流化床燃燒方式及其設(shè)備概論

1、西安交通大學(xué)鍋爐研究所西安交通大學(xué)鍋爐研究所54流化床燃燒方式及其設(shè)備流化床燃燒方式及其設(shè)備一、流化床燃燒簡介一、流化床燃燒簡介 流化床具有流體的性質(zhì)主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：流化床具有流體的性質(zhì)主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)： (1) 任一高度處的靜壓近似等于在此高度以上單任一高度處的靜壓近似等于在此高度以上單位床截面內(nèi)固體顆粒的重量；位床截面內(nèi)固體顆粒的重量； (2) 無論床層如何傾斜，床表面總是保持水平，無論床層如何傾斜，床表面總是保持水平，床層的形狀也保持容器的形狀；床層的形狀也保持容器的形狀； (3) 床內(nèi)固體顆粒可以像流體一樣從底部或側(cè)面床內(nèi)固體顆?？梢韵窳黧w一樣從底部或側(cè)面的孔口中排出；的孔口中排

2、出； (4) 密度高于床層表觀密度的物體在床內(nèi)會下沉，密度高于床層表觀密度的物體在床內(nèi)會下沉，密度小的物體會浮在床面上；密度小的物體會浮在床面上； (5) 床內(nèi)顆?；旌狭己?，當(dāng)加熱床層時(shí)，整個(gè)床床內(nèi)顆?；旌狭己?，當(dāng)加熱床層時(shí)，整個(gè)床層的溫度基本均勻。層的溫度基本均勻。西安交通大學(xué)鍋爐研究所西安交通大學(xué)鍋爐研究所隨著氣流速度的增加，固體顆粒分別呈現(xiàn)固定床、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鼓泡流化床、湍流流化床、快速流化床和氣力輸送狀態(tài)。送狀態(tài)。 西安交通大學(xué)鍋爐研究所西安交通大學(xué)鍋爐研究所1921年，德國人溫克勒（年，德國人溫克勒（Winkl

3、er）進(jìn)行了這樣的試驗(yàn)：）進(jìn)行了這樣的試驗(yàn)：將燃燒產(chǎn)生的煙氣引入一裝有焦炭顆粒的爐室的爐底，觀將燃燒產(chǎn)生的煙氣引入一裝有焦炭顆粒的爐室的爐底，觀察到固體顆粒因受氣體的阻力而被提升，整個(gè)顆粒系統(tǒng)看察到固體顆粒因受氣體的阻力而被提升，整個(gè)顆粒系統(tǒng)看起來就像沸騰的液體。這個(gè)小試驗(yàn)標(biāo)志著流態(tài)化工藝的開起來就像沸騰的液體。這個(gè)小試驗(yàn)標(biāo)志著流態(tài)化工藝的開始。因此，流態(tài)化始。因此，流態(tài)化(簡稱流化簡稱流化)技術(shù)于技術(shù)于20世紀(jì)世紀(jì)20年代初在德年代初在德國首先應(yīng)用于工業(yè)。國首先應(yīng)用于工業(yè)。此后，流化技術(shù)在美國、法國和英國等發(fā)達(dá)國家均開始研此后，流化技術(shù)在美國、法國和英國等發(fā)達(dá)國家均開始研究開發(fā)和應(yīng)用。至究開

4、發(fā)和應(yīng)用。至40年代，流化技術(shù)幾乎在各工業(yè)部門年代，流化技術(shù)幾乎在各工業(yè)部門(如石油、化工、冶煉、糧食、醫(yī)藥等如石油、化工、冶煉、糧食、醫(yī)藥等)中都有應(yīng)用。中都有應(yīng)用。20世紀(jì)世紀(jì)60年代開始，流化床被用于煤的燃燒，并且很快成年代開始，流化床被用于煤的燃燒，并且很快成為三種主要燃燒方式（即固定床燃燒、流化床燃燒和懸浮為三種主要燃燒方式（即固定床燃燒、流化床燃燒和懸浮燃燒）之一。流化床燃燒過程的理論和實(shí)踐也大大推動了燃燒）之一。流化床燃燒過程的理論和實(shí)踐也大大推動了流態(tài)化學(xué)科的發(fā)展。目前流化床燃燒已成為流態(tài)化的主要流態(tài)化學(xué)科的發(fā)展。目前流化床燃燒已成為流態(tài)化的主要應(yīng)用領(lǐng)域之一，并愈來愈得到人們的

5、重視。應(yīng)用領(lǐng)域之一，并愈來愈得到人們的重視。西安交通大學(xué)鍋爐研究所西安交通大學(xué)鍋爐研究所流化床燃燒設(shè)備按流體動力特性可分流化床燃燒設(shè)備按流體動力特性可分為為鼓泡流化床鍋爐鼓泡流化床鍋爐和和循環(huán)流化床鍋爐循環(huán)流化床鍋爐，按工作條件又可分為按工作條件又可分為常壓常壓和和增壓增壓流化流化床鍋爐。這樣流化床燃燒鍋爐可分為床鍋爐。這樣流化床燃燒鍋爐可分為常壓鼓泡流化床鍋爐常壓鼓泡流化床鍋爐、常壓循環(huán)流化常壓循環(huán)流化床鍋爐床鍋爐、增壓鼓泡流化床鍋爐增壓鼓泡流化床鍋爐和和增壓增壓循環(huán)流化床鍋爐循環(huán)流化床鍋爐。其中前三類已得到。其中前三類已得到工業(yè)應(yīng)用，增壓循環(huán)流化床鍋爐正在工業(yè)應(yīng)用，增壓循環(huán)流化床鍋爐正在工

6、業(yè)示范階段。工業(yè)示范階段。西安交通大學(xué)鍋爐研究所西安交通大學(xué)鍋爐研究所我國從我國從1964年起，一直不同規(guī)模地進(jìn)行著沸年起，一直不同規(guī)模地進(jìn)行著沸騰爐的研究和實(shí)踐，取得了一定的成績。騰爐的研究和實(shí)踐，取得了一定的成績。目前全國使用的沸騰爐已為數(shù)不少，蒸發(fā)量目前全國使用的沸騰爐已為數(shù)不少，蒸發(fā)量小至小至0.5th，大到大到130th，能燃用各種各能燃用各種各樣的劣質(zhì)燃料。樣的劣質(zhì)燃料。我國對循環(huán)流化床的研究是從我國對循環(huán)流化床的研究是從50年代末在中年代末在中科院化學(xué)冶金研究所開始的。科院化學(xué)冶金研究所開始的。此后，特別是在此后，特別是在80年代以來，國內(nèi)各主要高年代以來，國內(nèi)各主要高等院校和研

7、究所也相繼開始循環(huán)流化床的研等院校和研究所也相繼開始循環(huán)流化床的研究開發(fā)工作。究開發(fā)工作。 西安交通大學(xué)鍋爐研究所西安交通大學(xué)鍋爐研究所隨著燃煤聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)的迅速發(fā)展，隨著燃煤聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)的迅速發(fā)展，煤氣化得到重視，流化床煤氣化裝置是煤氣化得到重視，流化床煤氣化裝置是三種主要?dú)饣b置之一三種主要?dú)饣b置之一(另兩種煤氣化裝另兩種煤氣化裝置分別為固定床氣化裝置和夾帶流氣化置分別為固定床氣化裝置和夾帶流氣化裝置裝置)。流化床煤氣化裝置按流動特性和工作壓流化床煤氣化裝置按流動特性和工作壓力也可分為常壓鼓泡流化床煤氣化裝置、力也可分為常壓鼓泡流化床煤氣化裝置、常壓循環(huán)流化床煤氣化裝置、增壓鼓泡

8、常壓循環(huán)流化床煤氣化裝置、增壓鼓泡流化床煤氣化裝置和增壓循環(huán)流化床煤流化床煤氣化裝置和增壓循環(huán)流化床煤氣化裝置。氣化裝置。西安交通大學(xué)鍋爐研究所西安交通大學(xué)鍋爐研究所流化床燃燒方式是一種介乎層狀燃燒和懸浮燃流化床燃燒方式是一種介乎層狀燃燒和懸浮燃燒之間的燃燒方式。它具有高傳熱率、高熱強(qiáng)燒之間的燃燒方式。它具有高傳熱率、高熱強(qiáng)度、燃料適應(yīng)性極強(qiáng)、能有效地脫硫除硝等度、燃料適應(yīng)性極強(qiáng)、能有效地脫硫除硝等系列優(yōu)點(diǎn)，受到各國的高度重視。系列優(yōu)點(diǎn)，受到各國的高度重視。但在發(fā)展流化床燃燒鍋爐過程中，由于國情不但在發(fā)展流化床燃燒鍋爐過程中，由于國情不同，研究和使用的側(cè)重點(diǎn)也頗不相同。例如，同，研究和使用的側(cè)

9、重點(diǎn)也頗不相同。例如，我國重點(diǎn)在于燃用劣質(zhì)煤，英國在于利用埋管我國重點(diǎn)在于燃用劣質(zhì)煤，英國在于利用埋管的高效傳熱和爐膛熱強(qiáng)度高的特點(diǎn)來減小大容的高效傳熱和爐膛熱強(qiáng)度高的特點(diǎn)來減小大容量鍋爐的體積和降低成本，而美國則側(cè)重于保量鍋爐的體積和降低成本，而美國則側(cè)重于保護(hù)環(huán)境，控制護(hù)環(huán)境，控制SOx和和NOx的排放。的排放。隨著技術(shù)的進(jìn)步，上述各自不同的側(cè)重點(diǎn)已經(jīng)隨著技術(shù)的進(jìn)步，上述各自不同的側(cè)重點(diǎn)已經(jīng)得到兼顧。得到兼顧。西安交通大學(xué)鍋爐研究所西安交通大學(xué)鍋爐研究所二、鼓泡流化床燃燒方式及其設(shè)備二、鼓泡流化床燃燒方式及其設(shè)備1. 鼓泡流化床的特征鼓泡流化床的特征在流化床中，當(dāng)燃料顆粒上下翻滾，如同液體

10、沸騰在流化床中，當(dāng)燃料顆粒上下翻滾，如同液體沸騰時(shí)，此時(shí)的流化床又稱為時(shí)，此時(shí)的流化床又稱為“沸騰床沸騰床”，沸騰燃燒就，沸騰燃燒就是取這種狀態(tài)而工作的。由于此時(shí)的沸騰床中有大是取這種狀態(tài)而工作的。由于此時(shí)的沸騰床中有大量的氣泡，因此又稱為量的氣泡，因此又稱為鼓泡流化床鼓泡流化床。西安交通大學(xué)鍋爐研究所西安交通大學(xué)鍋爐研究所圖 99 料層的特性曲線 0w一按空截面計(jì)算的氣流速度 西安交通大學(xué)鍋爐研究所西安交通大學(xué)鍋爐研究所3. 幾種異常沸騰床幾種異常沸騰床當(dāng)沸騰爐的設(shè)計(jì)和運(yùn)行操作不當(dāng)時(shí)，會出現(xiàn)一些使沸騰床工當(dāng)沸騰爐的設(shè)計(jì)和運(yùn)行操作不當(dāng)時(shí)，會出現(xiàn)一些使沸騰床工作極端惡化的異常沸騰床。常見的異常沸

11、騰床有以下幾種作極端惡化的異常沸騰床。常見的異常沸騰床有以下幾種 ：圖9-8異常的沸騰床 a)氣泡 b)節(jié)涌 c)溝流 d)分層 西安交通大學(xué)鍋爐研究所西安交通大學(xué)鍋爐研究所4. 沸騰爐內(nèi)的燃燒沸騰爐內(nèi)的燃燒沸騰爐的燃燒，具有一系列的優(yōu)越條件：沸騰爐的燃燒，具有一系列的優(yōu)越條件：(a) 床中保持著很厚的灼熱料層，相當(dāng)于一個(gè)很大的床中保持著很厚的灼熱料層，相當(dāng)于一個(gè)很大的蓄熱池，新加入的燃料大約只占蓄熱池，新加入的燃料大約只占5。由于床層內(nèi)固。由于床層內(nèi)固體顆粒之間的劇烈擾動和混合，新燃料迅速受到強(qiáng)烈體顆粒之間的劇烈擾動和混合，新燃料迅速受到強(qiáng)烈而穩(wěn)定的加熱，從而使任何難以引燃的燃料得以迅速而穩(wěn)

12、定的加熱，從而使任何難以引燃的燃料得以迅速著火燃燒。著火燃燒。 (b) 正因?yàn)闋t內(nèi)存在著很厚的料層，而且這些爐料正因?yàn)闋t內(nèi)存在著很厚的料層，而且這些爐料又不斷進(jìn)行上下循環(huán)翻騰，因而大大地增長了燃料顆又不斷進(jìn)行上下循環(huán)翻騰，因而大大地增長了燃料顆粒在沸騰床內(nèi)的停留時(shí)間。保證燃盡。粒在沸騰床內(nèi)的停留時(shí)間。保證燃盡。 西安交通大學(xué)鍋爐研究所西安交通大學(xué)鍋爐研究所(c) 空氣和顆粒的相對速度較大，同時(shí)擾動空氣和顆粒的相對速度較大，同時(shí)擾動劇烈，因此空氣和燃料的接觸和混合比較劇烈，因此空氣和燃料的接觸和混合比較完善。完善。大量氣泡的存在，將整個(gè)沸騰床分隔為氣大量氣泡的存在，將整個(gè)沸騰床分隔為氣泡相和顆粒

13、相。氣泡內(nèi)包含的燃料顆粒極泡相和顆粒相。氣泡內(nèi)包含的燃料顆粒極少，約為床層中顆粒的少，約為床層中顆粒的0.2%1.0%左右，左右，而氣泡以外的顆粒則處于濃度最大的臨界而氣泡以外的顆粒則處于濃度最大的臨界沸騰狀態(tài)。盡管氣泡相和顆粒相之間存在沸騰狀態(tài)。盡管氣泡相和顆粒相之間存在著一定程度的物質(zhì)交換，但是相對于兩者著一定程度的物質(zhì)交換，但是相對于兩者濃度的巨大差別來說，氣泡的存在，特別濃度的巨大差別來說，氣泡的存在，特別是大氣泡的出現(xiàn)就意味著這部分氣體的某是大氣泡的出現(xiàn)就意味著這部分氣體的某種程度的短路，從而惡化了氣固二相的接種程度的短路，從而惡化了氣固二相的接觸。觸。西安交通大學(xué)鍋爐研究所西安交通

14、大學(xué)鍋爐研究所沸騰床燃燒的不利條件是燃燒的溫度受限制。沸騰床燃燒的不利條件是燃燒的溫度受限制。過高的爐溫會導(dǎo)致燃料的結(jié)渣，從而破壞了流化過高的爐溫會導(dǎo)致燃料的結(jié)渣，從而破壞了流化床的工作。床的工作。通常，沸騰床的平均溫度控制在燃料灰分的開始通常，沸騰床的平均溫度控制在燃料灰分的開始變形溫度變形溫度()以下以下200，約為，約為850950左右，左右，因此屬于低溫燃燒，燃燒溫度低雖然會減慢燃燒因此屬于低溫燃燒，燃燒溫度低雖然會減慢燃燒的化學(xué)反應(yīng)速度，但是根據(jù)目前某些分析可知，的化學(xué)反應(yīng)速度，但是根據(jù)目前某些分析可知，對于在沸騰爐中燃燒的對于在沸騰爐中燃燒的0.28 mm的燃料顆粒而言，的燃料顆粒

15、而言，當(dāng)平均床溫為當(dāng)平均床溫為900950時(shí)，它的燃燒速度不是時(shí)，它的燃燒速度不是取決于燃燒的化學(xué)反應(yīng)速度，而是取決于氣體的取決于燃燒的化學(xué)反應(yīng)速度，而是取決于氣體的擴(kuò)散速度，包括氧氣從兩相交界面由氣泡相擴(kuò)散擴(kuò)散速度，包括氧氣從兩相交界面由氣泡相擴(kuò)散到顆粒相，以及氧氣在顆粒相中擴(kuò)散到每個(gè)燃燒到顆粒相，以及氧氣在顆粒相中擴(kuò)散到每個(gè)燃燒著的燃料顆粒著的燃料顆粒 。西安交通大學(xué)鍋爐研究所西安交通大學(xué)鍋爐研究所采取下述措施對強(qiáng)化燃燒有利：采取下述措施對強(qiáng)化燃燒有利： (a) 防止局部碳量過分集中。為此，可采防止局部碳量過分集中。為此，可采用多點(diǎn)給煤，最好使用氣力給煤裝置。用多點(diǎn)給煤，最好使用氣力給煤裝

16、置。 (b) 減小床層中的氣泡直徑。為此，應(yīng)采減小床層中的氣泡直徑。為此，應(yīng)采用諸如小孔風(fēng)帽結(jié)構(gòu)等。用諸如小孔風(fēng)帽結(jié)構(gòu)等。 (c) 減小燃料顆粒直徑，即應(yīng)采用比較細(xì)減小燃料顆粒直徑，即應(yīng)采用比較細(xì)的燃料。的燃料。 西安交通大學(xué)鍋爐研究所西安交通大學(xué)鍋爐研究所總總之之，從從以以上上所所述述可可知知，在在沸沸騰騰床床燃燃燒燒中中，由由于于著著火火條條件件極極好好，混混合合條條件件也也比比較較好好，溫溫度度雖雖低低，但但未未必必是是決決定定因因素素，因因此此燃燃燒燒強(qiáng)強(qiáng)度度是是很很高高的的，屬屬于于低低溫溫強(qiáng)強(qiáng)化化燃燃燒燒。其其容容積積可可見見熱熱負(fù)負(fù)荷荷可可達(dá)達(dá)Vq1.72.1MWm3， 是是煤煤

17、粉粉爐爐的的 10 倍倍，其其爐爐排排面面熱熱負(fù)負(fù)荷荷lpq=2.93.5MWm3，是是鏈鏈條條爐爐的的 5 倍倍。同同時(shí)時(shí)，燃燃盡盡程程度度也也極極高高，溢溢流流灰灰渣渣含含碳碳量量一一般般不不超超過過 1%。 西安交通大學(xué)鍋爐研究所西安交通大學(xué)鍋爐研究所5. 沸騰層中的傳熱沸騰層中的傳熱 根據(jù)穩(wěn)定狀態(tài)的熱平衡計(jì)算可知，當(dāng)沸騰根據(jù)穩(wěn)定狀態(tài)的熱平衡計(jì)算可知，當(dāng)沸騰層保持層保持9501000時(shí)，需要從床層中吸取時(shí)，需要從床層中吸取走的熱量占燃料燃燒后所放出熱量的走的熱量占燃料燃燒后所放出熱量的4555%。否則，床層溫度就會升高而造成結(jié)渣。否則，床層溫度就會升高而造成結(jié)渣。但是，大家知道，沸騰層的

18、容積是不大的，但是，大家知道，沸騰層的容積是不大的，可見沸騰層中埋管受熱面的傳熱是極其強(qiáng)烈可見沸騰層中埋管受熱面的傳熱是極其強(qiáng)烈的。的。 西安交通大學(xué)鍋爐研究所西安交通大學(xué)鍋爐研究所沸騰層中熱交換的重要特點(diǎn)是床層溫度場很均勻，和沸騰層中熱交換的重要特點(diǎn)是床層溫度場很均勻，和具有很高的傳熱系數(shù)。具有很高的傳熱系數(shù)。前一點(diǎn)是由于沸騰層內(nèi)的擾動和混合很劇烈所致，后前一點(diǎn)是由于沸騰層內(nèi)的擾動和混合很劇烈所致，后一點(diǎn)則完全在于運(yùn)動著的固體顆粒的作用結(jié)果。一點(diǎn)則完全在于運(yùn)動著的固體顆粒的作用結(jié)果。傳熱系數(shù)可達(dá)傳熱系數(shù)可達(dá)230290W(m2K)，甚至更高，而甚至更高，而一般對流系統(tǒng)的傳熱系數(shù)則要低得多。一

19、般對流系統(tǒng)的傳熱系數(shù)則要低得多。對比試驗(yàn)表明，沸騰床的傳熱系數(shù)為固定床對比試驗(yàn)表明，沸騰床的傳熱系數(shù)為固定床(相當(dāng)于相當(dāng)于沸騰前的埋管傳熱沸騰前的埋管傳熱)的的10倍，為空管倍，為空管(即無固體顆粒時(shí)即無固體顆粒時(shí))的的75100倍。根據(jù)這一事實(shí)，人們作出了種種設(shè)想，倍。根據(jù)這一事實(shí)，人們作出了種種設(shè)想，并提出了這類傳熱的各種物理模型。可惜根據(jù)這些理并提出了這類傳熱的各種物理模型。可惜根據(jù)這些理論所推導(dǎo)出來的計(jì)算公式，由于其準(zhǔn)確度較差。這說論所推導(dǎo)出來的計(jì)算公式，由于其準(zhǔn)確度較差。這說明至今對沸騰層傳熱機(jī)理的認(rèn)識仍不十分深刻。明至今對沸騰層傳熱機(jī)理的認(rèn)識仍不十分深刻。 西安交通大學(xué)鍋爐研究所西

20、安交通大學(xué)鍋爐研究所影響沸騰床傳熱系數(shù)影響沸騰床傳熱系數(shù)K的主要因素有：的主要因素有：(a) 空截面氣流速度?？战孛鏆饬魉俣?。當(dāng)氣流速度增高時(shí)，固體顆粒的當(dāng)氣流速度增高時(shí)，固體顆粒的運(yùn)動速度加快，對傳熱起了促進(jìn)作用。但是這時(shí)床層體運(yùn)動速度加快，對傳熱起了促進(jìn)作用。但是這時(shí)床層體積膨脹，顆粒濃度減小，因而減少了顆粒對管壁的碰撞，積膨脹，顆粒濃度減小，因而減少了顆粒對管壁的碰撞，這又對傳熱不利。試驗(yàn)表明，這二個(gè)相反的影響程度在這又對傳熱不利。試驗(yàn)表明，這二個(gè)相反的影響程度在不同的氣流速度下是不同的。在開始沸騰以后，起初增不同的氣流速度下是不同的。在開始沸騰以后，起初增加氣流速度時(shí)，由于沸騰猛增，顆

21、粒速度增加很快，其加氣流速度時(shí)，由于沸騰猛增，顆粒速度增加很快，其影響超過了濃度的降低，因而傳熱系數(shù)不斷增大。至假影響超過了濃度的降低，因而傳熱系數(shù)不斷增大。至假液化系數(shù)液化系數(shù)W=25時(shí)，達(dá)到最大。在這以后再增大氣流時(shí)，達(dá)到最大。在這以后再增大氣流速度時(shí)，顆粒濃度減小的影響占了主要，因而傳熱系數(shù)速度時(shí)，顆粒濃度減小的影響占了主要，因而傳熱系數(shù)就開始減小。一般在沸騰爐工作的氣流速度范圍內(nèi)就開始減小。一般在沸騰爐工作的氣流速度范圍內(nèi)(0.51.0ms)，傳熱系數(shù)的變化是不大的。傳熱系數(shù)的變化是不大的。 西安交通大學(xué)鍋爐研究所西安交通大學(xué)鍋爐研究所(b) 顆粒尺寸。顆粒尺寸。燃料顆粒尺寸減小，顆粒

22、團(tuán)的燃料顆粒尺寸減小，顆粒團(tuán)的尺寸也隨之減小，這就導(dǎo)致流動阻力減小，顆尺寸也隨之減小，這就導(dǎo)致流動阻力減小，顆粒團(tuán)的轉(zhuǎn)移速度和頻率增加，因而傳熱系數(shù)增粒團(tuán)的轉(zhuǎn)移速度和頻率增加，因而傳熱系數(shù)增大。大。有試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，沸騰床上半部的傳熱系數(shù)要比下有試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，沸騰床上半部的傳熱系數(shù)要比下半部的高出半部的高出20左右?？赡芫褪怯捎诜序v床上左右?？赡芫褪怯捎诜序v床上半部中細(xì)顆粒較多所致。不過，顆粒尺寸的影半部中細(xì)顆粒較多所致。不過，顆粒尺寸的影響是有一定限度的，過分減小顆粒尺寸對提高響是有一定限度的，過分減小顆粒尺寸對提高傳熱系數(shù)無多大作用。對于寬篩分燃料來說，傳熱系數(shù)無多大作用。對于寬篩分燃料來說，顆粒尺

23、寸對傳熱系數(shù)的影響更為復(fù)雜。顆粒尺寸對傳熱系數(shù)的影響更為復(fù)雜。西安交通大學(xué)鍋爐研究所西安交通大學(xué)鍋爐研究所(c) 埋管的幾何特性。埋管的幾何特性。減小埋管的橫向節(jié)距和管子減小埋管的橫向節(jié)距和管子直徑，以及增加管子排數(shù)會阻礙顆粒的沸騰運(yùn)動直徑，以及增加管子排數(shù)會阻礙顆粒的沸騰運(yùn)動或使管壁與顆粒的接觸變差，因而導(dǎo)致傳熱系數(shù)或使管壁與顆粒的接觸變差，因而導(dǎo)致傳熱系數(shù)的降低。的降低。(d) 沸騰床溫度。沸騰床溫度。床溫變化主要影響傳熱的輻射部床溫變化主要影響傳熱的輻射部分。隨著床溫的升高，輻射傳熱增強(qiáng)，這部分傳分。隨著床溫的升高，輻射傳熱增強(qiáng)，這部分傳熱所占的份額也增加。固體顆粒尺寸增大時(shí)，氣熱所占的

24、份額也增加。固體顆粒尺寸增大時(shí)，氣泡尺寸會增大，輻射傳熱量所占的份額也增加。泡尺寸會增大，輻射傳熱量所占的份額也增加。后者一般占后者一般占1030左右。左右。根據(jù)試驗(yàn)測定，在采用風(fēng)帽型布風(fēng)裝置的沸騰床根據(jù)試驗(yàn)測定，在采用風(fēng)帽型布風(fēng)裝置的沸騰床中，對于垂直埋管，其傳熱系數(shù)中，對于垂直埋管，其傳熱系數(shù)K=230270W(m2K)，對于傾斜式埋管，對于傾斜式埋管，K270290W(m2K)。 西安交通大學(xué)鍋爐研究所西安交通大學(xué)鍋爐研究所7. 沸騰爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)沸騰爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(1) 布風(fēng)裝置布風(fēng)裝置 沸騰爐的爐篦在流態(tài)化技術(shù)上稱為布沸騰爐的爐篦在流態(tài)化技術(shù)上稱為布風(fēng)裝置，其作用和結(jié)構(gòu)都和普通火床爐風(fēng)裝

25、置，其作用和結(jié)構(gòu)都和普通火床爐的爐篦有所不同。的爐篦有所不同。沸騰爐布風(fēng)裝置的主要作用是均勻地分沸騰爐布風(fēng)裝置的主要作用是均勻地分配氣體，使空氣沿爐膛底部截面均勻地配氣體，使空氣沿爐膛底部截面均勻地進(jìn)入爐內(nèi)，以保證燃料顆粒的均勻流化。進(jìn)入爐內(nèi)，以保證燃料顆粒的均勻流化。只有在停沸的狀態(tài)下，才需要起支承燃只有在停沸的狀態(tài)下，才需要起支承燃料的作用。料的作用。 西安交通大學(xué)鍋爐研究所西安交通大學(xué)鍋爐研究所布風(fēng)裝置是沸騰爐的關(guān)鍵部件。沸騰床的流化質(zhì)量，布風(fēng)裝置是沸騰爐的關(guān)鍵部件。沸騰床的流化質(zhì)量，也就是沸騰爐工作的好壞，在很大程度上取決于布也就是沸騰爐工作的好壞，在很大程度上取決于布風(fēng)裝置的結(jié)構(gòu)。風(fēng)

26、裝置的結(jié)構(gòu)。 目前在沸騰爐中使用最廣泛的是風(fēng)帽式布風(fēng)裝置。目前在沸騰爐中使用最廣泛的是風(fēng)帽式布風(fēng)裝置。它是由花板它是由花板(多孔板多孔板)、風(fēng)帽和風(fēng)室等組成。其中花、風(fēng)帽和風(fēng)室等組成。其中花板和風(fēng)帽組成一體，統(tǒng)稱為布風(fēng)板。板和風(fēng)帽組成一體，統(tǒng)稱為布風(fēng)板。 (a) 花板花板 花板是由鋼板或鑄鐵板制成的多孔平板，它用來花板是由鋼板或鑄鐵板制成的多孔平板，它用來固定風(fēng)帽，并使之按一定方式排列，以達(dá)到均勻布固定風(fēng)帽，并使之按一定方式排列，以達(dá)到均勻布風(fēng)?；ò宓某叽鐟?yīng)與爐膛相應(yīng)部位的內(nèi)截面相適應(yīng)，風(fēng)?；ò宓某叽鐟?yīng)與爐膛相應(yīng)部位的內(nèi)截面相適應(yīng)，厚度為厚度為2035mm左右。風(fēng)帽插孔一般按等邊三角左右。風(fēng)帽

27、插孔一般按等邊三角形布置，孔距為風(fēng)帽直徑的形布置，孔距為風(fēng)帽直徑的1.31.7倍，帽沿間的倍，帽沿間的最小間距不得小于最小間距不得小于20mm。通常每通常每1.31.5m2中開中開一個(gè)一個(gè)108mm的放灰孔。的放灰孔。 西安交通大學(xué)鍋爐研究所西安交通大學(xué)鍋爐研究所(b) 風(fēng)帽風(fēng)帽風(fēng)帽是一種彈頭狀的物體，它的上端封閉，稱為帽頭，風(fēng)帽是一種彈頭狀的物體，它的上端封閉，稱為帽頭，下端敞開，制成插頭，垂直地插于花板上的插孔中。風(fēng)下端敞開，制成插頭，垂直地插于花板上的插孔中。風(fēng)帽的頸部開有一圈水平的或略向下傾斜的小孔。帽的頸部開有一圈水平的或略向下傾斜的小孔。空氣在花板下進(jìn)行空氣在花板下進(jìn)行“分流分流”

28、，分別從各風(fēng)帽的下端流入，分別從各風(fēng)帽的下端流入各風(fēng)帽。空氣在風(fēng)帽中向上流至頸部后，即從所有小孔各風(fēng)帽?？諝庠陲L(fēng)帽中向上流至頸部后，即從所有小孔沿側(cè)面向各個(gè)方向高速噴散出來。大量細(xì)小、高度分散沿側(cè)面向各個(gè)方向高速噴散出來。大量細(xì)小、高度分散和強(qiáng)烈擾動的高速氣流，在布風(fēng)板上形成一層均勻的和強(qiáng)烈擾動的高速氣流，在布風(fēng)板上形成一層均勻的“氣墊氣墊”，后者為均勻配風(fēng)創(chuàng)造了優(yōu)越的條件；，后者為均勻配風(fēng)創(chuàng)造了優(yōu)越的條件；實(shí)踐表明，風(fēng)帽小孔的噴散作用對空氣的分配質(zhì)量起了實(shí)踐表明，風(fēng)帽小孔的噴散作用對空氣的分配質(zhì)量起了主要作用，而小孔風(fēng)速則是一個(gè)最重要的參數(shù)。小孔風(fēng)主要作用，而小孔風(fēng)速則是一個(gè)最重要的參數(shù)。小

29、孔風(fēng)速有一合理的數(shù)值范圍，一般為速有一合理的數(shù)值范圍，一般為3545ms，相應(yīng)的開相應(yīng)的開孔率為孔率為2.2%2.8%左右。左右。所謂開孔率，即是風(fēng)帽小孔總面積和布風(fēng)板面積之比。所謂開孔率，即是風(fēng)帽小孔總面積和布風(fēng)板面積之比。 西安交通大學(xué)鍋爐研究所西安交通大學(xué)鍋爐研究所風(fēng)帽有菌形風(fēng)帽有菌形(蘑菇形蘑菇形)，柱形、球形和傘形等型式。其中應(yīng)用最，柱形、球形和傘形等型式。其中應(yīng)用最廣的是菌形風(fēng)帽，柱狀風(fēng)帽是目前應(yīng)用較多的一種新型風(fēng)帽。廣的是菌形風(fēng)帽，柱狀風(fēng)帽是目前應(yīng)用較多的一種新型風(fēng)帽。圖圖9-10 風(fēng)帽的結(jié)構(gòu)風(fēng)帽的結(jié)構(gòu)及其固定及其固定a)菌形風(fēng)帽菌形風(fēng)帽 b)柱狀柱狀風(fēng)帽風(fēng)帽 c)風(fēng)帽的固定風(fēng)帽

30、的固定1一風(fēng)帽一風(fēng)帽 2一耐火混一耐火混凝土充填凝土充填(保護(hù)保護(hù))層層 3一花板一花板 柱狀風(fēng)帽由于去消帽沿，因而尺寸更緊湊，構(gòu)造也更簡單。柱狀風(fēng)帽由于去消帽沿，因而尺寸更緊湊，構(gòu)造也更簡單。而且還克服了菌形風(fēng)帽的一些缺點(diǎn)，因此工作性能更為良好而且還克服了菌形風(fēng)帽的一些缺點(diǎn)，因此工作性能更為良好。 西安交通大學(xué)鍋爐研究所西安交通大學(xué)鍋爐研究所西安交通大學(xué)鍋爐研究所西安交通大學(xué)鍋爐研究所(c) 風(fēng)室風(fēng)室(風(fēng)箱風(fēng)箱) 風(fēng)室是進(jìn)風(fēng)管和布風(fēng)板之間的空氣均衡容積，它的結(jié)構(gòu)對風(fēng)室是進(jìn)風(fēng)管和布風(fēng)板之間的空氣均衡容積，它的結(jié)構(gòu)對于布風(fēng)的均勻性也有一定的影響。目前，實(shí)用中已有很多種于布風(fēng)的均勻性也有一定的影響

31、。目前，實(shí)用中已有很多種風(fēng)室結(jié)構(gòu)，但是結(jié)構(gòu)簡單且使用效果最好的卻只是所謂等壓風(fēng)室結(jié)構(gòu)，但是結(jié)構(gòu)簡單且使用效果最好的卻只是所謂等壓風(fēng)室，如圖所示風(fēng)室，如圖所示 等壓風(fēng)室的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是具有一個(gè)傾斜的底面，后者能使風(fēng)室內(nèi)的靜壓等壓風(fēng)室的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是具有一個(gè)傾斜的底面，后者能使風(fēng)室內(nèi)的靜壓沿深度保持不變，從而有利于提高風(fēng)量分配的均勻性。沿深度保持不變，從而有利于提高風(fēng)量分配的均勻性。實(shí)踐表明，為實(shí)踐表明，為了穩(wěn)定風(fēng)室氣流，在斜底以上留出一穩(wěn)定段是必要的。穩(wěn)定段的高度了穩(wěn)定風(fēng)室氣流，在斜底以上留出一穩(wěn)定段是必要的。穩(wěn)定段的高度D不宜小于不宜小于500mm。同時(shí)風(fēng)室的進(jìn)口風(fēng)速也必須加以控制，一般不宜同時(shí)風(fēng)室的

32、進(jìn)口風(fēng)速也必須加以控制，一般不宜超過超過10ms；風(fēng)室進(jìn)口直段風(fēng)室進(jìn)口直段C不宜小于水力直徑的不宜小于水力直徑的13倍。倍。 西安交通大學(xué)鍋爐研究所西安交通大學(xué)鍋爐研究所(2) 爐膛結(jié)構(gòu)爐膛結(jié)構(gòu)沸騰爐的爐膛必須滿足燃料顆粒流態(tài)化、燃燒、傳熱，以及沸騰爐的爐膛必須滿足燃料顆粒流態(tài)化、燃燒、傳熱，以及飛灰沉降等一系列要求，因此對爐膛形狀和尺寸有相當(dāng)嚴(yán)格飛灰沉降等一系列要求，因此對爐膛形狀和尺寸有相當(dāng)嚴(yán)格的限制。的限制。 對于方形截面的爐膛，其截面的長寬比例既要使進(jìn)料口和對于方形截面的爐膛，其截面的長寬比例既要使進(jìn)料口和溢流灰口之間有一定距離，以減少燃料顆粒的短路現(xiàn)象，又溢流灰口之間有一定距離，以減

33、少燃料顆粒的短路現(xiàn)象，又要保證不致因截面過于狹長而產(chǎn)生氣泡、節(jié)涌現(xiàn)象。通常長要保證不致因截面過于狹長而產(chǎn)生氣泡、節(jié)涌現(xiàn)象。通常長寬比不超過寬比不超過3：1就不大會發(fā)生異?，F(xiàn)象。為了防止流態(tài)化的就不大會發(fā)生異?，F(xiàn)象。為了防止流態(tài)化的死角，爐膛底部四角宜筑成具有一定半徑的圓角。死角，爐膛底部四角宜筑成具有一定半徑的圓角。 在燃用寬篩分的燃料時(shí)，實(shí)行所謂分段配速，即采用變截在燃用寬篩分的燃料時(shí)，實(shí)行所謂分段配速，即采用變截面爐膛，以逐段降低氣流速度，這樣就既能保證流化質(zhì)量，面爐膛，以逐段降低氣流速度，這樣就既能保證流化質(zhì)量，又能延長可燃顆粒在爐內(nèi)的停留時(shí)間，增強(qiáng)飛灰在爐內(nèi)的有又能延長可燃顆粒在爐內(nèi)的

34、停留時(shí)間，增強(qiáng)飛灰在爐內(nèi)的有效分離，從而減少飛灰?guī)ё邠p失。其結(jié)果是得到一個(gè)中部截效分離，從而減少飛灰?guī)ё邠p失。其結(jié)果是得到一個(gè)中部截面逐漸擴(kuò)大的倒錐形爐膛，如圖面逐漸擴(kuò)大的倒錐形爐膛，如圖912所示。所示。 西安交通大學(xué)鍋爐研究所西安交通大學(xué)鍋爐研究所圖9-12 沸騰爐倒錐形爐膛簡圖1一進(jìn)風(fēng)口 2一進(jìn)料口 3一溢流灰口 4一風(fēng)帽西安交通大學(xué)鍋爐研究所西安交通大學(xué)鍋爐研究所(3) 進(jìn)料方式進(jìn)料方式可分為正壓進(jìn)料和負(fù)壓進(jìn)料兩種?？煞譃檎龎哼M(jìn)料和負(fù)壓進(jìn)料兩種。進(jìn)料口設(shè)在正壓區(qū)進(jìn)料口設(shè)在正壓區(qū)(溢流口以下溢流口以下)者，稱為者，稱為正壓進(jìn)料正壓進(jìn)料；進(jìn)料口設(shè)在負(fù)壓區(qū)進(jìn)料口設(shè)在負(fù)壓區(qū)(溢流口以上溢流口以

35、上)者，稱為者，稱為負(fù)壓進(jìn)料負(fù)壓進(jìn)料。 正壓進(jìn)料時(shí)，全部燃料經(jīng)過高溫沸騰層，因此有利正壓進(jìn)料時(shí)，全部燃料經(jīng)過高溫沸騰層，因此有利于細(xì)粒燃料的燃盡，因而也就可以降低飛灰?guī)ё邠p于細(xì)粒燃料的燃盡，因而也就可以降低飛灰?guī)ё邠p失。但進(jìn)料口要求密封嚴(yán)密，而且進(jìn)料口處新燃料失。但進(jìn)料口要求密封嚴(yán)密，而且進(jìn)料口處新燃料容易堆積。同時(shí)，正壓進(jìn)料一般需要采用機(jī)械進(jìn)料容易堆積。同時(shí)，正壓進(jìn)料一般需要采用機(jī)械進(jìn)料裝置，如螺旋給煤機(jī)等。而且進(jìn)料口處于正壓的高裝置，如螺旋給煤機(jī)等。而且進(jìn)料口處于正壓的高溫區(qū)，螺旋給煤機(jī)的工作條件惡劣，比較容易發(fā)生溫區(qū)，螺旋給煤機(jī)的工作條件惡劣，比較容易發(fā)生機(jī)械故障。機(jī)械故障。西安交通大學(xué)

36、鍋爐研究所西安交通大學(xué)鍋爐研究所為了簡化進(jìn)料機(jī)構(gòu)，并提高其工作可靠性，目前已為了簡化進(jìn)料機(jī)構(gòu)，并提高其工作可靠性，目前已開始采用溜煤管開始采用溜煤管(圖圖)來代替螺旋給煤機(jī)。來代替螺旋給煤機(jī)。溜煤管簡圖1一溜煤管 2一平衡管 3一進(jìn)料口 4一爐墻 溜煤管以溜煤管以50o以上的傾以上的傾角斜插入爐內(nèi)正壓區(qū)角斜插入爐內(nèi)正壓區(qū)之中，管內(nèi)燃料依靠之中，管內(nèi)燃料依靠煤柱壓力直接注入爐煤柱壓力直接注入爐內(nèi)。為了防止從進(jìn)料內(nèi)。為了防止從進(jìn)料口噴火、冒煙，在爐口噴火、冒煙，在爐墻內(nèi)裝設(shè)平衡管，使墻內(nèi)裝設(shè)平衡管，使溜煤管與爐膛負(fù)壓區(qū)溜煤管與爐膛負(fù)壓區(qū)連通。當(dāng)然在煤封良連通。當(dāng)然在煤封良好時(shí)也可不裝平衡管。好時(shí)也

37、可不裝平衡管。 西安交通大學(xué)鍋爐研究所西安交通大學(xué)鍋爐研究所負(fù)壓進(jìn)料與正壓進(jìn)料相反，由于燃料從負(fù)壓進(jìn)料與正壓進(jìn)料相反，由于燃料從沸騰層以上進(jìn)入，部分細(xì)粒燃料未經(jīng)沸沸騰層以上進(jìn)入，部分細(xì)粒燃料未經(jīng)沸騰層就被上升的煙氣流帶走，增加了飛騰層就被上升的煙氣流帶走，增加了飛灰損失?；覔p失。但進(jìn)料裝置簡單、可靠，而且是自由落但進(jìn)料裝置簡單、可靠，而且是自由落下，故播散度大，不易造成料口堆料。下，故播散度大，不易造成料口堆料。 西安交通大學(xué)鍋爐研究所西安交通大學(xué)鍋爐研究所8. 沸騰爐的優(yōu)點(diǎn)及存在的問題沸騰爐的優(yōu)點(diǎn)及存在的問題優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： (a) 可以燃用品質(zhì)極為低劣的燃料，其中可以燃用品質(zhì)極為低劣的燃料，其

38、中包括灰分達(dá)包括灰分達(dá)70，發(fā)熱量僅，發(fā)熱量僅4200kJkg的的燃料、揮發(fā)分為燃料、揮發(fā)分為23的無煙煤和含碳的無煙煤和含碳量在量在15以上的爐渣。以上的爐渣。 (b) 由于燃燒熱負(fù)荷和埋管傳熱系數(shù)都非由于燃燒熱負(fù)荷和埋管傳熱系數(shù)都非常高，可大大縮減爐膛尺寸，一般為同容常高，可大大縮減爐膛尺寸，一般為同容量的其它型鍋爐的一半左右，可減少金屬量的其它型鍋爐的一半左右，可減少金屬耗量和安裝費(fèi)用。耗量和安裝費(fèi)用。 西安交通大學(xué)鍋爐研究所西安交通大學(xué)鍋爐研究所(c) 屬低溫燃燒，可燃用低灰熔點(diǎn)燃料，煙氣屬低溫燃燒，可燃用低灰熔點(diǎn)燃料，煙氣中中NOx等污染物質(zhì)的含量也較少，而且易于等污染物質(zhì)的含量也較

39、少，而且易于在燃料中加入添加劑在燃料中加入添加劑(石灰石、白云石石灰石、白云石)，使燃，使燃料脫硫，進(jìn)一步減少大氣污染、低溫腐蝕和料脫硫，進(jìn)一步減少大氣污染、低溫腐蝕和高溫腐蝕。高溫腐蝕。(d) 沸騰爐灰渣具有低溫?zé)傅男再|(zhì)，便于綜沸騰爐灰渣具有低溫?zé)傅男再|(zhì)，便于綜合利用。合利用。(e) 負(fù)荷凋節(jié)性能好。根據(jù)國外報(bào)導(dǎo)，沸騰爐負(fù)荷凋節(jié)性能好。根據(jù)國外報(bào)導(dǎo)，沸騰爐能在能在25110。負(fù)荷范圍內(nèi)正常運(yùn)行。負(fù)荷范圍內(nèi)正常運(yùn)行。 西安交通大學(xué)鍋爐研究所西安交通大學(xué)鍋爐研究所問題是：問題是： (a) 鍋爐熱效率低。鍋爐熱效率低。一般在一般在5468之間。主要是之間。主要是q4很大。完全是由于很大。完全是

40、由于飛灰?guī)ё邠p失所造成的。飛灰?guī)ё邠p失所造成的。 (b) 埋管磨損快。埋管磨損快。有的單位在使用三個(gè)月到半年后，有的單位在使用三個(gè)月到半年后，3.5mm壁厚的埋管壁厚的埋管即被磨穿。但采取防磨措放后，一般能運(yùn)行一年左右，即被磨穿。但采取防磨措放后，一般能運(yùn)行一年左右，有些甚至能運(yùn)行二年以上。有些甚至能運(yùn)行二年以上。(c) 電耗大。電耗大。主要消耗于高壓送風(fēng)、碎煤等。沸騰爐的單位蒸發(fā)量主要消耗于高壓送風(fēng)、碎煤等。沸騰爐的單位蒸發(fā)量的電耗量約為的電耗量約為(34) 104kJ(t h-1)(蒸汽蒸汽)，比，比般般煤粉爐高煤粉爐高倍左右。倍左右。 西安交通大學(xué)鍋爐研究所西安交通大學(xué)鍋爐研究所三、循環(huán)

41、流化床燃燒方式及其設(shè)備三、循環(huán)流化床燃燒方式及其設(shè)備1. 循環(huán)流化床的原理和特點(diǎn)循環(huán)流化床的原理和特點(diǎn) 早期早期(40年代年代)的許多流化床是運(yùn)行在相對較的許多流化床是運(yùn)行在相對較高的流化速度下的，此后，因?yàn)榧夹g(shù)上的困高的流化速度下的，此后，因?yàn)榧夹g(shù)上的困難，運(yùn)行流化速度降低。難，運(yùn)行流化速度降低。5060年代，許多研究機(jī)構(gòu)開始進(jìn)行流態(tài)化年代，許多研究機(jī)構(gòu)開始進(jìn)行流態(tài)化的研究，研究重點(diǎn)放在流化床的氣泡特性等的研究，研究重點(diǎn)放在流化床的氣泡特性等方面。這樣，對低速流化床的認(rèn)識有了很大方面。這樣，對低速流化床的認(rèn)識有了很大提高，而高速流態(tài)化過程則幾乎被忽略，因提高，而高速流態(tài)化過程則幾乎被忽略，因

42、此這段時(shí)間投運(yùn)的流化床也基本上是鼓泡流此這段時(shí)間投運(yùn)的流化床也基本上是鼓泡流化床。化床。 西安交通大學(xué)鍋爐研究所西安交通大學(xué)鍋爐研究所最近最近10多年來，高速流態(tài)化過程研究的開展多年來，高速流態(tài)化過程研究的開展和某些特定工藝的要求，使得被稱為循環(huán)和某些特定工藝的要求，使得被稱為循環(huán)流化床的技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，特別是流化床的技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，特別是CFB，更是在短短十幾年內(nèi)從實(shí)驗(yàn)室研究，更是在短短十幾年內(nèi)從實(shí)驗(yàn)室研究發(fā)展到了電站應(yīng)用。發(fā)展到了電站應(yīng)用。循環(huán)流化床的特點(diǎn)可歸納如下：循環(huán)流化床的特點(diǎn)可歸納如下：(1) 不再有鼓泡流化床那樣清晰的界面固不再有鼓泡流化床那樣清晰的界面固體顆粒充滿整

43、個(gè)上升段空間；體顆粒充滿整個(gè)上升段空間；(2) 有強(qiáng)烈的物料返混，顆粒團(tuán)不斷形成和有強(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；解體，并且向各個(gè)方向運(yùn)動；(3) 顆粒均氣體之間的相對速度大，且與床顆粒均氣體之間的相對速度大，且與床層空隙率和顆粒循環(huán)流量有關(guān)；層空隙率和顆粒循環(huán)流量有關(guān)；(4) 運(yùn)行流化速度為鼓泡流化床的運(yùn)行流化速度為鼓泡流化床的23倍；倍； 西安交通大學(xué)鍋爐研究所西安交通大學(xué)鍋爐研究所(5) 床層壓降床層壓降隨流化速度和顆粒質(zhì)量流量而變化；隨流化速度和顆粒質(zhì)量流量而變化；(6) (6) 顆粒橫向混合良好；顆粒橫向混合良好；(7) (7) 強(qiáng)烈的顆粒返混、顆粒的外部

44、循環(huán)和良好強(qiáng)烈的顆粒返混、顆粒的外部循環(huán)和良好的橫向混合，整個(gè)上升段內(nèi)溫度分布均勻；的橫向混合，整個(gè)上升段內(nèi)溫度分布均勻；(8) (8) 改變上升段內(nèi)的存料量，固體物料在床內(nèi)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)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); ;(9) (9) 流化氣體的整體性狀呈塞狀流；流化氣體的整體性狀呈塞狀流；(10)(10)流化氣體根據(jù)需要可在反應(yīng)器的不同高度流化氣體根據(jù)需要可在反應(yīng)器的不同高度加入。加入。 西安交通大學(xué)鍋爐研究所西安交通大學(xué)鍋爐研究所2. 循環(huán)流化床燃燒鍋爐的基本特點(diǎn)循環(huán)流化床燃燒鍋爐的基本特點(diǎn)循環(huán)流化床由快速流化床循環(huán)流

45、化床由快速流化床(上升段上升段)、氣固物、氣固物料分離裝置和固體物料回送裝置所組成。料分離裝置和固體物料回送裝置所組成。 西安交通大學(xué)鍋爐研究所西安交通大學(xué)鍋爐研究所CFBCFB中，離開爐膛的大部分顆粒，由氣固分中，離開爐膛的大部分顆粒，由氣固分離裝置所捕集并以足夠高的速率從靠近爐離裝置所捕集并以足夠高的速率從靠近爐膛底部的回送口再循環(huán)送入爐膛，使?fàn)t膛膛底部的回送口再循環(huán)送入爐膛，使?fàn)t膛內(nèi)的顆粒返混維持在最低程度。燃燒一次內(nèi)的顆粒返混維持在最低程度。燃燒一次風(fēng)通過布風(fēng)裝置送入爐膛，二次風(fēng)則在布風(fēng)通過布風(fēng)裝置送入爐膛，二次風(fēng)則在布風(fēng)裝置以上的一定高度從側(cè)墻送入爐膛。風(fēng)裝置以上的一定高度從側(cè)墻送入

46、爐膛。燃料在爐膛中燃燒產(chǎn)生熱量，這些熱量一燃料在爐膛中燃燒產(chǎn)生熱量，這些熱量一部分由布置在爐膛內(nèi)的水冷或蒸汽冷卻受部分由布置在爐膛內(nèi)的水冷或蒸汽冷卻受熱面所吸收，余下部分則被稱為尾部受熱熱面所吸收，余下部分則被稱為尾部受熱面的對流受熱面所吸收。面的對流受熱面所吸收。 西安交通大學(xué)鍋爐研究所西安交通大學(xué)鍋爐研究所 為什么循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)在較短的時(shí)間內(nèi)為什么循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)在較短的時(shí)間內(nèi)能夠在國內(nèi)外得到迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，是能夠在國內(nèi)外得到迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，是因?yàn)樗哂幸话愠Ｒ?guī)鍋爐所不具備的優(yōu)點(diǎn)：因?yàn)樗哂幸话愠Ｒ?guī)鍋爐所不具備的優(yōu)點(diǎn)： （1）燃料適應(yīng)性廣）燃料適應(yīng)性廣 循環(huán)流化床鍋爐幾乎可以

47、燃燒各種煤循環(huán)流化床鍋爐幾乎可以燃燒各種煤(如如泥煤、褐煤、煙煤、貧煤、無煙煤、洗煤廠泥煤、褐煤、煙煤、貧煤、無煙煤、洗煤廠的煤泥的煤泥)，以及洗矸、煤矸石、焦炭、油頁，以及洗矸、煤矸石、焦炭、油頁巖等，并能達(dá)到很高的燃燒效率。它的這一巖等，并能達(dá)到很高的燃燒效率。它的這一優(yōu)點(diǎn)，對充分利用劣質(zhì)燃料具有重大意義。優(yōu)點(diǎn)，對充分利用劣質(zhì)燃料具有重大意義。西安交通大學(xué)鍋爐研究所西安交通大學(xué)鍋爐研究所（2）有利于環(huán)境保護(hù)）有利于環(huán)境保護(hù) 向循環(huán)流化床內(nèi)直接加入石灰石、白云石等脫硫劑，可向循環(huán)流化床內(nèi)直接加入石灰石、白云石等脫硫劑，可以脫去燃料在燃燒過程中生成的以脫去燃料在燃燒過程中生成的SO2。根據(jù)燃料

48、中含硫量。根據(jù)燃料中含硫量的大小確定加入的脫硫劑量，可達(dá)到的大小確定加入的脫硫劑量，可達(dá)到90的脫硫效率，與的脫硫效率，與鼓泡床鍋爐相比，鈣的利用率可大大提高。如當(dāng)脫硫效率鼓泡床鍋爐相比，鈣的利用率可大大提高。如當(dāng)脫硫效率達(dá)達(dá)90時(shí)，鼓泡床鍋爐所需鈣硫比值時(shí)，鼓泡床鍋爐所需鈣硫比值CaS(摩爾比摩爾比)在在35之間，而循環(huán)流化床鍋爐只有之間，而循環(huán)流化床鍋爐只有22.5，這樣就可減少脫硫，這樣就可減少脫硫劑使用量，另外，循環(huán)流化床鍋爐燃燒溫度一般控制在劑使用量，另外，循環(huán)流化床鍋爐燃燒溫度一般控制在800950的范圍內(nèi)，這不僅有利于脫硫，而且可以抑制的范圍內(nèi)，這不僅有利于脫硫，而且可以抑制氮氧

49、化物氮氧化物(熱力型熱力型NOX)的形成，由于循環(huán)流化床鍋爐普遍的形成，由于循環(huán)流化床鍋爐普遍采用分段采用分段(或分級或分級)送入二次風(fēng)，這樣又可控制燃料型送入二次風(fēng)，這樣又可控制燃料型NOX的產(chǎn)生。在一般情況下，循環(huán)流化床鍋爐的產(chǎn)生。在一般情況下，循環(huán)流化床鍋爐NOX的生成量僅的生成量僅為煤粉爐的為煤粉爐的1413。NOX的排放量可以控制在的排放量可以控制在300mgNm3以下。因此，循環(huán)流化床燃燒是一種經(jīng)濟(jì)、有效、以下。因此，循環(huán)流化床燃燒是一種經(jīng)濟(jì)、有效、低污染的燃燒技術(shù)。與煤粉爐加脫硫裝置相比，循環(huán)流化低污染的燃燒技術(shù)。與煤粉爐加脫硫裝置相比，循環(huán)流化床鍋爐的投資可降低床鍋爐的投資可降

50、低1413。這也是它在國內(nèi)外受到。這也是它在國內(nèi)外受到重視，得到迅速發(fā)展的主要原因之一。重視，得到迅速發(fā)展的主要原因之一。西安交通大學(xué)鍋爐研究所西安交通大學(xué)鍋爐研究所（3）負(fù)荷調(diào)節(jié)性能好）負(fù)荷調(diào)節(jié)性能好 煤粉爐負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍通常在煤粉爐負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍通常在70110，而循環(huán)流化床，而循環(huán)流化床鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)幅度比煤粉爐大得多，一般在鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)幅度比煤粉爐大得多，一般在30110。即使在即使在20負(fù)荷情況下，有的循環(huán)流化床鍋爐也能保持燃負(fù)荷情況下，有的循環(huán)流化床鍋爐也能保持燃燒穩(wěn)定，甚至可以壓火備用，這一特點(diǎn)對于調(diào)峰電廠或熱燒穩(wěn)定，甚至可以壓火備用，這一特點(diǎn)對于調(diào)峰電廠或熱負(fù)荷變化較大的熱電廠來說，

51、選用循環(huán)流化床鍋爐作為動負(fù)荷變化較大的熱電廠來說，選用循環(huán)流化床鍋爐作為動力鍋爐非常有利。力鍋爐非常有利。 （4）燃燒熱強(qiáng)度大）燃燒熱強(qiáng)度大循環(huán)流化床鍋爐燃燒熱強(qiáng)度比常規(guī)鍋爐高得多，其截面熱循環(huán)流化床鍋爐燃燒熱強(qiáng)度比常規(guī)鍋爐高得多，其截面熱負(fù)荷可達(dá)負(fù)荷可達(dá)36MWm2，是鼓泡床鍋爐的，是鼓泡床鍋爐的24倍，是鏈條倍，是鏈條爐的爐的26倍。其爐膛容積熱負(fù)荷為倍。其爐膛容積熱負(fù)荷為1.52MWm3，是煤，是煤粉爐的粉爐的811倍，所以循環(huán)流化床鍋爐可以減小爐膛體積，倍，所以循環(huán)流化床鍋爐可以減小爐膛體積，降低金屬消耗。降低金屬消耗。西安交通大學(xué)鍋爐研究所西安交通大學(xué)鍋爐研究所(5) 爐內(nèi)傳熱能力強(qiáng)

52、爐內(nèi)傳熱能力強(qiáng) 循環(huán)流化床爐內(nèi)傳熱主要是上升的煙氣和流動的物料與循環(huán)流化床爐內(nèi)傳熱主要是上升的煙氣和流動的物料與受熱面的對流傳熱和輻射傳熱，爐膛內(nèi)氣一固兩相混合物受熱面的對流傳熱和輻射傳熱，爐膛內(nèi)氣一固兩相混合物對水冷壁的傳熱系數(shù)比煤粉爐爐膛的輻射傳熱系數(shù)大得多，對水冷壁的傳熱系數(shù)比煤粉爐爐膛的輻射傳熱系數(shù)大得多，一般在一般在50450 W(m2K)。如果床內(nèi)。如果床內(nèi)(爐膛內(nèi)或爐膛外爐膛內(nèi)或爐膛外)布布置有埋管，可更大幅度地節(jié)省受熱面金屬耗量置有埋管，可更大幅度地節(jié)省受熱面金屬耗量埋管傳熱系埋管傳熱系數(shù)可達(dá)數(shù)可達(dá)233326 W(m2K)。為循環(huán)流化床鍋爐大型化提。為循環(huán)流化床鍋爐大型化提供

53、了可能。供了可能。（6）灰渣綜合利用性能好）灰渣綜合利用性能好 循環(huán)流化床鍋爐燃燒溫度低，灰渣不會軟化和粘結(jié)，活循環(huán)流化床鍋爐燃燒溫度低，灰渣不會軟化和粘結(jié)，活性較好。另外爐內(nèi)加入石灰石后，灰渣成分也有變化，含性較好。另外爐內(nèi)加入石灰石后，灰渣成分也有變化，含有一定的有一定的CaSO4和未反應(yīng)的和未反應(yīng)的CaO。循環(huán)流化床鍋爐灰渣可。循環(huán)流化床鍋爐灰渣可以用于制造水泥的摻合料或其他建筑材料的原料，有利于以用于制造水泥的摻合料或其他建筑材料的原料，有利于灰渣的綜合利用。這對于那些建在城市或?qū)Νh(huán)保要求較高灰渣的綜合利用。這對于那些建在城市或?qū)Νh(huán)保要求較高的電廠采用循環(huán)流化床鍋爐十分有利。的電廠采用

54、循環(huán)流化床鍋爐十分有利。西安交通大學(xué)鍋爐研究所西安交通大學(xué)鍋爐研究所 循環(huán)流化床鍋爐是在鼓泡床鍋爐的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它幾循環(huán)流化床鍋爐是在鼓泡床鍋爐的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它幾乎可以解決鼓泡床鍋爐的所有缺點(diǎn)，但是它與常規(guī)煤粉爐相乎可以解決鼓泡床鍋爐的所有缺點(diǎn)，但是它與常規(guī)煤粉爐相比還存在一些問題。比還存在一些問題。（1）大型化困難。）大型化困難。 盡管循環(huán)流化床鍋爐發(fā)展很快，已投運(yùn)的單爐容量已大于盡管循環(huán)流化床鍋爐發(fā)展很快，已投運(yùn)的單爐容量已大于500th，更大容量的鍋爐正在研制中。但由于受技術(shù)和輔，更大容量的鍋爐正在研制中。但由于受技術(shù)和輔助設(shè)備的限制，容量超過助設(shè)備的限制，容量超過1000t

55、h的鍋爐很難實(shí)現(xiàn)。的鍋爐很難實(shí)現(xiàn)。（2）自動化水平要求高。）自動化水平要求高。 由于循環(huán)流化床鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)和灰渣系統(tǒng)比常規(guī)鍋爐復(fù)雜，由于循環(huán)流化床鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)和灰渣系統(tǒng)比常規(guī)鍋爐復(fù)雜，各爐型燃燒調(diào)整方式有所不同，控制點(diǎn)較多，所以采用計(jì)算各爐型燃燒調(diào)整方式有所不同，控制點(diǎn)較多，所以采用計(jì)算機(jī)自動控制比常規(guī)鍋爐難得多。機(jī)自動控制比常規(guī)鍋爐難得多。（3）磨損嚴(yán)重。）磨損嚴(yán)重。 循環(huán)流化床鍋爐的燃料粒徑較大，并且爐膛內(nèi)物料濃度是循環(huán)流化床鍋爐的燃料粒徑較大，并且爐膛內(nèi)物料濃度是煤粉爐的十至幾十倍。雖然采取了許多防磨措施，但在實(shí)際煤粉爐的十至幾十倍。雖然采取了許多防磨措施，但在實(shí)際運(yùn)行中循環(huán)流化床鍋爐受

56、熱面的磨損速度仍比常規(guī)鍋爐大得運(yùn)行中循環(huán)流化床鍋爐受熱面的磨損速度仍比常規(guī)鍋爐大得多。多。西安交通大學(xué)鍋爐研究所西安交通大學(xué)鍋爐研究所3. 循環(huán)流化床鍋爐的分類循環(huán)流化床鍋爐的分類各種類型的循環(huán)流化床鍋爐主要區(qū)別在分離器的類型和工作溫各種類型的循環(huán)流化床鍋爐主要區(qū)別在分離器的類型和工作溫度，以及是否設(shè)置外部換熱器等方面。度，以及是否設(shè)置外部換熱器等方面。 按分離器型式分類。按分離器型式分類。 1)旋風(fēng)分離型循環(huán)流化床鍋爐。旋風(fēng)分離型循環(huán)流化床鍋爐。 2) 慣性分離型循環(huán)流化床鍋爐。慣性分離型循環(huán)流化床鍋爐。 3) 爐內(nèi)臥式分離型循環(huán)流化床鍋爐。爐內(nèi)臥式分離型循環(huán)流化床鍋爐。 4) 爐內(nèi)旋渦型分

57、離型循環(huán)流化床鍋爐。爐內(nèi)旋渦型分離型循環(huán)流化床鍋爐。 5) 組合分離型循環(huán)流化床鍋爐。組合分離型循環(huán)流化床鍋爐。西安交通大學(xué)鍋爐研究所西安交通大學(xué)鍋爐研究所按分離器的工作溫度分類。按分離器的工作溫度分類。爐膛出口的溫度決定了分離器的工作溫度，通爐膛出口的溫度決定了分離器的工作溫度，通過在爐膛上部設(shè)置不同數(shù)量的受熱面，可以使過在爐膛上部設(shè)置不同數(shù)量的受熱面，可以使?fàn)t膛出口的煙氣溫度處于不同的范圍。按分離爐膛出口的煙氣溫度處于不同的范圍。按分離器的工作溫度的不同，可分為：器的工作溫度的不同，可分為： 1) 高溫分離型循環(huán)流化床鍋爐。高溫分離型循環(huán)流化床鍋爐。 2) 中溫分離型循環(huán)流化床鍋爐。中溫分

58、離型循環(huán)流化床鍋爐。 3) 低溫分離型循環(huán)流化床鍋爐低溫分離型循環(huán)流化床鍋爐(適合鼓泡床適合鼓泡床)。 4) 組合分離型循環(huán)流化床鍋爐組合分離型循環(huán)流化床鍋爐(兩級分離兩級分離)。 在保證分離器可靠工作的條件下，循環(huán)流化在保證分離器可靠工作的條件下，循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計(jì)中更趨于采用高溫分離器。床鍋爐的設(shè)計(jì)中更趨于采用高溫分離器。西安交通大學(xué)鍋爐研究所西安交通大學(xué)鍋爐研究所按有無外置式流化床換熱器分類。按有無外置式流化床換熱器分類。 1) 有外置式流化床換熱器的循環(huán)流化床鍋爐。有外置式流化床換熱器的循環(huán)流化床鍋爐。 2) 無外置式流化床換熱器的循環(huán)流化床鍋爐。無外置式流化床換熱器的循環(huán)流化床鍋爐

59、。(a)帶外置式換熱器；(b)、(c)無外置式換熱器(帶不同數(shù)量的屏式過熱器) 西安交通大學(xué)鍋爐研究所西安交通大學(xué)鍋爐研究所根據(jù)有無外置式流化床換熱器所設(shè)計(jì)的循環(huán)流化床鍋爐，根據(jù)有無外置式流化床換熱器所設(shè)計(jì)的循環(huán)流化床鍋爐，已經(jīng)在制造領(lǐng)域形成對應(yīng)的兩大流派，各自具有不同的特已經(jīng)在制造領(lǐng)域形成對應(yīng)的兩大流派，各自具有不同的特點(diǎn)。點(diǎn)。 在有外置式流化床換熱器的鍋爐中，將燃燒與傳熱的過在有外置式流化床換熱器的鍋爐中，將燃燒與傳熱的過程分離，在運(yùn)行中可以分別對燃燒與傳熱進(jìn)行比較方便的程分離，在運(yùn)行中可以分別對燃燒與傳熱進(jìn)行比較方便的調(diào)節(jié)與控制，并使各自均達(dá)到比較好的狀態(tài)。比如，僅需調(diào)節(jié)與控制，并使各自

60、均達(dá)到比較好的狀態(tài)。比如，僅需調(diào)節(jié)進(jìn)入流化床換熱器與直接返回燃燒室的固體物料的比調(diào)節(jié)進(jìn)入流化床換熱器與直接返回燃燒室的固體物料的比例，即可調(diào)節(jié)和控制床溫。另外，通常將再熱器或過熱器例，即可調(diào)節(jié)和控制床溫。另外，通常將再熱器或過熱器的部分受熱面布置在外置式流化床中，鍋爐汽溫的調(diào)節(jié)比的部分受熱面布置在外置式流化床中，鍋爐汽溫的調(diào)節(jié)比較靈活，也緩解了大型循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)受熱面布置空較靈活，也緩解了大型循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)受熱面布置空間緊張的狀況。但是，采用外置式流化床換熱器的鍋爐結(jié)間緊張的狀況。但是，采用外置式流化床換熱器的鍋爐結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。構(gòu)比較復(fù)雜。 在無外置式流化床換熱器的情況下，在固體顆粒循環(huán)回路在無外置式