲜煤粒被送入流化床后立即被大量灼热收"图3-1煤粒燃烧所经历的各个过程的床料所包围并被加热至接近床温，加热速率在100~1000C/s的范围。影响加热速率的因素不少,其中之一为煤的粒度，粒度大则加热速率小。3.1.2挥发分

2、析出及燃烧挥发分析出过程是指煤分解并产生大量气态物质的过程。挥发分由多种碳氢化合物组成，并在不同阶段析出。挥发分的第一个稳定析出阶段大约发生在温度500~600C的范围内。第二个析出阶段则在温度800~1000C的范围内。实际上挥发分析出和燃烧是重叠进行的，很难把两个过程的时间区分开来。因此，较有实际意义的方法是测试挥发分析出和燃烧时间。1980年Pillai对12种不同的煤在鼓泡流化床中的挥发分火焰持续时间进行了测试，得出了挥发分析出燃烧时间和煤的初始直径间的经验公(3-1)式：tv=ad0式中tv——挥发分析出燃烧时间，s；dp煤的初始直径，mm;p——指数，在0

3、.32~0.8之间；a——常数，与Tb3.8成反比，在0.22~22之间。挥发分燃烧在氧和未燃挥发分的边界上呈扩散火焰，燃烧过程通常是由界面处挥发分和氧的扩散所控制的。对于煤粒，扩散火焰的位置是由氧的扩散速率和挥发分析出速率所决定的。氧的扩散速率低，火焰离煤粒表面的距离就远。对于粒径大于1mm的大颗粒煤，挥发分析出时间与煤粒在流化床中的整体混合时间具有相同的量级。因此，在循环流化床锅炉中，在炉膛顶部有时也能观察到大颗粒煤周围的挥发分燃烧火焰。65第三章循环流化床锅炉中煤粒的燃烧3.1.1煤粒在流化床中的破碎特性破碎特性是煤粒在进入高温流化床后其粒度发生急剧减小的一种性

4、质。煤粒破碎的直接结果是在煤粒投入床内后很快形成大量的细小粒子，特别是一些可扬析粒子的产生会影响锅炉的燃烧效率。此外，煤粒的破碎也显著改变了给煤的粒度分布。单用原始的燃料粒度分布预计煤的燃烧过程，会偏离实际情况。煤粒的破碎会使流化床内的燃烧热分配（即密相区的燃烧份额和稀相区的燃烧份额）偏离设计工况，进而影响到流化床锅炉的运行。因此，了解煤粒在高温流化床中的破碎特性具有现实意义。Massimilla等人发现了煤粒破碎在流化床燃烧系统中的重要性，并提出了“一级破碎”的概念，即认为一级破碎是由于挥发分逸出产生的压力和孔隙网络中挥发分压力增加而引起的。而Sundback等人根

5、据他们对单颗燃料粒子破碎特性的研究结果进一步提出了“二级破碎”的概念，即二级破碎是由于作为颗粒的联结体一一形状不规则的联结“骨架”（类似于网络结构）被烧断而引起的破碎。流化床中破碎和磨耗主要是由机械和热力两种因素造成的。机械影响是指碰撞和磨损，如煤颗粒之间；煤颗粒与床料（砂、灰石灰石等）；煤颗粒与流化床炉膛壁面；煤颗粒与床内受热面；由于床内煤的数量较少（1~2%）,因此煤颗粒之间的碰撞和磨损机率较小。热力影响是指由于化学反应而发生的许多化学变化（热解）和物理变化（破碎和磨耗）时，等温和非等温热分解引起的热力影响，所有这些都取决于床温、加热速率、煤质、煤颗粒尺寸、时间、

6、压力、流化速度和。2浓度等。简单地讲，煤颗粒在流化床内的爆裂特性是指煤粒在进入高温流化床后，其粒度发生急剧减小的一种性质。而就流化床内粒度变化而言，引起的因素除爆裂外，还有颗粒与剧烈运动的床层间磨损以及颗粒与埋管受热面的碰撞等。事实上，对爆裂和磨耗很难确切区分，磨耗就其本质而言是一种缓慢的破碎过程，它着重于固体颗粒间的机械摩擦作用，作用的结果是颗粒表面粗糙不平的物质以磨耗细小颗粒形式分离，因此影响颗粒磨耗的主要因素是颗粒表面的结构特性、机械强度以及外部操作条件等，磨耗的过程贯穿于整个燃烧过程。而燃料颗粒的爆裂则主要是自身因素引起的使粒度变化的过程，并且具有短时间内快速

7、改变粒度的特点。煤粒在进入高温流化床后，受到炽热床料的快速加热，首先是水分蒸发，然后当煤粒温度达到热解温度时，煤粒发生脱挥发分反应，由于热解的作用，颗粒物理化学特性发生急剧的变化，对有些高挥发分煤，热解期间将伴随一个短时发生的拟塑性阶段，即颗粒在热解期间经历了固体转化为塑性体，又由塑性体转化为固体的过程。对于大颗粒煤来讲，由于温度的不均匀性，颗粒表面部分最早经历这一转化过程，即在颗粒内部转化为塑性体时，颗粒外表面可能已经固化。因此，随着热解的进行以及热解产物的滞留作用，颗粒内部将产生明显的压力梯度，一旦压力超过一定值，已固化的颗粒表层可能会崩裂形成破