1、循環(huán)流化床鍋爐設(shè)備及系統(tǒng)7/21/2022第三章 循環(huán)流化床鍋爐的燃燒與傳熱第一節(jié)循環(huán)流化床鍋爐燃燒的特點(diǎn) 第二節(jié)循環(huán)流化床鍋爐中煤顆粒的燃燒過程 第三節(jié)循環(huán)流化床鍋爐的燃燒區(qū)域與燃燒份額第四節(jié)影響循環(huán)流化床鍋爐燃燒的因素 第五節(jié)循環(huán)流化床鍋爐的傳熱分析第六節(jié)循環(huán)流化床鍋爐的傳熱研究與計(jì)算7/21/2022第一節(jié)循環(huán)流化床鍋爐燃燒的特點(diǎn) 一、循環(huán)流化床鍋爐的主要特征1.燃燒過程 = 鼓泡流化床（湍流、快速）+ 氣力輸送2.燃燒顆粒不斷送回床層循環(huán)燃燒3.物料和燃料粒徑d鼓泡床7/21/2022二、循環(huán)流化床鍋爐燃燒的特點(diǎn) 1.鼓泡流化床燃燒特點(diǎn)（1）低溫：850950低于DT約100200避免

2、結(jié)渣和破壞燃燒條件強(qiáng)化燃燒：qV、qA高（2）爐內(nèi)溫差較大（沿爐膛高度方向） 密相區(qū)：煤粒多，燃燒放熱大，為防止料層溫度過高而結(jié)焦，需敷設(shè)埋管吸熱稀相區(qū)：物料濃度低7/21/2022二、循環(huán)流化床鍋爐燃燒的特點(diǎn) 1.鼓泡流化床燃燒特點(diǎn)（3）燃料適應(yīng)性強(qiáng)密相區(qū)積累的大量灼熱物料利于燃料的迅速著火和穩(wěn)定燃燒（4）燃燒效率較低寬篩分燃料中，大顆粒爐內(nèi)停留時(shí)間長，小顆粒燃料停留時(shí)間短，被煙氣帶出燃燒室，造成飛灰中可燃物含量增大7/21/2022二、循環(huán)流化床鍋爐燃燒的特點(diǎn) 2.循環(huán)流化床鍋爐燃燒特點(diǎn)（1）燃燒效率比較高 氣固相間密切接觸發(fā)生流態(tài)化燃燒反應(yīng)，且有大量顆粒返混 絕大部分高溫顆粒送回爐內(nèi)再次

3、參與燃燒，燃料顆粒在爐內(nèi)的燃燒時(shí)間 R燃燒效率 大量未燃盡顆粒的循環(huán)燃燒提高了燃料顆粒的燃盡度 鍋爐設(shè)計(jì)和運(yùn)行調(diào)整合理7/21/2022二、循環(huán)流化床鍋爐燃燒的特點(diǎn) 2.循環(huán)流化床鍋爐燃燒特點(diǎn)（2）燃料適應(yīng)性極好 “蓄熱池”有足夠熱量加熱新燃料而不致引起爐內(nèi)溫度大的變化新燃料爐內(nèi)停留時(shí)間遠(yuǎn)大于其燃盡所需時(shí)間（3）煤的清潔燃燒（循環(huán)流化床最主要特點(diǎn)） 脫硫爐內(nèi)加入石灰石粉或其他脫硫劑 脫硝爐膛下部采用欠氧燃燒和二次風(fēng)分段給入 燃燒份額分配更合理，爐內(nèi)溫度場更均勻7/21/2022第二節(jié)煤顆粒的燃燒過程 一、循環(huán)流化床中煤的燃燒過程（一定寬度篩分固體燃料燃燒復(fù)雜）（1）涉及到氣固兩相流體的流動(dòng)、熱

4、量和質(zhì)量的傳遞、化學(xué)反應(yīng)以及若干相關(guān)的物理化學(xué)現(xiàn)象（2）眾多影響因素燃料本身特性：揮發(fā)份含量、反應(yīng)活性、顆粒粒徑分布 流化狀態(tài)、氧氣擴(kuò)散條件、溫度（3）氣固兩相流中燃料顆粒的燃燒燃料顆粒與顆粒、燃料顆粒與床料顆粒形成的“群體”燃燒，與流動(dòng)特性密切相關(guān)（4）煤顆粒燃燒過程（定性） 顆粒被加熱和干燥 揮發(fā)份的析出和燃燒 煤顆粒膨脹和破裂（一級(jí)破碎） 焦炭燃燒和再次破裂（二級(jí)破碎）7/21/2022二、煤顆粒的加熱和干燥 1.新鮮給煤進(jìn)入床內(nèi)，立即被大量灼熱物料包圍并被迅速加熱到接近床溫受到加熱、蒸發(fā)水分并被烘干2.dp加熱速率下加熱時(shí)間7/21/2022三、揮發(fā)份的析出和燃燒1.V析出過程煤顆粒因

5、受高溫物料加熱分解并產(chǎn)生大量氣態(tài)可燃物質(zhì)2.V析出階段第一穩(wěn)定析出階段：500600第二穩(wěn)定析出階段：80010003.影響V含量和組成成分的因素煤種、dp分布、加熱速率、初始T、最終T及其下的停留t、析出時(shí)的P4.影響V析出時(shí)間的因素 煤質(zhì)、顆粒尺寸、床溫、煤顆粒加熱時(shí)間7/21/2022三、揮發(fā)份的析出和燃燒5.V析出后達(dá)到著火溫度即燃燒 細(xì)煤顆粒：析出極快，迅速將細(xì)煤顆粒包圍燃燒，產(chǎn)生擴(kuò)散火焰，燃燒所需時(shí)間很短 大顆粒：析出慢，爐內(nèi)摻混過程慢影響因素：物料分布和流動(dòng)6.V析出與燃燒過程（110s）在氧和未燃揮發(fā)分邊界上進(jìn)行，由界面處揮發(fā)分和氧的擴(kuò)散控制 煤顆粒擴(kuò)散火焰位置取決于氧的擴(kuò)散速

6、率和揮發(fā)分析出速率7.V析出、燃燒對(duì)煤顆粒著火性能的改善 煤顆粒受熱揮發(fā)分析出、燃燒又加熱煤顆粒顆粒溫度迅速升高利于著火 改變煤顆?？障督Y(jié)構(gòu)，改善焦炭的燃燒反應(yīng)7/21/2022四、焦炭的著火與燃盡1.定義揮發(fā)分析出后剩下的固體物質(zhì)2.燃燒過程（比較復(fù)雜）O2到達(dá)顆粒表面在焦炭（多孔顆粒，總面積大）表面與C發(fā)生氧化反應(yīng)CO2和CO3.焦炭燃燒工況（1）動(dòng)力控制燃燒 a. 受化學(xué)反應(yīng)速率控制（O2擴(kuò)散速率） b. 發(fā)生在啟動(dòng)過程（T低，化學(xué)反應(yīng)速率也低）及細(xì)顆粒燃燒（擴(kuò)散阻力很小）（2）擴(kuò)散控制燃燒 a. 受擴(kuò)散速率控制（化學(xué)反應(yīng)速率） b. 常見于大顆粒焦炭和高溫（3）動(dòng)力擴(kuò)散控制燃燒（過渡控

7、制燃燒） a. 化學(xué)反應(yīng)速率 = 擴(kuò)散速率 b. 常見于鼓泡和中等dp焦炭、細(xì)顆粒（4）循環(huán)流化床內(nèi)焦炭燃燒過程焦炭顆?？s小氣固傳輸速度增加擴(kuò)散控制動(dòng)力控制動(dòng)力控制7/21/2022炭顆粒周圍發(fā)生的一系列反應(yīng)方程式7/21/2022五、煤顆粒的膨脹、破裂和磨損1.定義 （1） 膨脹、破裂熱爆性強(qiáng)的煤種，在爐內(nèi)被加熱干燥、析出V的同時(shí)會(huì)發(fā)生，甚至?xí)俅伪?（2） 磨損煤顆粒在運(yùn)動(dòng)中顆粒間存在相互碰撞摩擦等 機(jī)械作用，從較大顆粒表面撕裂和磨損下來許多微小 顆粒 （3） 一級(jí)破碎煤顆粒中析出的V在顆粒內(nèi)部產(chǎn)生高壓而使顆粒產(chǎn)生破裂 （4） 二級(jí)破碎（只在V析出后）焦炭處于動(dòng)力控制燃燒或動(dòng)力擴(kuò)散燃燒工

8、況，焦炭內(nèi)部小孔增加，連接力消弱，若氣動(dòng)力大于連接力，焦炭會(huì)破裂產(chǎn)生碎片顆粒 （5） 滲透破裂煤顆粒處于動(dòng)力控制燃燒工況，整個(gè)焦炭均勻燃燒，所有內(nèi)部化學(xué)鍵急劇瓦解斷裂，同時(shí)產(chǎn)生破裂7/21/20227/21/20227/21/2022五、煤顆粒的膨脹、破裂和磨損2.煤破裂對(duì)鍋爐性能的影響（1）偏離設(shè)計(jì)工況，影響鍋爐運(yùn)行煤dp分布顯著改變物料揚(yáng)析夾帶、傳熱、密相區(qū)和稀相區(qū)燃燒份額（2）不完全燃燒熱損失磨損產(chǎn)生的細(xì)小顆粒不易從煙氣中分離（3）利于煤顆粒燃燒燃盡，提高鍋爐效率焦炭顆粒表面“灰殼”去除（磨損作用）（4）有燃燒的磨損（燃燒輔助磨損）3.影響因素（1）磨損：顆粒表面結(jié)構(gòu)特性、機(jī)械強(qiáng)度及外部

9、操作條件（2）破裂 a. 擠壓力（高溫顆粒群）b. 熱應(yīng)力（大顆粒內(nèi)部T分布不均）c. 壓力波動(dòng)（氣泡和顆粒團(tuán)上升）7/21/2022第三節(jié)燃燒區(qū)域與燃燒份額7/21/2022一、循環(huán)流化床鍋爐的燃燒區(qū)域1.爐膛下部密相區(qū)（二次風(fēng)口以下） 特點(diǎn)充滿灼熱物料的大“蓄熱池”，穩(wěn)定的著火源，還原性氣氛 燃燒過程一次風(fēng)將新給入燃料和未燃盡焦炭流化燃料V析出，煤顆粒部分燃燒 運(yùn)行操作負(fù)荷一次風(fēng)/二次風(fēng)輸送較多高溫物料到爐膛上部區(qū)域燃燒，參與熱、質(zhì)交換低負(fù)荷停二次風(fēng)7/21/2022一、循環(huán)流化床鍋爐的燃燒區(qū)域2.爐膛上部稀相區(qū)（二次風(fēng)口以上）FC和部分V富氧狀態(tài)燃燒 燃燒反應(yīng)主要發(fā)生區(qū)域 返混等現(xiàn)象延長

10、了焦炭顆粒在爐內(nèi)的停留t，利于燃盡燃燒區(qū)域很大7/21/2022一、循環(huán)流化床鍋爐的燃燒區(qū)域3.高溫循環(huán)灰分離器區(qū) 未燃盡顆粒，停留時(shí)間短且O2濃度低，燃燒份額小 部分CO和揮發(fā)份燃燒，燃燒份額有所增加7/21/2022一、循環(huán)流化床鍋爐的燃燒區(qū)域4.不同焦炭顆粒的主要燃燒區(qū)域 50mdp100m大部分在稀相區(qū)，少量在分離器 細(xì)顆粒部分分離，部分逃離成為飛灰 500m dp 1mm密相區(qū)；稀相區(qū)；夾帶送回 粗顆粒停留t長，燃盡度高，爐渣（C低）排出7/21/2022二、循環(huán)流化床鍋爐的燃燒份額1.循環(huán)流化床燃燒份額的概念（1）定義爐內(nèi)每一燃燒區(qū)域中燃料燃燒量 / 燃料總?cè)紵浚?）表示方法（反

11、映了能量平衡）燃料在各燃燒區(qū)域內(nèi)所釋放的熱量 / 燃料總發(fā)熱量（3）燃燒份額分布求取方法國外計(jì)算 國內(nèi)經(jīng)驗(yàn)（4）密相區(qū)燃燒份額（影響料層溫控、爐內(nèi)傳熱、連續(xù)安全運(yùn)行爐內(nèi)高溫結(jié)渣） + 稀相區(qū)燃燒份額 = 17/21/2022二、循環(huán)流化床鍋爐的燃燒份額2.燃燒份額分布的主要影響因素（1）煤種V含量高，爐膛上部釋熱多；否則在爐膛下部（2）dp和燃料篩分相同u0下，小dp在密相區(qū)燃燒份額?。〒P(yáng)析到稀相區(qū)）（3）u0u0同樣dp的煤顆粒在密相區(qū)燃燒份額（4）Gh（影響爐內(nèi)熱量分配）R循環(huán)細(xì)顆粒傳熱量和從密相區(qū)帶走的熱量，利于熱量平衡；細(xì)顆粒循環(huán)再燃機(jī)會(huì)，燃燒效率7/21/2022二、循環(huán)流化床鍋爐的

12、燃燒份額2.燃燒份額分布的主要影響因素（5）過量空氣系數(shù)O2濃度床內(nèi)含C量揚(yáng)析到上部的C燃燒量增加不明顯，甚至下降（6）床溫T焦炭反應(yīng)速率、氣體擴(kuò)散速度密相區(qū)燃燒份額稍有上升TV釋放速率、FC燃燒速率密相區(qū)上部燃燒份額明顯整體燃燒量（7）一、二次風(fēng)配比氣泡相、乳化相傳質(zhì)阻力限制密相區(qū)燃燒份額 600、p份額7/21/2022三、床層與受熱面之間的傳熱隨p，傳熱方式由爐膛下部顆粒對(duì)流轉(zhuǎn)變?yōu)轭w粒對(duì)流+輻射，繼而為爐膛上部的輻射。截面上中心傳熱系數(shù)小，邊壁處大（p高）1.密相區(qū)與受熱面之間的傳熱顆粒對(duì)流為主物料濃度高且返混流動(dòng)劇烈2.稀相區(qū)與受熱面之間的傳熱（1）氣體對(duì)流（極低p）（2）顆粒對(duì)流（p小，份額降低）（3）輻射（爐膛最上部）7/21/2022四、影響爐內(nèi)傳熱的主要因素1.p（傳熱系數(shù)隨之增大，最主要影響）2.顆粒尺寸及分布（無明顯影響，寬篩分燃料特例）3.u0（氣體對(duì)流換熱隨之增強(qiáng)，但p減小使傳熱系數(shù)下降）4.床溫 傳熱系數(shù)隨之線性增大 輻射傳熱系數(shù)為主要影響5.R（一定u0下，傳熱系數(shù)隨之增大）6.受熱面結(jié)構(gòu)與布置（1）傳熱系數(shù)隨管徑增大而減小；單根豎管水平管；管