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超全面的流化床锅炉1000问

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1.          循环流化床锅炉的工作过程是什么?

燃煤首先被加工成一定粒度范围的宽筛分煤,然后由给煤机经给煤口送入炉膛燃烧,其中少部分细颗粒物料将进入稀相区继续燃烧并有部分随烟气飞出炉膛。飞出炉膛的大部分细颗粒由固体物料分离器分离后经返料器送入炉膛,再继续燃烧。燃烧过程中产生的大量高温烟气经过热器、省煤器、空气预热器等受热面,进入除尘器进行除尘,最后由引风机排至烟囱进入大气。为满足环保标准的要求,部分循环流化床锅炉还有脱硝和炉外脱硫过程。

2.          循环流化床锅炉在运行过程中通常会遇到哪几种流态?

1)压火过程中,物料处于固定床状态;

2)启动和低负荷过程中,一般运行在鼓泡床状态;

3)中等负荷或高负荷时,循环流化床锅炉上部处于快速床状态,下部处于鼓泡床状态;

4)运行中如出现物料不平衡或煤质变化需要大一次风量运行时,伴随着分离效率突变以及物料补充不及时,会短暂出现密相气力输送和稀相气力输送,此时锅炉接近于煤粉锅炉运行工况。

3.          循环流化床锅炉不同区域的固体颗粒流动状态如何?

循环流化床锅炉不同区域的固体颗粒流动状态如下表所示。

位置

流动状态

流速范围(m/s)

上二次风口以上

快速床

4~6

下二次风口以下

鼓泡床

4~6

旋风分离器

漩涡气固分离流动

20~30

立管下部

移动床

0.3~1.5

回料阀

鼓泡床

0.5~1.5

风水联合冷渣器

鼓泡床

2.5~3.5

尾部烟道

气力输送

6~12

外置换热器

鼓泡床

1~1.5

4.          循环流化床锅炉的物料循环过程包括哪两部分?

循环流化床锅炉的物料循环过程包括内循环和外循环两部分。终端速度大于表观速度的粒子和终端速度小于表观速度的粒子不断互相碰撞形成的颗粒团,在气固两相流上升过程中,陆续沿炉膛四壁返回炉膛下部床层,这一过程称为内循环。被烟气以扬析和夹带形式带出的粒子和颗粒团进入分离器,进行离心分离,分离下来的粒子经回料腿和回料阀返回炉膛,这一过程称为外循环。

为简单期间也可把炉膛内的物料循环成为内循环,把炉膛出口经由分离器返送回炉膛的物料循环称为外循环。有研究结果表明,内循环量大约是外循环量的3~5倍,循环流化床锅炉整经由内循环和外循环的物料总量非常高,某300MW循环流化床锅炉的计算结果显示,其入炉燃料量仅为140t/h,其外循环量约为10000t/h,其内循环量约为30000t/h。

5.          循环流化床锅炉的内循环有何特点?

循环流化床锅炉内循环伴随着大量颗粒的聚集和团聚,聚集着的颗粒团由于质量增加、体积增大,自由沉降速度较高。在一定的气流速度下,大颗粒团无法向上运动,而是逆着气流向下沉降。沉降过程中,气固两相间会产生较大的相对速度,颗粒团易被上升气流打散成细颗粒,细颗粒又被气流带动从炉膛中心运动,在上升过程中再聚集成颗粒团,沿着四周避免沉降下来。内循环始终伴随着颗粒团在炉内不断聚集、下沉、吹散、上升、再聚集。

6.          什么是循环流化床锅炉物料的循环倍率K

单位时间内,循环流化床锅炉外循环物料量与入炉燃料量的比值称为物料的循环倍率K(或称循环流化床锅炉的循环倍率)。

7.          影响循环流化床锅炉循环倍率的主要因素有哪些?

1)燃料的成灰特性。它界定了循环系统给入的物料源,确定了物料源的量(给入量)和质(粒度分布)。灰分大的燃料,相同负荷下进入炉内的物料量就多,可以提高循环量。如果此时燃料粒度较小,则形成的细灰比例就比较大,可参与循环的细灰给入量就多,有益于提高循环灰量。

2)燃料成灰特性。物料循环量远高于物料添加量,参与循环的物料在循环系统内的停留时间相对延长。物料成灰特性是循环量的控制因素,如果煤成灰的硬度低,则不易形成足够的循环量。

3)分离器效率,特别是对主循环物料粒度的分离效率,是控制循环量的最重要因素。

4)循环流化床底排渣的“分离效率”。底排渣的粒度特性有时也是影响循环量的因素。按照循环流化床一进二出系统的灰平衡原理,如果底排渣的粒度分布与床料粒度分布相同,则参与循环的细颗粒排渣损失也会影响循环量。

5)流化速度。较高的流化速度可以加强烟气的夹带能力,使送入分离器颗粒的浓度和粗大颗粒份额增加,提高分分离效果,增加循环流化床锅炉的循环量。

6)床存量。床存量在循环流化床锅炉上表现为床压降,是决定循环量的人为可操作因素,影响循环量的是床存量的细颗粒部分。

8.          如何改善循环流化床锅炉的物料循环倍率?

1)提高分离器效率。一方面可以增加分离器入口烟速,做好分离器入口烟道的流线型整形,尤其是切向喉部位置;另一方面可以调整分离器中心筒的插入深度和固定方式,有时适度偏置,形成蜗壳式旋风分离器结构也有助于提高分离效率。

2)控制燃料。保证燃料灰分含量不要太少,避免使用热值过高、灰分过小的燃煤。通过加强原煤破碎和筛分,防止大块颗粒沉积,建立良好的物料宽筛粉颗粒度分布比例。或者采用具有细灰回送能力的风水联合冷渣器,保持300μm以下细灰的有效床存量。

3)保证返料器性能。确保分离器下方立管松动风足够少,而对应的返料器末端返料斜腿的流化风足够大,促进返料器流动压差大、密度差良好。为此,松动风一侧的风帽开孔率、流通风量和小孔面积总和都要明显地应少于流化风一侧,风帽开孔率可在2.4%~3.8%选择,对应流化风速0.5~1.5m/s。此外,分离器内部和返料器内部的耐火耐磨层内壁应光滑平整,无明显塌陷和凹凸不平现象,否则表面粗糙不利于物料的顺利流动。

4)风量和风压控制。返料风率一般不超过锅炉总风量的1.4%,最好为锅炉总风量的0.7%~0.9%。风太小容易细料压紧出现塌灰,太大则容易吹穿产生脉动,都会造成返料不畅。除了燃用石油焦的煤种外,不宜使用分离器在立管设置所谓的下行导向风,应避免在立管上开孔加风。在返料器末端回料斜管上的炉前最后下行段可加设切向吹扫导向风,用来抵抗主燃烧室料层的高床压反窜,同时疏导回料颗粒流动,产生射流引带作用。从最小35t/h到1050t/h的循环流化床锅炉,其对应高压流化风机母管风压对应地分布于12~50kPa之间。

5)运行操作和布风优化。增大锅炉上二次风量,尽量在减少一次风率的情况下增大二次风率,对加强细微颗粒扬尘作用、提高灰循环倍率大有好处。努力优化主燃烧室布风均匀性,通过改善一次风室结构进风条件和提高风帽整体合理性入手,辅以良好的二次风配风手段,加强料层流态化均衡能力,使得分离器入口初始颗粒运动和气流分布越加匀称。

9.          什么是最佳流化风量?

最佳流化风量是能够维持充分流态化和理想床温所确定的最小流化风量(一次风量)。最佳流化风量随着锅炉负荷的升高而增加,一般认为在65%以上负荷下可不再增加一次风量,以获取尽可能高的二次风率,达到高效燃烧过程的理想空气分级,减少NOx的原始生成。

10.       什么是循环流化床的阻力特性和料层阻力特性?

循环流化床的阻力特性指流化气体通过料层的压降与按床层截面积计算的冷态流化速度之间的关系。床层密度和厚度一定时,达到起始流化前床层阻力与流速成二次方规律。达到初始流化速度后,阻力几乎与流化速度无关,而是大致与床层物料重力相同。

循环流化床料层的阻力特性是指空气通过料层的阻力与按截面积计算的冷态流化风速之间的关系。为了操作上的方便,也可以建立料层阻力与风门开度、风量、风机电流、风室风压或变送器风量压差测量值均方根之间的关系,这些料层阻力关系对于研究和指导循环流化床锅炉装置运行优化作用很大,可通称为料层的阻力特性。

11.       什么是循环流化床锅炉的空板阻力?

循环流化床锅炉空板阻力指的是对应一定流化风量,布风板所具有的无物料状态下的结构性气力流通阻力。随着流化风量的增加,布风板阻力逐渐增加,根据循环流化床锅炉流化风量逐渐增加或减少,绘制出的布风板阻力与流化风量、流化风机电流或挡板开度的对应关系曲线即为循环流化床锅炉的空板阻力特性。

对于一台循环流化床锅炉来说,空板阻力一般指的是主燃烧室的流化床锅炉布风板空板阻力。实际上,对于返料器、外置换热器和流化床式冷渣器来说,其空板阻力特性试验对于判定物料量也同样具有至关重要的意义,试验结果可以用于直接指导这些设备的运行调整。

12.       为什么要求布风板具有一定的压降?

稳定的流化床系统要求布风板具备一定的压降。一方面使气流在布风板下的速度分布均匀,另一方面抑制由于气泡和床层起伏等原因引起的颗粒分布和气流速度分布不均匀。布风板压降的大小与布风板上风帽开孔率的平方成正比。布风板的压降会造成压头损失与风机电耗,因此布风板设计时布风板阻力应选取为维持均匀稳定床层需要的最小布风板压降。一般布风板阻力为整个床层阻力(布风板阻力加料层阻力)的20%-30%时较为适宜。

13.       流化床炉内压力分布反映出了什么问题?

流化床内的压力分布在一定程度上反映出了床内物料质量(即平均粒度)和物料循环量大小,炉内压力较高且稀相区压差较大说明循环倍率较高,物料浓度较大。

14.       什么是炉膛差压?

炉膛差压是指稀相区入口,即密相区上部与炉膛出口的压力差,是表示炉膛稀相区颗粒浓度的重要物理量。一定的颗粒浓度对应一定的炉膛差压,炉膛差压越大,稀相区颗粒浓度越大,循环灰量也越大。

炉膛差压也是一个间接反映物料循环倍率的指标,炉膛差压值越大,物料循环倍率越高,炉膛的传热系数越大,蒸发能力越强。运行中应根据机组负荷来调节炉膛差压,而炉膛差压可通过控制床存量来改变。循环流化床锅炉可根据煤质和粒度大小设定一个炉膛差压的变化范围,作为调控灰浓度的基准点。此外,炉膛差压还是监视返料系统是否正常工作的一个参数,如果返料不畅或循环异常,则炉膛差压会反复波动或骤降,这在运行中需要特别关注。

15.       什么是循环流化床锅炉的料层差压?

循环流化床锅炉料层压差也称料层阻力。循环流化床锅炉料层阻力指的是:对应一定的流化风量和料层厚度,当流化介质穿越布风板上方所支撑的物料颗料层时,在沿着料层高度的方向上所产生的流通阻力。

料层差压是表征流化床料层高度的物理量,一定的料层高度对应一定的料层差压。在完会流化状态下的循环流化床锅炉料层差压,同单位面积上布风板上流化物料的重力与流化床布风板上方浮力基本相同,可以按照流体力学静压计算原理,根据气固两相流混合物密度与密相区料层高度的乘积能够换算为静态下料层静止堆积比重与高度的乘积,从而获得相应的料层厚度及料层差压。

16.       循环流化床锅炉料层差压指标有何意义?

在完全流化后,料层差压与料层厚度完全对应,与锅炉的蒸发量、风量、风压、二次风干扰、炉膛结构、布风板型式等因素无关。正常运行中,料层差压增加,说明床料量增大,可采取增加排渣来减薄料层,实现稳定料层厚度的目标。用床压测点来监视料层差压,经过热控测量修正并考虑床压测点基准开孔高度常数后,可以作为料层差压测量值,精确地折算并指示出运行工况下的静态料层厚度。

17.       影响循环流化床锅炉炉内物料浓度的因素有哪些?

1)流化速度和布风均匀性;

2)物料颗粒特性;

3)分离器分离效率;

4)给料口和回料口的高度;

5)二次风口的布置。

18.       如何控制炉膛床压?

炉膛床压决定于锅炉负荷、物料循环流化的情况、一二次风量和入炉煤及石灰石的品质及粒度情况等。正常运行中,应将炉膛床压控制在正常范围并相对于负荷稳定。床压的控制主要是通过底冷器排底渣及外置换热器或返料器排细灰实现。

对于双炉膛的循环流化床锅炉,两侧床压突然出现大范围波动或产生较大偏差时应立即检查两侧一二次风量、风压、调门开度及一二次风机是否正常,并注意两侧炉膛流化状况及锅炉物料循环是否正常,必要时应及时将相应控制器切手动调整,防止出现单侧塌死或吹空,防止出现炉内结焦。锅炉物料循环正常时,两侧床压的偏差可通过调整两侧一、二次风配比、给煤及排渣偏差将其影响控制在最小。

19.       循环流化床锅炉炉内物料颗粒有哪几种存在形式?

1)第一种是较为粗大的、构成床料组成的硬颗粒,这些粗大颗粒主要停留在布风板上方的料层内,形成快速翻滚与流态化料层燃烧,由于不易被破碎成细微颗粒扬析,最终将以底渣的形式排出炉外。这部分颗粒的尺寸一般为0.2~15mm;

2)第二种是作为炉内物料中间载体的中等尺寸细颗粒,这是循环流化床锅炉的有效循环物料,这部分颗粒的尺寸一般为0.07~0.2mm;

3)第三种是经过多次的循环燃烧破裂、磨损形成的或直接送入炉内的细微颗粒。这部分颗粒大多以飞灰形式,直接从炉膛和旋风分离器出口排出锅炉燃烧段,进入尾部烟道直至被除尘器所捕捉,这部分颗粒的尺寸一般小于0.07mm。

20.       不同尺寸的颗粒在循环流化床锅炉运行中按照什么规律分布?

在一个正常运行的循环流化床锅炉中,由于流化风速对不同尺寸和形状的颗粒产生的夹带能力不同,使得循环灰分离器对不同粒径颗粒的分离效率产生差异,因此造成循环流化床内物料粒度分布向一个很窄的范围集中,这个范围大约为120~300μm。通常习惯用流化床循环物料的平均粒径来描述床料质量,平均粒径越小,床料质量越好,说明分离器分离效果好,分离效率高。

21.       什么是飞灰粒径和飞灰粒度分布?

飞灰粒径又称“飞灰粒度”,用以表征飞灰颗粒尺寸的大小。通常以通过某种尺寸的筛孔目的飞灰质量占飞灰总筛分样质量百分比来表示。

飞灰样中各种飞灰粒径与该粒径的飞灰质量占飞灰样质量百分比之间的关系称为“飞灰粒径分布”。

22.       入炉煤粒度对循环流化床锅炉的燃烧有哪些影响?

入炉煤的粒度直接影响到炉内物料的粒径大小和分布,具体包括:

1)配风异常。由于料层临界流化风速随粒径的增大而增加,随粒径的减小而降低。粒径过大时,二次风率下降,造成一、二次风配风方式偏离合理的运行工况,影响燃烧效率和环保排放;而粒径过小时,不易形成稳定粒层,配风敏感性增加;

2)料层流化质量变差。粒径过大时,同样一次风量的条件下,局部流化不良引起床温升高,易发生床内结焦;而粒径过小时,料层流化增强,床温降低,容易发生灭火;

3)磨损加剧。粒径过大时,一次风量的增加使粗大颗粒浓度增加,会加速炉膛下部区域水冷壁、耐火耐磨层的磨损;而粒径过小时,又会产生悬浮段密相区颗粒浓度上升,形成上部炉膛内部受热面的磨损加剧;

4)飞增加灰和灰渣含碳量。细颗粒居多时,造成大量的未燃尽细小颗粒碎末逸出,增加了飞灰可燃物含量;而粗大颗粒居多时,料层颗粒可燃物燃尽率降低,灰渣含碳量增加;

5)造成受热的传热分配失衡。细颗粒居多时,循环倍率增加,炉内吸热量加大,后续对流烟道的对流换热减小,容易出现低汽温;粗大颗粒居多时,循环倍率下降,炉内吸热降低,后续对流烟道的对流换热增加,容易出现高汽温;

6)炉内物料浓度变化。颗粒过细时,炉膛悬浮浓度增加;颗粒过粗时,料层密度增加。

23.       什么是循环流化床锅炉的物料平衡和灰平衡?

就循环流化床锅炉炉内物料而言,循环流化床的燃烧室、分离器和返料回送装置构成的循环系统是一个开口系统。物料平衡指的是包括燃料灰分、焦炭颗粒、脱硫剂及添加剂在内的固体床料在炉膛、分离器和返料装置组成的系统中形成的动态平衡。

灰平衡是指入炉燃料的总灰量等于炉底排渣量与离开锅炉的飞灰量的总和,锅炉的飞灰总量不包含飞灰再循环过程重新送入燃烧室的那部分再循环灰。

24.       确定循环流化床锅炉灰平衡关系有哪两种方法?

第一种方法是直接取样称重法。将锅炉的底部排渣、进入除尘器的总灰量分别用小车计量称重或等速采样方法计量称重,然后设法将炉膛后续烟道底部灰斗底灰和回送的除尘底灰予以扣除,就可以得到灰的分配关系。

第二种方法是间接测量方法。可以通过对底渣或者飞灰二者之一进行精确测量,并且对二者的可燃物含量进行分析;然后,依照精确的燃料元素成分和工业分析,根据不确定灰平衡关系的热效率迭代计算方法进行核算,在较高的精度内获得理想的灰平衡份额关系。

无论哪一种方法,都要将飞灰和底渣中的可燃物含量予以剔除,计算出纯灰分的分配份额。上述解释仅为灰平衡的简单概念及平衡测试。循环流化床灰平衡理论是循环流化床内气固两相流的基本概念,其深层次的理解是如何在燃烧室内建立确定的流态,这也是设计循环流化床锅炉燃烧流态化强度和传热的基础。

25.       什么是循环流化床锅炉的飞灰底渣比,它与哪些因素有关?

循环流化床锅炉的灰渣比指进入循环流化床锅炉的燃煤灰分与飞灰和底渣排除炉膛的比例。

灰渣比主要与以下几个因素有关:

1)燃料中的灰分及煤的成灰特性。通常燃料的灰分增加,则底渣比例将有所增加,燃料中硬质成分SiO2、Al2O3等的含量越高,则底渣比例越高。燃料中CaO含量增加时飞灰含量也会有所增加;

2)分离器的分离效率。分离器的分离效率越高,则底渣比例越高;

3)燃料的粒度。燃料粒度越细,则飞灰比例越高,反之底渣比例将增加;

4)燃料中的挥发分含量及内水份含量。燃料中的挥发分及内水份含量越高则燃料的热爆性越好,飞灰比例越高;

5)石灰石耗量。由于石灰石粒度通常都较细且密度较小,因此脱硫剂的增加会导致飞灰量有所增加;

6)煤泥等特殊燃料的添加量。由于煤泥粒径较细,因此掺烧煤泥的燃料飞灰比例会有所增加。

26.       物料平衡的建立对循环流化床锅炉正常运行有何影响?

物料平衡建立的正确与否,直接影响到循环流化床锅炉能否按设计正常运行。这是由于由灰、焦炭及钙氧化物组成的固体床料不仅仅是循环介质,而且还发挥着更重要的作用,它是燃烧及脱硫等气固反应的参加者;它决定着轴向和径向热交换的情况;它通过悬浮段的物料浓度决定着向受热面的传热量;它是将热量由炉膛下部带到炉膛上部的载体。

27.       循环流化床锅炉适当增加循环灰有哪些好处?

1)水冷壁传热系数随着物料循环倍率的增加而显著提高,有利于提高锅炉带负荷能力;

2)循环灰量加大以后,可以有效抑制料层床温的提高,均匀炉膛温度,对降低炉温、减少NOx和SO2生成和提高炉内石灰石利用率具有极大的好处;

3)循环灰量增加后有利于均匀床温和减少结焦倾向。随着床温降低过程和炉温的均匀,提高了炉内气固两相流流场的均匀,加强了炉内传热传质,同时也使得循环复燃过程周期延长,燃烧更加高效和稳定,对提高飞灰燃尽率有明显好处;

4)随着空间灰浓度的增加,过热屏、再热屏传热能力增强,改善了汽温均匀性,使之对应的蒸汽热负荷分配随着水冷壁蒸发能力提高而有效地等比例上升,对不同负荷下的汽温平稳性和减温水调节有极大的好处;

5)由于燃烧效率提高有助于低氧运行,有助于减少排烟热损失、提高锅炉效率。

28.       循环流化床锅炉循环灰过量的坏处有哪些?

1)炉膛温度下降,尤其是密相区温度下降更大(部分锅炉甚至可降至800℃以下),造成机械不完全燃烧热损失增加;

2)炉膛水冷壁磨损加剧,尾部灰浓度增加,尾部受热面磨损严重;

3)除尘器进口浓度增加,粉尘排放浓度严重超标;

4)引风机磨损增加;

5)机组电耗增加。

29.       循环流化床锅炉燃烧的炉内基本流程是什么?

1)煤和脱硫剂固体颗粒进入炉膛密相区和料层后,迅速被大量高温物料包围,伴随着颗粒热解、挥发分析出,发生颗粒初次热破碎;

2)随着挥发分的析出,伴随挥发物质的着火,随即开始焦炭颗粒的着火与燃烧,产生稳定高效的炉内流化床燃烧,维持良好的床层温度;

3)在给煤的同时,按照燃用煤质的含硫量所要求的钙硫比,连续在炉内加入适量的石灰石脱硫剂,进行炉内脱硫反应;

4)颗粒在上升气固两相流热烟气的作用下向炉膛上部运动,与炉内水冷壁和屏式受热面进行传热;

5)粗大粒子进入悬浮区域后在重力及外力作用下偏离主气流,从而贴壁或悬空向下沉降流动,汇集到由相对粗大颗粒组成的料层内,构成完整的循环流化床锅炉稳燃核心的沸腾层床料部分;

6)由细微颗粒和高温烟气组成的气固两相流混合物离开炉膛后,进入旋风分离器,其中90%以上的固体颗粒被分离出来经返料器回送到炉膛,按照对应负荷的循环倍率反复燃烧;

7)经过多次反复循环燃烧的细微颗粒,在循环过程中逐渐被磨成更加细小的物料颗粒。当达到70μm以下的细微粒径后,已无法被分离器捕捉,最终离开分离器出口,结束其燃烧过程,排出锅炉尾部烟道;

8)为维持床层厚度、保证床料粒径分布特性的稳定,始终需要将一部分床料从炉底排出,形成适量排渣与稳定料层的平衡过程。

30.       循环流化床锅炉主要有哪些燃烧区域?

1)较粗的颗粒留存在燃烧室的下部密相区内,按照沸腾炉燃烧方式所进行的分层燃烧;

2)细颗粒在燃烧室的上部稀相区,所产生的悬浮燃烧;

3)被烟气夹带出燃烧室的细微颗粒在高温分离器、料腿、返料器和返料斜腿组成的循环返料体系内部的下行过程燃烧。

31.       循环流化床锅炉高效运行应具备哪些条件?

1)满足要求的足够燃料,燃料应颗粒度适宜,颗粒度宽筛分分布良好;

2)启动料层厚度保持稳定、合理,床料粒度满足要求,补料及排渣系统应能满足平衡床料要求,保证连续可靠的顺畅排渣;

3)实际流化风量大于最小流化风量,炉内物料的气固两相流混合均匀,传质传热过程强烈;

4)风量供应充足,一、二次风分配良好,炉膛出口氧量适当,减少炉内贫氧区;

5)床温适宜,既能保证燃烧效率,又能实现炉内高效脱硫并减轻NOx的原始生成;

6)分离器效率高,物料循环系统能够连续稳定的返料;

7)耐火耐磨层设计良好,材料品质和施工工艺得当,严格按照烘炉曲线烘炉;

8)汽水系统完善,受热面布置满足热量分配要求,床温稳定可靠;

9)布风装置阻力特性良好,风帽阻力及其阻力内部分配适当,杜绝布风不均和漏渣现象。

32.       什么是循环流化床锅炉的燃烧份额?

循环流化床锅炉燃烧份额是指其燃烧过程中要实现分段燃烧,燃料释放的热量,被延续地分配到燃烧室各个区域中。沿着烟气流程,燃烧过程在密相区、稀相区、旋风分离器和返料回送装置按照一定比例不断循环进行,每一段燃烧所释放的热量占据总的燃料热量的百分比份额就被成为循环流化床锅炉燃烧份额。

燃烧份额的分配取决于燃料粒度宽筛分分布状况、燃料挥发分,炉内物料浓度分布以及一、二次风配风情况。

33.       造成密相区燃烧份额减少的因素有哪些?

1)流化风速的增加。流化风速增加时,大量细微颗粒被抛撒到悬浮段,造成空间可燃物浓度显著提高和上部温度上升,使上部的燃烧份额也随之增加,同时由于相对低温的一次风大量冷却作用,底部温度下降导致着火推迟;

2)料层厚度改变。料层减薄到合适厚度以后,扬析作用强化,使料层的蓄热能力和捕捉颗粒效果减弱,降低了料层本身的燃烧份额。但是如果料层过薄以后,会凸显出布风板和一次风室进风条件不均衡的原始缺陷,导致因风室压力梯级分布不均,产生某些区域流化过强而另一些区域的料层流化过弱的情况,无法保证各处床温一致、着火高度统一,此时就要适当增加料层厚度;

3)燃料中细微颗粒过多且灰分较大。细颗粒和灰分增加时,悬浮段可燃物浓度增大,使参与悬浮段与循环过程物料增多,降低了料层燃烧份额;

4)床温降低。床温降低时,燃料燃烧反应速度下降,推迟了料层燃烧物的反应过程,形成燃烧后移现象;

5)烟气再循环的使用。烟气再循环使得料层中的氧气含量显著下降,在同样的床温、料层条件下,限制了料层内部的燃烧量,使其燃烧份额下降;

6)低挥发分燃料会使燃烧份额上移。由于挥发分析出慢,燃料着火能力减弱,此时密相区燃烧份额会降低;

7)二次风深度分级会降低密相区燃烧份额。二次风深度分级,可以有效制造燃尽过程的缺氧还原区,实现下部燃烧份额的减弱,因此要求循环流化床锅炉燃烧室下二次风和上二次风要足够高,且两层或三层二次风之间至少留够一定的高度。

34.       煤粒在流化床内破碎的主要原因是什么?

一般认为煤粒在流化床内的破碎分为一次爆裂破碎和二次燃烧碎裂。燃料颗粒进入循环流化床,在热颗粒环境下被快速加热,煤颗粒中的挥发分析出产生内压,如果内压超过颗粒承受能力,则发生爆裂。另外,颗粒形状的不确定性,使得颗粒局部受热不均匀,产生热应力,也是颗粒一次爆裂的原因。挥发分析出一次爆裂完成后的焦炭颗粒在后续的燃烧过程中,由于燃烧的非均匀性及颗粒之间的物理碰撞,焦炭颗粒会继续碎裂,这种碎裂称为燃烧碎裂或二次碎裂。

35.       煤粒在流化床中的磨损特性是怎样的?

煤粒的磨损特性是一个相对缓慢的破碎过程。其影响范围集中在固体颗粒之间以及固体颗粒与坚硬的耐火耐磨材料、金属受热面和炉内其它相关构件之间所发生的机械摩擦过程,通过摩擦作用使颗粒表面逐渐被磨损掉,形成越来越小的细颗粒。此外,与热解破碎不同的是,颗粒磨损变小的过程不产生显著的同数量级颗粒绝对数量的增加,但会产生很多的显微级细微尘埃。而热解破碎会出现同数量级颗粒绝对数量的倍数关系增加,细微尘埃的数量很有限。

36.       影响原煤颗粒流动性的因素有哪些?

1)原煤水分。当煤的表面水分大于8%时,会出现原煤挂壁现象;

2)原煤粒度。煤的粒度越细小,则原煤在自重作用下的流动性越差;

3)原煤灰分特性。灰分中的蒙托土含量较高时原煤粘度增加;

4)煤仓与给煤通道结构。宽大陡峭、带有光滑内衬和疏松装置的煤仓有利于顺畅下煤,落煤管应当尽量垂直,内壁光滑,落煤管播煤风和松动风足量可靠;

5)给煤口位置。给煤口越靠近布风板,内压越高,烟气容易反窜。

37.       煤粒在进入循环流化床锅炉后将依次发生哪些过程?

1)煤粒得到高温床料的加热并干燥;

2)燃料热解及挥发分的析出和燃烧;

3)燃料颗粒的膨胀和一次破碎,形成数量迅速增加的细碎颗粒;

4)在灼热物料和挥发分燃烧高温环境的带动下,产生焦炭颗粒的着火、燃烧。焦炭颗粒的着火与燃烧能够与挥发分的着火与燃烧同时发生;

5)颗粒自身燃烧后,会形成高温下的二次高温颗粒破碎;

6)在整个炉内的颗粒逗留过程中,颗粒始终处于被磨损状态;

7)不参与悬浮段稀相区上移流动的较粗大颗粒构成料层流化过程;脱离料层的其它细微物料参与循环返料体系;更加细小的颗粒直接一次性通过炉膛、分离器、对流烟道,排向炉外。

38.       影响燃煤颗粒热解特性的因素有哪些?

煤的热解特性除与煤种本身化学反应性质有关外,还显著地受到加热速率、环境压力、热解温度、煤粒尺寸及煤粒内部结构特性的影响。

39.       什么是煤粒在流化床中的破碎特性?

煤粒在循环流化床锅炉中的破碎特性是指煤颗粒进入料层以后,在高温灼热环境下因热解过程爆裂破碎成小尺寸细碎颗粒的一种性质。破碎特性可以通过专门的试验装置测试获得,也可以在现场根据原煤颗粒分布、底渣颗粒分布的筛分比较大致获得。

燃烧中煤颗粒的破碎现象

40.       床温对煤粒破碎特性的影响是什么?

床温主要是通过影响挥发分析出过程的快慢而对煤粒的破碎特性产生影响。床温升高后,粒子内部的气体成分有更高的压力梯度,会形成向外胀出的内压力爆破趋势。因此随着床温的升高,煤粒的破碎程度加剧。

41.       煤粒在流化床内的热解过程具有什么特性?

挥发分析出主要有两个稳定阶段,即低温的快速析出阶段及高温的缓慢析出阶段。第一个稳定析出阶段在300~600℃范围;第二个稳定析出阶段在700~1000℃范围内。

挥发分高速析出阶段的持续时间为5~10s,因煤种不同而异,粒径越大持续时间越长,大部分挥发分在此阶段析出。而高温的缓慢析出挥发分阶段,主要以H2的析出为主,持续时间很长,有时可达数分钟之久。煤粒在流化床中燃烧时,事实上,在挥发分析出的后期,焦炭燃烧和挥发分的析出是重叠发生的。

42.       燃料在炉内怎样才能实现迅速而完全燃烧?

1)充足的送风量;

2)炉内较高的床温;

3)流化均匀且二次风穿透力较强;

4)具有足够的炉膛高度;

5)较高的循环倍率;

6)入炉煤颗粒均匀且粒径较适合;

7)分离器分离效率高。

43.       运行风量对燃烧有什么影响?

运行风量通常用过量空气系数来表示。在一定范围内,提高过量空气系数可改善燃烧效率,因为燃烧区域氧浓度的提高增加了燃烧效率和燃尽度,但过量空气系数超过1.15后继续增加对燃烧效率几乎没有影响;过量空气系数很高时会使床温降低,CO浓度提高、总的燃烧效率下降、风机电耗增加。因此,炉膛出口氧量一般保持2~4%为宜,一般低负荷时取上限,高负荷时取下限。

44.       焦炭颗粒的燃尽取决于什么条件?

焦炭颗粒的燃尽取决于颗粒在炉膛内的停留时间、燃烧过程温度、各区域氧量分布、初始进风条件、颗粒物理特征和燃料特性(燃烧反应速率)。焦炭颗粒在炉膛内部的停留时间越长、燃烧反应速率越高、炉温越高、氧量越丰富、颗粒尺寸适中、初始风温越高,焦炭颗粒就越容易燃尽。

颗粒的燃烧反应速率是由颗粒本身的化学反应活性决定的,活性越高,反应越快。提高炉膛温度、增加循环倍率、改善炉内配风方式、适当提高炉膛有效高度和减小颗粒粒径,可以提高低反应活性燃料的燃烧速率及其燃尽率。提高炉膛温度,可以增加燃料活性,提高反应速率;减小颗粒粒径,可增大焦炭颗粒的燃烧反应比表面积,提高燃烧反应效率;提高循环倍率,增加颗粒的反复燃烧次数,间接成倍增加反应时间;而炉膛高度的提高,可以增加内循环效率并直接增加颗粒在炉膛内的停留时间;改善炉内配风方式,可以促进颗粒横向水平流化湍动,实现分级送风,增加氧气穿透作用,消除贫氧区,优化炉内空气动力场,达到提高颗粒燃烧效率的目的。

45.       为什么说小粒度煤粒比大粒度煤粒更容易着火?

单位质量的小粒度煤粒与氧气接触面积较大,在同样的流化速度条件下形成了更加强烈的传热与传质过程,与灼热物料产生热交换的频率和强度越大,容易产生快速温升。因此,一般小粒度煤粒比大颗粒煤粒更容易着火。

46.       影响循环流化床锅炉传热的主要因素和其变化规律是什么?

循环流化床锅炉燃烧室气固两相流与受热面的换热机制可以分为气体对流、颗粒对流和气固混合物对受热面的辐射换热三个部分。

气体对流换热所占比例较低,可以在工程计算上忽略。与人们的直观感觉相反,气固两相流对受热面的辐射占60%左右,它主要受床温和受热面壁温的影响,如果这两个温度越高,则辐射换热系数越大。颗粒对流换热份额约占30%左右,它与受热面附近的颗粒浓度及其平均粒度有关。

受热面的传热系数沿床高呈指数型分布。伴随着循环流化床燃烧室负荷的变化,物料的浓度沿床高也在发生变化。这时沿床高受热面的传热系数也是变化的。床温提高,传热加强;循环量加大,传热系数增大。

流化速度对循环流化床锅炉传热的影响较小。

47.       物料循环量的变化对燃烧的影响有哪些?

1)物料循环量增加时,将使燃烧温度下降,特别是当循环物料温度较低时尤为如此;

2)固体物料的再循环而使燃料在炉内的停留时间增加,从而使燃烧效率提高;

3)物料循环使整个燃烧温度趋于均匀,相应地降低了燃烧室内的温度,这样使脱硫和脱硝可以控制在最佳反应温度,但对于燃烧则降低了反应速度,燃烧处于动力燃烧工况。

48.       流化风速对传热系数有哪些影响?

循环流化床锅炉流化风速对传热系数的影响比较复杂,当流化速度变化时,会引起燃烧份额的重新分配,由于灰循环倍率的不同会引起受热面附近浓度场的变化。床温和循环物料气固两相流温度本身的变化,会产生局部流化速度变化,对颗粒的撞击频率有所影响。

一般而言,风速增大时,一方面使气体对流传热增强,另一方面则由于颗粒浓度减小而使颗粒群的导热系数减小。对循环流化床锅炉炉膛上部受热面而言,流化风速提高,由于灰浓度增加等因素影响,传热系数是升高的。

49.       颗粒循环量、固体颗粒粒径和床温对传热系数的影响是什么?

1)随着返料量的增加,炉膛内部的悬浮性细微颗粒量也增加,使炉内颗粒浓度增加,增加了颗粒群与受热面之间的撞击频率,引起传热系数增大;

2)在同样的固体颗粒浓度条件下,固体颗粒粒径越小,传热系数越大;

3)床温升高时,炉膛内部辐射传热份额增加。此外,较高温度的气体导热系数增加,减小了管壁与颗粒团的热阻,而颗粒在高温下的活泼程度也越高,撞击频率有所增加,从而强化了传热,使得燃烧室区域受热面的传热系数增加。反之,床温降低,则传热系数减小。

50.       研究循环流化床锅炉的床温特性有什么实际意义?

在其它影响因素不变的前提下,有意识地对其中某一特定影响因素进行针对性增减调整,会带来整体和局部床温分布依赖性的变化规律,将该单一变量调节与床温变化之间所具有的对应关系叫做循环流化床锅炉的床温特性。

认识循环流化床燃烧室内密相区和稀相区温度分布和变化的规律,可以很好理解沿燃烧室高度各区段热负荷分配情况,这种热量分布是由燃料燃烧份额分配所决定的。将燃烧室以二次风口为界划分成两段,如果增加二次风比例,上部温度应降低,反之则下部温度降低。如果燃料粒度降低,上部燃烧温度则提高。如果改变循环量,则燃烧份额分配发生变化,温度分布也改变。床温特性曲线可以通过多次、细致的有效调节试验记录数据的分析整理来获得。调节时,需限制被调量的扰动偏差,避免运行异常。

51.       什么是循环流化床锅炉一次风?

循环流化床锅炉一次风指的是从布风板下方送入炉膛、用来使料层充分流化、控制床温和保证初期流化燃烧所需的风。一次风需要克服燃烧室和布风板阻力,需要由专门的高压头的一次风机供给。

需要指出的是一次风机出口风量并不一定全部成为一次风,有一小部分风会成为播煤风、密封风或者作为二次风的补充风源,扣除这些额外旁通风量之后,其余90%以上的一次风机来风才真正作为一次风。

常规的300MW流化床锅炉,一次风室压力一般为9~15kPa范围内。一次风压主要与床料静态堆积密度、布风板阻力、一次风管道阻力、一次风空预器阻力、固体颗粒的尺寸和料层厚度以及床温有关。

52.       循环流化床锅炉一次风有什么作用?

1)形成足够托举料层的气垫能力和强烈的流态化燃烧过程,保证料层灼热颗粒与新入炉燃料颗粒的快速传质,促进冷热颗粒混合,均匀床温,强化下部传热;

2)补充着火初期和燃烧过程前期的必要氧量,产生良好的初期稳定着火与还原区燃烧状态,保证粗颗粒层沸腾燃烧份额的燃尽率;

3)通过一次风的调节,实现对床温的良好控制,满足循环流化床锅炉机组料层温度在800~950℃范围内的燃烧要求;

4)在布风板均匀布风的作用下,实现料层的均匀流化,减少出现偏床和节涌、沟流等异常局部流化不均情况,防止流化偏差;

5)产生的强烈流态化燃烧过程,促进了料层粗大颗粒的热态破裂,为密相区及其上方区域提供基本的细微颗粒群,形成粗颗粒向细颗粒的转移,是构成循环返料和悬浮段基本颗粒浓度的基础。

53.       什么是循环流化床锅炉的一次风率?

循环流化床锅炉的一次风率指的是流经布风板,产生料层流化的有效一次风量占到循环流化床锅炉燃烧室入炉总风量的百分比例。

较小的设计一次风率可以有效实现高效低氮燃烧和床温控制,大多数循环流化床锅炉额定负荷下的一次风率为40%~60%。一次风用来跟踪床温控制和流化,但太高的一次风率会加剧炉内磨损、提高排烟温度、弱化分级送风、加大床温不均、破坏料层流化均匀性。

54.       什么是循环流化床锅炉二次风?

循环流化床锅炉二次风主要指不参与主流化床料层底部流化、用于密相区、悬浮段的物料颗粒燃尽助燃风。二次风喷口一般沿锅炉本体前后左右四面炉墙上均匀设置,通常在高度方向上布置有两层或三层。播煤风、石灰石风、返料风、床上燃烧器冷却风、密封风和其它送入布风上方的空气介质,在一定程度上也相当于一小部分的二次风。

55.       循环流化床锅炉二次风有什么作用?

1)调节运行氧量,形成分级送风,实现可靠的空气动力场,在低温燃烧方式下进一步降低NOx、SO2排放;

2)增加颗粒之间的相互运动、摩擦和撞击,便于对焦炭粒子表面灰壳的剥离,促进其与氧分的接触,确保悬浮段快速流化阶段和气力输送区域燃料的燃烧效率,提高物料燃尽率;

3)高风速的二次风良好的穿透能力保证了炉膛横断面各处颗粒充分供应氧气,减少高浓度物料颗粒的贫氧区域;

4)二次风所产生的强烈扰动,加速了颗粒的三维传质和载热过程,促进炉膛内部物料的温度平衡,强化了炉膛受热面的传热能力。

56.       什么是循环流化床锅炉的二次风率?

循环流化床锅炉二次风量占到入炉总风量的比例份额就是循环流化床锅炉的二次风率。提高二次风率是实现高效分级燃烧、做好燃烧调整、抑制氮氧化物生成和提高燃尽效率的关键用。

二次风调整时,在保证播煤风基本效果、油二次风足够冷却的前提下,应尽量减少流化回炉风、播煤风、油二次风量等无组织二次风。这些额外的二次风,对于循环物料诱导、合理分级配风和流场均匀来说基本没有好处,设计时也要考虑尽可能提高有组织二次风所占比例。

57.       一、二次风配比原则是什么?

一、二次风配比总的原则是:一次风控床温、二次风跟氧量。

在35%以下负荷一般保持点火时的固定一次风量不变,以保证超过或接近完全流化临界风量为准,此时,二次风原则上一般为15%~30%左右。负荷超过此值以后,开始根据流化程度、床温和氧量分别增加一次风风量和二次风风量。

当负荷已经增加到65%或更高时,一次风量基本停止变化。在此之后再根据氧量和床温变化,不断增加二次风量,直至达到最大蒸发量下的对应风量。在床温适当的前提下,尽量提高二次风率、降低一次风率,有利于循环流化床锅炉高效分级燃烧,对NOx和SOx减排也有直接的好处。

58.       返料风的作用是什么?

返料风是推动循环灰高温物料重新返回炉膛循环燃烧的源动力,用于将分离器分离下来的循环灰,从低压的分离器底部,送入高压的炉膛。

59.       播煤风的作用是什么?

播煤风的首要作用是保证将给煤比较均匀地播撒入炉内,提高着火与燃烧效率,使炉内温度分布更为均匀。播煤风过大会使煤抛撒太远,降低着火效率;太小会在落煤口附近堆煤,形成落煤局部流化减弱和温差。同时播煤风还起着落煤管处的密封、冷却作用。最后,播煤风还提供了给煤口附近由于燃料较多所需的多余氧量。

60.       循环流化床锅炉炉膛高度设计时应考虑哪几个方面?

循环流化床锅炉炉膛高度是循环流化床设计的—个关键参数。炉膛越高,则锅炉的钢架越高,因此锅炉的造价也高。因此,炉膛高度的确定应综合考虑以下几方面的要求:

1)保证燃料的完全燃烧,对分离器不能捕集的细颗粒在炉膛内能够一次通过时燃尽;

2)炉膛高度应布置全部或大部分蒸发受热面;

3)炉膛高度应保证足够高的返料料腿高度,使料腿有足够的静压,保证锅炉的正常物料循环;

4)炉膛高度应保证脱硫所需最短气体停留时间;

5)炉膛高度应和锅炉的尾部烟道或对流段所需高度相一致;

6)锅炉采用自然循环时,炉膛高度应保证锅炉在设计压力下有足够的水循环动力。

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