流化床锅炉基础和应用

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1、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

2、，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

3、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，

4、因此企图改变温度来改变热系数，实用意又不大。32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25～40Kcal/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～

5、350Kcal/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

6、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

7、用量。1.3.3可有效控制NOx排放。32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100～200ppm。1．3.4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