循环流化床技术概述

循环流化床技术概述

作者：邓 鑫

来源：《中国科技纵横》2010年第14期

摘要:本文论述了发展循环流化床技术的重要性;叙述了循环流化床锅炉的原理;介绍了循环流化床中的基本概念;展望了循环流化床未来的发展; 关键词:循环流化床 原理 特点 发展 前言:

固体粒子经与液体或气体接触而转变为类似流体状态的过程,称为流化过程[1]。流化过程用于燃烧过程,即为流化燃烧,其炉子称为流化床锅炉。流化床锅炉在发展中又增添了循环回燃系统,称为循环流化床锅炉。

循环流化床技术将不可再生的化石能源经过合理的燃烧达到高效利用的目的,和传统的链条锅炉及复炉相比循环流化床技术具有如下优势:⑴煤种适应性广⑵;热效率高,对于合理高效的利用能源具有极其重要的意义;⑶碳氧化物排放低;⑷炉渣含碳量低。

1 发展循环流化床技术的重要性

1.1发展循环流化床技术易于实现灰渣的综合利用

循环流化床属于低温燃烧,同时炉内优良的燃尽条件使得锅炉的灰渣含碳量低,属于 低温烧透,易于实现综合利用。同时循环流化床排出的细灰也可以进行综合利用。 1.2发展循环硫化技术是洁净燃烧的需要

循环流化床锅炉在炉内加入石灰石,可在炉内进行简单脱硫;由于运行中采取低温燃 烧和分级送风,所以氮氧化物生成量极低。 1.3发展循环流化床技术是企业发展的需要

循环流化床锅炉在运行上比传统锅炉更稳定,负荷调节范围更快、更大,更适合现代企业对锅炉的需求。

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1.4发展循环流化床技术是煤炭资源持续利用的需要

煤炭资源作为不可再生资源,如何最大化进行利用已经成为现今能源研究的重点,而循环流化床锅炉具有燃烧效率高、燃烧适应性广等技术特点,所以循环流化床技术的应用和推广已成为煤炭资源持续发展的需要[1]。

(1)燃烧效率高。循环流化床锅炉与其他种类锅炉的根本不同在于燃烧系统。循环流化床锅炉的燃烧系统是由物料收集器、燃烧室和返料器组成[2]。高温物料在气流的夹带下进入物料收集器,被收集下来的物料进入返料器,再由返料器送回燃烧室,进行多次循环燃烧,所以燃烧效率很高。

(2)燃料适应性广。循环流化床锅炉特殊的流体动力特性使得气固和固固混合非常好,所以燃料进入炉膛后很快和大量床料混合,燃料被迅速加热至着火温度,而同时床层温度没有明显降低。因此所有煤种均可在其中稳定高效燃烧。

2 循环流化床锅炉的原理

燃料的两种经典燃烧方式是固定床燃烧(又称层燃,包括固定炉排、链条炉排等)和 悬浮燃烧(例如煤粉燃烧)。在流化床燃烧中,燃料被破碎到一定粒度,燃烧所需的空气从布置在炉膛底部的布风板下送入,燃料即不固定在炉排上燃烧,也不是在炉膛空间内随气流悬浮燃烧,而是在流化床内进行一种剧烈的、杂乱无章、类似于流体沸腾运动状态的燃烧。

循环流化床锅炉的燃烧是在一个特殊的气固两相流动体系中发生的高浓度﹑高速度﹑高通量的固体物料流态化循环过程,和高强度的热量﹑质量及动量传递过程[3],循环流化床内部固体和气体颗粒的运行行为对于传热过程和燃烧过程的进行有着重要的作用。

3 循环流化床中的基本概念 3.1循环流化床中的固体颗粒

(1)床料。流化床锅炉启动前,铺设在不风板上的一定粒度和一定厚度的固体颗粒。 (1)物料。循环流化床锅炉运行中,在循环系统(循环灰分离器﹑立管﹑送灰器)和炉膛内载热及燃烧的固体颗粒。 3.2固体颗粒的物理特性

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(1)堆积密度与颗粒密度。将固体颗粒不加任何约束地自然堆放时单位体积的质量称为颗粒的堆积密度,单个颗粒的质量和其体积的比值称为真实密度或颗粒密度。 (2)空隙率。床料或床料自然堆放时,颗粒间的空隙占总体积的份额。

(3)颗粒球形度。具有与某种任意形状颗粒相同体积的球体,其表面积与该种颗粒表面积之比。

(4)燃料筛分和燃料颗粒特性。

燃料筛分。进入锅炉的燃料颗粒的粒径一般是不相等的。通过一系列标准筛孔尺寸的筛子,能够测定出燃料颗粒粒径的大小和组成特性。燃料颗粒粒径大小的分布范围。如果颗粒粒径粗细范围较大,即筛分较宽,就称作宽筛分;颗粒粒径粗细范围较小,就称作窄筛分。

燃料颗粒特性。燃煤循环流化床锅炉,不但对入炉煤的筛分有一定要求,而且对各种粒径的煤颗粒占总量的百分比也有一定要求。燃料中各种粒径的颗粒占总质量的份额之比称为燃料颗粒特性,也称为燃料的粒比度。 3.3流化速度

流化速度是指床料流化时动力流体的速度。流化速度一般是指假设床内没有床料时空气通过炉膛的速度,因此也称为空塔速度或变观速度。使颗粒床层从静止状态转变为流态化时的最低气流速度,称为临界流化速度。 3.4颗粒终端速度

当上升气流的速度大到恰好能将固体颗粒浮起并维持静止不动时的气流速度。 3.5物料循环倍率

由循环灰分离器捕捉下来并返送回炉内的物料量(循环物料量)和新给入的燃料量之比。 3.6夹带和扬析

夹带一般是指在单一颗粒或多组分系统中,气流从床层中携带走固体颗粒的现象。扬析是指从床层中有选择性地携带出某一定量细颗粒的过程。

4 循环流化床未来的发展 4.1循环流化床热水锅炉

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城镇社区的快速发展,对大容量供暖锅炉需求加大,这些燃煤锅炉的污染排放极难解 决。燃用天然气从经济到资源方面均不宜大规模推广。循环流化床热水锅炉是一个良好选择。

4.2循环流化床调峰机组

循环流化床锅炉已证明具有远高于煤粉炉的负荷调节特性。它能在30﹪MCR下不投油 稳定运行。冷却型分离器循环流化床锅炉具有频繁调负荷能力。 4.3循环流化床高参数化

循环流化床锅炉大循化发展的一个重要的目标是开发超临界参数循环流化床锅炉。[4]国际上公认的商业化程度最好的洁净煤技术是常压循环流化床技术,可在达到较高的供电效率方面并没有明显的优越性。作为下一代CFB技术,超临界CFB因为能得到较高的供电效率,脱硫脱硝投资及成本比烟气净化低50﹪以上。因为大型循环流化床与超临界技术都已是掌握的技术,把两者结合成的超临界循环流化床锅炉将在效率和环保上实现突破。 参考文献

[1] 陕今瑞,缪爱军.循环流化床技术的应用[J].2008年十三省区市机械工程学会学术年会,2008,43-49

[2] 许年华,刑伟.循环流化床锅炉热效率计算方法探讨[J].热力发电,2000. [3] 朱皑强,芮新红.循环流化床锅炉设备及系统[M].中国电力出版社,2008:8. [4] 钟辉.循环流化床燃烧技术的发展[J].发电设备,2005,(2):130-134.

作者简介:邓 鑫(1989—),男,镇江人,本科二年级,专业为工程热物理过程及自动控制。