1、循環流化床鍋爐設備及系統,1,PPT學習交流,第三章 循環流化床鍋爐的燃燒與傳熱,第一節循環流化床鍋爐燃燒的特點 第二節循環流化床鍋爐中煤顆粒的燃燒過程 第三節循環流化床鍋爐的燃燒區域與燃燒份額 第四節影響循環流化床鍋爐燃燒的因素 第五節循環流化床鍋爐的傳熱分析 第六節循環流化床鍋爐的傳熱研究與計算,2,PPT學習交流,第一節循環流化床鍋爐燃燒的特點,一、循環流化床鍋爐的主要特征 1.燃燒過程 = 鼓泡流化床（湍流、快速）+ 氣力輸送 2.燃燒顆粒不斷送回床層循環燃燒 3.物料和燃料粒徑d鼓泡床,3,PPT學習交流,二、循環流化床鍋爐燃燒的特點,1.鼓泡流化床燃燒特點 （1）低溫：850950

2、低于DT約100200避免結渣和破壞燃燒條件 強化燃燒：qV、qA高 （2）爐內溫差較大（沿爐膛高度方向） 密相區：煤粒多，燃燒放熱大， 為防止料層溫度過高而結焦， 需敷設埋管吸熱 稀相區：物料濃度低,4,PPT學習交流,二、循環流化床鍋爐燃燒的特點,1.鼓泡流化床燃燒特點 （3）燃料適應性強 密相區積累的大量灼熱物料利于燃料的迅速著火和穩定燃燒 （4）燃燒效率較低 寬篩分燃料中，大顆粒爐內停留時間長， 小顆粒燃料停留時間短，被煙氣帶出燃 燒室，造成飛灰中可燃物含量增大,5,PPT學習交流,二、循環流化床鍋爐燃燒的特點,2.循環流化床鍋爐燃燒特點 （1）燃燒效率比較高 氣固相間密切接觸發生流態

3、化燃燒反應，且有大量顆粒返混 絕大部分高溫顆粒送回爐內再次參與燃燒，燃料顆粒在爐內的燃燒時間 R燃燒效率 大量未燃盡顆粒的循環燃燒提高了燃料顆粒的燃盡度 鍋爐設計和運行調整合理,6,PPT學習交流,二、循環流化床鍋爐燃燒的特點,2.循環流化床鍋爐燃燒特點 （2）燃料適應性極好 “蓄熱池”有足夠熱量加熱新燃料而不致引起爐內溫度大的變化 新燃料爐內停留時間遠大于其燃盡所需時間 （3）煤的清潔燃燒（循環流化床最主要特點） 脫硫爐內加入石灰石粉或其他脫硫劑 脫硝爐膛下部采用欠氧燃燒和二次風分段給入 燃燒份額分配更合理，爐內溫度場更均勻,7,PPT學習交流,第二節煤顆粒的燃燒過程,一、循環流化床中煤的燃

4、燒過程（一定寬度篩分固體燃料燃燒復雜） （1）涉及到氣固兩相流體的流動、熱量和質量的傳遞、化學反應以及若干相關的物理化學現象 （2）眾多影響因素 燃料本身特性：揮發份含量、反應活性、顆粒粒徑分布 流化狀態、氧氣擴散條件、溫度 （3）氣固兩相流中燃料顆粒的燃燒燃料顆粒與顆粒、燃料顆粒與床料顆粒形成的“群體”燃燒，與流動特性密切相關 （4）煤顆粒燃燒過程（定性） 顆粒被加熱和干燥 揮發份的析出和燃燒 煤顆粒膨脹和破裂（一級破碎） 焦炭燃燒和再次破裂（二級破碎）,8,PPT學習交流,二、煤顆粒的加熱和干燥,1.新鮮給煤進入床內，立即被大量灼熱物料包圍并被迅速加熱到接近床溫受到加熱、蒸發水分并被烘干

5、2.dp加熱速率下加熱時間,9,PPT學習交流,三、揮發份的析出和燃燒,1.V析出過程 煤顆粒因受高溫物料加熱分解并產生大量氣態可燃物質 2.V析出階段 第一穩定析出階段：500600 第二穩定析出階段：8001000 3.影響V含量和組成成分的因素 煤種、dp分布、加熱速率、初始T、 最終T及其下的停留t、析出時的P 4.影響V析出時間的因素 煤質、顆粒尺寸、床溫、 煤顆粒加熱時間,10,PPT學習交流,三、揮發份的析出和燃燒,5.V析出后達到著火溫度即燃燒 細煤顆粒：析出極快，迅速將細煤顆粒包圍燃燒，產生擴散火焰，燃燒所需時間很短 大顆粒：析出慢，爐內摻混過程慢影響因素：物料分布和流動 6

6、.V析出與燃燒過程（110s） 在氧和未燃揮發分邊界上進行，由界面處揮發分和氧的擴散控制 煤顆粒擴散火焰位置取決于氧的擴散速率和揮發分析出速率 7.V析出、燃燒對煤顆粒著火性能的改善 煤顆粒受熱揮發分析出、燃燒又加熱煤顆粒顆粒溫度迅速升高利于著火 改變煤顆粒空隙結構，改善焦炭的燃燒反應,11,PPT學習交流,四、焦炭的著火與燃盡,1.定義揮發分析出后剩下的固體物質 2.燃燒過程（比較復雜） O2到達顆粒表面在焦炭（多孔顆粒，總面積大）表面與C發生氧化反應CO2和CO 3.焦炭燃燒工況 （1）動力控制燃燒 a. 受化學反應速率控制（O2擴散速率） b. 發生在啟動過程（T低，化學反應速率也低）及

7、細顆粒燃燒（擴散阻力很小） （2）擴散控制燃燒 a. 受擴散速率控制（化學反應速率） b. 常見于大顆粒焦炭和高溫 （3）動力擴散控制燃燒（過渡控制燃燒） a. 化學反應速率 = 擴散速率 b. 常見于鼓泡和中等dp焦炭、細顆粒 （4）循環流化床內焦炭燃燒過程 焦炭顆粒縮小氣固傳輸速度增加擴散控制動力控制動力控制,12,PPT學習交流,炭顆粒周圍發生的一系列反應方程式,13,PPT學習交流,五、煤顆粒的膨脹、破裂和磨損,1.定義 （1） 膨脹、破裂 熱爆性強的煤種，在爐內被加熱干燥、析出V的同時會發生，甚至會再次爆裂 （2） 磨損 煤顆粒在運動中顆粒間存在相互碰撞摩擦等 機械作用，從較大顆粒表

8、面撕裂和磨損下來許多微小 顆粒 （3） 一級破碎 煤顆粒中析出的V在顆粒內部產生高壓而使顆粒產生破裂 （4） 二級破碎（只在V析出后） 焦炭處于動力控制燃燒或動力擴散燃燒工況，焦炭內部小孔增加，連接力消弱，若氣動力大于連接力，焦炭會破裂產生碎片顆粒 （5） 滲透破裂 煤顆粒處于動力控制燃燒工況，整個焦炭均勻燃燒，所有內部化學鍵急劇瓦解斷裂，同時產生破裂,14,PPT學習交流,15,PPT學習交流,16,PPT學習交流,五、煤顆粒的膨脹、破裂和磨損,2.煤破裂對鍋爐性能的影響 （1）偏離設計工況，影響鍋爐運行 煤dp分布顯著改變物料揚析夾帶、傳熱、密相區和稀相區燃燒份額 （2）不完全燃燒熱損失

9、磨損產生的細小顆粒不易從煙氣中分離 （3）利于煤顆粒燃燒燃盡，提高鍋爐效率 焦炭顆粒表面“灰殼”去除（磨損作用） （4）有燃燒的磨損（燃燒輔助磨損） 3.影響因素 （1）磨損：顆粒表面結構特性、機械強度及外部操作條件 （2）破裂 a. 擠壓力（高溫顆粒群） b. 熱應力（大顆粒內部T分布不均） c. 壓力波動（氣泡和顆粒團上升）,17,PPT學習交流,第三節燃燒區域與燃燒份額,18,PPT學習交流,一、循環流化床鍋爐的燃燒區域,1.爐膛下部密相區（二次風口以下） 特點 充滿灼熱物料的大“蓄熱池”，穩定的著火源，還原性氣氛 燃燒過程 一次風將新給入燃料和未燃盡焦炭流化燃料V析出，煤顆粒部分燃燒

10、運行操作 負荷一次風/二次風輸送較多高溫物料到爐膛上部區域燃燒，參與熱、質交換 低負荷停二次風,19,PPT學習交流,一、循環流化床鍋爐的燃燒區域,2.爐膛上部稀相區（二次風口以上） FC和部分V富氧狀態燃燒 燃燒反應主要發生區域 返混等現象延長了焦炭顆粒 在爐內的停留t，利于燃盡 燃燒區域很大,20,PPT學習交流,一、循環流化床鍋爐的燃燒區域,3.高溫循環灰分離器區 未燃盡顆粒，停留時間短且 O2濃度低，燃燒份額小 部分CO和揮發份燃燒， 燃燒份額有所增加,21,PPT學習交流,一、循環流化床鍋爐的燃燒區域,4.不同焦炭顆粒的主要燃燒區域 50m1mm密相區；稀相區；夾帶送回 粗顆粒停留t

11、長，燃盡度高，爐渣（C低）排出,22,PPT學習交流,二、循環流化床鍋爐的燃燒份額,1.循環流化床燃燒份額的概念 （1）定義 爐內每一燃燒區域中燃料燃燒量 / 燃料總燃燒量 （2）表示方法（反映了能量平衡） 燃料在各燃燒區域內所釋放的熱量 / 燃料總發熱量 （3）燃燒份額分布求取方法 國外計算 國內經驗 （4）密相區燃燒份額（影響料層溫控、爐內傳熱、連續安全運行爐內高溫結渣） + 稀相區燃燒份額 = 1,23,PPT學習交流,二、循環流化床鍋爐的燃燒份額,2.燃燒份額分布的主要影響因素 （1）煤種 V含量高，爐膛上部釋熱多；否則在爐膛下部 （2）dp和燃料篩分 相同u0下，小dp在密相區燃燒份

12、額小（揚析到稀相區） （3）u0 u0同樣dp的煤顆粒在密相區燃燒份額 （4）Gh（影響爐內熱量分配） R循環細顆粒傳熱量和從密相區帶走的熱量，利于熱量平衡；細顆粒循環再燃機會，燃燒效率,24,PPT學習交流,二、循環流化床鍋爐的燃燒份額,2.燃燒份額分布的主要影響因素 （5）過量空氣系數 O2濃度床內含C量揚析到上部的C燃燒量增加不明顯，甚至下降 （6）床溫 T焦炭反應速率、氣體擴散速度密相區燃燒份額稍有上升 TV釋放速率、FC燃燒速率密相區上部燃燒份額明顯整體燃燒量 （7）一、二次風配比 氣泡相、乳化相傳質阻力限制密相區燃燒份額 一次風比例 配比與燃料性質有關 調整一次風比例即可調節密相區

13、燃燒份額 （8）循環灰分離器效率（直接影響） 分離效率密相區燃燒份額 分離效率過低無法形成大循環量密相床超溫,25,PPT學習交流,第四節影響燃燒的因素,一、燃煤特性 二、布風裝置和流化質量 三、給煤方式 四、床溫 五、床體結構和飛灰再燃 六、運行水平,26,PPT學習交流,一、燃煤特性,1.V含量 （1）結構較松軟，V含量較高（煙煤、褐煤、油頁巖） 熱解析出V，煤顆粒成多孔松散結構，O2向顆粒內擴散和產物向外擴散阻力小，燃燒速率較高 （2）結構密實，V含量少（無煙煤、石煤） 熱解時化學鍵不易破裂，V不易析出，O2難以向內擴散，燃燒速率較低 （3）V含量少，灰分高，含C量低（劣質煤） 煤粒表面

14、燃燒后形成一層堅硬灰殼，阻礙產物向外和O2向內擴散，燃盡困難 2.不同燃料的焦炭物理性質 （1）“不焦結”燃料粉末狀 未燃盡即被帶出爐膛，若分離器效率不高，飛灰含C 量增加，加大機械不完全燃燒熱損失 （2）“弱焦結性”燃料松散焦塊 （3）“強焦結性”燃料堅硬焦塊,27,PPT學習交流,一、燃煤特性,3.發熱量 （1）若燃煤發熱量比設計值低得多，會使密相區T偏低而影響燃燒 （2）對策：密相區少布置受熱面 4.灰熔點 （1）危害 煤發熱量降低、影響著火和燃燒、污染受熱面、影響傳熱、增加磨損 （2）若達到灰的ST，易結渣難以維持正常流化態，無法保證有效燃燒，甚會被迫停爐 5.dp （1）對煤顆粒燃燒

15、 dp炭粒A燃燒速率；延長燃盡t （2）對單位重量燃料dp顆粒數總A燃盡t燃燒速率加快 （3）提高燃燒效率的措施 降低揚析情況下適當減少dp，縮小篩分范圍,28,PPT學習交流,二、布風裝置和流化質量,1.布風裝置（布風板、風帽及風室等）的要求 配風均勻以消除死區和粗粒沉積，保證底部流化良好 進入床層的空氣還要形成氣流，以減小初始氣泡直徑 2.提高燃燒效率有效途徑 合理的布風結構減小氣泡尺寸、 改善流化質量、減少細顆粒帶出量 3.提高流化質量的手段 采用小d風帽、合理布置風帽數 和排列方式，設計良好等壓風室,29,PPT學習交流,三、給煤方式,1.燃料加入要求 在整個床面上播撒均勻， 防止局部

16、C負荷過高造成局部缺氧 2.對策 給煤點分散布置，給煤量不宜 集中加入 3.缺點 給煤點數量太多，給煤系 統復雜化，運行可靠性降低 4.原因 煤熱解，V析出、燃燒消耗O2，給煤口附近缺氧細顆粒無法燃燒，隨上升氣流進入稀相區若無足夠停留t飛灰不完全燃燒損失,30,PPT學習交流,四、床溫,1.特點 提高床溫利于提高燃燒速率和 縮短燃盡t（V析出速率和C反應速 率隨之增大） 2.床溫限制 煤的變形溫度（DT）850950 脫硫最佳反應溫度850870 3.稀相區溫度（850900） 原因：保證送回爐膛的細顆粒中 FC可著火、燃燒 措施：根據熱量平衡，適當布置受熱面,31,PPT學習交流,五、床體結

17、構和飛灰再燃,1.床體結構對燃燒效率的影響 流化質量 顆粒在爐膛內的停留t 2.床體結構設計 原則：合理組織氣流，可燃物 與空氣充分混合、攪拌以利于 細顆粒的重力分離 鼓泡床實例：擴大懸浮段面積， 降低煙速，延長細顆粒懸浮t 增大爐體結構尺寸,32,PPT學習交流,五、床體結構和飛灰再燃,3.改善和提高循環流化床燃燒的措施 內循環：設計中適當減少稀相區斷A達到一定u0、p顆粒“環核”流動延長停留t 外循環：采用分離性能好的高、中溫循環灰分離器 4.改善和提高鼓泡床燃燒的措施 加裝飛灰回燃裝置 懸浮段上部用水冷管構成臥式旋風筒收集飛灰 懸浮段出口設置U形分離燃盡段,33,PPT學習交流,六、運行

18、水平,根據負荷和煤質變化，隨時調整燃燒工況，保證正常床溫和合理風煤比，調整一、二次風比例，組織好密、稀相區燃燒，保證飛灰回送裝置正常運行降低氣、固不完全燃燒損失,34,PPT學習交流,第五節傳熱分析,一、循環流化床的主要傳熱過程 二、循環流化床傳熱的基本方式 三、循環流化床鍋爐床層與受熱面之間的傳熱 四、影響循環流化床鍋爐爐內傳熱的主要因素,35,PPT學習交流,一、循環流化床的主要傳熱過程,1.傳熱方式（爐內、爐外） 氣體與固體顆粒、顆粒間 床層與水冷壁 床層與爐內埋管 外置式換熱器中鼓泡床層與埋管 循環灰分離器或氣體一次分離器內 2.爐內傳熱機理比較 煤粉：輻射換熱，爐膛溫度高 循環：對流 + 輻射換熱 3.循環流化床傳熱過程 氣體與固體顆粒（氣、固間滑移v大，熱邊界層薄，傳熱熱阻小）以及顆粒間（頻繁碰撞導致熱邊界層薄） 床層與受熱面：顆粒對流（導熱）、氣體對流、輻射,36,PPT學習交流,二、循環流化床傳熱的基本方式,1.顆粒對流換熱 （1）主要特征：固體顆粒聚集成團 （2）熱量傳遞方式 顆粒團經過氣膜熱傳導 直接碰撞導熱 （3）爐內傳熱主要方式的條件： dp=401000m 2.氣體對流換熱 主要在稀相區，上