循环流化床锅炉教案.

循环流化床锅炉教案

第一章绪论

一、锅炉按照燃烧方式分类

按燃烧方式可分为层燃炉、室燃炉、旋风炉和流化床锅炉四种类型。

（d）

图1—1 燃烧方式示意图

二、循环流化床锅炉的系统与组成

燃料及燃烧系统的组成：

烟风系统：

灰循环系统：

汽水系统的组成：

除灰系统的组成：

图1-3 循环流化床锅炉系统

三、锅炉主要设备的构成

燃烧室：

灰分离器：

返料器：

主要受热面：

换热器（灰冷却器）：

给煤机：

除尘器：

四、循环流化床锅炉的特点

1、工作条件

低温燃烧：850-900。

高速度、高浓度、高通量、高传热传质和高动量的热和质的交换过程。

2、优点

循环流化床锅炉由于有独特的流体动力特性和结构，使其具有许多优点：（1）燃料适应性广；

（2）燃料预处理系统简单；

（3）燃烧效率高；

（4）燃烧过程高效脱硫；

（6）燃烧热强度大；

（7）炉内传热能力强；

（8）易于实现灰渣综合利用

（9）炉内没有埋管等。

3、缺点

（1）烟风系统阻力大，风机电耗高；

（2）锅炉炉内受热面磨损严重；

（3）实现自动化难度大。

五、循环流化床锅炉的典型形式

高温分离器：带外臵或内臵换热器两种。

中温分离器：不带换热器。

六、循环流化床锅炉的发展概况

75T/H 220T/H 410T/H 670T/H 1000T/H循环流化床锅炉

思考题：

1、循环流化床锅炉的特点有哪些？

2、说明循环流化床锅炉炉膛内固体颗粒的浓度分布？

3、循环流化床锅炉与鼓泡流化床有何区别？

4、气力输送有何优缺点？并说明如何设计为好,有何设计目的？

第二章循环流化床锅炉的理论基础

1、床料：

2、物料：

3、堆积密度：

4、空隙率：孔占堆积体积的份额。

5、颗粒球形度：Φ=与颗粒有相同体积的球体表面积/颗粒实际表面积=V=(4/3)Π

r3/S

6、燃料颗粒组成：0—10MM.

7、流化速度：床料流化时动力流体的速度。也就是炉内烟风的流速。U0=Q/A

Q-空气或烟气流速；A-炉膛截面积。

8、临界流化速度：是颗粒床层从静止状态转变为流态化状态时的最低气流速度.

9、颗粒终端速度：当上升气流大到恰好能将固体颗粒浮起并维持静止不动时的气流速

度。U t=[4/3(ρp-ρg)d p g/(ρg C D)]1/2

10、物料循环倍率：循环灰量与给煤量之比。R=G h/B.

11、夹带和扬析：

夹带：气流从床层带走固体物料；

扬析：是从床层中有选择的携带出某一定量细颗粒的过程。

流态化及其典型形态：

固定床：鼓泡流化床：湍流流化床：快速流化床：气力输送。

（1）沟流：床层料不均、阻力不均、气流不均造成的。

（2）腾涌（节涌）：流化空气以气泡过大能充满床面的形式上涌叫腾涌。

思考题：

1、掌握下列基本概念：

临界流化速度、物料循环倍率、夹带和扬析、沟流、腾涌；

2、流态化典型形态有哪几种？

3、不正常的流态化形态有哪几种？

第二节循环流化床的流体流动特性

一、颗粒浓度分布：

下浓上稀，故称之为密相区和稀相区。鼓泡流化床下上部浓度差别大，下部几乎等于床料的重量。快速床差别小，空隙率达0.75_0.95。快速床到气力输送临界空隙率0.93_0.98。进入气力输送，床层的上下颗粒浓度趋于一致，差别不大。

循环流化床锅炉的浓度分布：下部床层浓度大。沿截面横向速度为零，上部横向速度加大，浓度降低。

二、影响浓度分布的因素

1、运行风速：一次风速越大分布越均匀，气力输送均匀。

2、循环物料：直径越大，下部浓度越大。量越大，下部浓度越大。

3、床截面尺寸：面积越大，越不均匀。

4、上下结构：上下差别越大越均匀。

5、布风板阻力：阻力越大径向分布越均匀。布风板结构也影响分布。

第三节临界流化速度及床层阻力特性

临界流化速度计算：u mf=0.294d p0.584((ρp-ρg)/ ρg)0.528/v g

临界流化速度实验：见曲线。

临界流化风量：Q mf= u mf A

床层阻力曲线：图2-19。

第三章循环流化床锅炉的燃烧与传热

一、循环流化床锅炉燃烧的特点

1、循环流化床锅炉燃烧特点

（1）炉内温度均匀；（2）燃烧效率高；

（3）燃料适应性强；（4）易实现煤的洁净燃烧。

2、循环流化床锅炉燃烧特性参数：见表3-2、3-3。

二、循环流化床锅炉中煤的燃烧过程

加热干燥、挥发分析出和燃烧、焦炭的着火与燃尽、煤粒的膨胀破裂与磨损。

三、焦炭燃烧反应区域

动力区、过度区、扩散区（扩散控制区）。

四、循环流化床锅炉中煤的燃烧区域划分

密相区、稀相区、高温循环灰分离区。

五、循环流化床锅炉中煤的燃烧份额

根据煤种、风速、风量的不同而不同，一般设计为：40—60%。

鼓泡床：煤矸石0.85——0.95；无烟煤：0.9_1.0；烟煤0.75_0.85；褐煤0.7—0.8。

七、影响循环流化床锅炉中煤的燃烧份额的主要因素

1、煤种；

2、颗粒筛分份额(粒径、均匀度)；

3、流化速度；

4、循环物料量；

5、过量空气系数；

6、床温；

7、一、二次风比例；

8、循环倍率；

9、分离器分离效率。

思考题：

2、循环流化床锅炉的特点有哪些？

3、流态化典型形态有哪几种？不正常的流态化形态有哪几种？

4、说明循环流化床锅炉炉膛内固体颗粒的浓度分布？与鼓泡流化床有何区别？气力输送有何优缺点？并说明如何设计为好,有何设计目的？

5、临界流化速度的理论计算和试验方法？

6、定性说明床层的阻力特性和阻力曲线？

7、临界流化风量的计算方法？

8、循环流化床锅炉燃烧特点？

9、循环流化床锅炉中煤的燃烧过程？

10、循环流化床锅炉中煤的燃烧区域划分？

11、循环流化床锅炉中煤的燃烧份额？

12、循环流化床锅炉中煤的燃烧过程？

13、影响循环流化床锅炉中煤的燃烧份额的主要因素？

第四节影响CFBB（Circulating Fluidized Bed Boiler）燃烧的因素

一、燃料特性：V daf Q net,ar A ar d

二、布风装臵和流化质量：布风板、风帽决定流化质量。

三、给煤方式：多点给煤，煤均匀分布。（给煤点间距：600-1000mm.）

目前CFBB每个给煤点负责3—4m2。

四、床温：850—900℃为好，脱硫效果最佳，但目前可达到1000℃。

五、床体结构：决定流化速度、循环倍率、分离器等。

六、运行水平：保持良好的风煤比、调整好一二次风比例、循环倍率、密相区和稀相区流化速度等。

第五节 CFBB的传热分析

一、CFBB主要传热过程

1、气体与固体颗粒之间的换热：气体与固体颗粒之间的对流和导热；

2、床层与受热面之间的换热：颗粒对流、气体对流、热辐射。

二、CFBB的基本传热方式

1、颗粒对流：57—141w/m2.k；

2、气体对流:141—340 w/m2.k；

3、热辐射：340—454 w/m2.k。

三、CFBB炉内介质受热面传热的划分

1、密相区与受热面之间的传热：包括三种基本换热形式，以固体颗粒换热为主。

2、稀相区与受热面之间的传热：颗粒和气体的辐射换热为主。

3、中间过渡区：对流和辐射都占主导地位。

四、影响CFBB炉内传热的主要因素

1、颗粒浓度：随颗粒浓度增加而增加。

2、固体颗粒的影响：在正常粒径分部下变化不大。

3、流化速度：流化速度增大，气体对流传热系数增加，但床层浓度减小，会使课题颗粒对流和辐射传热减小，因此对炉内换热影响不大，但要增大较多时会使传热系数减小。

4、床温：随着床温增加，传热系数增大。

5、物料循环倍率：循环倍率增大，固体颗粒浓度加大，传热系数增加。

6、受热面的结构与布臵：根据锅炉压力和容量来考虑受热面的布臵。还要考虑点火方式和返料方式等。大型化锅炉有加窗外热交换器的。

第六节 CFBB的传热计算

一、传热研究

二、CFBB传热计算

Q=KAΔT 式中：K—计算方法与煤粉锅炉不同。

思考题：

1、影响CFBB燃烧的因素有哪些？具体说明。

2、CFBB的基本传热方式有哪些？炉内传热方式如何划分？

3、影响CFBB炉内传热的主要因素有哪些？

第四章 CFBB的燃烧系统及设备

燃烧系统主要设备构成：燃烧室、布风板、风室、物料循环系统、给料系统、烟风系统、除渣除尘系统。

第一节燃烧室结构

一、燃烧室结构

1、炉膛结构形式

圆形：圆形不设水冷壁，用耐火砖砌筑，沸腾炉用。cfb不用。

下圆上方形：下部圆形不设水冷壁，用耐火砖砌筑。上部方形部分设臵水冷壁。启动时间长，上下结合部分密封不好，容易漏。一般采用床上点火，压火时间长。

方形：全部布臵水冷壁，密相区水冷壁易磨损，一般在水冷壁表面采用耐磨耐火材料。一般采用床下点火，压火时间短。

2、炉膛结构设计要求

(1)截面尺寸设计要求

a.根据截面热负荷（3—5MW/m2）；

b.流化速度(4—8m/s)确定；

c.受热面布臵和分离器布臵等；

d.二次风不止即穿透力等；

e.固体颗粒供给和横向扩散等。

在具体设计时，炉膛的深度一般不宜过大（小于8m），以保证二次风能穿透，若锅炉容量较大，炉膛深度较大时，燃烧室下部可采取“裤衩”型结构，以保证二次风的穿透深度，宽深比在1：1～2：1范围内。

（2）高度设计要求

a.保证燃烧完全；

b.能满足蒸发受热面的布臵需要；

c.使返料管有足够高度，能顺利返料；

d.保证脱硫所需的最短停留时间（3—5s）；

e.满足对流和尾部受热面布臵的需要；

f.保证自然循环压头；

g.满足流化速度和燃烧效率的要求：15—25m。

3、密相区设计要求

在循环流化床锅炉中，燃烧所需要的空气分成一、二次风分级送入。一次风通过布风板送入炉膛，作为流化介质并提供密相区燃烧所需要的空气。二次风通常分两层或三层，在一定高度送入炉膛，提供完全燃烧所需要的空气。在二次风口以下的床层，如果截面积保持与上部区域相同，则流化风速会下降，特别是在低负荷时会产生床层流化不良(甚至不能流化)等现象，所以循环流化床锅炉的二次风口以下区域总是采用较小的横截面积，并采取向上渐扩的结构。

在设计时截面收缩可以采用两种不同的方法：第一种是下部区域采用较小的截面，在二次风口送入位臵采用渐扩的锥形扩口，扩口的角度小于450；第二种方法是在炉膛布风板上呈锥形扩口，这有助于在布风板附近区域提高流化风速，以减少床内分层和大颗粒沉底的可

一般的考虑，可以使床层下部和上部的流化风速相等，并且使床层下部密相区在低负荷下仍能保持稳定的流化。

（1）倒锥形；

（2）下部截面尺寸要小，要有足够的风速，6—8m/s，防止大颗粒下沉，使床温过高；（3）二次风引入口高度：1.5—3m/s。

二、燃烧室（炉膛）开口要求

1、给煤口：根据锅炉容量确定2—5个（9—27m2设一个）；燃料通过给煤口进入循环流化床内。给煤口压力应高于炉膛压力，以防止高温烟气从炉内通过给煤口反吹，通常将给煤口和上部的给料装臵采用密封风进行密封。

由于循环流化床内的横向混合比鼓泡流化床强烈，所以其给煤点的数量比鼓泡流化床锅炉要少，一般为一个给煤点可以带35～130t/h负荷。如果燃料的挥发分含量高，反应活性高，则可以取低值，反之取高值。

2、石灰石给料口：设在给煤口附近，少于给煤口数。

3、排渣口：根据布风板面积确定；2—3个排渣口，在布风板中间开口。

4、循环物料进口：一般一个分离器有一个返料口，也有两个返料口的，叫双腿返料。

5、二次风口：为布风均匀，采用环形二次风，多点送风方式，根据炉膛截面尺寸设计。

目前一般都采用较低的密相区以降低能耗，二次风口位臵一般离布风板1.5～3m左右。二次风可以单层送入，也可以多层送入，二次风的入口应设在炉膛扩口处，以保证上部的燃烧份额。二次风速度选择30～50m/s，具体应综合考虑炉膛宽度、深度及二次风射流的穿透深度。

6、炉膛出口：循环流化床锅炉炉膛出口对炉膛内气固两相流体动力特性有很大的影响。采用特殊的炉膛出口结构，使炉膛顶部形成气垫，床内固体颗粒的内循环增加。所以循环流化床锅炉的出口应以采用具有气垫的直角转弯出口为最佳，一般采用直角转弯型式的出口，以增加转弯对固体颗粒的分离，从而增加床内固体颗粒的浓度，增加颗粒在床内的停留时间。

7、其他开孔：观察孔、人孔、测试孔等。考虑让管时要向外弯管，炉内不能突出，防止磨损。

炉膛内各种开孔的数量、大小和位臵应该适当，尽量减少对水冷壁的破坏，使炉膛保持严密。

第二节布风装臵的设计和选择

布风装臵是流化床锅炉实现流态化的关键部件。目前我国采用较多的是风帽式布风装臵，主要由风室、布风板、风帽和隔热层组成，如图4－4所示。

图4－4典型的风帽式布风装臵结构图