【文章內(nèi)容簡介】 于 20um,顆粒間相互作用力很大，很難流態(tài)化。 D 類顆粒：這類顆粒粒度通常具有較大在粒度和密度，并 且在流化態(tài)時顆?；旌闲阅茌^差。大多數(shù)循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)的床料和燃燒均屬于 D 類顆粒。 （ 3） 寬篩分顆粒流化時的動力特性 （ 1） ①密度小于流體速度的物體浮在床層表面，密度大于流體密度的物體會下沉。 （ 2） ②床表面保持水平，形狀保持容器的形狀。 （ 3） ③在任一高度的靜壓近似等于在此高度上單位床截面內(nèi)顆粒固體顆粒的重量。 （ 4） ④床內(nèi)顆?；旌狭己茫訜岽矊訒r所有床料溫度基本均勻。 （ 5） ⑤床內(nèi)固體顆粒可以象流體一樣從底部或側(cè)面的孔中排出。 （ 6） ⑥幾個流化床底部聯(lián)通后，床層高度自動保持同一水平高度。 3） 循環(huán)流化床鍋爐的工作過程 4 圖 12 循環(huán)流化床鍋爐的結(jié)構(gòu) 1風(fēng)室 2給煤機 3燃燒室 4主蒸汽出口集箱 5過熱器 6蒸發(fā)管束 7旋風(fēng)分離器 8省煤器 9上部對流管束煙道 10 U型回料閥 11 一、二次風(fēng)口 12空氣預(yù)熱器 典型循環(huán)流化床鍋爐結(jié)構(gòu)如圖 12 所示，其基本流程為：煤和脫硫劑進入爐膛后，迅速被大量惰性高溫物料包圍，著火燃燒，同時進行脫硫反應(yīng)，并在上升煙氣流的作用下向爐膛上部運動，對水冷壁和爐內(nèi)的布置的其他受熱面放熱。粗大粒子進入懸浮區(qū)域后在重力及外力作用下偏離主氣流，從而貼壁下流。氣固混合物離開爐膛后進入高溫旋風(fēng)分離 器，大量固體顆粒（煤粒、脫硫劑）被分離出來回送爐膛，進行循環(huán)燃燒。未被分離出來的細粒子隨煙氣進入尾部煙道，以加熱過熱器、省煤器、和空氣預(yù)熱器，經(jīng)除塵器排至大氣。 （ 1） 低溫的動力控制燃燒：由于循環(huán)流化床燃燒溫度水平比較低，一般在 850900℃之間，其燃燒反應(yīng)控制在動力燃燒區(qū)內(nèi)，并有大量固體顆粒的強烈混合，這種情況下的燃燒速度主要取決于化學(xué)反應(yīng)的速度，也就是決定于溫度水平，而物理因素不再是控制燃燒速度的主導(dǎo)因素。循環(huán)流化床燃燒的燃盡度很高，其燃燒效率往往可達到 98％ 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)流化循環(huán)過程：循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)的物料參與了爐膛內(nèi)循環(huán)和由爐膛、分離器和返料裝置組成的外循環(huán)兩種循環(huán)，整個燃燒過程以及脫硫過程都是在這兩種循環(huán)運動過程中逐步完成的。 （ 3） 高強度的熱量、質(zhì)量和動量傳遞過程：在循環(huán)流化床鍋爐中可以人為改變爐內(nèi)物料循環(huán)量，以適應(yīng)不同的燃燒工況。物料分離系統(tǒng)是循環(huán)流化床鍋爐的結(jié)構(gòu)特征，大量物料參與循環(huán)實現(xiàn)整個爐膛內(nèi)的控制燃燒過程，是循環(huán)流化床鍋爐區(qū)別于鼓泡床鍋爐的根本特點，因為鼓泡床流化床鍋爐的燃燒主要發(fā)生在床內(nèi)。所以循環(huán)流化床鍋爐燃燒必須具備的三個條件是：（ 1）保證一定的流體 速度，而且還要保證物料粒度處于適當(dāng)?shù)?、使床層在快速流區(qū)域的粒度。 (2)要有足夠的物料分離。（ 3）要有物料回送，要有充分的措施以維持物料的平衡。 循環(huán)流化床的特點 爐膛底部是大量的熾熱灰粒和煤?；旌衔?，燃燒所需空氣經(jīng)爐膛底部的布風(fēng)板均勻進入流化床，在流化床中氣流上升速度約為 2～ 5m/s,氣流將大部分粒子托起，成沸騰狀，粒子上下運動，摻混非常強烈，這種現(xiàn)象被稱流化。煤由 5 給媒機送入爐膛，剛進入爐膛的煤粒很快就與床溫床料混合，是煤粒迅速加熱，干燥著火燃燒。在流化床內(nèi)平均停留十幾～幾十分鐘后有放渣口 排出爐膛。由于流化床容量大，摻混強烈，粒子停留時間長等因素，流化床鍋爐不但能燃高熱之煤，而且其他爐型（如鏈條爐、煤粉爐）不能燃燒的低熱值、低揮發(fā)分、高灰分的劣質(zhì)燃料。如劣質(zhì)煙煤、無煙煤、煤石、油頁石、造汽爐渣也能在流化床鍋爐內(nèi)穩(wěn)定燃燒。流化床鍋爐還有環(huán)保方面的優(yōu)點，通過向爐內(nèi)添加石灰石或白云石能大大降低煙氣中的二氧化硫，方法簡便、經(jīng)濟、高效地解決了高硫造成的大氣污染問題。而一般的鏈條鍋爐、煤粉爐的尾氣脫硫技術(shù)費用昂貴，難于推廣，幾乎不可能用于中小型的工業(yè)鍋爐。流化床鍋爐的燃燒溫度 900～1000℃，較鏈條鍋 爐、煤粉爐都低，抑制了 NOX 的生成，煙氣中 NOX 含量少，有利于保護環(huán)境。 我國用于燒劣質(zhì)煤的沸騰爐以有上千臺，但他們都是屬于鼓泡床技術(shù)，對于這種鼓泡床鍋爐，由于較大的上升煙氣速度將相當(dāng)多的未燃盡細小煤粒帶出爐膛，造成燃燒效率下，煙氣含量大，特別是燃燒高灰分的劣質(zhì)燃料是更為嚴重。因為絕大多數(shù)的煤粒是在煤粒是在流化床中燃燒放熱，在流化床中設(shè)置了大量的埋管受熱面，物料的強烈沖刷使埋管磨損相當(dāng)嚴重，一般只能使用六個月左右，爐子的可靠性差。另外，風(fēng)機的電耗高，向大型化發(fā)展困難，脫硫劑利用率低等使得它被局限于燒煤石、爐 渣等劣質(zhì)燃料的場合。 外循環(huán)流化床燃燒技術(shù)是國際上八十年代初發(fā)展起來的鍋爐燃燒技術(shù)，它不僅具有鼓泡床流化燃燒的技術(shù)特點，而且具有更新的技術(shù)優(yōu)勢，該技術(shù)一出現(xiàn)就以其特有的特點，受到國內(nèi)有關(guān)部門和專家的關(guān)注，被認為是鍋爐燃燒技術(shù)領(lǐng)域的一次革命，其顯著特點有： （ 1） 燃料適應(yīng)性廣 在外循環(huán)流化床鍋爐中按重量計，燃料進展床料的 1％～ 3％，其余的是不可燃的固體顆粒，如脫硫劑、灰渣，循環(huán)流化床鍋爐的特殊流體動力特性，使得氣～固和固～固混合非常好，因此燃料進入爐膛后很快與大量床料混合，燃料被迅加熱之高于著火溫度，而同時床溫沒有 明顯降低。只要燃料的熱值大于加熱燃料本身和燃料所需的空氣至著火溫度所需的熱量，上述優(yōu)點就可以使得外循環(huán)流化床鍋爐不許輔助燃料而燃用任何燃料。外循環(huán)流化床鍋爐即可以燃用優(yōu)質(zhì)煤，也可以燃用鏈條鍋爐不能燃燒的各種劣質(zhì)燃料，如高灰煤、高硫煤、高灰高硫煤、高水分煤、煤矸石、煤泥、以及油頁石。 （ 2） 燃燒效率高 6 循環(huán)流化床鍋爐的燃燒效率要比鼓泡流化床鍋爐、鏈條鍋爐高，燃燒效率通常在 ％～ ％范圍內(nèi)，可與煤粉爐相比媲美，循環(huán)流化床鍋爐能在較寬范圍內(nèi)保持較高的燃燒效率，甚至燃用細分含量高的燃料時也是如此，而鼓泡流化鍋 爐、鏈條鍋爐則不可能有此優(yōu)點。 （ 3） 有效脫硫 循環(huán)流化床鍋爐的脫硫效率比鼓泡床流化床鍋爐更加有效，典型的循環(huán)流化床鍋爐達到 90％脫硫效率時所需的脫硫劑化學(xué)當(dāng)量比為～ ，鼓泡流化床鍋爐達到 90％脫硫效率時則需要脫硫劑化學(xué)當(dāng)量比為 ～ 3，甚至更高。有時即使鈣硫比再高，也不能達到 90％的脫硫效率。因此，無論是脫硫劑的利用率還是二氧化硫的脫除率，循環(huán)流化床鍋爐流化床鍋爐優(yōu)越，鏈條鍋爐不可能在爐內(nèi)進行脫硫。 （ 4） 氧化物排放低 氮氧化物排放是外循環(huán)流化鍋爐另一個非常吸引人的特點。實踐表明，外循環(huán)流化床鍋爐的氮氧化 物排放在 50～ 150PPM。外循環(huán)流化床鍋爐 NOX 排放低是由于以下兩個原因：一是低溫燃燒，此時空氣中的氮一般不會生成 NOX,二是分段燃燒，抑制燃料中的氮轉(zhuǎn)化為 NOX，并使已生成的 NOX 得到還原，鼓泡（內(nèi)循環(huán)）流化床鍋爐、鏈條鍋爐無此特點。 （ 5） 燃燒強度高，爐膛截面小 爐膛單位截面積的熱負荷高是外循環(huán)流化床鍋爐的主要特點之一，循環(huán)流化床鍋爐的截面熱負荷約為 ～ ,接近或高于煤粉爐，同樣熱負荷下鼓泡流化床鍋爐需要的爐膛截面積要比外循環(huán)流化鍋爐達 2～ 3 倍。 （ 6） 給煤點少 循環(huán)流化床鍋爐的截面積小，同時 良好的混合和燃燒區(qū)域的擴展使所需的給煤點數(shù)大大減少，如熱功率為 100MW 的循環(huán)流化床鍋爐只需一個給煤點，而相同容量的鼓泡流化床鍋爐則需 20～ 30 給煤點。 （ 7） 燃料與處理系統(tǒng)簡單 循環(huán)流化床鍋爐的給煤粒度一般小于 12mm，因此與煤粉爐相比，燃料的制備系統(tǒng)大為簡單。此外，循環(huán)流化床鍋爐能直接用高水分煤（水分的達 30％以上），當(dāng)燃用高水分煤時也不需要專門的處理系統(tǒng)。 （ 8） 易于實現(xiàn)灰渣的綜合利用 循環(huán)流化床鍋爐燃燒過程屬于低溫燃燒，同時爐內(nèi)優(yōu)良的燃盡條件使得鍋爐的灰渣燃燒充分，因此含碳量極低，易于灰渣的綜合利用，可做水泥攙 合料和建筑材料。 7 （ 9） 負荷調(diào)節(jié)范圍大 當(dāng)負荷變化時，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)。一般而言，外循環(huán)流化床鍋爐的負荷調(diào)節(jié)比可達 1： 4，而鏈條鍋爐、鼓泡流化床鍋爐的負荷調(diào)節(jié)僅為70％，此外，由于截面風(fēng)速和吸熱控制容易，循環(huán)流化床鍋爐的負荷調(diào)節(jié)速度也快，一般可達每分鐘 5％。 （ 10） 床內(nèi)不布置埋管受熱面 循環(huán)流化床的床內(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題。此外，由于床內(nèi)沒有埋管受熱面，啟動、停爐、結(jié)焦處理時間短，同時可長時間壓火。 （ 11） 故障率低、運行周期長 循環(huán)流化床鍋爐本體范圍內(nèi)設(shè)有兩臺螺旋給煤機，避免了鏈條鍋爐設(shè)備故障而經(jīng)常造成停爐的缺陷。此外，外循環(huán)流化床鍋爐具有故障率低、運行周期長的特點。 （ 12） 司爐工勞動強度大 由于循環(huán)流化床鍋爐的燃燒方式為循環(huán)流化燃燒，司爐工僅看儀表就可進行控制，調(diào)解。而鏈條鍋爐則需不斷通過關(guān)火門觀察燃燒狀況，并且還要不時的用火鉤、火耙摟火，因此司爐工的勞動強度大、工作環(huán)境惡劣。 2. 循環(huán)流化床的燃燒 煤在循環(huán)流化床內(nèi)的燃燒過程 煤在循環(huán)流化床內(nèi)的燃燒 煤粒送入循環(huán) 流化床內(nèi)迅速受到高溫物料和煙氣的輻射而被加熱，首先水分蒸發(fā)，然后煤粒中的揮發(fā)份析出并燃燒，最后是焦碳的燃燒。其間伴隨著煤粒的破碎、磨損，而且揮發(fā)分析出燃燒過程與焦炭燃燒過程與焦炭燃燒過程都有一定的重疊。 循環(huán)流化床內(nèi)沿高度方向可以分為密相床層和稀相區(qū)，密相床層運行在鼓泡床和紊流床狀態(tài)。循環(huán)流化床內(nèi)絕大部分是惰性的灼熱床料，其中的燃燒只占很小的一部分。這些灼熱的床料成為煤顆粒的加熱源，在加熱過程中，所吸收的熱 8 量只占床層總熱容量的千分之幾，而煤粒在 10 秒鐘左右就可以燃燒（顆粒平均直徑在 0— 8mm），所以 對床溫的影響很小。 循環(huán)流化床內(nèi)煤的燃料著火 流化床內(nèi)燃料著火的方式，固體質(zhì)點表面溫度起著關(guān)鍵作用，是產(chǎn)生著火的點灶熱源，這類固體近質(zhì)點可以是細煤粒，也可以是經(jīng)分離后的高溫灰粒或者是布風(fēng)板上的床料。當(dāng)固體質(zhì)點表面溫度上升時，煤顆粒會出現(xiàn)迅猛著火。另外，顆粒直徑大小對著火也有很大的影響，對一定反應(yīng)能力的煤種，在一定的溫度水平之下，在臨界的著火粒徑，小于這個粒徑直徑，因為散熱損失過大，燃料顆粒就不能著火，溢出爐膛。 循環(huán)流化床內(nèi)煤的破碎特性 煤在流化床內(nèi)的破碎特性是指煤粒在進入高溫流化床后粒 度急劇減小的一種性質(zhì)。但引起粒度減小的因素還有顆粒與劇烈運動的床層間磨損以及埋管受熱面的碰撞等。影響顆粒磨損的主要因素是顆粒表面的結(jié)構(gòu)特性、機械強度以及外部操作條件等。磨損的作用貫穿整個燃燒過程。煤粒進入流化床內(nèi)時，受到熾熱床料的加熱，水份蒸發(fā)，當(dāng)煤粒溫度達到熱解溫度時，煤粒發(fā)生脫揮發(fā)份反應(yīng)，對于高揮發(fā)份的煤種，熱解期間將伴隨一個短時發(fā)生的擬塑性階段，顆粒內(nèi)部產(chǎn)生明顯的壓力梯度，一但壓力超過一定值，已經(jīng)固化的顆粒表層可能會崩裂而形成破碎 。對低揮發(fā)份煤種，塑性狀態(tài)雖不明顯，但顆粒內(nèi)部的熱解產(chǎn)物需克服致密的孔隙 結(jié)構(gòu)都能從煤粒中溢出，因此顆粒內(nèi)部也會產(chǎn)生較高的壓力，另外，由于高溫顆粒群的擠壓，顆粒內(nèi)部溫度分布不均勻引起的熱應(yīng)力，這種熱應(yīng)力都會引起煤顆粒破碎。煤粒破碎一般會逃離旋風(fēng)分離器，成為不完全燃燒損失的主要部分。破碎分為一級破碎和二級破碎，一級破碎時由于揮發(fā)份溢出產(chǎn)生的壓力和孔隙網(wǎng)絡(luò)中揮發(fā)份壓力增加而引起的。二級破碎是由于作為顆粒的聯(lián)結(jié)體 形狀不規(guī)則的聯(lián)結(jié)“骨架”（類似于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)）被燒斷而引起的破碎。 煤的破碎發(fā)生的同時也會發(fā)生顆粒的膨脹，煤的結(jié)構(gòu)將發(fā)生很大的變化。一般破碎和膨脹受下列因素的影響：揮發(fā)份析 出量：在揮發(fā)份析出時，碳水化合物形成的平均質(zhì)量；顆粒直徑；床溫；在煤結(jié)構(gòu)中有效的孔隙數(shù)量；母粒的孔隙結(jié)構(gòu)等。 循環(huán)流化床的脫硫與氮氧化物的排放控制 SO2是一種嚴重危害大氣環(huán)境的污染物， SO2與水蒸氣進行化學(xué)反應(yīng)形成硫酸，和雨水一起降至地面即為酸雨。 NOx包括 NO、 NO NO三種，其中 NO 也是導(dǎo)致酸雨的主要原因之一，同時它還參加光化學(xué)作用，形成光化學(xué)煙霧，還造成了臭氧層的破壞。煤加熱至 400℃時開始首先分解為 H2S，然后逐漸氧化為 SO2。 其化學(xué)方程式為 9 Fes2+2H22H2S+Fe H2S+O2H2+SO2 對 SO2形成影響最大的因素是床溫和過量空氣系數(shù)，床溫升高、過量空氣系數(shù)降低則 SO2越高。 循環(huán)流化床燃燒過程中最常用的脫硫劑石灰石，當(dāng)床溫越過其煅燒溫度時，發(fā)生煅燒分解反應(yīng)： Caco3Cao+co2183kj/mol 脫硫反應(yīng)方程式為： Cao+so2+1/2O2caso4 影響循環(huán)流化床脫硫效率的各種因素： （ 1） ca/s 摩爾比的影響 ca/s 摩爾比的影響脫硫效率的首要因素，脫硫效率在 ca/s 低于 時增加很快，而繼續(xù)增大 ca/s 比或脫硫劑量時 ，脫硫效率增加得較少。循環(huán)流化床運行時 ca/s 摩爾比一般在 — 之間。 （ 2） 床溫的影響 床溫的影響主要在于改變了脫硫劑的反應(yīng)速度、固體產(chǎn)物分布以及孔隙堵塞特性，從而影響脫硫率和脫硫劑利用率。床溫在 900℃左右達到最高的脫硫效率。 （