循环流化床炉内传热与燃烧.ppt

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1、主讲：李加护主讲：李加护循环流化床循环流化床锅炉设备及运行锅炉设备及运行单位：华北电力大学能源与动力工程学院单位：华北电力大学能源与动力工程学院电话：电话：QQ：7954452 Email:第一节第一节 流化床锅炉的炉内传热流化床锅炉的炉内传热 第二节循环流化床中煤料的燃烧过程第二节循环流化床中煤料的燃烧过程 第三节循环流化床中的燃烧份额第三节循环流化床中的燃烧份额 第四节第四节 流化床燃烧效率问题流化床燃烧效率问题 第四章第四章 循环流化床炉内传热与燃烧循环流化床炉内传热与燃烧第一节第一节 流化床锅炉的炉内传热流化床锅炉的炉内传热循环流化床锅炉内的传热是与燃烧同时发生的。循环流化床锅炉内的传

2、热是与燃烧同时发生的。炉内传热气体与固体之间的传热颗粒与颗粒之间的传热炉膛与受热面之间的传热颗粒对流传热气体对流传热辐射传热传热基本方式导热传热对流传热辐射传热一、传热分析1.颗料对流传热（）CFB锅炉主要传热方式固体颗粒聚集成颗粒团，当它们运动到受热面附近时，与受热面形成很大的温差，这时热量从颗粒团经过气膜以导热方式传给受热面，或颗粒团直接碰撞受热面把携带的热量传给受热面。2.气体对流传热（）密相区，气体对流传热量较小。但当颗粒浓度较小、床层温度较高时，气体对流传热的作用不可忽略。3.辐射传热（）也是CFB锅炉的主要传热方式密相区，辐射传热作用较小。而在稀相区颗粒浓度较小、辐射传热所占比例增

3、大。壁面为颗粒团覆盖的平均时间份额。.总传热量二、传热机理.气膜理论.颗粒团理论三、影响CFB锅炉炉内传热的主要因素炉内传热系数随着床内物料浓度的增加面增大由四周沿壁面向下流动的固体颗粒团和中部向上流动的含有分散固体颗粒的气体来完成热量的传递。.流化速度的影响流化速度对传热过程的影响比较复杂。一般而言，风速增大时，一方面使气体对流传热增强，另一方面则由于颗粒浓度减小而使传热系数减小。在密相区，固体浓度大，颗粒以非稳态导热为主，传热系数随风速增大而减小；稀相区以对流换热为主，故相反，不过，由于在稀相区固体颗粒巾壁下滑，而气体分量比固体分量要小得多，因此在固体颗粒一定时，传热系数基本上不随流化风速

4、变化。锅炉运行时，一般增加（或减少）一次风量和增加（或减少）给料量是同时进行的，这样才能调节锅炉负荷。.床层温度的影响循环倍率对炉内传热的影响，实质上是物料浓度对炉内传热系数的影响。循环倍率K与炉内物料浓度是成正比的。返送回炉床内的物料越多，炉内物料量越大，物料浓度越高，传热系数也越大，反之亦然。因此，循环倍率越大，炉内传热系数也越大。.颗粒尺寸的影响在宽筛分的循环流化床锅炉中，如果细颗粒所占的份额增多，则会有较多的颗粒被携带到床层的上部，增加了截面颗粒浓度，从而间接地加强了传热。.悬挂受热面的影响炉膛温度分布试验 第一节第一节 流化床锅炉的炉内传热流化床锅炉的炉内传热 第二节循环流化床中煤料

5、的燃烧过程第二节循环流化床中煤料的燃烧过程 第三节循环流化床中的燃烧份额第三节循环流化床中的燃烧份额 第四节第四节 流化床燃烧效率问题流化床燃烧效率问题 第四章循环流化床炉内传热与燃烧第四章循环流化床炉内传热与燃烧第二节循环流化床中煤料的燃烧过程第二节循环流化床中煤料的燃烧过程 重要性重要性燃烧过程对火力发电机组安全燃烧过程对火力发电机组安全经济运行的影响经济运行的影响稳定燃烧稳定燃烧高效燃烧高效燃烧 燃烧概述燃烧概述燃烧是气体、液体或固体燃料与氧化剂之间发生的一种强烈的化学反应，流动、传热、传质和化学反应同时发生有相互作用的综合现象，典型的物理化学过程,化学反应动力学、流体力学、传热传质学是

6、研究燃烧反应过程的基础知识.燃烧学的发展历史直至18世纪中以前，发展缓慢，对燃烧现象的本质几乎一无所知。之后：燃素的概念出现（物质是否燃烧被归于是否含有燃素）1765年燃烧是物质的氧化（燃烧理论的萌芽）19世纪出现热化学和化学热力学（将燃烧作为热力学系统，考察其初态和终态，静态特性的研究）20世纪初燃烧反应动力学（研究燃烧过程的动态过程的理论）3040年代火焰传播的概念湍流燃烧理论（认识燃烧过程的限制因素往往不是反应动力学，而是传热传质，即受限于物理过程）5060年代德国人Von Karmen（对宇航也有巨大的贡献）提出用连续介质力学来研究燃烧，称为化学流体力学或反应流体力学，将经典流体力学的

7、方法、边界层、射流理论等应用与研究燃烧70年代初，大型电子计算机出现，形成计算流体（计算燃烧）学，建立了燃烧的数学模拟方法和数值计算方法；激光测量技术的出现，使精密测量成为现实。基本理论+数学模型和数值计算+先进的测量技术炉内燃烧与派生的问题q受热面积灰、结渣；q氧化氮等污染物的生成；q受热面金属表面的高温腐蚀；q蒸发受热面中水动力的安全性；加热蒸发 挥发份释放 焦化 煤粒膨胀和破裂（一级破碎）蒸发挥发份燃烧 焦碳燃烧再 次 破 裂（二级破碎）炭粒磨损 空气 煤 烟气 灰渣煤粒炉内燃烧过程1.煤粒加热和干燥；2.挥发分的析出和燃烧；3.煤粒膨胀和破裂(一级破碎)；4.焦炭燃烧和再次破裂（二次破

8、碎）及炭粒磨损。一、焦炭燃烧学术界的三种理论学术界的三种理论:碳是固体燃料的主要成分，对着火、燃尽、发热量碳是固体燃料的主要成分，对着火、燃尽、发热量等均有影响等均有影响1 1、一次反应、一次反应 C+O C+O2 2 COCO2 2 二次反应二次反应 C+CO C+CO2 2 2 2COCO2 2、一次反应、一次反应 2C+O 2C+O2 2 2 2COCO 二次反应二次反应 2CO+O 2CO+O2 2 2 2COCO2 23 3、一次反应、一次反应 C+O C+O2 2 C Cx xO Oy y(络合物络合物)二次反应二次反应 络合物分解为络合物分解为COCO、COCO2 2只要有足够只

9、要有足够 O O2 2 CO CO2 2（一）（一）.碳的燃烧反应碳的燃烧反应2 2、过程、过程1 1、研究对象：固相表面上进行的多相反应、研究对象：固相表面上进行的多相反应(1)(1)氧分子扩散到反应表面；氧分子扩散到反应表面；(2)(2)氧分子吸附于表面上；氧分子吸附于表面上；(3)(3)在表面上发生燃烧反应，放出在表面上发生燃烧反应，放出COCO2 2等燃烧产物；等燃烧产物；(4)(4)燃烧产物解吸附；燃烧产物解吸附；(5)(5)产物扩散到周围。产物扩散到周围。这些过程中哪些是瓶颈呢？这些过程中哪些是瓶颈呢？(2)(2)、(4)(4)、(5)(5)均快均快(1)(1)、(3)(3)较慢较

10、慢当当(1)(1)较慢较慢 扩散燃烧区扩散燃烧区 (3)(3)较慢较慢 动力燃烧区动力燃烧区（二）（二）.碳的多相燃烧反应碳的多相燃烧反应（三）、燃烧区域（三）、燃烧区域(t1000(t1400(t1400)，由于，由于k k因因T T升高面大大增加，此时扩散速度相对升高面大大增加，此时扩散速度相对太低，成为制约因素，故称扩散燃烧区；太低，成为制约因素，故称扩散燃烧区；.上述两者之间的温度区域，两个速度相近，称为过渡区。上述两者之间的温度区域，两个速度相近，称为过渡区。根据根据氧扩散到表面氧扩散到表面 及及 在表面上消耗在表面上消耗(即化学反应速度即化学反应速度k)k)，按温度变化，分成三个区

11、域：按温度变化，分成三个区域：（四）、焦碳燃烧模式（四）、焦碳燃烧模式1 1、细颗粒焦炭燃烧（小于、细颗粒焦炭燃烧（小于5050100100微米微米)、焦炭碎片燃烧、焦炭碎片燃烧 （典型尺寸（典型尺寸50050010001000微米微米)、粗颗粒焦炭燃烧、粗颗粒焦炭燃烧 （大于（大于1mm)1mm)二、煤粒的膨胀、破碎和磨损煤颗煤颗粒燃粒燃烧中烧中细粒细粒子的子的形成形成过程过程污染物的控制：污染物的控制：SOx NOx矿物燃料燃烧的全球性四大公害：大气烟尘、酸雨、温室效应、臭氧层破坏。燃煤火力发电装置：粉尘、硫氧化物（SO2、SO3）、氮氧化物（NOX）及二氧化碳（CO2）。三、煤燃烧后产生

12、的污染v燃燃烧烧排排烟烟产产物物：SO2和和极极少少量量的的SO3，在在大大气气环环境中，境中，SO2可以进一步转变为可以进一步转变为SO3并形成硫酸雾。并形成硫酸雾。vSO2对对人人体体健健康康的的影影响响是是在在呼呼吸吸道道黏黏膜膜上上形形成成亚亚硫硫酸酸和和硫硫酸酸，刺刺激激人人体体组组织织，引引起起分分泌泌物物增增加加和发生炎症。和发生炎症。vSO2进入植物叶片并溶解于水，沾结在细胞壁的进入植物叶片并溶解于水，沾结在细胞壁的表面，使植物受害，叶片发黄，严重时大量叶表面，使植物受害，叶片发黄，严重时大量叶片枯萎，导致植物死亡。片枯萎，导致植物死亡。vSO2及其在大气环境中转化成的硫酸雾可

13、被吸附及其在大气环境中转化成的硫酸雾可被吸附在材料的表面，具有很强的腐蚀作用，会使金在材料的表面，具有很强的腐蚀作用，会使金属设备、建筑物等遭受腐蚀，大大降低其使用属设备、建筑物等遭受腐蚀，大大降低其使用寿命。寿命。燃烧产生的硫氧化物的危害燃烧产生的硫氧化物的危害燃烧产生的氮氧化物的危害燃烧产生的氮氧化物的危害v燃烧设备排放的氮氧化物：NO和少量的NO2，还包括N2O、N2O3等，统称为NOXvNOX对人类自身及生存环境的直接和间接危害已远超过其它污染物。vN2O是形成温室效应的气体，并且会破坏大气臭氧层，造成紫外线对人体的危害。v生成一种浅蓝色的有毒烟雾，称为光化学烟雾。光化学烟雾对人的眼、

14、鼻、心、肺及造血组织等均有强烈的刺激和损害vNOX会在地球表面的大气层中形成臭氧，臭氧进入植物叶片并溶解于水，沾结在细胞壁的表面，对植物造成严重的伤害。臭氧对人体也十分有害。v在大气中，NOX会形成HNO3，即硝酸雾，也是形成酸雨的一个重要原因温室气体的危害温室气体的危害温室气体：CO2，CH4，NOX等气体，CO2与NOX主要产生于矿物燃料的燃烧过程，煤和油都是含碳量很高的燃料。具有惰性气体性质的CO2等温室气体一经形成，其被森林，土壤或海洋自然吸收的速率极其缓慢，CO2等温室气体的寿命期可长达50至200年。我国火电厂大气污染物排放标准我国火电厂大气污染物排放标准火电厂大气污染物排放标准（

15、GB13223-1996）分别对NOX与SO2排放浓度及排放量提出了严格的要求 燃用设计煤种和校核煤种，炉内脱硫，锅炉燃用设计煤种和校核煤种，炉内脱硫，锅炉的的SO2排放浓度为排放浓度为 200 mg/Nm3，NOx排放浓排放浓度不高于度不高于 200 mg/Nm3。-东方锅炉技术协议（）东方锅炉技术协议（）.doc武安 第一节第一节 流化床锅炉的炉内传热流化床锅炉的炉内传热 第二节循环流化床中煤料的燃烧过程第二节循环流化床中煤料的燃烧过程 第三节循环流化床中的燃烧份额第三节循环流化床中的燃烧份额 第四节第四节 流化床燃烧效率问题流化床燃烧效率问题 第四章循环流化床炉内传热与燃烧第四章循环流化

16、床炉内传热与燃烧第三节循环流化床中的燃烧份额第三节循环流化床中的燃烧份额一、燃烧份额燃煤在密相区燃煤在密相区(沸腾区沸腾区)的燃烧的燃烧份额表示燃煤在份额表示燃煤在密相区的燃烧程密相区的燃烧程度。度。二、影响燃烧份额的因素1.煤种的影响2.流化速度的影响3.一、二次风配比对燃烧份额的影响4.床温的影响5.过量空气系数的影响CONCLUSION燃烧份额有很大不同，密相区低于鼓泡床。2.增加一次风比例，密相区燃烧份额会有所增加，但增加的比例远低于所增加的一次风的比例。3.床温增加，密相区燃烧份额有所增加，但幅度不大。4.挥发分增加，稀相区燃烧份额增加。5.一二次风比固定，在一定范围内增加过量空气系

17、数，密相区的燃烧份额增加。6.增加分离器的效率，密相区的燃烧份额降低。第一节第一节 流化床锅炉的炉内传热流化床锅炉的炉内传热 第二节循环流化床中煤料的燃烧过程第二节循环流化床中煤料的燃烧过程 第三节循环流化床中的燃烧份额第三节循环流化床中的燃烧份额 第四节第四节 流化床燃烧效率问题流化床燃烧效率问题 第四章循环流化床炉内传热与燃烧第四章循环流化床炉内传热与燃烧一、燃煤特性的影响一、燃煤特性的影响影响流化床燃烧的因素很多，如燃煤特性、燃煤粒径级配、流化质量、给煤方式、床温、床体结构和运行水平等。第四节第四节 流化床燃烧效率问题流化床燃烧效率问题挥发分含量发热量灰熔点二、燃煤粒径的影响二、燃煤粒径的影响三、布风装置和流化质量的影响三、布风装置和流化质量的影响四、给煤方式的影响四、给煤方式的影响五、床体结构和飞灰再燃的影响五、床体结构和飞灰再燃的影响六、运行水平的影响六、运行水平的影响七、焦碳失活问题七、焦碳失活问题八、八、循环倍率的影响循环倍率的影响九、床温的影响九、床温的影响十、流化风速的影响十、流化风速的影响十一、二次风布置方式的影响十一、二次风布置方式的影响本章重点CFB炉内传热机理炉内传热机理影响影响CFB传热的主要因素传热的主要因素CFB煤粒的燃烧过程煤粒的燃烧过程燃烧份额燃烧份额影响燃烧份额的因素影响燃烧份额的因素