循环流化床锅炉基础知识 (2)

基本原理篇

循环流化床锅炉的基本原理

第一节 流态化过程

流化床燃烧是一个特殊的气固两相流动体系中发生的物理化学过程，其内部的气体和固体运动对于燃烧过程的进行具有十分重要的意义，所以为了实现流化床设备的正常运行，必须首先对其内部的流体动力学有一个充分的认识和了解。

1. 流态化：流化床内部物质分为两部分――流体介质和固体颗粒，当流体向上流过颗粒层时，其运行状态是变化的, 流速较低时, 颗粒静止不动, 流体只在颗粒之间的缝隙中通过；当流速增大到某一流速之后，颗粒不再受布风板的支持, 所有的颗粒被上升的气流悬浮起来, 就整个床层而言, 具有了类似流体的性质，这种状态成为流态化, 简称流化。

2. 临界流化速度：颗粒床层从静止状态转变为流态化时的最低速度, 称为临界流化速度。此时所需的风量称为临界流化速度。

3. 流化床表现在流体方面的特性。

流化床看上去非常象沸腾的液体, 在许多方面表现出类似液体的特性, 主要表现在以下几个方面:

1) 床内颗粒混合良好。因此，当加热床层时, 整个床层的温度基本均匀。

2) 床内颗粒可以象流体一样从容器侧面的孔喷出, 并能像液体一样从一个容器流向另一个容器。

3) 高于床层表观密度的颗粒会下沉, 小于床层表观密度的颗粒会浮在床面上。

4) 当床体倾斜时, 床层的上表面保持水平。

第二节 循环流化床的基本原理

1. 循环流化床顾名思义, 一要流化, 二要循环, 流化床是一种气固流态化，气体不均匀地流过颗粒床层。当气体速度进一步增大，一部分气体形成气泡经过床层短路逸出。按气――固两相流动的原理，床层不断膨胀，颗粒就由气体带出床层，称这种状态为颗粒气体输送的稀相流化床。在稀相流态化状态下，有大量的颗粒被携带出去，为了稳定燃烧,

这些颗粒必须用分离器从气流中分离出来，然后由回料装置返回床层, 这样的床层就称为循环流化床。

2. 循环流化床的特点:

1) 不再有鼓泡床那样清晰的界面，固体颗粒充面整个上升段空间。2) 有强烈的物料返混。

3) 床层压降随流化速度和颗粒质量流量变化。4) 强烈的颗粒返混，颗粒的外部循环和良好的横向混合, 使得整个上升段内温度分布均匀。5) 通过上升段内的存料量，固体物料在床内的停留时间可在几分钟至数小时范围内调节。

第三节 流化床燃烧的原理系统及组成

1. 循环流化床锅炉分为两部分

一部分由炉膛，旋风分离器，返料器组成，组成了固体物料的循环回路。

另一部分为对流烟道，布置有过热器，省煤器，空气预热器等。

2. 流化床燃烧是床料在流态化状态下进行，燃料燃烧所需的空气分成一次风和二次风两级送入。一次风通过风室经布风板送入，二次风在炉膛周围由侧墙送入，燃料燃烧主要在炉膛内完成，炉膛周围布置了膜式水冷壁，用于吸收燃烧产生的部分热量，其燃烧区域以二次风口为界，分为两个区， 二次风口以下为大粒子还原气氛燃烧区，二次风口以上为小粒子氧化气氛燃烧区，由气流带出炉膛出口的固体物料，被设在炉膛出口处的旋风分离器收集，并通过返料器返回炉膛。这样，循环流化床燃烧的基本原理就是流态化燃烧加上固体物料的循环燃烧。

设备结构及工作原理篇

循环流化床锅炉结构及工作原理

锅炉简介:

75t/h循环流化床锅炉是锅炉厂生产的中温中压单汽包自然循环水管锅炉。采用旋风分离器组成的循环燃烧系统，炉膛为膜式水冷壁结构，过热器分高、低两级，中间设表面式减温器，尾部设二级省煤器和一、二次风预热器，该炉采用钢制构架露天布置，炉墙为轻型结构。

第一节 炉膛的结构

一. 炉膛的横截面

75t/h循环流化床锅炉炉膛横截面积为3170×5290mm2 呈矩形截面，上部为膜式水冷壁结构由?60×5和64×5mm2扁钢焊制而成。燃烧室为?605×的钢管组成，炉膛部分分成左、右、前、后四个水循环回路。

炉膛横截面积，根据所选定的截面热负荷或流化速度与锅炉总的热容量确定。它的确定主要考虑以下主要因素:

1) 二次风在炉膛内穿透深度。2) 燃烧室内受热面的布置，尾部受热面的布置，分离器的布置等相协调。

3) 燃料.石灰石及循环灰的供给与扩散。炉膛深度过大，会使二次风在燃烧室内难以穿透，挥发份在炉膛内扩散不均匀，造成燃烧不充分和污染物排放过多。 二. 炉膛的高度

为保证燃料的完全燃烧，燃烧室的高度应满足以下要求:

1) 保证燃料完全燃烧。2) 有足够的位置布置受热面。3) 保证脱硫所需的气体最短停留时间。

4) 确保返料器有足够高的料腿高度，保证足够的循环物料正常回送。5) 与尾部烟道受热面布置所需的高度相协调。

6) 采用自然循环时应保证锅炉在设计压力下有足够的汽水自然循环动力。

三. 炉膛下部燃烧室

1. 循环流化床锅炉采用两段燃烧，燃烧所需空气分为一、二次风分级供给，一次风通过底部布风板送入炉内，做为流化介质并提供部分燃料燃烧所需要的氧气。二次风分二层由侧墙送入提供完全燃烧所需要的氧气，并保证一定粒子夹带量。以二次风口为界以上为氧化气氛燃烧区，以下为还原气氛燃烧区，通常在还原气氛燃烧区布置燃料，石灰石和循环物料入口以及二次风喷嘴。

2. 燃烧室内水冷壁由耐火材料敷盖，形成卫燃带结构。一方面，减少水冷壁的吸热，为燃料燃烧提供良好的温度区域，另一方面，有利于防止水冷壁的腐蚀和磨损。

3. 为保证有足够的流化速度，确保锅炉在低负荷下也能良好的床内流化质量。燃烧室底部截面设计的较小，采取向上渐扩的结构，以防止底部粗颗粒的沉积，减少床料分层和结渣的可能性，二次风布置在渐扩段内，分二层经11个喷嘴送入炉膛。

4. 燃料及循环物料都进入燃烧室内密相区

1) 在炉前沿炉膛宽度方向布置三台螺旋给煤机?325×10，由调速电机带动，落煤口上方设置了播煤风，由一次风充当。

2) 该炉采取双旋风分离器，两个返料器将循环灰由两个返料口送入下部密相区。

四. 炉膛出口

循环流化床锅炉炉膛出口，对炉膛内气固两相的流体动力特性有很大影响，采用直角转弯型式的出口，以增加转弯对固体颗粒的分离。

出口烟窗的布置左.右各一个，出口上升管部分采用两联箱在出口固定，左右各有两根立管相连构成出口部分上升管，留出烟窗的位置，两联箱及出口部分水冷壁由耐火浇注料敷盖，防止磨损，及烟气短路。

第二节 布风装置的结构及原理

布风装置对流化床锅炉的重要性，就像心脏对人的重要性一样。布风装置的结构是否合理直接决定了流化床内物料的流化质量，从而影响锅炉的点火运行，锅炉的燃烧，负荷特性以及锅炉的安全性，经济性。

一. 布风装置的结构、作用

1、流化床布风装置主要有布风板、风室、冷渣管组成。2、布风装置的主要作用：

1） 支撑床料。

2） 使空气均匀的分布在整个炉膛的横截面上，并提供足够的动压头，使床料均匀地流化，避免死区出现。

3） 把那些基本烧透，流化性差，又在布风板上沉积倾向的大颗粒及时排除，避免流化不良。75t/h循环流化床锅炉点火方式是床下热烟气点火，这就要求布风系统能耐800oC左右的温度，因此其布风装置为水冷布风装置。包括：风帽型水冷布风板和水冷等压风室。

1、风帽型水冷布风板

1）结构：

前墙水冷壁管弯曲延伸构成布风板的水冷管，在水冷管之间焊上鳍片密封，形成通常意义上的花板，在鳍片上开孔，安装风帽，风帽与鳍片相交处均焊上加强套管，使风帽严格固定并使风室保持良好气密性，水冷管上的风帽呈顺列布置，由耐火浇注料固定（266个）。

2） 风帽的作用：

在于使进入流化床的空气产生第二次分流并具有一定的动能，以减少初始气泡的生成和使底部粗颗粒产生强烈的扰动，避免粗颗粒的沉积，减少冷渣含碳损失。还有产生足够的压降，均匀布风的作用。

2、水冷等压风室

风室连接在布风板下，起着稳压和均流的作用，使从风管进入的气体降低流速，将动压转变为静压，风室具有以下特点：

1） 具有一定的强度和较好的气密性，在工作条件下不变形，不漏风。

2） 具有良好的稳压和均流作用。3） 结构简单，易于维护检修。

结构：

等压风室结构，其特点是具有倾斜的底面，使风室内的静压沿深度保持不变，有利于提高布风均匀性。风室内水冷结构的构成是，前墙水冷管与布风板水冷管相交处接三通装置向下延伸至风室后侧构成风室前墙和底部的水冷管，布风板的水冷管向下弯曲与底部水冷管汇集到后联箱，构成风室后墙水冷管，风室两侧下联箱延伸至下部构成风室两侧的水冷管。风室内水冷管上焊上销钉敷以耐火可塑料形成保温层，风室内有隔板分为两个等压风室。

3、水冷布风板上去掉部分风帽设置了二根直径?159放渣管由风室通向底部，风室底部中间设有检修人孔门以及两侧与主风道连接孔，风室的后侧设有两台热烟气发生器，该装置是由一次风道接出一个支路与风室连接，作为点火时产生热烟气由一次风通过布风板送入流化床加热底料。

二、布风的方式

1． 75t/h 循环流化床锅炉采用分级送风燃烧

1） 由送风机送入的一次风在预热器内经过三个行程，分别从风室两侧送入等压风室，通过布风板送入流化床，一次风由风帽底部通道从风帽上径向布置的通风小孔流出，由于小孔的总截面远小于布风板的截面积，因此气流在小孔出口处喷出，具有较高的流速和动能，进入床层底部，使风帽头部和周围产生强烈的扰动，并形成气流垫层，使床料中煤粒与空气均匀混合，强化了气――固间热质过程，延长了煤粒在床内的停留时间，建立了良好的流化状态。由于一次风需克服布风板及料层阻力，需要很高的压力，因此一次风机选用10kv高压风机、引风机也选用高压风机10kv。

一次风的作用：

1）做为流化介质，控制良好的流化。2）控制床温及料层差压。3）为部分燃料的燃烧提供氧气。

4）被用作返料风。5）被用作播煤风。

2、由二次风机送入的空气在预热器内经过一个行程，在炉膛周围分二层布置十一个喷嘴送入炉膛，由于二次风不需要很高压头，选用380v普通风机。

二次风的作用：

1） 补充一次风的不足，为燃料进一步完全燃烧提供氧气。

2）分段送风有利于焦碳和一氧化碳对氮氧化物的还原，减少氮氧化物的排放。

3）对烟气进行横向扰动，消除局部温度过高。

第三节 旋风分离器结构及工作原理

分 离器是循环流化床锅炉的关键部件之一，它的性能直接影响到锅炉的安全和经济运行。循环流化床锅炉的燃烧室内气动力特性、传热特性、循环倍率、燃烧效率、锅炉出力和蒸汽参数，负荷的调节范围，石灰石的脱硫效率和利用率以及锅炉的启停性能，散热损失，运行维修费用均与分离器的性能有关。分离器的结构型式和布置位置，决定了循环流化床锅炉的整体布置型式和紧凑性，成为区别循环流化床锅炉的技术流派的重要标志之一。

75t/h循环流化床锅炉，采用高温旋风分离器，结构为双旋风分离，设置在炉膛出口左右各一个。

1、结构：由圆筒体、圆锥体、中心筒组成。

圆筒体：

对分离效果影响很大，筒体直径越小，离心力越大，分离效率越高，其直径一般应根据所处理的气流量，该炉3.5米。

圆锥体：

可使主气流易于由下变成向上流，由于其截面积向下不断缩小，颗粒在离心力作用下，移向器壁的距离不断缩短，切向速度可不断增加，对颗粒的分离有利，但相应的阻力要增加，同时，也有利于将捕集的颗粒下排到返料器。