循环流化床锅炉基础及工作原理

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循环流化床锅炉基础及工作原理

循环流化床锅炉工作原理：
固体粒子经与气体或液体接触而转变为类似流体状态的过程，称为流化过程。流化过程用于燃料燃烧，即为流化燃烧，其炉子称为流化床锅炉。

循环流化床锅炉是在鼓泡流化床锅炉技术的基础上发展起来的新炉型，它与鼓泡床锅炉的最大区别在于炉内流化风速较高（一般为4～8m/s），在炉膛出口加装了气固物料分离器。被烟气携带排出炉膛的细小固体颗粒，经分离器分离后，再送回炉内循环燃烧。
循环流化床锅炉可分为两个部分：
第一部分由炉膛（快速流化床）、气固物料分离器、固体物料再循环设备和外置热交换器（有些循环流化床锅炉没有该设备）等组成，上述部件形成了一个固体物料循环回路。
第二部分为对流烟道，布置有过热器、再热器、省煤器和空气预热器等，与其它常规锅炉相近。循环流化床锅炉燃烧所需的一次风和二次风分别从炉膛的底部和侧墙送入，燃料的燃烧主要在炉膛中完成，炉膛四周布置有水冷壁用于吸收燃烧所产生的部分热量。由气流带出炉膛的固体物料在气固分离装置中被收集并通过返料装置送回炉膛。
循环流化床燃烧锅炉的基本技术特点：
(1)低温的动力控制燃烧 循环流化床燃烧是一种在炉内使高速运动的烟气与其所携带的湍流扰动极强的固体颗粒密切接触，并具有大量颗粒返混的流态化燃烧反应过程；同时，在炉外将绝大部分高温的固体颗粒捕集，并将它们送回炉内再次参与燃烧过程,反复循环地组织燃烧。显然，燃料在炉膛内燃烧的时间延长了。在这种燃烧方式下，炉内温度水平因受脱硫最佳温度限制，一般850℃左右。这样的温度远低于普通煤粉炉中的温度水平，并低于一般煤的灰熔点，这就免去了灰熔化带来的种种烦恼。这种“低温燃烧”方式好处甚多，炉内结渣及碱金属析出均比煤粉炉中要改善很多，对灰特性的敏感性减低，也无须很大空间去使高温灰冷却下来，氮氧化物生成量低，可于炉内组织廉价而高效的脱硫工艺，等等。从燃烧反应动力学角度看，循环流化床锅炉内的燃烧反应控制在动力燃烧区(或过渡区)内。由于循环流化床锅炉内相对来说温度不高，并有大量固体颗粒的强烈混合，这种情况下的燃烧速率主要取决于化学反应速率，也就是决定于温度水平，而物理因素不再是控制燃烧速率的主导因素。循环流化床锅炉内燃料的燃尽度很高，通常，性能良好的循环流化床锅炉燃烧效率可达95～99％以上。
(2)高速度、高浓度、高通量的固体物料流态化循环过程
循环流化床锅炉内的固体物料（包括燃料、残炭、灰、脱硫剂和惰性床料等）经历了由炉膛、分离器和返料装置所组成的外循环。同时在炉膛内部因壁面效应还存在着内循环，因此循环流化床锅炉内的物料参与了外循环和内循环两种循环运动。整个燃烧过程以及脱硫过程都是在这两种形式的循环运行的动态过程中逐步完成的。
(3)高强度的热量、质量和动量传递过程在循环流化床锅炉中，大量的固体物料在强烈湍流下通过炉膛，通过人为操作可改变物料循环量，并可改变炉内物料的分布规律，以适应不同的燃烧工况。在这种组织方式下，炉内的热量、质量和动量传递过程是十分强烈的，这就使整个炉膛高度的温度分布均匀。

循环流化床锅炉的优点:
(1)燃料适应性广这是循环流化床锅炉的主要优点之一。
在循环流化床锅炉中按重量计，燃料仅占床料的1～3％，其余是不可燃的固体颗粒，如脱硫剂、灰渣等。因此，加到床中的新鲜煤颗粒被相当于一个“大蓄热池”的灼热灰渣颗粒所包围。由于床内混合剧烈，这些灼热的灰渣颗粒实际上起到了无穷的“理想拱”的作用，把煤料加热到着火温度而开始燃烧。在这个加热过程中，所吸收的热量只占床层总热容量的千分之几，因而对床层温度影响很小，而煤颗粒的燃烧，又释放出热量，从而能使床层保持一定的温度水平，这也是流化床一般着火没有困难，并且煤种适应性很广的原因所在。
(2)燃烧效率高循环流化床锅炉的燃烧效率要比鼓泡流化床锅炉高，通常在95～99％范围内，可与煤粉锅炉相媲美。循环流化床锅炉燃烧效率高是因为有下述特点：气固混合良好；燃烧速率高，其次是飞灰的再循环燃烧。
(3)高效脱硫由于飞灰的循环燃烧过程，床料中未发生脱硫反应而被吹出燃烧室的石灰石、石灰能送回至床内再利用；另外，已发生脱硫反应部分，生成了硫酸钙的大粒子，在循环燃烧过程中发生碰撞破裂，使新的氧化钙粒子表面又暴露于硫化反应的气氛中。这样循环流化床燃烧与鼓泡流化床燃烧相比脱硫性能大大改善。当钙硫比为1.5～2.0时，脱硫率可达85～90％。而鼓泡流化床锅炉，脱硫效率要达到85～90％  ，钙硫比要达到3～4，钙的消耗量大一倍。与煤粉燃烧锅炉相比，不需采用尾部脱硫脱硝装置，投资和运行费用都大为降低。
(4)氮氧化物（Nox）排放低氮氧化物排放低是循环流化床锅炉另一个非常吸引人的特点。运行经验表明，循环流化床锅炉的NOX排放范围为50～150ppm或40～120mg/MJ。循环流化床锅炉NOX排放低是由于以下两个原因：一是低温燃烧，此时空气中的氮一般不会生成NOX  ；二是分段燃烧，抑制燃料中的氮转化为NOX  ，并使部分已生成的NOX得到还原。
(5)燃烧强度高，炉膛截面积小炉膛单位截面积的热负荷高是循环流化床锅炉的另一主要优点。其截面热负荷约为3.5～4.5MW/m2，接近或高于煤粉炉。同样热负荷下鼓泡流化床锅炉需要的炉膛截面积要比循环流化床锅炉大2～3倍。
(6)负荷调节范围大，负荷调节快
当负荷变化时，只需调节给煤量、空气量和物料循环量，不  必像鼓泡流化床锅炉那样采用分床压火技术。也不象煤粉锅炉那样，低负荷时要用油助燃，维持稳定燃烧。一般而言，循环流化床锅炉的负荷调节比可达（3～4）：1。负荷调节速率也很快，一般可达每分钟4％。
(7)易于实现灰渣综合利用循环流化床燃烧过程属于低温燃烧，同时炉内优良的燃尽条件使得锅炉的灰渣含炭量低（含炭量小于1％），属于低温烧透，易于实现灰渣的综合利用，如作为水泥掺和料或做建筑材料。同时低温烧透也有利于灰渣中稀有金属的提取。
(8)床内不布置埋管受热面循环流化床锅炉的床内不布置埋管受热面，因而不存在鼓泡流化床锅炉的埋管受热面易磨损的问题。此外，由于床内没有埋管受热面，启动、停炉、结焦处理时间短，可以长时间压火等。
(9)燃料预处理系统简单循环流化床锅炉的给煤粒度一般小于13mm，因此与煤粉锅炉相比，燃料的制备破碎系统大为简化。
(10)给煤点少循环流化床锅炉的炉膛截面积小，同时良好的混合和燃烧区域的扩展使所需的给煤点数大大减少。既有利于燃烧，也简化了给煤系统。
锅炉基础知识
1．什么是锅炉？
锅炉是一种把燃料燃烧后释放的热能传递给容器内的水，使水达到所需要的温度和压力的设备。锅炉包括锅与炉两部分。锅：包括汽包、水冷壁、对流管束、下降管、联箱、过热器、省煤器等受压部件。炉：由燃烧设备、炉墙、钢架、横梁等组成。
2．什么是工质？
能实现热能和机械能互相转换的媒介物质。（火力厂常用的工质是水蒸气）。
3.什么是工质的状态参数，工质的状态参数有哪些？
凡是能表示工质所处的状态的物理量，叫工质的状态参数。工质的状态参数有压力、温度、比容、内能、焓。其中压力、温度、比容为基本状态参数。
4.什么是压力？压力的单位是什么？
垂直作用在单位面积上的力称为压力。压力的法定计量单位是帕斯卡，简称符号“Pa”，工程上常用兆帕（MPa），千帕（KPa）表示。1MPa=106Pa  1KPa=103Pa
5.什么是绝对压力？什么是表压力？
工质的真实压力称绝对压力。一大气压力为零点算起的压力（即压力表测得的压力）称表压力。
6.绝对压力与表压力有什么关系？
绝对压力=表压力+1个标准大气压（0.09MPa）
7.什么是温度？
表示物体冷热程度的物理量。
8.什么是热量？
它的单位是什么？物体获得或放出热的多少叫做热量。热量的单位用“卡”表示，工业上使用的热量单位是“千卡”或“大卡”。
9.什么是热容量？
一定数量的位置温度升高或降低1℃时所吸收或放出的热量称为该一定数量物质的热容量。
10.什么是比热？
使单位数量的物质温度升高或降低1℃时，所吸收或放出的热量称为这个物质的比热。
11.什么是饱和温度？
水在某一压力下的沸腾温度称为饱和温度，沸腾水称为饱和水。
12.饱和温度与压力的关系？
水的饱和温度与其所受的压力有关，压力越大，饱和温度也就越高。
13.什么是饱和蒸汽？
在某一压力下，将水加热到沸腾，饱和水开始汽化，水逐渐变为蒸汽，这时的温度就是饱和温度，这种状态的蒸汽称为饱和蒸汽。
14.什么是过热蒸汽？
将饱和蒸汽继续加热，其温度将升高，超过该压力下的饱和温度。这种超过饱和温度的蒸汽称为过热蒸汽。
15.什么是汽化、蒸发、沸腾、液化？
物质由液态变为汽态的过程称为汽化，它包括蒸发与沸腾。在液体表面发生的汽化现象称为蒸发。液体表面和内部同时发生剧烈汽化的现象称为沸腾。物质由汽态变为液态的现象称为液化，或称为凝结。
16.什么是饱和水的含热量？
某一压力下，1千克饱和水所含的热量叫饱和水的含热量。饱和水的含热量，随着压力升高而增加，因压力高，所对应的饱和温度也高。在较高的压力下，必须加入较高的热量，才能使水升高到较高的饱和温度而变成饱和水。
17.什么是汽化潜热？
使1千克饱和水，在定压下加热，全部变为相同温度（该压力下的饱和温度）的饱和蒸汽，所需要加入的热量，称为汽化潜热。
18.什么是饱和蒸汽的含热量？
在某一压力下，1千克饱和蒸汽所含的热量，称为饱和蒸汽的含热量。
19.什么是过热蒸汽含热量？
在某一压力下，某一温度下，1千克过热蒸汽所含的热量，称为过热蒸汽含热量。
20.什么是热力循环？
工质从某一状态点开始，经过一系列状态的变化，又回到原来状态点的全部变化过程的组合，叫热力循环，简称循环。
21.什么是朗肯循环？
火力发电厂的蒸汽动力循环是以朗肯循环为理论基础建立的，它由四个热力过程组成：定压加热过程，绝热膨胀过程，定压放热过程和绝热压缩过程。
22.朗肯循环的工作过程是怎样的？
作为工质的水在锅炉中的省煤器、蒸发受热面、过热器中吸热，定压加热成过热蒸汽，过热蒸汽被送到汽轮机，在其中绝热膨胀做功，使汽轮机转动并带动发电机发电；在汽轮机做功后的乏汽，排入凝汽器内，在定压、定温下放热凝结成水，凝结过程中放出的热量由循环水带走，凝结水进入给水泵，被绝热压缩成高压给水，再送入锅炉进行循环。
23.提高朗肯循环热效率的途径有哪些？
1)提高过热器出口蒸汽压力与蒸汽温度。
2)降低排烟压力。
3)改进热力循环方式，如采用中间再热、给水回热和供热循环等。
24.什么是传热？传热的基本方式有几种？
两物体温度不同时，就会发生传热的传递，热量由高温物体流向低温物体，这种热量的传递过程称为热传递。传递的基本方式：传导、对流、辐射。
25.什么是对流换热？
对流换热是流动的物体与另一物体表面接触时，两者之间由于存在温度差，而进行热交换的现象。
26.什么是流速、流体、流量？
流速：单位时间内流体走向的过程。单位：米/秒，m/s流体：指容易变形且具有流动性的物体。流量：单位时间内流体流过某一断面的量。单位：t/h
27.什么是流化？
流化床内物质分两部分，流体物质和固体颗粒。固体颗粒本身不具有流动性，但在气体介质的作用下，能表现出类似流体的宏观特性。简称流态化或流化。
28.什么是自然循环锅炉和强制循环锅炉？
利用下降管中的水与上升管中汽水混合物之间的密度差使锅水进行循环的锅炉称为自然循环锅炉。除了依靠下降管中的水与上升管中介质之间的密度差外，主要依靠循环水泵的压头进行循环的锅炉称强制循环锅炉。
29.什么是蒸发量？
蒸汽锅炉连续运行时，单位时间内所产生的蒸汽量，称为蒸发量。用符号“D”表示，单位：t/h
30.燃料的元素分析和工业分析的内容是什么？
元素分析：燃料中含有碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）等及其其它杂质，包括水分（W）和灰分（A）。工业分析：挥发份（V）、固定碳（FC）、灰分（A）、水分（W）和发热量（Q）等。
31.什么是负压？
当工质的绝对压力低于大气压力时，称为负压。
32.什么是最低流化风量？
使流化床内部的物料刚好达到完全流化时的风量，称为最低流化风量。
33.什么是最低雾化油压？
在油枪雾化试验时，油枪喷出的油呈白色汽雾状且无油滴现象的雾化油压，称为最低雾化油压。
34.什么是料层差压？
表示流化床厚度的量。即床层差压减去布风板的阻力。一定的料层差压对应一定的料层厚度。
35.什么是炉膛差压？
表示循环灰浓度的量。即炉膛内稀相区下部与上部的差压。
36.什么是风室静压？
布风板阻力与料层阻力之和。
37.什么是循环倍率？
单位时间内的返料量/单位时间的进料量。
38.什么是烟气含氧量？
烟气中的过量空气系数。a=Vk/VO
39.什么是汽水共腾？
蒸汽品质不合格，炉水粘度大幅度增高，汽水分离器阻力增大，蒸汽携带大量炉水进入蒸汽管道而卤水中产生泡沫，汽包水位急剧波动或看不清水位。
40.什么是暖管？
用缓慢加热的方法，将蒸汽管道逐渐加热到接近其工作温度的过程称暖管。
41.什么是并炉？
锅炉启动时，将压力和温度均符合规定的蒸汽送入母管的过程，称为并炉。
42.什么是锅炉的经济符合？
当锅炉负荷发生时，其效率也随之变化。当锅炉负荷在额定负荷的75％-85％范围时，其效率最高。我们把锅炉效率最高时的负荷，称为经济负荷。
43.什么是锅炉热效率？
锅炉有效利用的热量与单位时间内燃料消耗量之比。
44.锅炉的热损失有哪些？
1)排烟热损失
2)机械未完全燃烧热损失
3)化学未完全燃烧热损失
4)灰渣物理热损失
5)散热损失其中，排烟热损失最大。

内容来源：锅炉圈