循环流化床炉六大特点

更新时间:2016-06-28 14:16点击次数:字号:T|T

文章摘要:循环流化床炉六大特点

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现依据我国近几年来出书的关于循环流化床炉理论规划与运转中有关循环流化床炉的原理、特色、发动和运转等方面的状况介绍如下:

一、 循环流化床炉的作业原理:

(一) 流态化进程: 当流体向上活动流过颗粒床层时,其运转状况是改动的。流速较低时,颗粒停止不动,流体只在颗粒之间的缝隙中经过。当流速添加到某一速度以后,颗粒不再由散布板所支持,

而悉数由流体的摩擦力所承托。此刻关于单个颗粒来讲,它不再依托与别的附近颗粒的接触面坚持它的空间方位。相反地,在失去了曾经的机械支承后,每个颗粒可在床层中自在运动;就悉数床层面言,

具有了很多相似流体的性质。这种状况就被称为流态化。颗粒床层从停止状况转变为流态化时的最低速度,称为临界流化速度。

流化床相似流体的性质首要有以下几点

(1)在任一高度的停止近似于在此高度以上单位床截面内固体颗粒的分量。

(2)不管床层怎么倾斜,床外表老是坚持水平,床层的形状也坚持容器的形状;

(3)床内固体颗粒能够像流体相同从底部或旁边面的孔口中排出;

(4)密度高于床层表调查的物体化床内会下沉,密度小的物领会浮在床面上;

(5)床内颗粒混合杰出,颗粒均匀涣散于床层中,称之为“散式”流态化。

因而,当加热床层时,悉数床层的温度根本均匀。而通常的气、固身形化,气体并不均匀地流过颗粒床层。一有些气体构成气泡经床层短路逸出,颗粒则被分红集体作湍流运动,床层中的空隙率方位和时刻的不相同而改动,因而这种流态化称之为“聚式”流态化。煤的焚烧进程是一个气、固流态化进程。

二、循环流化床的原理和特色:

循环流化床在不相同气流速度下固体颗粒床层的活动状况也不相同。跟着气流速度的添加,固体颗粒分别出现固体床、鼓泡流化床、湍流流化床和气力输送状况。循环流化床的上升期间通常运转在疾速流

化床状况下,疾速流化床流体动力特性的构成对循环流化床是至关主要的,此刻,固体燃料被速度大于单颗燃料的终端速度的气流所流化,以颗粒团的办法上下运动,发生高度的返混。颗粒团向各个方向

运动,并且不断构成和崩溃,在这种流体状况下气流还可带着必定数量的大颗粒,虽然其终端速度远大于截均匀气速。这种气、固运转办法中,存在较大的气、固两相速度差,即相对速度,循环流化床由

疾速流化床(上升段)气、固燃料别离设备和固体燃料回送设备所构成。

循环流化床的特色可纳如下:

(1)不再有鼓泡流化床那样的界面,固体颗粒充溢悉数上升段空间。 
(2)有强力的燃料返混,颗粒团不断构成和崩溃,并向各个方面运转。

(3)颗粒与气体之间的相对速度大,且与床层空隙率和颗粒循环流量有关。

(4)运转流化速度为鼓泡流化床的2-3倍。

(5)床层压降随流化速度和颗粒的质量流量而改动。

(6)颗粒横向混合杰出。
(7)激烈的颗粒返混,颗粒的外部循环和杰出的横向混合,使得悉数上升段内温度散布均匀。

(8)经过改动上升段内的存料量,燃料在床内的停留时刻可在几分钟到数子时规模内调理。

(9)流化气体的整体性状呈塞状流。

(10)流化气体依据需求可在反响器的不相同高度参加。

三、流化床燃料设备的首要类型:

流化床操作起初首要用在化工范畴,自60年代开端,流化床被用于煤的燃料,并且很快成为三种首要燃料办法之一,即固定床燃料(层燃),流化床燃料和悬浮焚烧(煤粉焚烧)流化床焚烧进程的理论

和实习也大大推动了流态化学科的开展,如今流化床焚烧已成为流态化的首要应用范畴之一,愈来愈得到人们的注重。 
流化床焚烧设备按流体动力特性可分为鼓泡流化床锅炉,和循环流化床炉,按作业条件分又可分为常压和增压流化床锅炉,这么流化床焚烧锅炉可分为常压鼓泡流化床锅炉,常压循环流化床炉,增压

鼓泡流化床锅炉和增压循环流化床炉正在工业演示期间。

(四)循环流化床炉的特色:

(1)循环流化床炉的作业条件:项目数值项目数值温度(℃)850-950床层压降KPa11-12 流化速度(m/s)4-6炉内颗粒浓度kg/m3150-600炉膛底部床料粒度(μm)100-700 10-40炉膛上部床料密度(kg/m3)1800-2600Ca/s 摩尔比1.5-4 燃料粒度(mm)<12壁面传210-250 脱硫剂粒度(mm)1摆布

(2)循环流化床炉的特色:循环流化床炉可分为两个部份,第一部份由炉膛(块速流化床)气,固物料别离设备,固体物料再循环设备,(旋风份离器)等构成,上述有些构成了一个固体物料循环回路。第二部份为对流烟道,安置有过热器,再热器,省煤器和空气予热器等。典型循环流化床炉焚烧体系,焚烧所需的一、二次风分别从炉膛的底部和炉膛侧墙送入,燃料的焚烧首要在炉膛中完结,炉膛附近安置水冷壁,用于吸收燃料所发生的有些热量,由气流带出炉膛的固体物料在气、固体别离设备中被搜集并经过返料设备回来炉膛再焚烧循环流化床焚烧锅炉的根本特色:可概括以下:

1、低温的动力操控焚烧:循环流化床焚烧是一种在炉内使高速运转的烟气与其所带着的湍流扰动极强的固体颗粒密切接触,并具有很多颗粒返混的流态化焚烧反响进程,一起,在炉外将绝大有些高温的固体颗粒捕集,将这有些颗粒送回炉内再次参予焚烧进程,重复循环地安排焚烧。显然,燃料在炉膛内焚烧的时刻延伸了,在这种焚烧办法下,炉内温度水平因受脱硫最好温度限制,通常850℃摆布,这么的温度远低于通常煤粉炉中的温度水平(通常1300-1400℃),并低于通常煤的灰烤点(1200-1400℃),这就免去了灰熔化带来的各种烦恼。这种低温焚烧办法长处较多,炉内结渣,及碱金属,析出均比煤粉炉中要改进很多,对灰特性的敏感性减低,也无须用很大空间去使高温灰冷却下来,氮氧化合物生成量低。并可与炉内安排便宜而高效的脱硫技能。 
从焚烧反响动力学视点看,循环流化床炉内的焚烧反响操控在动力焚烧区(或过渡区)内。因为循环流化床炉内相对来说焚烧温度不高,并有很多固体颗粒的激烈混合,这种状况下的焚烧速率首要取决于化学反响速率,也就决定于焚烧温度水平,面焚烧物理要素不再是操控焚烧速率的主导要素,循环流化床炉内燃料燃尽度很高,通常,功能杰出的循环流化床炉焚烧率可达98-99%以上。

2、高速度、高浓度、高通量的固体物料流态化循环进程:循环流化床炉内的固体物料(包含燃料残炭,脱硫剂和慵懒床料等)经由炉膛,别离器和返料设备所构成的外循环。一起,循环流化床炉内的物料参于炉内、外两种循环运转。悉数焚烧进程的及脱硫进程都是在这两种办法的循环运转的动态进程中逐渐完结的。

3、高强度的热量、质量和运转传递进程:在循环流化床炉中,很多的固体物料化激烈湍流下经过炉膛,经过人为操作可改动物料循环量,并可改动炉内物料的散布规则,以习惯不相同的焚烧工况,

在这种安排办法下,炉内的热量、质量和动量传递是非常激烈的,这就使悉数炉膛高度的温度散布均匀,实习也充沛证实践这一点。

4、循环流化床炉与其它炉型相对比:通常固体燃料的焚烧可分为:层燃、流化床焚烧和紧浮焚烧,流化床焚烧又可分为鼓泡流化床和循环流化床焚烧。为了解循环流化床炉的长处以及需求进一步研讨处理的疑问,有必要对循环流化床炉与别的炉型炉进行对比。

(1)焚烧进程的对比:特征层燃炉循环流化床悬物焚烧炉燃料颗粒均匀直径(mm)<3000.05-0.10.02-0.08 燃料室区域风速(m/s)1-33-1215-30 固体运转状况停止大部份向上,有些向下向上床层与受热面传热系数w.m2.k50-150100-25050-100 磨损小中较小

(2)脱硫进程的对比:煤粉炉的喷钙脱硫是将钙基脱硫剂(如石灰石、白方石或消石灰)直接喷入炉内,在高温下脱硫剂大段烧进行如瓜反响: 500℃-900℃ CaCO3 CaO(S)+ CO2(g) 500℃-900℃ MgCO3·(OH2) CaO(S)+ MgO(S)+2 CO2(g) 500℃-900℃ Ca(OH2) Ca0(S)+ H2O(g) 1 在通常焚烧温度下,焚烧进程在不到200ms的时刻内就根本完结了(脱硫剂粒径为10μm摆布),脱硫剂焚烧后构成多孔的氧化钙颗粒,一旦脱硫剂焚烧生成CaCO,它就和反响成硫酸钙 2 CaO(S)+ SO2(g)+ O2(g) CaSO4(S)据煤粉炉喷钙实验,最好喷入温度为1100℃摆布,石灰石料度在8-10μm之间脱硫功率较佳,脱硫剂的使用率通常为20%,脱硫功率为50%。而循环硫化床锅炉的焚烧脱硫进程是将脱硫剂(石灰或白方石)送入炉内,然后与焚烧生成的二氧化硫气体反响,

到达脱硫意图。与煤粉炉相同,脱硫剂进入循环流化床炉后大段烧构成氧化钙,氧化钙再与二氧化硫气体反响。在循环流化床炉中,因为共同的规划和运转条件,悉数循环流化床炉的主循环回路运转在脱硫的最好温度规模内(850-900℃)。一起因为固体物料在炉内、外循环(经过别离设备和回送设备)脱硫剂在炉内的停留时刻大大延伸,通常均匀停留时刻可达数非常钟。此外,炉内激烈的湍流混合也非常有利于循环流化床炉焚烧脱硫进程在Ca/S为1.5-2.5时,脱硫功率通常可达90%,脱硫剂使用率可达50%,将比煤粉脱硫作用进步一倍。

(3)各种办法锅炉首要技能经济指标的对比: 锅炉类型 首要技能经济指标YG-35/39-M3 循环流化床炉BG-35/39-M 煤粉炉L-35/39-W/I 链条炉锅炉实践热功率(%)87.887.9650 燃料种类贫煤贫煤贫煤低位发热量(KJ/kg)217362200321736 锅炉耗煤量(kg/h)495948838707 锅炉耗标煤(kg/h)368436776468 辅机耗电总容量(KW)470587.1362.3 辅机耗电总容量折标煤(kg)100235145 总耗标煤(kg/h)387242186613 每吨汽耗标煤(kg)110.69109.25188.94 焚烧功率(%)98-9998-9988.1 负荷调理规模较巨细大对煤种改动的习惯性习惯了较单一煤种单一煤种操作保护水平通常高简略锅炉设备费(本体)(万元)82.689786.59 体系出资费(万元)245400200.7 锅炉钢材耗量(吨)157165186 二氧化硫排放量加石灰石可脱硫悉数排放悉数排放二氧化氮排放量生成少生成多生成较多飞灰排放量较大巨细 
注:锅炉出资按90年代初估价循环硫化床锅炉与别的型式锅炉对比

锅炉特性链条炉煤粉炉循环硫化床炉床高或燃料焚烧区高度m0.215-4027-45 截面风速m/s1.24-84-6 过剩空气系数1.2-1.31.2-1.251.15-1.3 截面热负荷MW/M20.5-1.53-54-6 煤的粒度过mm6-326以下0.1以下负荷调理比4.1 3:4.1 焚烧功率%85-9095-9999 NO2排放PPM400-60050-200400-600 炉内脱硫功率 低80-90 从上表可看出:循环硫化床锅炉显着优于别的型式的锅炉

五、循环硫化床锅炉的长处: 
长处:因为循环硫化床锅炉共同的流体动力特性和构造,使其具备有很多共同的长处,以下分别加的简述。

1 、燃料习惯性:这是循环流化床炉首要特性长处之一。在循环流化床炉中按分量计,燃料仅点床料的1%-3%,其它是不可燃的固体颗粒,如脱硫剂、灰渣或砂。循环流化床炉的特殊流体动力特性使得气、固和固与固体燃料混合非常好,因而燃料进入炉膛后很快与很多床料混凝土合,燃料被此速加热至高于看火温度,而一起床层温度没有显着下降,只需燃料热值大于加热燃料自身和燃料所需的空气至着火温度所需的热量,循环流化床炉不需求辅佐燃料而砂用任何质料。循环流化床炉既可用优异煤,也可烧用各种残次煤,如高灰分煤、高硫煤、高灰高硫煤、煤矸石、泥煤、以及油页岩、石油焦、炉渣树皮、废木材、废物等。

2、焚烧功率高:循环流化床炉的焚烧功率要比链条炉高得可达97.5-99.5%,可与煤粉炉相媲美。循环流化床炉焚烧功率高是因为下述特色:气、固混合杰出,焚烧速率高,特别是对粗粉燃料,绝大有些未燃尽的燃料被再循环至炉膛再焚烧,一起,循环流化床炉能在较宽的运转改动规模内坚持较高的焚烧功率。乃至燃用细粉含量高的燃料时也是如此。

3、高效脱硫:循环流化床炉的脱硫比其它炉型愈加有效,典型的循环流化床炉脱硫可达90%。与焚烧进程不相同,脱流反响进行得较为缓慢,为了使氧化钙(焚烧石灰石)充沛转化为硫酸钙,烟气中的二氧化硫气体有必要与脱硫剂有充沛长的接触时刻和尽可能大的反响面积。当然,脱硫剂颗粒的内部并不能彻底瓜,气体在焚烧区的均匀停留时刻为3-4秒钟,循环流化床炉中石灰石粒径通常为0.1-0.3mm,不管是脱硫剂的使用率仍是二氧化硫的脱除率,循环流化床炉都比别的锅炉优胜。 

4、氮氧化物(NO2) 排放低:氮氧化物排放低是循环硫化床锅炉一个非常吸引人的一个特色。运转经历标明,循环流化床炉的二氧化氮排放规模为50-150PPM或40-120mg/mJ。NO2排放低的因素:一是低温焚烧,此刻空气中的氮通常不会生成NO2,二是分段焚烧,按捺燃猜中的氮转化NO2,并使有些已生成NO2得到复原。

5、别的污染物排放低:循环流化床炉的别的污染物如:CO、HC1、HF等排放也很低。

6、焚烧强度高、炉膛截面积小炉膛单位截面积的热负荷高是循环流化床炉的首要长处之一。循环流化床炉的截面热负荷约为3.5-4.5MW/m2挨近或高于煤粉炉

7、给煤点少:循环流化床炉因炉膛截面积较大,一起杰出的混合和焚烧区域的拓展使所需的给煤点数大大削减,只需一个给煤点,也简化了给煤体系。

8、燃料预处理体系简略:循环流化床炉的给煤粒度通常小于12mm,因而与煤粉炉对比,燃料的制粉体系对比大为简化。此外,循环流化床炉能直接燃用高水分煤(水分可达30%以上)。当燃用高水分煤时,也不需求专门的处理体系。 
9、易于完成灰渣综合使用:循环流化床炉因焚烧进程归于低温焚烧,一起炉内优秀的燃尽条件,使得锅炉灰渣含碳量低,易于完成灰渣的综合使用。如灰渣作为水泥掺和料或做建筑材料,一起做温烧透也有利于稀有金属的获取。

10、负荷调理规模大,负荷调理快:当负荷改动时,当需调理给煤量、空气量和物料循环量、负荷调理比可达(3-4):1,此外,因为截面风速高和吸热高和吸热操控简单,循环流化床炉的负荷调理速率也很快,通常可达每分钟4%。

11、循环床内不布埋受热面管:循环流化床炉的床内不安置埋管受热面,不存在磨损疑问,此外,发动,停炉,结焦处理时向短、一起长时刻压火以后可直接发动。

12、出资和运转费用适中:循环流化床炉的出资和运转费用略高于惯例煤粉炉但比制作脱硫设备的煤粉炉低15-20%。

六、循环流化床炉尚待进一步研讨的疑问:为使循环流化床炉的规划和运转到达优化的意图,充沛表现循环流化床的长处,需要对下列几个方面进行深入研讨。

1、循环物料的别离循环流化床炉的别离设备接作业温度分为高温、中温和低温别离,接别离的作用办法又可分为旋风别离,惯性别离等。以如今循环流化床的运转状况来看,高温旋风别离器仍是对比老练的。但运用高灰燃料时的磨损疑问尚未处理。并且别离的体积也非常庞大,根本上和炉膛直径相近。受旋风别离器最大尺度的限制,大容量循环流化床炉必需配置多个别离器。因为旋风别离器内衬有较厚的防磨耐火材料,热惯性大,因而延伸了锅炉发动时刻。负荷改动动态特性变差,故选用惯性别离器是值得讨论的,因为惯性别离器设备经较简略,体积小,构造安置对比便利。活动阻力也相对较小。此外不该操付中,低温别离器。依据循环流化床炉的开展请求将规划、功率高、体积小、阻力低、磨损小和制作及运转便利的物料别离设备。

2、循环流化床的固体颗粒的浓度选取:循环流化床内固体颗粒浓度对焚烧进程,脱硫进程和传热进程都有很大影响。但适宜的循环流化床内固体颗粒浓度的断定却非常困难。如今各循环流化床各制作厂家所选用的炉内颗粒浓度的一个主要参数是循环倍率。国内的一些循环流化床炉的循环倍率通常在10以下,而国外的循环倍率常到达50,乃至更高。在剖析循环流化床炉的作业进程时,不只要思考物料的内部循环,亦要思考炉外循环,在高风速运转时,物料内循环更为明显。因而,合理的循环床内固体颗粒的浓度的选取对焚烧脱硫,传热、磨损、能耗等一系列要素都有影响。

3、炉内受热面安置和温度操控为了确保循环流化床炉的炉内温度操控在必定规模内,在固体颗粒循环回路中有必要吸一有些热量。如今炉内吸热首要有以下两种办法:一种是炉膛内安置水冷壁或隔墙;另一种是炉膛内安置有些受热面(如过热器等)在固体物料循环回路上再安置流化床换热器。这两种办法都可行的。但这两种办法,对床温操控办法是不相同的,前者首要是靠调理返料量来调理床内固体颗粒浓度,以改动水冷壁的换热系数。从而改动炉内吸热量来操控床温,否者仅需调理进入流化床换热器和热接回来炉内固体物料量的比例,便可操控床温,相对对比灵活,特别适合于大容量循环流化床炉

4、运转风速(或截面热负荷)的断定循环流化床炉的运转风速是一个主要的参数。通常运转风速为4-10m/s/。运转风速进步会使炉子更为紧凑。截面热负荷相应增大,此刻为了确保燃料和石灰石颗粒有满足的停留时刻和安置满足的受热面,有必要添加炉膛高度。这么不只磨损添加,并且锅炉造价添加。风机功率会增大,厂用电也会相应添加。但风速过低则表现不了循环流化床的长处,因而对各种燃料都应具有最好的运转风速。

5、返料组织:在循环流化床中,被别离下来的固体物料有必要经过返料组织送回炉内。返料组织还应对回来的物料量进行灵活的调理,但因为返料组织中的温度很高,磨损较大,如选用通常机械阀门之类的调理设备,会很简单发生卡死,滚动不灵等现象,如今循环流化床中通常选用非机械阀。(L阀)和流化床返料组织,一方面调理物料流量,另一方面避免燃料在焚烧室反串型别离器,造成短路。 如今很多制作厂家对返料组织都是保密的。

6、循环流化床炉部件的磨损:因为循环流化床炉内的高颗粒浓度和高运转风速,锅炉部件的磨损是对比严重的。磨损首要与风速、颗粒度以及流场的不均匀性有关,磨损与风速及浓度成正比。在规划时,通常应避免烟气走廊突缩突扩的办法。如今研讨对比落弱。

7、低污染燃料:循环流化床炉已取得迅速开展。一个主要的因素即是循环流化床的低污染燃料特性,在脱硫研讨方面如今相对一致,但关于脱硫最好温度,脱硫剂的高效使用方面尚有很多内容要研讨。如下降NO2、床温、烟气再循环,注氨以及脱硫剂对NO2的影响等有待进一步研讨。

8、尾部受热面的规划:如今在循环流化床炉中,尾部烟道受热面的规划通常对比忽略,怎么愈加合理安置尾部烟道受热面尚待进一步研讨。

9、除尘:尾部烟道如今国内大有些选用电除尘。

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