循环流化床锅炉原理课件.ppt

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1、大家好!第一章第一章 循环流化床锅炉介绍 我国是世界上少数几个以煤为主要能源的我国是世界上少数几个以煤为主要能源的国家之一，目前每年煤炭消费量约国家之一，目前每年煤炭消费量约1313亿吨，其亿吨，其中中80%80%通过燃烧被利用。然而，燃烧设备陈旧、通过燃烧被利用。然而，燃烧设备陈旧、效率低、排放无控制造成了能源和环境污染严效率低、排放无控制造成了能源和环境污染严重，能源节约与环境保护已成为现有燃煤技术重，能源节约与环境保护已成为现有燃煤技术所需解决的主要问题。因此，寻求一种高效、所需解决的主要问题。因此，寻求一种高效、低污染燃烧技术，开发新的燃烧设备成为当务低污染燃烧技术，开发新的燃烧设备成

2、为当务之急。之急。循环流化床锅炉燃烧技术（CFBBC：Circulating Fluidized Bed Boiler Combustion)是新一代高效、低污染清洁燃烧技术。主要特点主要特点(1)低温动力的控制燃烧。其燃烧速度主要取决于化学反应速度，决定于温度水平。物理因素不再是控制燃烧的主导因素。(2)(2)高速度、高浓度、高通量的固体物料流态循环过高速度、高浓度、高通量的固体物料流态循环过程。循环流化床锅炉的所有燃烧都在这两种形式程。循环流化床锅炉的所有燃烧都在这两种形式的循环运动中逐步完成的。的循环运动中逐步完成的。(3)(3)高强度的热量、质量和动量传递过程。循环流化高强度的热量、质

3、量和动量传递过程。循环流化床锅炉的热量主要靠高速度、高浓度、高通量的床锅炉的热量主要靠高速度、高浓度、高通量的固体物料来实现循环的，炉内的热量、质量和动固体物料来实现循环的，炉内的热量、质量和动量的传递交换非常迅速，从而使整个炉膛内温度量的传递交换非常迅速，从而使整个炉膛内温度分布很均匀。分布很均匀。循环流化床锅炉的典型结构流化床锅炉的原理：流化床锅炉是一种可燃用劣质燃料及添加脱硫剂来产生蒸汽的装置。锅炉的燃烧室运行在一种特殊的流体动力特性下，细颗粒以超过平均粒径终端速度的气流输送离开流化床，并存在着大量物料的返混，以保证流化床的温度分布均匀及足够大的热容量。离开流化床的大部分颗粒通过炉膛进入

4、到旋风分离器被捕捉下来并以足够的速度经返料装置重新送回到炉膛,。物料在炉膛内的循环称为内循环物料在炉膛外通过旋风分离器捕捉并经返料装置被送回的循环过程称为外循环 颗粒浓度沿床截面径向分布规律：循环床内径向颗粒浓度分布存在不均匀性，在床层中心区颗粒浓度低，而靠近壁面处颗粒浓度较高。床截面平均颗粒浓度高时，沿径向的颗粒浓度变化就比较大，反之则小。根据固体颗粒径向分布的规律，我们可以看出，在循环流化床中，除了固体颗粒在分离器内被分离再送回床内的外部循环外，固体颗粒在核心和边壁处的上升和下落也构成了床内的内循环，床层的温度能保持均匀分布是内外循环共同作用的结果。循环流化床锅炉的主要优点循环流化床锅炉的

5、主要优点优优 点点1 燃料适应性广2 有利于环境保护3 负荷调节性能好4 燃烧热强度大5 炉内传热能力强6 灰渣综合利用性能好循环流化床锅炉的主要缺点循环流化床锅炉的主要缺点缺缺 点点1 大型化问题2 烟风系统阻力较高，风机用电量大3 自动化水平要求高4 磨损问题5 对辅助设备要求较高6 理论和技术问题 第二章循环流化床空气动力学特性2.1 基本概念1、床料 锅炉启动前，布风板上先铺有一定厚度、一定粒度的“原料”，称为床料。床料的成分、颗粒粒径和筛分特性因炉而定。床料一般由燃煤、灰渣、石灰石粉等组成，有的锅炉床料还掺入砂子、铁矿石等成分，甚至有的锅炉冷态、热态调试或启动时仅用一定粒度的砂子做床

6、料。2、物料 所谓物料，主要是指循环流化床锅炉运行中在炉膛及循环系统（分离器、料腿、回料阀等）内燃烧或载热的固体颗粒。它不仅包含床料成分，还包括锅炉运行中给入的燃料、脱硫剂、返送回来的飞灰以及燃料燃烧后产生的其他固体物质。分离器捕捉分离下来通过回料阀返送回炉膛的物料叫循环物料，而未被捕捉分离下来的细小颗粒一般称为飞灰，炉床下部排出的较大颗粒叫炉渣（也称为大渣）。因此飞灰和炉渣是炉内物料的废料。3、堆积密度与颗粒密度 把固体颗粒燃料或物料自然堆放不加任何“约束”，那么这时单位体积的燃料质量就称为堆积密度。单个颗粒的质量与其体积的比值称为颗粒密度或真实密度。4、空隙率 燃料、床料或物料堆积时，其粒

7、子间的空隙所占的体积份额为堆积空隙率。5、燃料筛分 进入锅炉的燃料颗粒的直径一般是不相等的。如果粒径粗细范围较大，即筛分较宽，就称做宽筛分；粒径粗细范围较小，就称为窄筛分。6、流化速度 流化速度是指床料或物料流化时动力流体的速度。7、临界流化风速与临界流化风量 临界流化风速就是床料开始流化时的一次风风速，这时的一次风风量也就称为临界流化风量。8、物料循环倍率 循环流化床锅炉一般流化速度u4m/s，甚至达到u8m/s，这时大量的物料被烟气带出炉膛，其中含有未被燃烬的燃料煤粒和焦炭颗粒，若不收集返送回炉膛再燃烧，必然降低锅炉燃烧效率，并且炉内的物料也很快被烟气带走。因此，物料分离收集和返送回炉膛的

8、量多少就显得十分重要。从而提出了物料循环倍率的概念，它是循环流化床锅炉独有的。物料循环倍率最简单、最通用的概念是：由物料分离器捕捉下来且返送回炉内的物料量与给进的燃料量之比，即式中：K物料循环倍率；W返送回炉内的物料量，t/h；B燃煤量，t/h。影响物料回送量W的因素较多，主要有如下几点：（1）一次风量。（2）燃料颗粒特性。（3）分离器效率。（4）回料系统。9、颗粒终端速度 当一个颗粒在无限大的静止介质中，在重力的作用下做自由力作用下加速，而浮力和流体曳力则阻碍这种趋势。当颗粒加速直至达到一个不再增加的稳定的速度时，这速度就叫该颗粒的终端速度。在稳定状态下颗粒的受力平衡式为 颗粒的终端沉降速度

9、ut为：10、流态化 流态化的定义为：使颗粒通过与气体或液体的接触而转变成类似流体的一种运行状况。当颗粒处于流态化状态时，作用在固体颗粒上的重力与气流的曳力相互平衡，此时颗粒处于一种拟悬浮状态，从而使流化床具有类似于流体的性质，主要有以下几点:(1)在任一高度的静压近似等于在此高度上单位床截面内固体颗粒的重量。(2)无论床层如何倾斜，床表面总是保持水平，床层的形状也保持容器的形状。(3)床内固体颗粒可以像液体一样，从底部或侧面的孔口中排出。(4)密度高于床层表观密度的物体在床内会下沉，密度小的物体会浮在床面上。(5)床内颗粒混合良好，当加热床层时，整个床层的温度基本上均匀。2.2、流化床的形成

10、过程 当空气流速由小到大穿过床料颗粒间隙，床层经历了由固定床鼓泡床湍流床快速床以及气力输送等一系列状态的变化（图26）。2.3、几种不正常的流化状态1、沟流 锅炉在冷态试验和点火时，一次风的流速在未达到临界流速时，空气流在料层中的分布是不均匀的，床料中颗粒大小的分布及空隙率也是不均匀的，在阻力小的地方气流速度较大、在阻力大的地方气流速度较小，有时大量的空气从阻力小的地方穿过料层而其他部位仍处于固定床状态，这种现象就称为沟流(图215)。产生沟流的主要原因是：(1)运行中一次风速太低，未达到设计要求。(2)料层（床内一定厚度的床料）太薄，或严重不均，或炉床内结焦。(3)给煤太湿，播煤风、回料风调

11、整不合理，造成在给煤口下或回料口处形成堆集现象。(4)布风板设计不合理，风帽数太少，节距太大。消除沟流的方法就是查出是哪种原因产生沟流，针对原因采取措施就可避免沟流的发生。2、气泡与节涌 床料在流化过程中形成湍流前，流化一次风主要是以“气泡”形式在料层中向上运动的。其实，料层中含有气泡是正常现象，但是气泡过大或集中上涌，就属不正常流化。如果料层中的气泡聚集汇合接近炉床宽度时，料层就被分成几层，一层比较稠密的床料，一层稀疏床料的“空气”向上运动，当达到某一高度后崩裂固体颗粒喷雨而下。这种现象称为节涌（图216）。节涌现象易在鼓泡床与湍流床之间的流化过程中产生。因此，通常把鼓泡床与湍流床之间的流化

12、状态称为不稳定流化状态。锅炉应尽可能避免在这一状态下运行。不正常气泡和节涌的产生，主要与布风板、风帽设计不合理，床料颗粒过粗、料层过薄等因素有关。3、分层 床料在流化过程中，较粗较重的颗粒一般在底部，细而轻的颗粒悬浮于上部。这种分层现象，在移动床和低速鼓泡床中比较清楚。在湍流床和快速床中，分层的趋势就不太明显。2.4 循环流化床炉内流体动力特性循环流化床炉内流体动力特性一、炉内气固两相流动状态 1、炉内不同区域流型分布 在循环流化床锅炉中，高温固体物料沿着一个封闭的循环回路运动。在这个循环回路中的不同区域固体颗粒处于不同的流动状态，如下表所示：2、床内气泡与颗粒运动 在较低的气流速度下，流化床

13、中的空气以气泡的形式向上运动，小气泡在运动中不断地形成较大的气泡，床内颗粒的混合主要依靠气泡运动所带来的扰动（图218）。循环流化床锅炉由于流化速度较鼓泡床锅炉大大提高(一般为510m/s)，流化介质在床内不再以气泡形式通过物料，固体颗粒的运动方式也发生了变化。在颗粒流型上，快速流化床明显存在着颗粒絮状物的运动（图219）。当物料呈湍流床时，沿四周壁面的物料浓度较中心大，并沿壁面向下流动。而中心区物料颗粒相对稀少(浓度低)，并随气流向上运动。当气流速度再增大时，沿壁面明显下降的高浓度气固两相流出现湍动，下降环流与上升中心流发生掺混，在炉内产生循环。这种物料在炉内掺混循环，称为“内循环”（图22

14、0）。二、床内压力波动 在鼓泡流化床床层内，压力波动主要是由气泡运动所致。在早期的流化床研究中，床内压力波动的大小往往被用来评定流化质量的好坏程度；好的流化质量应该对应于高频率、低振幅的压力波动。床内压力波动的增加是由于气泡的急剧合并而使气泡尺寸增加所致。当气泡破碎速率大于其合并速率时，气泡尺寸开始减小，床内压力波动的程度亦就逐渐减小，这就意味着压力波动幅值正比于床内平均气泡直径。一般地说，沿高度方向，整个循环流化床会同时呈现鼓泡流态化、湍流流态化、快速流态化和气力输送流动型态，然而要正确地划分其界限是困难的。目前，有关循环流化床锅炉在采用大颗粒和高温时的流体动力特性研究结果尚很欠缺，有待进一

15、步深化研究。三、影响临界流化风速的主要因素分析 临界流化风速与床料粒径、密度和流化气体的物性参数有关。1、温度的影响 图2-32中系列18为厄贡计算式计算的结果，系列9为浙江大学计算式计算的结果。从图中可以看出，在大粒子(25mm)范围内，两类计算式结果相近，故认为可信。同时可看出，随温度升高，临界流化风速呈上升趋势。这是因为颗粒所受曳力与气体的密度和粘度有关。粘度越大或密度越大，曳力越大，所需临界流化风速就越小。当温度升高时，气体粘度变大，密度变小，但粘度变化对流化风速影响较小，最终因气体密度下降，须提高风速才能保持相同的曳力。2、颗粒粒径的影响 当其他条件不变，只是颗粒的平均粒径变化时，由

16、浙大计算式推出其临界流化风速之比值 即床料的当量直径增大时，临界流化风量就随着增加。3、颗粒密度的影晌 当其他条件不变，只是颗粒的密度变化时，由浙大计算式推出其临界流化风速之比值 即颗粒密度增大时，临界流化风量也随着增大。3循环流化床燃烧与炉内传热3.1.三种类型的燃烧(1)(1)动力燃烧：当温度较低时，化学反应速度较慢，动力燃烧：当温度较低时，化学反应速度较慢，物理混合速度较快，燃烧速度取决于化学条件，物理混合速度较快，燃烧速度取决于化学条件，既温度的高低，这种燃烧称为动力燃烧，或燃烧既温度的高低，这种燃烧称为动力燃烧，或燃烧处于动力区。处于动力区。(2)(2)过渡燃烧：在过渡燃烧中，化学反

17、应速度与内部过渡燃烧：在过渡燃烧中，化学反应速度与内部扩散速度相当，氧气在焦碳中的渗透能力不强，扩散速度相当，氧气在焦碳中的渗透能力不强，接近外表面处的小孔消耗了很大部分的氧量。接近外表面处的小孔消耗了很大部分的氧量。(3)(3)扩散燃烧：在扩散燃烧过程中，传质速度远低于扩散燃烧：在扩散燃烧过程中，传质速度远低于化学反应速度。由于化学反应速度很快，传质速化学反应速度。由于化学反应速度很快，传质速度相对较慢的氧量在刚到达焦炭外表面就被化学度相对较慢的氧量在刚到达焦炭外表面就被化学反应消耗，这种工况常见于大颗粒焦炭的燃烧。反应消耗，这种工况常见于大颗粒焦炭的燃烧。3.2 循环流化床煤粒的燃烧过程循

18、环流化床煤粒的燃烧过程 由于炉内温度低，且煤颗粒直径相对较粗，燃烧方式不同于链条炉固定床。所以煤粒进入燃烧室后大致经历了四个连续的过程：(1)煤粒被加热和干燥 (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(二级破碎)及炭粒磨损一、加热和干燥一、加热和干燥 新鲜煤粒被送入流化床后立即被不可燃的大量新鲜煤粒被送入流化床后立即被不可燃的大量灼热的床料所包围并被加热到接近床温，被加热干灼热的床料所包围并被加热到接近床温，被加热干燥，把水分蒸发掉。加热速率在燥，把水分蒸发掉。加热速率在100-1000100-1000/s/s的范的范围。影响加热速率的因素很多，其中之

19、一为煤的粒围。影响加热速率的因素很多，其中之一为煤的粒度。度。粒度越大，其表面和中心达到粒度越大，其表面和中心达到800800的时间间隔的时间间隔越长。越长。二、挥发分的析出和燃烧二、挥发分的析出和燃烧 挥发分的第一个稳定析出阶段在挥发分的第一个稳定析出阶段在500-600500-600之之间，第二个稳定析出阶段在间，第二个稳定析出阶段在800-1000800-1000之间。挥发之间。挥发分的精确含量和构成受多种因素的影响。分的精确含量和构成受多种因素的影响。对于细小微粒，挥发分的析出非常快，无须循对于细小微粒，挥发分的析出非常快，无须循环返送炉内。大颗粒的挥发分的析出及在炉内的分环返送炉内。

20、大颗粒的挥发分的析出及在炉内的分散掺混要慢得多。且很大一部分在炉膛中部燃烧。散掺混要慢得多。且很大一部分在炉膛中部燃烧。实际上挥发分析出和燃烧是重叠进行的。实际上挥发分析出和燃烧是重叠进行的。三、焦炭燃烧三、焦炭燃烧 燃烧工况由燃烧室的工作条件和焦炭特性燃烧工况由燃烧室的工作条件和焦炭特性决定：决定：1 1、动力控制燃烧、动力控制燃烧 此时，化学反应速率远低于扩散速率。此时，化学反应速率远低于扩散速率。2 2、过渡燃烧、过渡燃烧 此时，化学反应速率和扩散速率相当。此时，化学反应速率和扩散速率相当。3 3、扩散控制燃烧、扩散控制燃烧 此时，传质速率远低于化学反应速率。此时，传质速率远低于化学反应

21、速率。四、煤粒的膨胀、破碎和磨损四、煤粒的膨胀、破碎和磨损 一级破碎：一级破碎：一级破碎：一级破碎：煤粒中析出的挥发分有时会在煤煤粒中析出的挥发分有时会在煤粒中形成很大的压力而使煤粒产生破碎。粒中形成很大的压力而使煤粒产生破碎。二级破碎：二级破碎：二级破碎：二级破碎：当焦炭在动力燃烧或过度燃烧工当焦炭在动力燃烧或过度燃烧工况时焦炭内部的小孔增加，削弱了焦炭内部况时焦炭内部的小孔增加，削弱了焦炭内部的连接力。当连接力小于施于焦炭的外力时，焦炭的连接力。当连接力小于施于焦炭的外力时，焦炭就产生碎片。就产生碎片。磨损：磨损：磨损：磨损：较大的颗粒与其它颗粒机械作用产生较大的颗粒与其它颗粒机械作用产生

22、细颗粒的过程。细颗粒的过程。3.3 3.3 循环流化床的燃烧区域与燃烧份循环流化床的燃烧区域与燃烧份循环流化床的燃烧区域与燃烧份循环流化床的燃烧区域与燃烧份一、燃烧区域一、燃烧区域 对于采用高温气固分离器的循环流化床锅炉，燃对于采用高温气固分离器的循环流化床锅炉，燃烧主要存在于三个不同的区域，即炉膛下部密相区烧主要存在于三个不同的区域，即炉膛下部密相区（二次风口以下），炉膛上部稀相区（二次风口以（二次风口以下），炉膛上部稀相区（二次风口以上），高温气固分离器区。上），高温气固分离器区。采用中温气固分离器的循环流化床锅炉只有炉膛采用中温气固分离器的循环流化床锅炉只有炉膛上下部两个燃烧区域。上下部

23、两个燃烧区域。炉膛下部密相区有一次风将床料和加入的煤炉膛下部密相区有一次风将床料和加入的煤粒流化。燃料的挥发分析出和部分燃烧也发生在该粒流化。燃料的挥发分析出和部分燃烧也发生在该区域。该区域充满灼热的物料，是一个稳定的着火区域。该区域充满灼热的物料，是一个稳定的着火热源。也是储存热量的热库。热源。也是储存热量的热库。在炉膛上部区域，被送到上部区域的焦炭和在炉膛上部区域，被送到上部区域的焦炭和一部分挥发分在这里以富氧状态燃烧，大多数燃一部分挥发分在这里以富氧状态燃烧，大多数燃烧在这里发生在这个区域。烧在这里发生在这个区域。被夹带出炉膛的未燃尽的焦炭进入高温旋风分被夹带出炉膛的未燃尽的焦炭进入高温

24、旋风分离器，该处的氧浓度很低，且焦炭颗粒停留时间很离器，该处的氧浓度很低，且焦炭颗粒停留时间很短，所以焦炭在此燃烧份额很少。短，所以焦炭在此燃烧份额很少。循环流化床锅炉中的焦炭的燃烧模式分为三循环流化床锅炉中的焦炭的燃烧模式分为三类，主要发生的燃烧区域也不完全相同。类，主要发生的燃烧区域也不完全相同。1 1、细颗粒焦炭燃烧、细颗粒焦炭燃烧 尺寸小于尺寸小于 。燃烧区域大部分在炉膛。燃烧区域大部分在炉膛上部的稀相区，也会有少量在高温分离区内燃烧。细上部的稀相区，也会有少量在高温分离区内燃烧。细颗粒焦炭在中心区随气流向上运动，在贴近炉墙区向颗粒焦炭在中心区随气流向上运动，在贴近炉墙区向下运动。因此

25、细颗粒焦炭在炉内停留时间取决于内循下运动。因此细颗粒焦炭在炉内停留时间取决于内循环、炉膛高度和分离装置的性能。细颗粒的燃尽时间环、炉膛高度和分离装置的性能。细颗粒的燃尽时间取决于反应表面积、反应特性和反应级数。取决于反应表面积、反应特性和反应级数。2 2、焦炭碎片燃烧、焦炭碎片燃烧 尺寸为尺寸为 ，由一次破碎和二次破，由一次破碎和二次破碎碎产生。通常在过渡燃烧工况下燃烧。外循环倍率是影产生。通常在过渡燃烧工况下燃烧。外循环倍率是影响焦炭碎片停留时间的主要因素。分离器效率高，固响焦炭碎片停留时间的主要因素。分离器效率高，固气比高，循环倍率也会提高，有利于焦炭碎片燃尽。气比高，循环倍率也会提高，有

26、利于焦炭碎片燃尽。3 3、粗颗粒焦炭燃烧、粗颗粒焦炭燃烧 粗颗粒焦炭直径大于粗颗粒焦炭直径大于1mm1mm，这些颗粒的焦炭和，这些颗粒的焦炭和流化气体间的相对速度高，处于扩散燃烧或过渡燃烧流化气体间的相对速度高，处于扩散燃烧或过渡燃烧状态。粗颗粒在炉内的停留时间长，燃尽度高。粗颗状态。粗颗粒在炉内的停留时间长，燃尽度高。粗颗粒炉渣的含碳量很低，有粗颗粒产生的固体未完全燃粒炉渣的含碳量很低，有粗颗粒产生的固体未完全燃烧热损失最少。烧热损失最少。二、燃烧份额二、燃烧份额1 1、燃烧份额、燃烧份额、燃烧份额、燃烧份额 燃煤在各燃烧区的燃烧程度，一般按燃煤在各燃烧区的燃烧程度，一般按燃煤在各区域释放出

27、的发热量占燃煤总发热量燃煤在各区域释放出的发热量占燃煤总发热量的百分比表示。的百分比表示。密相区和稀相区的燃烧份额接近于密相区和稀相区的燃烧份额接近于1 1，其中密，其中密相区的燃烧份额是最关心的参数。相区的燃烧份额是最关心的参数。在其它条件不变的情况下，当密相区燃烧份在其它条件不变的情况下，当密相区燃烧份额增加，必然要增大密相区受热面积，如果密相区额增加，必然要增大密相区受热面积，如果密相区的受热面积不能增加，则会使密相区出口烟温增的受热面积不能增加，则会使密相区出口烟温增加，即带入稀相区的焓增加，会使密相区的热量加，即带入稀相区的焓增加，会使密相区的热量平衡破坏，使密相区炉膛温度升高。平衡

28、破坏，使密相区炉膛温度升高。2 2、影响燃烧份额的因素、影响燃烧份额的因素、影响燃烧份额的因素、影响燃烧份额的因素 1 1）煤种的影响：挥发分低的无烟煤及劣质煤）煤种的影响：挥发分低的无烟煤及劣质煤的的燃烧份额大，而挥发分高的煤燃烧份额小。燃烧份额大，而挥发分高的煤燃烧份额小。2)2)粒径和粒径分布的影响：粒径小的煤在密相粒径和粒径分布的影响：粒径小的煤在密相区的燃烧份额会比较小；当细粒份额增加，被扬析区的燃烧份额会比较小；当细粒份额增加，被扬析往稀相区燃烧的煤增多，燃烧份额减少。往稀相区燃烧的煤增多，燃烧份额减少。3)3)流化速度的影响：当密相区的断面缩小，流流化速度的影响：当密相区的断面缩

29、小，流化速度增加时，同粒径的燃煤粒子的燃烧份额减化速度增加时，同粒径的燃煤粒子的燃烧份额减小。小。4)4)循环倍率的影响：当循环倍率提高时，一方循环倍率的影响：当循环倍率提高时，一方面循环细颗粒对受热面的传热量及从密相区带走的面循环细颗粒对受热面的传热量及从密相区带走的热量增加，有利于密相区热量平衡；另一方面，细热量增加，有利于密相区热量平衡；另一方面，细颗粒循环再燃的机会增加，使燃烧效率提高。颗粒循环再燃的机会增加，使燃烧效率提高。3 3、一、二次风配比对燃烧份额的影响一、二次风配比对燃烧份额的影响一、二次风配比对燃烧份额的影响一、二次风配比对燃烧份额的影响 一次风量应满足密相区燃烧份额的需

30、要，即应一次风量应满足密相区燃烧份额的需要，即应根据燃烧份额配一次风；二次风从密相区和稀相区根据燃烧份额配一次风；二次风从密相区和稀相区交接处进入，以保证燃料完全燃烧。交接处进入，以保证燃料完全燃烧。2.4 2.4 影响循环流化床燃烧的主要因素影响循环流化床燃烧的主要因素影响循环流化床燃烧的主要因素影响循环流化床燃烧的主要因素一、燃煤特性的影响一、燃煤特性的影响 燃煤的结构特性、挥发分含量、发热量、灰熔点燃煤的结构特性、挥发分含量、发热量、灰熔点等对流化床燃烧均会带来影响。等对流化床燃烧均会带来影响。挥发分含量高、结构松软的煤，可以提高燃烧速挥发分含量高、结构松软的煤，可以提高燃烧速率。反之则

31、降低燃烧速率。率。反之则降低燃烧速率。燃用低热值的煤时，应在密相区少布置受热面，燃用低热值的煤时，应在密相区少布置受热面，才能保证密相层温度维持在正常燃烧时所需温度。才能保证密相层温度维持在正常燃烧时所需温度。二、燃煤粒径的影响二、燃煤粒径的影响 对于单位重量燃料而言，粒径减少，粒子数对于单位重量燃料而言，粒径减少，粒子数增加，炭粒的总表面积增加，燃尽时间缩短，燃烧增加，炭粒的总表面积增加，燃尽时间缩短，燃烧速率增加。速率增加。燃煤中燃煤中0.5mm0.5mm以下的细煤粒送入流化床后很以下的细煤粒送入流化床后很快就会随烟气带出床层，固体不完全热损失主要来快就会随烟气带出床层，固体不完全热损失主

32、要来自这部分细煤粒的不完全燃烧。为提高流化床锅炉自这部分细煤粒的不完全燃烧。为提高流化床锅炉的燃烧效率，应采取措施力求减少细煤粒被带出炉的燃烧效率，应采取措施力求减少细煤粒被带出炉膛，并把带出炉膛的细煤粒收集起来，再送回炉膛膛，并把带出炉膛的细煤粒收集起来，再送回炉膛循环燃烧。循环燃烧。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 流化床要求布风装置配风均匀，以消除死区流化床要求布风装置配风均匀，以消除死区和粗颗粒沉积，使底部流化质量良好。合理的布风和粗颗粒沉积，使底部流化质量良好。合理的布风结构是减小气泡尺寸，改善流化质量，减少细粒带结构是减小气泡尺寸，改善流化质量，减少细粒带出

33、量，提高燃烧效率的有效途径。出量，提高燃烧效率的有效途径。一般采用小直径风帽，合理布置风帽数量和一般采用小直径风帽，合理布置风帽数量和风帽排列方式，设计良好的等压风室，对提高流化风帽排列方式，设计良好的等压风室，对提高流化质量均有明显的效果。质量均有明显的效果。四、给煤方式的影响四、给煤方式的影响 加入到床层的燃料要求在整个床面上播散均加入到床层的燃料要求在整个床面上播散均匀，防止局部碳负荷过高，以免造成局部缺氧。因匀，防止局部碳负荷过高，以免造成局部缺氧。因此给煤点应分散布置，给煤量不宜集中加入。此给煤点应分散布置，给煤量不宜集中加入。对于采用不同燃料的流化床锅炉，采用正压对于采用不同燃料的

34、流化床锅炉，采用正压给煤时，可采用在给煤口加装播煤风，或在给煤口给煤时，可采用在给煤口加装播煤风，或在给煤口上加二次风。上加二次风。五、床温的影响五、床温的影响 在床层中，煤粒挥发物的析出速率和碳的反在床层中，煤粒挥发物的析出速率和碳的反应速率随床温的增加而增大。所以提高床温有利于应速率随床温的增加而增大。所以提高床温有利于提高燃烧速率和缩短燃尽时间。但床温的提高受到提高燃烧速率和缩短燃尽时间。但床温的提高受到灰熔点的限制。灰熔点的限制。六、床体机构和飞灰再燃的影响 床体结构对燃烧效率有很大的影响，除影响流化质量外，还影响细颗粒在炉膛内的停留时间。设计床体结构时，应合理组织气流，使可燃物与空气

35、在床内得到充分混合与搅拌，有利于细颗粒在床内进行重力分离。此外，在鼓泡流化床锅炉内也可采用飞灰送入主床燃烧或设置单独的飞灰燃尽床来燃烧收集下来的飞灰。在悬浮段出口处设置U型分离燃尽段也取得了很好的效果。七、运行水平的影响七、运行水平的影响 锅炉在运行中应根据负荷和煤质的变化，随锅炉在运行中应根据负荷和煤质的变化，随时调整燃烧工况，保持正常的床温和合理的风煤时调整燃烧工况，保持正常的床温和合理的风煤比，以降低气体和固体不完全燃烧损失。比，以降低气体和固体不完全燃烧损失。对于鼓泡流化床锅炉，要维持适当的料层高对于鼓泡流化床锅炉，要维持适当的料层高度。度。为保证循环流化床锅炉飞灰循环系统正常运为保证

36、循环流化床锅炉飞灰循环系统正常运行，多采用自动调整型的送灰器。行，多采用自动调整型的送灰器。此外还要认真调整一、二次风的比例，很好的此外还要认真调整一、二次风的比例，很好的组织在密相区和稀相区的燃烧。组织在密相区和稀相区的燃烧。2.5 2.5 流化床锅炉的炉内传热流化床锅炉的炉内传热流化床锅炉的炉内传热流化床锅炉的炉内传热一、鼓泡流化床的炉内传热一、鼓泡流化床的炉内传热1 1、传热机理、传热机理 实验发现，在气固流化床内床层和换热表面实验发现，在气固流化床内床层和换热表面之间的传热系数相当大，要比单纯气体大一到两个之间的传热系数相当大，要比单纯气体大一到两个数量级，这主要是由于床内颗粒的剧烈运

37、动和良好数量级，这主要是由于床内颗粒的剧烈运动和良好混合所引起的。混合所引起的。鼓泡床和埋管受热面之间的热量传递主要有鼓泡床和埋管受热面之间的热量传递主要有三个途径：颗粒对流换热、颗粒隙间气体对流换热三个途径：颗粒对流换热、颗粒隙间气体对流换热和床层辐射放热。和床层辐射放热。当颗粒直径为当颗粒直径为40-1000um40-1000um，颗粒对流换热是，颗粒对流换热是传热的主要方式。传热的主要方式。通常在粒径通常在粒径0.8mm0.8mm直至数毫米时，隙间气体直至数毫米时，隙间气体对流换热在传递热量中占主要份额。对流换热在传递热量中占主要份额。当床温大于当床温大于530530后，辐射交换份额越来

38、越重后，辐射交换份额越来越重要，且组成床层的颗粒愈大时，辐射作用愈强，总传要，且组成床层的颗粒愈大时，辐射作用愈强，总传热系数显著上升。热系数显著上升。鼓泡床内，固气两相流对埋管受热面传热系数鼓泡床内，固气两相流对埋管受热面传热系数不仅与锅炉运行条件有关，且与床料固体颗粒物理特不仅与锅炉运行条件有关，且与床料固体颗粒物理特性、受热面结构参数及烟气物理性质等许多因素有性、受热面结构参数及烟气物理性质等许多因素有关。关。2 2、影响传热的主要因素、影响传热的主要因素（1 1）表观流化速度）表观流化速度 换热表面与气泡的接触时间份额和气泡与换热换热表面与气泡的接触时间份额和气泡与换热表面的传热强度这

39、两个对传热起相反作用的趋势的表面的传热强度这两个对传热起相反作用的趋势的共同影响，就造成了传热系数随流速度呈现先升后共同影响，就造成了传热系数随流速度呈现先升后降的上凸变化形状。降的上凸变化形状。（2 2）颗粒尺寸）颗粒尺寸 粒径较小时，颗粒主要通过气隙与换热表面进粒径较小时，颗粒主要通过气隙与换热表面进行导热。当流化速度增大时，颗粒在表面停留时间行导热。当流化速度增大时，颗粒在表面停留时间减少，换热系数急剧增大。减少，换热系数急剧增大。对于大颗粒床，导热模式的传热作用减小，而对于大颗粒床，导热模式的传热作用减小，而气体对流的作用增加，直至起主导作用。气体对流的作用增加，直至起主导作用。(3)

40、床温和壁温 床温和壁温升高时，流化气体的导热系数随之升高及床层和换热表面的辐射传热增强，使得传热系数会有较大的提高。(4)床层压力 传热一般随压力的增大而增大。但对于小颗粒床，其增大的幅度较小；而对于大颗粒床，则增大的幅度较大（5 5）固体颗粒密度：）固体颗粒密度：传热系数随固体颗粒的密度的增大而增加，但传热系数随固体颗粒的密度的增大而增加，但对于颗粒密度的依赖性随着颗粒尺寸的增大而减对于颗粒密度的依赖性随着颗粒尺寸的增大而减小。小。（6 6）固体颗粒的比热：）固体颗粒的比热：传热系数随固体颗粒的比热的增大而增加传热系数随固体颗粒的比热的增大而增加（7 7）气体热导率：）气体热导率：随着气体热

41、导率的增大，传热系数会近似的以随着气体热导率的增大，传热系数会近似的以1/2-1/31/2-1/3次方幂次增大。正由于此，床温和壁温的提次方幂次增大。正由于此，床温和壁温的提高会在较大程度上提高传热系数。高会在较大程度上提高传热系数。二、循环流化床炉内传热1 1、循环流化床炉内传热机理、循环流化床炉内传热机理 循环流化床内热量的传递通常是通过以下三种循环流化床内热量的传递通常是通过以下三种受热面之一或它们的组合来实现的：受热面之一或它们的组合来实现的：1 1）悬挂于锅炉顶部出口附近的管式换热表面。）悬挂于锅炉顶部出口附近的管式换热表面。2 2）形成锅炉部分壁面的垂直膜式水冷壁。）形成锅炉部分壁

42、面的垂直膜式水冷壁。3 3）外置流化床换热器中的换热管束。）外置流化床换热器中的换热管束。循环流化床炉内换热机理与上述鼓泡床换热有循环流化床炉内换热机理与上述鼓泡床换热有些相似却不完全相同。主要是因为循环流化床内物些相似却不完全相同。主要是因为循环流化床内物料流化工况发生了变化，固料流化工况发生了变化，固-气两相呈湍流床和快速气两相呈湍流床和快速流化床。流化床。目前，对于循环流化床炉内换热机理分析主要目前，对于循环流化床炉内换热机理分析主要有两种观点。有两种观点。一种是气膜理论，认为炉内换热主要依靠烟一种是气膜理论，认为炉内换热主要依靠烟气对流、固体颗粒对流和辐射来实现的。气对流、固体颗粒对流

43、和辐射来实现的。另一种是颗粒团理论，认为是颗粒团沿壁面另一种是颗粒团理论，认为是颗粒团沿壁面运动时实现热量传递。运动时实现热量传递。颗粒团理论得到了大多数学者的公认。颗粒团理论得到了大多数学者的公认。两种观点可总结为炉内传热主要通过物料对受两种观点可总结为炉内传热主要通过物料对受热面的固体对流和固体、气体辐射换热实现的。热面的固体对流和固体、气体辐射换热实现的。2 2、影响循环流化床传热的主要因素、影响循环流化床传热的主要因素（1 1）颗粒浓度的影响）颗粒浓度的影响 炉内传热系数随着物料浓度的增加而增大。循炉内传热系数随着物料浓度的增加而增大。循环流化床的温度是燃烧室壁面和床层之间传热强度环流

44、化床的温度是燃烧室壁面和床层之间传热强度的函数，而传热强度又是燃烧室中粒子浓度的函的函数，而传热强度又是燃烧室中粒子浓度的函数。然而粒子浓度随着床高而变化。数。然而粒子浓度随着床高而变化。所以在循环流化床锅炉的运行中，可通过调节所以在循环流化床锅炉的运行中，可通过调节一、二次风的比例来控制沿床高方向的颗粒浓度分一、二次风的比例来控制沿床高方向的颗粒浓度分布，进而达到控制温度分布和传热系数以及负荷调布，进而达到控制温度分布和传热系数以及负荷调节的目的。节的目的。（2 2）流化速度的影响）流化速度的影响 对于循环流化床，增大流化速度时，引起传热对于循环流化床，增大流化速度时，引起传热系数的上升，但

45、同时，因保持固体颗粒的循环量不系数的上升，但同时，因保持固体颗粒的循环量不变，床层颗粒浓度减少，又造成传热系数的下降。变，床层颗粒浓度减少，又造成传热系数的下降。这两个相反趋势的共同作用使得流化速度对传这两个相反趋势的共同作用使得流化速度对传热系数的影响不大。热系数的影响不大。另外，二次风速率的改变对锅炉上部的传热系另外，二次风速率的改变对锅炉上部的传热系数并无多大影响，而增加一次风速度会增加传热系数并无多大影响，而增加一次风速度会增加传热系数。数。（3 3）床层温度的影响）床层温度的影响 床温增高，不仅减少气体和颗粒的热阻力，而床温增高，不仅减少气体和颗粒的热阻力，而且辐射传热随着床温的增高

46、而增大。且辐射传热随着床温的增高而增大。在相对高的粒子浓度时，传热系数随温度成线在相对高的粒子浓度时，传热系数随温度成线性增长。而在辐射传热起主要作用的炉膛上部就不性增长。而在辐射传热起主要作用的炉膛上部就不是这样的情况。是这样的情况。（4 4）循环倍率的影响）循环倍率的影响 循环倍率与炉内物料浓度成正比，实质是物料循环倍率与炉内物料浓度成正比，实质是物料浓度对炉内传热系数的影响。因此，循环倍率浓度对炉内传热系数的影响。因此，循环倍率越大，传热系数越大。越大，传热系数越大。（5 5）颗粒尺寸的影响）颗粒尺寸的影响 小颗粒的传热系数要比大颗粒的传热系数大小颗粒的传热系数要比大颗粒的传热系数大但是

47、，在具有水冷壁的商业应用循环流化床锅炉中但是，在具有水冷壁的商业应用循环流化床锅炉中颗粒尺寸对传热系数无明显的直接影响。颗粒尺寸对传热系数无明显的直接影响。（6 6）传热面长度的影响）传热面长度的影响 传热系数随换热表面的长度增大而减少。当固传热系数随换热表面的长度增大而减少。当固体颗粒沿壁面下降时会受到冷却，温度梯度就会减体颗粒沿壁面下降时会受到冷却，温度梯度就会减少，从而造成传热系数的减少。少，从而造成传热系数的减少。（7 7）肋片对传热的强化）肋片对传热的强化 循环流化床锅炉的壁面换热可采用肋片得到加循环流化床锅炉的壁面换热可采用肋片得到加强。如果管子的间距增大，则肋片的温度就要上强。如果管子的间距增大，则肋片的温度就要上 升。当肋片的宽度的一半达到管子的外径值时，肋升。当肋片的宽度的一半达到管子的外径值时，肋片中部的温度就会接近于炉子的温度。片中部的温度就会接近于炉子的温度。（8 8）悬挂受热面的传热）悬挂受热面的传热 应用了悬挂受热面后，研究在室温下的传热系应用了悬挂受热面后，研究在室温下的传热系数的横向分布，发现传热系数随着靠近壁面而增数的横向分布，发现传热系数随着靠近壁面而增大。但在高温工业性锅炉中，由于辐射传热的作用大。但在高温工业性锅炉中，由于辐射传热的作用大，情况发生改变。大，情况发生改变。谢谢！谢谢！