流化床锅炉工作原理

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一、循环流化床的原理及特点:
在气流以不同速度通过固体颗粒床层时,固体颗粒床层会呈现不同的流动状态。随着气流速度的增加,固体颗粒分别呈现固定床、鼓泡流化床、湍流流化床、快速流化床和气力输送状态。循环流化床的上升段通常运行在快速流化床状态下。快速流化流体动力特性的形成对循环流化床是至关重要的,此时,固体物料被速度大于单颗物料的终端速度的气流所流化,以颗粒团的形式上下运动,产生高度的返混。颗粒团向各个方向运动,且不断形成和解体。在这种流体状态下,气流还可携带一定数量的大颗粒,尽管其终端速度远大于截面平均气速。这种气固运动方式中,存在较大的气固两相速度差,即相对速度,循环流化床由快速流化床(上升段),气固物料分离装置和固体物料回送装置组成。
循环流化床的特点可归纳如下:
不再有鼓泡流化床那样清晰的界面,固体颗粒充满整个上升段空间;
有强烈的物料返混,颗粒团不断形成和解体,并且向各个方向运动;
颗粒与气体之间的相对速度大,且与床层空隙率和颗粒循环流量有关;
运行流化速度为鼓泡床的2~3倍;
床层压降随流化速度和颗粒的质量流量而变化;
颗粒横向混合良好;
强烈的颗粒返混,颗粒的外部循环和良好的横向混合,使得整个 升段内温度分布均匀;
通过改变上升段内的存料量,固体物料在床内的停留时间可在几分钟到数小时范围内调节;
流化气体的整体性状呈塞状流;
流化气体根据需要可在反应器的不同高度加入。
二、循环流化床锅炉工作原理
循环流化床锅炉是一种新型的燃用固体燃料(如煤)的锅炉。固体颗粒(燃料、石灰石、砂粒、炉渣等)在炉膛内以一种特殊的气固流动方式(流态化)运动,离开炉膛的颗粒又被分离并送回炉膛循环燃烧。炉膛内固体颗粒的浓度高,燃烧、传质、传热剧烈,温度分布均匀
一次风(流化风)经过风室由炉膛底部穿过孔的底板(布风板)送入炉膛,炉膛内是一些粒度为0~6mm(甚至更大)的固体颗粒(燃料、石灰石、砂粒等),它们被流化风流化呈流体的特性并充满整个炉膛;较细的颗粒被气流夹带飞出炉膛并由旋风分离器(也可以是其它分离器)分离收集,并通过分离器下面的料腿与返料器送回炉膛循环燃烧;烟气和不被分离器捕集的细颗粒排入尾部烟道,尾部烟道和除尘等与常规煤粉炉相似。
与其它煤燃烧方式相比,循环流化床锅炉特有的部件主要有布风板、分离器、返料器以及外置热交换器等,下面分别作一简要介绍。
布风板位于炉膛底部,将风室与炉膛隔开,它一方面保证一次风穿过布风板进入炉膛对颗粒均匀流化,另一方面将固体颗粒限制在炉膛布风板上,并对固体颗粒(床料)起支撑作用。
布风板基本结构为一平板上分布许多 风帽 ,风帽上开有许多小孔。空气由风室经风帽小孔进入炉膛,同时特殊设计的风帽小孔保证颗粒不会由炉膛内回流进入风室。布风板设计的好坏直接影响床内颗粒的流化情况,它应保证整个床面布风均匀,有效防止颗粒回流并且有一定的强度以支撑固体物料。根据上述原则,实际采用的风帽还有许多种形式,如猪尾巴型、钟罩型等,但它们的功能都是相同的。
分离器是循环流化床锅炉的另一关键部件,而最典型应用最广性能也最可靠的是旋风分离器。旋风分离器使含灰气流在筒内快速旋转,固体颗粒由于惯性大,逐渐贴近壁面并向下呈螺旋运动,被分离下来;空气和无法分离下来的细小颗粒由中心筒排出。旋风分离器性能的好坏直接影响循环流化床的燃烧与脱硫效率,好的旋风分离器,其分离效率在99%以上。根据旋风分离器工作温度,可以将循环流化床锅炉分为高温分离型(800~900℃左右)和中温分离型(400~600℃左右);根据冷却方式,旋风分离器又有水冷、汽冷以及砌耐火衬里等多种型式。
除了旋风分离器以外,还有许多其它形式的分离装置,如U型槽、百页窗等,它们主要是利用惯性进行分离。与旋风分离器相比,这些分离器一般结构简单,布置容易,但分离效率较低。
返料器也称作回料(控制)器、回料阀等,是将分离器分离下来的固体颗粒送回炉膛的装置。返料器的具体结构形式有许多种,如L型、U型、N型等,但最典型目前应用最广的是U型返料器(U阀)。返料器相当于一小型鼓泡流化床,固体颗粒由料腿(立管)进入返料器,返料风将固体颗粒流化并经返料斜管溢流进入炉膛,由分离器分离下来的固体颗粒不断补充,这就构成了固体颗粒的循环回路。
有些循环流化床锅炉带有外置热交换器,它是从返料器中将一部分循环颗粒分流进入一内置受热面的低速流化床中,冷却后的循环颗粒再送回炉膛。外置换热器主要用于控制床温,但它并非循环流化床的必备部件。Lurgi型循环流化床锅炉和Ahlstrom型循环流化床锅炉的主要区别就在于Lurgi型带有外置热交换器,而Ahlstrom则没有,其床温的控制通过调节给煤与供风以控制床内燃烧和颗粒浓度来实现。
其它部件,如用于排放大颗粒底渣的循环流化床底渣排放系统(包括冷渣器)、煤与石灰石制备系统等,都与常规煤粉炉有很大区别。此外,由于循环流化床烟风阻力增大,所需风机的压头也比常规煤粉炉高很多。这些,在循环流化床大型化过程中,都需要进行认真的研究。