流化床鍋爐工作原理

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一、循環(huán)流化床的原理及特點(diǎn):
在氣流以不同速度通過(guò)固體顆粒床層時(shí),固體顆粒床層會(huì)呈現(xiàn)不同的流動(dòng)狀態(tài)。隨著氣流速度的增加,固體顆粒分別呈現(xiàn)固定床、鼓泡流化床、湍流流化床、快速流化床和氣力輸送狀態(tài)。循環(huán)流化床的上升段通常運(yùn)行在快速流化床狀態(tài)下?？焖倭骰黧w動(dòng)力特性的形成對(duì)循環(huán)流化床是至關(guān)重要的,此時(shí),固體物料被速度大于單顆物料的終端速度的氣流所流化,以顆粒團(tuán)的形式上下運(yùn)動(dòng),產(chǎn)生高度的返混。顆粒團(tuán)向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng),且不斷形成和解體。在這種流體狀態(tài)下,氣流還可攜帶一定數(shù)量的大顆粒,盡管其終端速度遠(yuǎn)大于截面平均氣速。這種氣固運(yùn)動(dòng)方式中,存在較大的氣固兩相速度差,即相對(duì)速度,循環(huán)流化床由快速流化床(上升段),氣固物料分離裝置和固體物料回送裝置組成。
循環(huán)流化床的特點(diǎn)可歸納如下:
不再有鼓泡流化床那樣清晰的界面,固體顆粒充滿整個(gè)上升段空間;
有強(qiáng)烈的物料返混,顆粒團(tuán)不斷形成和解體,并且向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng);
顆粒與氣體之間的相對(duì)速度大,且與床層空隙率和顆粒循環(huán)流量有關(guān);
運(yùn)行流化速度為鼓泡床的2~3倍;
床層壓降隨流化速度和顆粒的質(zhì)量流量而變化;
顆粒橫向混合良好;
強(qiáng)烈的顆粒返混,顆粒的外部循環(huán)和良好的橫向混合,使得整個(gè) 升段內(nèi)溫度分布均勻;
通過(guò)改變上升段內(nèi)的存料量,固體物料在床內(nèi)的停留時(shí)間可在幾分鐘到數(shù)小時(shí)范圍內(nèi)調(diào)節(jié);
流化氣體的整體性狀呈塞狀流;
流化氣體根據(jù)需要可在反應(yīng)器的不同高度加入。
二、循環(huán)流化床鍋爐工作原理
循環(huán)流化床鍋爐是一種新型的燃用固體燃料(如煤)的鍋爐。固體顆粒(燃料、石灰石、砂粒、爐渣等)在爐膛內(nèi)以一種特殊的氣固流動(dòng)方式(流態(tài)化)運(yùn)動(dòng),離開(kāi)爐膛的顆粒又被分離并送回爐膛循環(huán)燃燒。爐膛內(nèi)固體顆粒的濃度高,燃燒、傳質(zhì)、傳熱劇烈,溫度分布均勻
一次風(fēng)(流化風(fēng))經(jīng)過(guò)風(fēng)室由爐膛底部穿過(guò)孔的底板(布風(fēng)板)送入爐膛,爐膛內(nèi)是一些粒度為0~6mm(甚至更大)的固體顆粒(燃料、石灰石、砂粒等),它們被流化風(fēng)流化呈流體的特性并充滿整個(gè)爐膛;較細(xì)的顆粒被氣流夾帶飛出爐膛并由旋風(fēng)分離器(也可以是其它分離器)分離收集,并通過(guò)分離器下面的料腿與返料器送回爐膛循環(huán)燃燒;煙氣和不被分離器捕集的細(xì)顆粒排入尾部煙道,尾部煙道和除塵等與常規(guī)煤粉爐相似。
與其它煤燃燒方式相比,循環(huán)流化床鍋爐特有的部件主要有布風(fēng)板、分離器、返料器以及外置熱交換器等,下面分別作一簡(jiǎn)要介紹。
布風(fēng)板位于爐膛底部,將風(fēng)室與爐膛隔開(kāi),它一方面保證一次風(fēng)穿過(guò)布風(fēng)板進(jìn)入爐膛對(duì)顆粒均勻流化,另一方面將固體顆粒限制在爐膛布風(fēng)板上,并對(duì)固體顆粒(床料)起支撐作用。
布風(fēng)板基本結(jié)構(gòu)為一平板上分布許多 風(fēng)帽 ,風(fēng)帽上開(kāi)有許多小孔?？諝庥娠L(fēng)室經(jīng)風(fēng)帽小孔進(jìn)入爐膛,同時(shí)特殊設(shè)計(jì)的風(fēng)帽小孔保證顆粒不會(huì)由爐膛內(nèi)回流進(jìn)入風(fēng)室。布風(fēng)板設(shè)計(jì)的好壞直接影響床內(nèi)顆粒的流化情況,它應(yīng)保證整個(gè)床面布風(fēng)均勻,有效防止顆?；亓鞑⑶矣幸欢ǖ膹?qiáng)度以支撐固體物料。根據(jù)上述原則,實(shí)際采用的風(fēng)帽還有許多種形式,如豬尾巴型、鐘罩型等,但它們的功能都是相同的。
分離器是循環(huán)流化床鍋爐的另一關(guān)鍵部件,而最典型應(yīng)用最廣性能也最可靠的是旋風(fēng)分離器。旋風(fēng)分離器使含灰氣流在筒內(nèi)快速旋轉(zhuǎn),固體顆粒由于慣性大,逐漸貼近壁面并向下呈螺旋運(yùn)動(dòng),被分離下來(lái);空氣和無(wú)法分離下來(lái)的細(xì)小顆粒由中心筒排出。旋風(fēng)分離器性能的好壞直接影響循環(huán)流化床的燃燒與脫硫效率,好的旋風(fēng)分離器,其分離效率在99%以上。根據(jù)旋風(fēng)分離器工作溫度,可以將循環(huán)流化床鍋爐分為高溫分離型(800~900℃左右)和中溫分離型(400~600℃左右);根據(jù)冷卻方式,旋風(fēng)分離器又有水冷、汽冷以及砌耐火襯里等多種型式。
除了旋風(fēng)分離器以外,還有許多其它形式的分離裝置,如U型槽、百頁(yè)窗等,它們主要是利用慣性進(jìn)行分離。與旋風(fēng)分離器相比,這些分離器一般結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,布置容易,但分離效率較低。
返料器也稱作回料(控制)器、回料閥等,是將分離器分離下來(lái)的固體顆粒送回爐膛的裝置。返料器的具體結(jié)構(gòu)形式有許多種,如L型、U型、N型等,但最典型目前應(yīng)用最廣的是U型返料器(U閥)。返料器相當(dāng)于一小型鼓泡流化床,固體顆粒由料腿(立管)進(jìn)入返料器,返料風(fēng)將固體顆粒流化并經(jīng)返料斜管溢流進(jìn)入爐膛,由分離器分離下來(lái)的固體顆粒不斷補(bǔ)充,這就構(gòu)成了固體顆粒的循環(huán)回路。
有些循環(huán)流化床鍋爐帶有外置熱交換器,它是從返料器中將一部分循環(huán)顆粒分流進(jìn)入一內(nèi)置受熱面的低速流化床中,冷卻后的循環(huán)顆粒再送回爐膛。外置換熱器主要用于控制床溫,但它并非循環(huán)流化床的必備部件。Lurgi型循環(huán)流化床鍋爐和Ahlstrom型循環(huán)流化床鍋爐的主要區(qū)別就在于Lurgi型帶有外置熱交換器,而Ahlstrom則沒(méi)有,其床溫的控制通過(guò)調(diào)節(jié)給煤與供風(fēng)以控制床內(nèi)燃燒和顆粒濃度來(lái)實(shí)現(xiàn)。
其它部件,如用于排放大顆粒底渣的循環(huán)流化床底渣排放系統(tǒng)(包括冷渣器)、煤與石灰石制備系統(tǒng)等,都與常規(guī)煤粉爐有很大區(qū)別。此外,由于循環(huán)流化床煙風(fēng)阻力增大,所需風(fēng)機(jī)的壓頭也比常規(guī)煤粉爐高很多。這些,在循環(huán)流化床大型化過(guò)程中,都需要進(jìn)行認(rèn)真的研究。