循環(huán)流化床鍋爐原理和特性

河南省太鍋鍋爐制造有限公司生產(chǎn)的流化床電站鍋爐出口巴基斯坦。循環(huán)流化床鍋爐是近十幾年發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)高效、低污染清潔燃燒技術(shù)。具有燃燒效率高、煤種適應(yīng)性廣、煙氣中有害氣體排放濃度低、負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大、灰渣可綜合利用等優(yōu)點(diǎn)。  
循環(huán)流化床鍋爐工作原理：  
　　固體粒子經(jīng)與氣體或液體接觸而轉(zhuǎn)變?yōu)轭愃屏黧w狀態(tài)的過(guò)程，稱為流化過(guò)程。流化過(guò)程用于燃料燃燒，即為流化燃燒，其爐子稱為流化床鍋爐。  
　　循環(huán)流化床鍋爐是在鼓泡流化床鍋爐技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新?tīng)t型，它與鼓泡床鍋爐的最大區(qū)別在于爐內(nèi)流化風(fēng)速較高（一般為4～8m/s），在爐膛出口加裝了氣固物料分離器。被煙氣攜帶排出爐膛的細(xì)小固體顆粒，經(jīng)分離器分離后，再送回爐內(nèi)循環(huán)燃燒。循環(huán)流化床鍋爐可分為兩個(gè)部分：第一部分由爐膛（快速流化床）、氣固物料分離器、固體物料再循環(huán)設(shè)備和外置熱交換器（有些循環(huán)流化床鍋爐沒(méi)有該設(shè)備）等組成，上述部件形成了一個(gè)固體物料循環(huán)回路。第二部分為對(duì)流煙道，布置有過(guò)熱器、再熱器、省煤器和空氣預(yù)熱器等，與其它常規(guī)鍋爐相近。  
　循環(huán)流化床鍋爐燃燒所需的一次風(fēng)和二次風(fēng)分別從爐膛的底部和側(cè)墻送入，燃料的燃燒主要在爐膛中完成，爐膛四周布置有水冷壁用于吸收燃燒所產(chǎn)生的部分熱量。由氣流帶出爐膛的固體物料在氣固分離裝置中被收集并通過(guò)返料裝置送回爐膛。  
　　循環(huán)流化床燃燒鍋爐的基本技術(shù)特點(diǎn)：  
　　(1)低溫的動(dòng)力控制燃燒  
　　循環(huán)流化床燃燒是一種在爐內(nèi)使高速運(yùn)動(dòng)的煙氣與其所攜帶的湍流擾動(dòng)極強(qiáng)的固體顆粒密切接觸，并具有大量顆粒返混的流態(tài)化燃燒反應(yīng)過(guò)程；同時(shí)，在爐外將絕大部分高溫的固體顆粒捕集，并將它們送回爐內(nèi)再次參與燃燒過(guò)程,反復(fù)循環(huán)地組織燃燒。顯然，燃料在爐膛內(nèi)燃燒的時(shí)間延長(zhǎng)了。在這種燃燒方式下，爐內(nèi)溫度水平因受脫硫最佳溫度限制，一般850℃左右。這樣的溫度遠(yuǎn)低于普通煤粉爐中的溫度水平，并低于一般煤的灰熔點(diǎn)，這就免去了灰熔化帶來(lái)的種種煩惱。這種“低溫燃燒”方式好處甚多，爐內(nèi)結(jié)渣及堿金屬析出均比煤粉爐中要改善很多，對(duì)灰特性的敏感性減低，也無(wú)須很大空間去使高溫灰冷卻下來(lái)，氮氧化物生成量低，可于爐內(nèi)組織廉價(jià)而高效的脫硫工藝，等等。從燃燒反應(yīng)動(dòng)力學(xué)角度看，循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)的燃燒反應(yīng)控制在動(dòng)力燃燒區(qū)(或過(guò)渡區(qū))內(nèi)。由于循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)相對(duì)來(lái)說(shuō)溫度不高，并有大量固體顆粒的強(qiáng)烈混合，這種情況下的燃燒速率主要取決于化學(xué)反應(yīng)速率，也就是決定于溫度水平，而物理因素不再是控制燃燒速率的主導(dǎo)因素。循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)燃料的燃盡度很高，通常，性能良好的循環(huán)流化床鍋爐燃燒效率可達(dá)95～99％以上。  
　　(2)高速度、高濃度、高通量的固體物料流態(tài)化循環(huán)過(guò)程  
　　循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)的固體物料（包括燃料、殘?zhí)?、灰、脫硫劑和惰性床料等）?jīng)歷了由爐膛、分離器和返料裝置所組成的外循環(huán)。同時(shí)在爐膛內(nèi)部因壁面效應(yīng)還存在著內(nèi)循環(huán)，因此循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)的物料參與了外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種循環(huán)運(yùn)動(dòng)。整個(gè)燃燒過(guò)程以及脫硫過(guò)程都是在這兩種形式的循環(huán)運(yùn)行的動(dòng)態(tài)過(guò)程中逐步完成的。  
　　(3)高強(qiáng)度的熱量、質(zhì)量和動(dòng)量傳遞過(guò)程  
　　在循環(huán)流化床鍋爐中，大量的固體物料在強(qiáng)烈湍流下通過(guò)爐膛，通過(guò)人為操作可改變物料循環(huán)量，并可改變爐內(nèi)物料的分布規(guī)律，以適應(yīng)不同的燃燒工況。在這種組織方式下，爐內(nèi)的熱量、質(zhì)量和動(dòng)量傳遞過(guò)程是十分強(qiáng)烈的，這就使整個(gè)爐膛高度的溫度分布均勻。  
循環(huán)流化床鍋爐的優(yōu)點(diǎn)。  
　　(1)燃料適應(yīng)性廣  
　　這是循環(huán)流化床鍋爐的主要優(yōu)點(diǎn)之一。在循環(huán)流化床鍋爐中按重量計(jì)，燃料僅占床料的1～3％，其余是不可燃的固體顆粒，如脫硫劑、灰渣等。因此，加到床中的新鮮煤顆粒被相當(dāng)于一個(gè)“大蓄熱池”的灼熱灰渣顆粒所包圍。由于床內(nèi)混合劇烈，這些灼熱的灰渣顆粒實(shí)際上起到了無(wú)窮的“理想拱”的作用，把煤料加熱到著火溫度而開(kāi)始燃燒。在這個(gè)加熱過(guò)程中，所吸收的熱量只占床層總熱容量的千分之幾，因而對(duì)床層溫度影響很小，而煤顆粒的燃燒，又釋放出熱量，從而能使床層保持一定的溫度水平，這也是流化床一般著火沒(méi)有困難，并且煤種適應(yīng)性很廣的原因所在。  
　　(2)燃燒效率高  
　　循環(huán)流化床鍋爐的燃燒效率要比鼓泡流化床鍋爐高，通常在95～99％范圍內(nèi)，可與煤粉鍋爐相媲美。循環(huán)流化床鍋爐燃燒效率高是因?yàn)橛邢率鎏攸c(diǎn)：氣固混合良好；燃燒速率高，其次是飛灰的再循環(huán)燃燒。  
　　(3)高效脫硫  
　　由于飛灰的循環(huán)燃燒過(guò)程，床料中未發(fā)生脫硫反應(yīng)而被吹出燃燒室的石灰石、石灰能送回至床內(nèi)再利用；另外，已發(fā)生脫硫反應(yīng)部分，生成了硫酸鈣的大粒子，在循環(huán)燃燒過(guò)程中發(fā)生碰撞破裂，使新的氧化鈣粒子表面又暴露于硫化反應(yīng)的氣氛中。這樣循環(huán)流化床燃燒與鼓泡流化床燃燒相比脫硫性能大大改善。當(dāng)鈣硫比為1.5～2.0時(shí)，脫硫率可達(dá)85～90％。而鼓泡流化床鍋爐，脫硫效率要達(dá)到85～90％  ，鈣硫比要達(dá)到3～4，鈣的消耗量大一倍。與煤粉燃燒鍋爐相比，不需采用尾部脫硫脫硝裝置，投資和運(yùn)行費(fèi)用都大為降低。  
　　(4)氮氧化物（NOX）排放低  
　　氮氧化物排放低是循環(huán)流化床鍋爐另一個(gè)非常吸引人的特點(diǎn)。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，循環(huán)流化床鍋爐的NOX排放范圍為50～150ppm或40～120mg/MJ。循環(huán)流化床鍋爐NOX排放低是由于以下兩個(gè)原因：一是低溫燃燒，此時(shí)空氣中的氮一般不會(huì)生成NOX  ；二是分段燃燒，抑制燃料中的氮轉(zhuǎn)化為NOX  ，并使部分已生成的NOX得到還原。  
　　(5)燃燒強(qiáng)度高，爐膛截面積小  
　　爐膛單位截面積的熱負(fù)荷高是循環(huán)流化床鍋爐的另一主要優(yōu)點(diǎn)。其截面熱負(fù)荷約為3.5～4.5MW/m2，接近或高于煤粉爐。同樣熱負(fù)荷下鼓泡流化床鍋爐需要的爐膛截面積要比循環(huán)流化床鍋爐大2～3倍。  
　　(6)負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大，負(fù)荷調(diào)節(jié)快  
　　當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，只需調(diào)節(jié)給煤量、空氣量和物料循環(huán)量，不  必像鼓泡流化床鍋爐那樣采用分床壓火技術(shù)。也不象煤粉鍋爐那樣，低負(fù)荷時(shí)要用油助燃，維持穩(wěn)定燃燒。一般而言，循環(huán)流化床鍋爐的負(fù)荷調(diào)節(jié)比可達(dá)（3～4）：1。負(fù)荷調(diào)節(jié)速率也很快，一般可達(dá)每分鐘4％。  
　　(7)易于實(shí)現(xiàn)灰渣綜合利用  
　　循環(huán)流化床燃燒過(guò)程屬于低溫燃燒，同時(shí)爐內(nèi)優(yōu)良的燃盡條件使得鍋爐的灰渣含炭量低（含炭量小于1％），屬于低溫?zé)?，易于?shí)現(xiàn)灰渣的綜合利用，如作為水泥摻和料或做建筑材料。同時(shí)低溫?zé)敢灿欣诨以邢∮薪饘俚奶崛　?/span>  
　　(8)床內(nèi)不布置埋管受熱面  
　　循環(huán)流化床鍋爐的床內(nèi)不布置埋管受熱面，因而不存在鼓泡流化床鍋爐的埋管受熱面易磨損的問(wèn)題。此外，由于床內(nèi)沒(méi)有埋管受熱面，啟動(dòng)、停爐、結(jié)焦處理時(shí)間短，可以長(zhǎng)時(shí)間壓火等。  
　　(9)燃料預(yù)處理系統(tǒng)簡(jiǎn)單  
　　循環(huán)流化床鍋爐的給煤粒度一般小于13mm，因此與煤粉鍋爐相比，燃料的制備破碎系統(tǒng)大為簡(jiǎn)化。  
　　(10)給煤點(diǎn)少  
　　循環(huán)流化床鍋爐的爐膛截面積小，同時(shí)良好的混合和燃燒區(qū)域的擴(kuò)展使所需的給煤點(diǎn)數(shù)大大減少。既有利于燃燒，也簡(jiǎn)化了給煤系統(tǒng)。

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