电厂锅炉原理与设备循环流化床锅炉

第一节 锅炉及其燃烧方式n1、火床燃烧方式： 气流速度不高，煤颗粒径640mmn2、火室燃烧方式： 气流速度6m/s以上，煤颗粒径0.020.08mmn3、流化床燃烧方式na.鼓泡流化床燃烧方式 气流速度12m/s ，煤颗粒径08mmnb.循环流化床燃烧方式 气流速度28m/s ，煤颗粒径010mm第二节 循环流化床锅炉工作原理和特点n一、工作原理n二、循环流化床锅炉的特点n1、燃料范围宽n2、燃烧效率高n3、脱硫效果好n4、氮氧化物排放量低n5、炉膛截面热负荷高，可向大容量发展。n6、给煤口少n7、锅炉出力调节范围广，调节速度快n8、灰渣有利于综合利用第三节 循环流化床锅炉的主要类型n一、按分离器工作温度n高温分离器、中温分离器、低温分离器n二、按分离器结构型式n旋风分离器、惯性分离器、组合分离系统、旋涡分离器n三、按有无外置式换热器分n四、按物料循环倍率分n高循环倍率、中循环倍率、低循环倍率n五、按固体物料循环方式分n 外循环、内循环n六、按炉膛压力分n常压循环流化床、增压循环流化床n七、按工质蒸汽压力分n八、按锅炉水循环的方式分n自然循环、强制循环n煤粒在循环流化床内多次、循环、低温燃烧。第一节 循环流化床的燃烧特性n1、循环流化床锅炉的燃烧效率随循环倍率的增大而增大；n2、循环流化床锅炉的燃烧效率随床温的增大而增大；n3、循环流化床锅炉的燃烧效率随流化速度的增大有很小的下降趋势。第二节 物料循环对锅炉燃烧特性的影响n1、物料循环对炉内燃烧的影响n物料循环增加，理论燃烧温度降低，燃烧效率增大，床内物料浓度和温度趋于均匀，床温有所下降。n2、物料循环对吸热量分配的影响n物料循环量增加，炉膛下部吸热减少，炉膛上部吸热量增加，炉膛出口温度升高。n3、物料循环与变负荷的关系n循环流化床锅炉低负荷运行时，可调节物料循环来保持蒸汽温度和压力。n4、物料循环对脱硫和脱硝的影响n物料循环量增加，脱硫效率增大，脱硝率增大。第三节 物料循环倍率的选择n1、循环流化床锅炉的物料循环倍率由床内灰平衡和分离器的效率决定。n2、循环倍率的选择na.燃料挥发分越小、发热值越高，循环倍率应选择越大。nb.热风温度越高、回送物料温度越高，循环倍率应选择越大。第二节 炉膛的设计计算n一、炉膛的主要热力参数n1、炉膛温度n2、燃料及添加物料粒径n3、炉膛运行风速及断面热负荷n4、循环倍率n5、过量空气系数n6、一次风与二次风的比例n7、钙硫比n二、炉膛尺寸的确定n1、炉膛断面尺寸：运行风速、断面热负荷、二次风穿透程度n2、炉膛高度：烟气脱硫时间、最佳炉温、受热面布置、小于临界粒径煤粒一次通过炉膛燃尽率、物料循环压头、水循环安全性。n三、炉膛开孔n四、炉膛受热面结构第三节 外置式换热器和对流受热面设计计算n一、对流受热面设计计算n要考虑灰浓度增高对辐射放热系数的影响、对管子磨损的影响第四节 循环流化床的高温分离装置n1、循环流化床的分离装置的要求：a.耐高温b.低阻力c. 高分离效率d.与锅炉结构相适应e.耐磨n2、分离装置的分离效率： 见式3-61n3、物料循环倍率的定义： 循环物料量与给煤量之比。n4、分离装置的分离效率与循环倍率的关系 见式3-61bn一、分离器效率对循环流化床锅炉运行的影响 分离效率提高，循环倍率增大，炉膛内灰浓度增大，传热增加，炉温有所降低。n二、分离器的类型：惯性分离器和旋风分离器n1、惯性分离器na.无分流惯性分离器：重力沉降（图3-7a）nb.分流式惯性分离器：百叶窗式（图3-7b）、迷宫式（图3-6）n2、旋风分离器n1、绝热型高温旋风分离器n2、水冷或汽冷高温旋风分离器n三、惯性分离器n气流速度越大，转弯半径越小，回转角度越大，分离效率越高。 n惯性分离器效率的影响因素：气流速度、颗粒粒径、大颗粒入口浓度等等n四、高温旋风分离器n1、旋风分离器效率的影响因素： a.运行因素：进口风速、颗粒粒径和浓度 b.结构因素：进口宽度和进口形式（参见图3-8）、中心管长度和直径、筒体直径（参见图3-14）2、高温旋风分离器的分离机理3、旋风分离器的压力损失和分离效率n4、其他形式的高温旋风分离器n下排气式旋风分离器n水冷、汽冷式旋风分离器n卧式旋风分离器n方形筒体旋风分离器n5、高温旋风分离器的设计n设计参数及尺寸参见表3-6,表3-7n其余见书89-90页。n6、分离器用耐火材料n五、多级分离第五节 固体物料的回料装置n循环流化床物料循环系统： 炉膛、分离装置、回料装置、连接管路一、回料装置的作用及分类1、作用：（1）使循环物料流动稳定，防止二次燃烧及结焦（2）防止气体在回料系统中短路。（3）在锅炉负荷变化时，可对物料流量进行调节和自动控制。2、回料装置主要由回料阀和立管组成。n3、回料阀的分类n（1）按结构分a.机械阀b.非机械阀：L阀、换向阀、J阀、U阀、N阀等n（2）按调节方式分：可控阀、流通阀n（3）按用途分：a.循环流化床回料阀： L阀、换向阀、J阀、U阀、N阀等b.气力输送阀：文丘里输送阀、喷射式输送阀二、回料阀的工作原理1、L阀：2、U阀： U型回料器喷射式气力输送阀文丘里气力输送阀n三、气力输送阀的工作原理1、文丘里输送阀2、喷射阀的工作原理四、固体颗粒循环回路的压力平衡立管中料位高度增加，立管中压差增大，固体物料循环速率增大。五、立管的设计立管的作用：把低压区（分离器）物料送至高压区（炉膛）；防止回料风窜入分离器。六、回料器的设计第六节 布风装置的设计n一、布风板的作用n1、支承物料n2、增加布风阻力，形成等压风室，达到整个床层均匀布风的目的。n二、布风板结构：密孔板、多孔板（风帽式）n1、常见的是风帽式布风装置：风箱、多孔板、风帽、隔热层、冷渣管组成n2、风帽：n有菌形、柱形、伞形、球形、7字形、钟罩式等型式，其中菌形、 7字形、钟罩式应用最广。菌形风帽上开有68小孔68个，有的向下倾斜15，空气由风帽下端进入然后从所有小孔沿侧面高速喷出，风帽喷嘴不能对冲。风帽材料一般为耐热铸铁。n一般小孔风速3545m/s以上。在布风板底部形成一层均匀的“气垫”，形成一股强烈扰动的气流。相应的开孔率为23%。开孔率：指风帽小孔的总面积和布风板面积之比。 小孔风速过大，风帽及布风板阻力增加，风机电耗增加。n3、孔板：一般为钢铁板或铸铁板，用来固定风帽和绝热，并初步分配气流。通常大容量锅炉采用水冷布风板。水冷布风板由膜式水冷壁组成，在鳍片中间开孔。一般按等边三角形布置，每1.31.5m开一个108或159的放灰孔。 n 风板还有其他的一些结构方式如：凹形孔板、倒锥形布风板、不等开孔率布风板等，这些结构目的是造成床料形成一个内循环，延长颗粒在床内的停留时间。n4、风室：目前采用的较多的是等压风室。它可以使风室各截面的上升速度相同，从而使整个风室配风均匀的目的。风室中的空气流速一般应1.5m/s。（风室进口风速10m/s）。第一节 流态化的状态及其特征1、流态化现象n 流化床燃烧的流体动力学基础是固体物料的流态化，即固体颗粒在与流动着的流体混合后，能象流体那样自由流动，有着类似于流体的一些特性。n 在锅炉中，一定大小颗粒和厚度的煤放在布风板上，空气由下向上吹送，开始空气低速送入，这时煤粒静止不动，煤层厚度不变，称为固定床。n当气流速度提高，到临界流化速度时，气流对煤的吹托力加上浮力等于煤粒的重量时，煤粒开始飘浮移动，煤层高度略有增大。气流继续加大，煤层开始膨胀和变松。床层高度增加，床层上界面有类似于液体的一个清晰的表面，这时所有煤粒、灰渣上、下翻腾，颗粒和气流之间相对运动十分强烈，不断有大的气泡涌现及破裂，这种处于沸腾状态的料床就叫沸腾床。这时为鼓泡床沸腾炉；其流化速度1m/s，有比较明显的沸腾界面，当流速继续升高至310m/s时，这时料层表面无明显的分界面，流化气体呈柱塞状流，颗粒的夹带明显增加，呈湍流或快速流化状态，这时称为循环流化床。如果再继续增大超过极限速时，颗粒将全部被气流带走，这种状态叫气力输送，这种状态下的燃烧叫悬浮燃烧，悬浮燃烧的锅炉称为煤粉炉。n2、流化床的不同类型n3、颗粒的基本特性和分类n（1）真实密度、表观密度、堆积密度n（2）空隙率n4、流化床的床层压降和流化速度n（1）床层压降与气流速度的关系（见上图）n（2）临界流化速度n5、自由空域内颗粒的扬析与夹带n扬析：指物料中的细粉由于其终端速度小于床 层气流速度，而被上升气流带走。n夹带：指气泡在床层表面破裂逸出时，从床层 中带走固体颗粒的现象。第二节 循环流化床的下部流动特性n一、循环流化床流动的基本特征n1、循环流化床由下部密相区和上部稀相区组成。n2、在快速流化床中，颗粒多数以团聚状态的絮状物存在。n3、在流化床内，存在强烈的颗粒返混回流，即由床层中心的物料颗粒向上运动，边壁附近的物料颗粒向下运动的内循环。n二、鼓泡流化床的气固流动n1、鼓泡流化床中，由于气泡的运动，加速了颗粒间的相互运动和颗粒与气体的剧烈混合，使床层具有良好的传热传质和化学反应性能。n2、鼓泡流化床两相流动模型：假设流化床是由气泡相和乳化相两相组成，乳化相中气流速度等于临界流化速度。n3、鼓泡流化床中，气泡相和气泡晕相之间、气泡晕相和乳化相之间都存在剧烈的气体质量交换。n3、循环流化床下部的颗粒运动规律na.在流化床下部，有一个颗粒加速区，最底部颗粒流速为零。nb.由于颗粒的湍流、返混及运动的随机性，床层下部固体颗粒的速度分布在轴向和径向上都是不均匀的。n1、循环流化床内的五种换热模式：*气体与固体颗粒之间的对流和辐射换热*床层与换热管之间的传导、对流和辐射换热*床层与埋管之间的传导、对流和辐射换热*外置换热器中的换热*旋风分离器中的换热2、四种换热模型：*流化颗粒之间的传热*颗粒与气流之间的传热*气固两相混合流与固体壁面之间的传热*气固两相混合流与气流分配器之间的传热第二节 循环流化床下部密相区传热特性分析n1、传热机理n循环流化床下部密相区的传热分为气体对流换热、固体颗粒对流换热、辐射换热、气体导热等，其中固体颗粒对流换热影响最大。n2、传热过程n（1）颗粒碰撞传热模型n（2）气膜传热模型：循环流化床内颗粒不断冲刷换热壁面的气层，并将热量传递到气膜上，再通过气膜传递到换热表面。n（3）颗粒团传热模型：在密相区固体颗粒成团状或群状冲刷壁面进行换热。这种颗粒团也叫乳化团或乳化相。n（4）气膜颗粒团传热模型：热量传递由床层到乳化相，然后传到壁面气体层，最后进入壁面。n3、循环流化床下部密相区传热主要影响因素（1）气体物理性质（2）颗粒物理性质（3）流化床风速的影响：取决于风速对颗粒浓度的影响，颗粒浓度一定，传热系数基本不变。（4）床温和壁温对传热的影响：床温升高，传热增加；壁温升高，传热增加。（5）固体颗粒浓度及循环倍率对传热的影响：固体颗粒浓度及循环倍率增加，传热增加。第三节 循环流化床上部稀相区传热特性分析n1、传热机理n（1）有三种换热模型：颗粒团交替冲刷传热、颗粒团壁面下滑传热、中心环状结构换热。n（2）循环流化床中，总传热系数沿床层高度而下降。n2、主要影响因素n（1）流化风速：影响不大。n（2）颗粒直径、筛分分布及颗粒浓度的影响：n颗粒直径增大，传热系数下降；细颗粒百分比增加，传热系数增大；颗粒浓度增大，传热增大。n（3）稀相区换热系数之间的比较n（4）温度对传热系数的影响：温度提高，传热增加n1、排烟中有害物质：灰尘、SO2、NOx、及其他有害物质。n2、对锅炉排烟中有害物质的控制技术：n（1）采用新燃烧技术，对燃烧过程进行控制n（2）对烟气进行净化处理。第一节 循环流化床锅炉污染物排放控制标准第二节 SO2的形成及特性第三节 SO2的脱除n三种脱硫方法：燃烧前预脱硫、燃烧过程脱硫、排放烟气脱硫。n一、预脱硫法：n二、炉内燃烧过程脱硫：循环流化床内加石灰石或白云石，同时进行燃烧和脱硫。采用石灰石脱硫时，床温850左右脱硫效率最高。n三、烟气中SO2脱除法n四、循环流化床内脱硫的影响因素n1、Ca/S比：推荐在1.52.5之间n2、床温：800900 ，其中850最佳n3、脱硫剂颗粒直径n4、氧气浓度n5、床内风速n6、循环倍率n7、SO2的停留时间n8、给料的方式n9、负荷影响第一节 能源利用的进展及其对燃煤锅炉的影响n1、国外能源利用的进展n2、我国能源利用的进展n3、能源利用对燃煤锅炉发展趋势的影响第二节循环流化床锅炉的发展过程及趋势n1、国外循环流化床锅炉的发展过程n2、我国循环流化床锅炉的发展过程n3、循环流化床锅炉的发展趋势第三节循环流化床电站锅炉的发展趋势n1、锅炉容量的发展趋势n2、蒸汽参数的发展趋势第四节 循环流化床在蒸汽燃气联合循环发电系统中的应用及发展趋势n1、常压循环流化床锅炉在系统中的应用和发展趋势n2、增压循环流化床锅炉在系统中的应用和发展趋势思考题1、 2、 3、 物料循环对锅炉燃烧特性有何影响？4、 5、 循环流化床锅炉的分离装置应满足哪些要求？6、 旋风分离器效率的主要影响因素有哪些？分离器效率对循环流化床锅炉运行有何影响？7、 循环流化床锅炉的回料装置和立管有何作用？可控阀和流通阀有何区别？8、 什么是临界流化速度？流化床床层压降与流化速度有何关系？9、 流化床内的夹带和扬析有何不同？10、 流化床内物料流动有何特点？11、 循环流化床上部稀相区的传热主要影响因素有哪些？12、循环流化床内脱硫的主要影响因素有哪些？