（热能工程专业论文）制取高品位稻壳灰的流化床锅炉设计、运行与模拟.pdf

中文摘要 作为一种可再生能源，生物质以其低污染性、c 0 2 零排放等环境友好性特点 引起了广泛关注；在众多生物质中，稻壳因产量丰富( 我国年产量就达6 千万吨) 而备受关注。目前，稻壳的能源化与资源化综合利用程度很低，因此，本文研究 将稻壳转化为清洁能源同时得到高品位灰这一综合利用途径。 依据流化床燃烧理论，结合浙江绍兴稻壳特点，本文完成了以制取高品位灰 为目的的1 2 5 k g l l 稻壳燃烧流化床锅炉设计，设计要求制取的稻壳灰具有很高的 工业利用价值，同时其燃烧过程所放的热量可以满足系统自身和企业的能量需 要。主要的设计特点是：变截面炉体、分段送风、流化速度分段控制、沿炉膛的 温度分布合理控制、灰在炉内的合理停留时间以及两级旋风分离器等。 在现有的燃煤流化床燃烧数学模型的基础上，本文建立了燃用生物质的流化 床一维稳态数学模型。本模型着中讨论了挥发份分布子模型，分析了模型参数对 燃烧的影响，预测了炉膛温度分布和烟气浓度排放，进而初步判断灰的品位。 设计的稻壳流化床锅炉已经进入了运行阶段。在运行时，考虑了温度、石英 砂床料、流化风速、一二次配风比、停留时间、过量空气系数等参数与燃烧效率 的相互影响，并从床底、两级旋风分离器、布袋除尘器等不同采样点收集了稻壳 灰，对其进行了灰特性分析，并对二氧化硅含量和残炭量进行了测定。 运行与分析数据表明本文设计的1 2 5 k e 啦稻壳流化床锅炉达到了预期要求， 获取的稻壳灰质量符合使用要求。具体的设计及运行参数如下：密相区炉径 6 2 0 m m ，稀相区炉径9 2 0 m m ，床高6 m ，流化速度0 9 1 1 1 s 1 4 m s ，一二次配风 比7 ：3 ，设计床温6 7 0 7 2 0 。本文所作的工作为稻壳等生物质的高效综合 利用提供了理论支持与技术储备。 关键词：稻壳燃烧流化床锅炉稻壳灰二氧化硅数学模型 a b s t r a c t a sar e n e w a b l e ，c 0 2 一n e t r u a la n dc h e a pb i o m a s ss o n r c e ，r i c eh u s ki sa b u n d a n ti n c h i n aw i t ha n n u a lo u t p u to fa p p r o x i m a t e l y6 0m i l l i o nt o n e s u pt on o w , r i c eh u s kh a s n o tb e e nu s e de f f i c i e n t l y , a n dt h e r e f o r es i g n i f i c a n ta t t e n t i o ni s b e i n gp a i d t o c o n v e r t i n gr i c eh u s ki n t oc l e a ne n e r g ya n dv a l u a b l em a t e r i a l s a c c o r d i n g t ot h ec o n t r a c tm a d eb ya ni n d u s t r i a lc o m p a n y , a1 2 5 k g hr i c eh u s k - f i r e d f l u i d i z e db e db o i l e rw a sd e s i g n e dw i t l lt h em a i np u r p o s eo f p r o d u c i n gs u p e rq u a l i t yo f a s hw h i c hc o u l db eu s e da sag o o dr a wm a t e r i a lt om a k ev a l u e a d d e dp r o d u c t sa n d m e a n w h i l eo fp r o v i d i n ge n e r g yt om e e tt h et h e r m a la n dm e c h a n i c a le n e r g y r e q u i r e m e n t so f t h ec o m p a n y t h i sp a p e ri l l u s t r a t e st h es p e c i f i cc o n s i d e r a t i o n st a k e n d u r i n gt h ed e s i g ns t a g e ，s u c ha s ，v a r i a b l es e c t i o n a la r e a , s t a g e da i rf e e d i n g ，p r e c i s e l y c o n t r o l l a b l es u p e r f i c i a lv e l o c i t ya n dt e m p e r a t u r ed i s t r i b u t i o na l o n gt h eh e i g h to f f u r n a c e ，a n ds t r i c tr e t e n t i o nt i m eo f a s hi nf u r n a c e ，a sw e l la s2s t a g e so f c y c l o n e s b a s e do nt h ee x i s t i n gm o d e lo fc o a l f u e l e dc f bb o i l e r , an e wm o d e lo fb i o m a s s f u e l e dc f bb o i l e ri no n e d i m e n s i o n a l s t e a d ys t a t e i sc o n s t r u c t e d t h ev o l a t i l e s u b m o d e li se m p h a s i z e di nt h i st h e s i sa n dt h ee f f e c to fm o d e lp a r a m e t e r so fv o l a t i l e d i s t r i b u t i o nf u n c t i o no nc o m b u s t i o na r ea n a l y z e di nd e t a i l t h ee f f e c t so ff u r n a c e t e m p e r a t u r e ，t h ep r i m a r ya i rt os e c o n da i rr a t i oo nc o m b u s t i o ne f f i c i e n c ya r et h e n p r e d i c t e d f u r t h e m o r e t h ec o r r e l a t i o no f t h em o d e lw i t ha s hq u a l i t yi sa l s om a d e d u r i n go p e r a t i o n ，t h ei n f l u e n c eo fd i f f e r e n tv a r i a b l e ss u c ha st e m p e r a t u r e ，s a n d d i a m e t e r , f l u i d i z a t i o nv e l o c i t y , s t a g e da i rf e e d i n gr a t i o r e t e n t i o nt i m eo fr i c el m s k p a r t i c l eo nc o m b u s t i o ne f f i c i e n c ya n dq u a l i t yo fa s hi nt e r m so f t h ec o n t e n to fs i l i c o n d i o x i d e & c a r b o nw a si n v e s t i g a t e d f u r t h e r m o r e t h ec h a r a c t e r i s t i c so fa s hc o l l e c t e d f r o mb e d ，2s t a g ec y c l o n e sa n db a g h o u s ew e r ea n a l y z e d t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a tt h ed e s i g no ft h e1 2 5 k g hr i c eh u s k - f i r e d f l u i d i z e db e db o i l e ri ss u c c e s s f u l ，a n dt h eq u a l i t yo fa s ho b t a i n e di si d e a l t h e r e c o m m e n d e dd e s i g na n do p e r a t i n gp a r a m e t e r sa r e ：d i l u t ep h a s ez o n ed i a m e t e r 9 2 0 m m ，d e n s i t yp h a s ez o n ed i a m e t e r6 2 0 m m ，h e i g h t6 0 m ，g a sv e l o c i t y o 9 m s - - 1 4 m s ，a i rs p l i t7 ：3 ，t e m p e r a t u r e6 7 0 7 2 0 。c k e yw o r d s ：r i c eh u s k ，c o m b u s t i o n , f l u i d i z e db e d ，r i c eh u s ka s h ，s i l i c o n d i o x i d e ，m o d e l l i n g 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得鑫鲞盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：马欠乏多签字日期：护6 年易月弓驴e t 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解叁鲞盘鲎有关保留、使用学位论文的规定。 特授权苤鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：与丸五乌 签字日期：矿g 年6 月刁。日 导师签名： 塞字日期： 隅勿 第一章绪论 1 1 流化床燃烧技术 1 1 1 流化床燃烧的起源 第一章绪论 流化床锅炉是近年来在国际上发展起来的新一代高效、低污染清洁燃烧技 术。自上世纪6 0 年代开始，流化床被用于煤的燃烧，并且很快成为三种主要燃 烧方式之一：固定床燃烧( 层燃) 、流化床燃烧和悬浮燃烧。流化床燃烧设备按 流体动力特性可分为鼓泡流化床锅炉和循环流化床锅炉，按工作条件又可分为常 压和增压流化床锅炉。表1 - 1 综合了层燃、流化床燃烧和悬浮燃烧三种基本燃烧 方式的特点及比较。 表卜1 气固燃烧过程的主要特性比较1 1 燃烧方式层燃 鼓泡流化床 循环流化床 悬浮燃烧 颗粒平均直径( m m ) 3 d v 。d v 为风管水力当量直径，风室装配在法兰上。 风室计算温度为8 0 0 ，空燃比8 ：l 1 0 ：1 ；燃气流量= 7 5 - 1 0 0 m s h ；燃气 管通径d n l 5 ；选择可调型燃气燃烧器t y - 0 1 型。 2 3 锅炉系统的配套装置 2 3 。1 螺旋给料机 项目中所用的给料装置是如图2 - 4 所示的螺旋给料机，采用电磁调速改变螺 旋转速来改变给料量，调节非常方便。 图2 4 螺旋给料机结构吲 具体的计算选择如下： 假设螺杆直径d = 4 0 r m ，r = 2 0 r a m ，s = 1 2 5 6 6 m m 2 ，时片高h = 3 0 r a m ，两叶片螺距 j = 5 0 r a m ，d = 4 0 + 3 0 2 = 1 0 0 m m ，r = 5 0 舢，s = 7 8 5 3 9 8 m m 2 。每分钟5 转，a v = ( 7 8 5 3 9 8 1 2 5 6 6 ) 5 0 5 = 1 6 4 9 3 5 0l l l l n 5 ，则每分钟输送量= 1 6 4 9 3 5 0 1 2 5 = 0 ，2 1 k g m i n 2 1k g m i n 的要求；用相同方法，反复试验，最后得到满足条件： 转速甩= 2 0 r m i n ，d = 3 6 r a m ，h = 4 2 r a m ，d = 1 2 0 m m ，= 8 2 r m n 。 所以，5 = 1 0 1 7 9 n m l 2 ，s = 1 1 3 0 9 7 r a m 2 ，a v ：( 1 1 3 0 9 7 1 0 1 7 9 ) 2 0 x 8 2 = 2 第二章稻壳流化床锅炉的主体设计 1 6 8 7 8 5 5 2 u l , n 3 ，每分钟输送量= 2 1 0 9k g m i n 接入口大小2 0 0 m r a x 2 0 0 m m 。 2 3 2 旋风分离器 旋风分离器是流化床系统的关键部件之一，它的分离效率直接影响着整个锅 炉运行的工作性能。其结构简图及在流化床系统中的位置如图2 - 5 ，2 - 6 所示。 ! ! 建， ： _ 幸 图2 - 5 旋风分离器结构尺寸图2 6 旋风分离器布置4 。 分离器通常可以分为两大类：高中温旋风分离器和惯性旋风分离器，在设计 时选用前者。因为这种分离器分离效率高，使用较为广泛，其设计步骤如下； ( 1 ) 假定入口气体速度v = 2 0 r a s ( 2 ) 旋风分离器直径d 0 ： q ( n o t f l v ) “2 计算后得d n = 0 5 8 m ( 3 ) 按标准旋风分离比例确定其它各部分尺寸 采用通用l a p p l e 型，按标准旋风分离器 e 例确定： 分离器入口宽度b = 0 6 x 0 2 5 = o 1 5 m 分离器入口高度a = 0 6 x o 5 = o 3 m 排气管直径n = 0 6 0 5 = o 3 m 排气管插入深度见= 0 6 x 0 4 x0 5 = o ，1 2 m 分离器总高h = 4 x 0 6 = 2 4 m 公式( 2 3 ) 第二章稻壳流化床锅炉的主体设计 分离器简体高h = 2 x o 6 = 1 2 m 出灰口直径1 5 0 嘶 ( 4 ) 检查沉降速度： k = 2 ，9 9 1 w ( b d o ) 。4 ( 1 - b d o ) m 坟。蛳v 。” 公式( 2 4 ) w = 4 9 r ( p 稻壳灰一p g ) 1 3 p 9 2 “5 公式( 2 5 ) 结合上面两式可得w = 1 8 9 m s ，屹- - 2 5 8 m s 。入口速度小于沉降速度，即 可排除夹带的可能性。 ( 5 ) 分离器的压降计算： 仁：兰坠 7 见x 见 = 臼辩2 2 3 3 布袋除尘器 公式( 2 6 ) 公式( 2 - - 7 ) a 过滤面积爿= v 6 0 圪， 焚烧稻壳灰采用逆气流反吹清灰，流速范围0 豇2 ，o m m i n ，推荐k = 0 ，7 5 m m i n ，v ：预处理的烟气体积，通过计算爿= 2 4 2 6 m 2 b 除尘器设计 滤袋尺寸：直径d 和高度，每条面积c i = r c d l ，条数1 7 = a l a ， 选择露= 8 ，则a = 3 0 3 ，d - - 1 ，o o m ，i = 0 9 6 m ( 具体情况按照厂家提供尺寸) 每2 条滤袋之间净距5 0 7 0 姗。 2 3 4 送、引风机 流化床锅炉的一次风由一次风机供给，经布风板下一次风室通过布风板和风 帽进入炉膛。由于布风板、风帽及炉内床料阻力很大，并要使床料达到一定的流 化状态，因此一次风压头要求很高，其大小主要与床料成分、密度、固体颗粒的 尺寸、床料厚度以及床层温度等因素有关。 a 炉膛风室压力= 最。+ 峨； 第二章稻壳流化床锅炉的主体设计 b 一：炉膛配风装置上的压力，p a ： 足。= 9 8 0 6 6 5 x h o r a ； 屹：床料堆积密度，1 3 0 0 k g m 3 ； 死：静态床料高度，o 6 m ； 0 = 3 0 坟。；乞：配风装置阻力，p a ； 通过计算p , = 7 6 4 4 p a ，= 9 9 3 7 。2 p a 。 b 旋风分离器压降( 通用l a p p l e 型) f = 1 6 a b 2 2 = 1 6 x 0 3 3 5 x 0 1 7 0 3 3 5 2 = 8 a p = 鲰v 2 1 2 = 8 x 0 3 6 3 2 0 x 2 0 2 = 6 4 8 ( p a ) c 布袋除尘器压力p = 嵋+ 此； 只：通过清洁滤料的压力损失1 0 0 1 3 0p a p n ：通过颗粒层的压力损失5 0 0 5 7 0p a 所以，叱。= 7 0 0p a d 风机选择 压力初步计算= 炉膛风室压力+ 旋风分离器压力+ 除尘器压力= l1 2 8 5 2p a ，空 气量5 7 4 3 6m 3 h ，考虑风冷等余量2 5 5 0 ，所以气量为7 1 8 8 6 2m 3 h a ，考虑 沿程阻力损失及不确定的因素，选定风机压力1 9 6 0 0 p a ，流量q = 7 0 0 1 0 0 0m 3 h 。 e 炉膛出口烟气压力 根据风机所选的型号为m j l s l 5 0 c ， 为1 9 6 k w 。( 出口后风量分流，计算值： 径乜= 8 5 m m ) 得知风机的接1 ：3 直径见= 1 5 0 m m ，压力 进一次风管径玻= 1 3 0 m m ，接二次风管 空气量g = 7 0 q = 0 7 x 5 7 4 3 6 m 3 h = 4 0 2 0 5 2m 3 h ，= 0 1 1 1 6 8 1 1 1 1m 3 s ，所以 流速嵋= 珐d r r 2 = o 1 1 1 6 8 1 1 1 1 7 r x 0 0 7 5 2 - 6 3 2 3m s 。 1 平面弯头阻力损失 平面弯头一般为9 0 。，其阻力损失为： = 1 3 7 5 - 0 1 5 6 1 r o ：阻力系数，对9 0 。弯头为1 0 ； ：流动空气密度，k g m 3 ；r g = l ，2 9 k g m 3 ，：导涡管空气速度； ：修正系数，n e = 1 3 7 5 - 0 1 5 6 1 r o ； 公式( 2 8 ) 第二章稻壳流化床锅炉的主体设计 通过计算得t i p = 1 1 7 ，哦p = 3 0 2 6p a 2 沿程阻力损失战。 吨= 2 l p w v 2 2 见 公式( 2 9 ) a ：摩擦阻力系数；a = 0 0 2 5 三：通道长度，m ；选取l = l o m ； p ：流动气体密度，k g m 3 见：通道当量直径，m ；。 通过计算得哦。_ o 0 2 5 x l o x l 2 9 x 6 3 2 3 2 ( 2 o 1 5 ) = 4 2 9 8p a 3 根据炉膛风室压力计算最h ，得知= 9 9 3 7 2 p a ， 所以，炉膛出1 ：3 烟气压力= 风机压力一炉膛风室压力一平面弯头阻力 峨p 一沿程阻力k2 1 9 6 0 0 9 9 3 7 2 4 2 9 8 3 0 2 6 = 9 5 9 0p a 2 4 热平衡计算 流化床锅炉的热平衡表明送入锅炉的热量与输出锅炉的热量之间的平衡关 系。通过热平衡分析和计算可以确定锅炉效率和燃料消耗量。其热平衡可由下式 表示 4 1 ： q = q l + 珐+ q + q 4 + q + q 6 公式( 2 1 0 ) 式中：q ，一送入锅炉的热量，k j k g q l 一锅炉有效利用的热量，k j k g q 2 一锅炉排烟热损失，k j k g ； 0 3 锅炉中气体未完全燃烧损失，k j k g ； q 4 一锅炉中固体未完全燃烧损失，k j k g q 锅炉三热损失，k j k g ； q 一锅炉灰渣热物理损失，k j k g 。 如果以各项热量占总数入热量的百分数来表示热量平衡，则又可由下式表 示： 第二章稻壳流化床锅炉的主体设计 6 吼= q l + 9 2 + q 3 + q 4 + 孽5 + 吼= 1 0 0 i 式中：吼= q 曼- x 1 0 0 ( i _ 1 ，6 ) 2 4 1 排烟热损失q ： 公式( 2 1 1 ) 排烟热损失，是锅炉机组最后一个受热面出口处，燃烧产物的焓与冷空气焓 之差造成的热量损失占可支配热量得份额，即： 吼= 警x 1 0 0 = ( 。一口如。) ( 1 0 0 - q 4 ) 1 0 0 纰。 公式( 2 1 2 ) 0 一在相应的过量空气系数和排烟温度状况下的排烟焓，k j k g 屯o - 冷空气焓，k j k g ； 2 4 2 可燃气体未完全燃烧热损失q 3 可燃气体未完全燃烧热损失，是排烟中残留的未完全燃烧产物的总热量损失 占可支配热量得份额，即： 玑：鱼x100：v目,(12636co+35818ch4+10798h2+59079c,hn)100 ”q ，q ， 公式( 2 1 3 ) 一1 k g 燃料燃烧生成的干烟气体积，m v k g ； c o 、c h 4 、皿、g 峨一分别为干烟气中的体积分数，。 一般不考虑c 以、4 、c 。风等可燃气体的含量。q ，的具体推荐值请参考相 关数据。 2 4 3 固体未完全燃烧热损失q 。 固体未完全燃烧热损失q 4 ，为底灰和飞灰可燃物造成的热量损失占可支配热 量得份额，即： g 一= q q 一4x l o o = i 3 i 3 i 7 石2 ：7 ：己a 丽c y a , , , 1 。 公式( 2 一1 4 ) 第二章稻壳流化床锅炉的主体设计 a l 一飞灰份额； c ，一飞灰含碳量； 以，一燃料收到基含量。 2 4 4 散热损失吼 按图2 7 上的曲线查得，该曲线来自美国机械工程学会给出的标准。 妒粒坪譬撕翦 l # 嘴* 槛1 雕 摩坤皴 串m 辟链程雉 f 照b 埔，j 埘孵 雀炉薯蜃磐蹲释i 雌艟彩曩辨睾冀钉毒雉麓， 圣事走许螭钮瞳齄 j 碰奄船棒d =串协矗，静再取的獬气毒x i l 填瑚麟彳麓氅 秽 壁嘞碍鼙硷驻 蝴辫蟹彦喾嚣落乎舢 ；塞：幕罄叠筹；潞 f 奠广茹f 1 r 菇磊一面一谲m i 姗4 童缸拦九拄荫燕嘲艇，4 剞 t 驴黼， 图2 7 锅炉整体散热损失q 5 删 ( b t u 表示英热单位，1b t u h - - 0 2 9 3 w ) 2 4 5 灰渣物理热损失吼 灰渣物理热损失吼，主要是底灰物理热损失，底灰温度接近炉膛温度，当装 有冷渣机，而锅炉机组系统中无法回收这部分热量时，须将这部分计入底灰物理 热损失。 包2 厶厶，1 0 。，舻卺x 1 0 。 珐、9 6 一灰渣物理热损失，k j k g 或； a d 一底灰份额； 厶- 灰焓，k j k g 。 公式( 2 一1 5 ) “ 船 “ 薯萎扭囊矗嚣鼍纛毒譬 第二章稻壳流化床锅炉的主体设计 2 4 6 热力计算 入口热量q 入口= b x 如。+ b a l , o 公式( 2 1 6 ) 出口热量q m 口= 口0 + b 纰。( 9 2 + 吼+ 口4 + 吼+ 吼) 公式( 2 1 7 ) 其中： 排烟温度日。= 6 5 0 c ， 排烟焓i 。= 4 5 7 8 7 3k j k g ， 冷空气温度k = 2 0 c ， 冷空气焓k o = 1 2 2 6k j k g ， 飞灰份额a ，- - 9 5 ， 飞灰含炭量c ，= 5 ， 排烟热损失q 2 = ( - - 5 屯o ) 0 0 0 9 4 ) 1 0 0 q 。，2 0 3 5 9 ， 可燃气体未完全燃烧热损失吼：在o 0 5 之间选取。推荐o 0 5 ， 固体未完全燃烧热损失q 4 = 3 3 7 2 7 a c r 如i ( 1 0 0 - c ，) c 0 2 1 4 9 ， 散热损失q ；：在0 2 0 5 之间选取。推荐o 5 ， 灰渣物理热损失g 。：选取o 4 5 ， 计算后得： 入口热量q x 口21 8 9 2 7 7 7k j 出口热量q 出口27 5 5 5 2 3 7 5k j 热量差a = 纵口一q 出口2 1 1 3 7 2 5 3 2 6k j 第三章流化床锅炉的调试与运行 第三章流化床锅炉的调试与运行 在进行运行之前要做好必要的准备工作，要完成对某些特定仪表仪器的标 定，检查各种转动机构是否正常，鼓、引风机、布袋除尘器、点火油枪等能否正 常运行，控制系统是否可以实现各种控制操作，各类仪表有无错误显示。检查工 作做完之后是系统的冷态试验，可以在点火烘炉前进行，也可以在此之后进行。 3 1 冷态试验 冷态试验主要包括：系统密闭性检查，流化床布风板均匀性检查、流化床气 体动力特性试验等。具体内容主要是：风量标定( 一次风、二次风、返料风) ；给 料量标定，测量给料机转速与给料量之问关系；床料量标定；风机出力检查，检 查风机风压、风量能否满足燃烧需求，可否达到设计要求；流化床布风均匀性试 验；布风阻力试验；料层阻力与临界流化风量测试等。 3 1 1 系统密闭性检查 流化床锅炉对系统密闭性的要求较为严格。锅炉严密性试验一般在密封工作 完成后，锅炉保温前进行，往往会因条件不具备而造成密封的严密性试验不彻底， 因此需要特别重视。检查应在风机试运转完成，风、门、烟气挡板安装调试后进 行。 首先关闭所有的观察孔、测量孔、二次风口、循环口等，给料机内填充满物 料，然后只开启次送风机。引风机处于自转状态，挡板门应关闭。逐渐开启一 次送风机挡板门，使炉膛压力达到5 0 0 1 0 0 0 p a ，再在一次送风机入口逐渐加入 干燥滑石粉约4 0 0 l o o o g 。运行一段时间，然后停止送风。检查各处，凡有白灰 的地方，均应仔细检查泄漏原因，如有耐火材料或保温材料，应把这些覆盖物除 去以后，再检查并及时处理，然后再作试验，做到完全消除。也可以采用出肥皂 水或用火烛检查。这时，需送风机一直保持炉膛压力，直到检查完毕。【4 习 在消除比较大的缺陷以后，还应进行小消缺检查。具体方法是：保证炉膛风 压在2 0 0 3 0 0 p a ，用小火把靠近需要检查的地方，如有漏风，火把火焰会偏向， 这时应记录下来，待试验完毕以后处理，直至缺陷完全消失为止。 对于分离器，由于分离器入口、出口，分离器斜顶于两侧墙间均处于锅炉本 体内部，以上方法都无法检查该处的泄漏，而这些部位如果泄漏，将影响分离效 第三章流化床锅炉的调试与运行 率，严重的还影响锅炉的正常运行，应仔细检查。 3 1 2 布风均匀性检查 布风均匀是流化床点火、低负荷时稳定燃烧、防止颗粒分层和床层结焦的必 要条件，因而也是流化床冷态试验的主要内容之一。布风的均匀性直接影响着料 层的阻力特性及运行中流化质量的好坏，流化不均匀时床内会出现局部死区，进 而弓 起温度场的不均匀，以致引起结渣。 具体试验方法：在床的布风板上布放一定厚度的床料( 一般以4 0 0 - 6 0 0 r a m 为 宜) ，物料粒度与运行时的料层粒度相同；开启引风机，启动一次风机使床料达 到临界流化状态，稳定几分钟，然后迅速停一次风。这时观察床面，床层薄的地 方说明风大；床层厚的地方说明风小；床层均匀则说明布风均匀。具体试验时， 要缓缓开启一次风机调节门，料层表面最先开始鼓起小气泡，要注意观察床面上 小气泡均匀性。逐渐开大风门，床表面开始波动，看哪些地方床料先开始波动及 松动。继续加大风量，当大多数床料都波动起来时，要检查布风板上有没有不动 的死区，凡是后冒气泡、松动较差、甚至大多数炉料以流化时还不松动的地方， 都是风量较小、启动时易结渣的地方。当所有的炉料流化起来后，保持l 2 分钟， 然后迅速关闭一次风机和引风机，观察料层情况。【4 4 1 若床内料层表面平整，说明布风基本均匀，物料流化良好；若不平整，料层 厚的地方表明风量偏小，低凹的地方表明风量大。这时应查明原因及时处理，检 查风帽是否堵塞，或局部是否漏风，一般料层不平整的现象，只有在布风不均匀 较严重时才会出现。通过本次实验观察，发现床料表面基本平整，表明该锅炉布 风比较均匀。 3 1 3 流化床动力特性试验 流化床锅炉空气动力特性试验，包括布风板阻力和料层阻力测定，并确定临 界流化风量( 或风速) ，进而确定热态运行时的最小风量( 风速) 。 1 布风板阻力特性试验 布风板阻力是指布风板上无床料时的空板阻力。它是由风帽进口端的局部阻 力、风帽通道的摩擦阻力及风帽d , - 7 l 处的出口阻力组成的，前两项阻力之和很小， 因而布风板阻力主要是由风帽4 , - 7 l 的出口阻力决定的。布风板阻力一般是通过实 验确定的；如在缺乏试验数据情况下需计算通风阻力时，也可由下式近似计算： 印= g v o , 2 1 2公式( 3 1 ) 第三章流化床锅炉的调试与运行 式中：【0 风帽小孔风速，根据总风量和风帽小孔面积计算，m s ： f 风帽阻力系数，由制造商提供； pg - 一气体密度，k g m 。 测定布风板阻力时，布风板上无任何床料，一次风道的挡板全部开放。启动 送风机、引风机，并逐渐开大风门，平滑地改变送风量，同时调整引风量，使二 次风口处负压保持为零，此时风室静压计上读出的风压值即可认为是布风板的阻 力值。测量时应缓慢、平稳的开启挡板，增加风量，一直到挡板全部开足。挡板 从全关到全开，再从全开到全关，选择不同的挡板开度进行测量。j 1 0 0 0 莓8 0 0 r 量6 0 0 喜4 0 0 2 0 0 5 0 06 0 07 0 0 送风量。m 3 1 1 图3 一l 布风板阻力特性曲线 每次读取时，要把风量和风室静压的对应数值都记录下来。把上行和下行两 次试验的数据进行整理，取两次测量的平均值作为布风板阻力的最后值，在平面 直角坐标系中绘制出布风板阻力与风量的关系曲线，如图3 1 所示。 由此曲线我们可知，布风板阻力随着风量的增大平滑稳定的增大，证明布风 板阻力特性稳定，并且阻力数值适当。 2 料层阻力特性试验 料层阻力是指气体通过布风板料层时的压力损失，当布风板阻力特性试验完 成后，在布风板上铺要求粒度的床料做料层，选择三个以上不同物料厚度做试验。 测定料层阻力和测定布风板阻力的方法相同，调整送、引风机风量使二次风 口处负压保持为零，测定不同风量下的风室静压。以后逐渐改变料层厚度，重复 测量风量一风室静压关系。料层阻力等于风室静压减去布风板阻力，但阻力数值 都应当是对应于同一风量所测得的数值。根据以上两个试验测定的结果，就可以 得到不同料层厚度下料层阻力与风量之间的关系。绘制关系曲线如图3 2 。 根据此曲线可知，不同料层阻力随着风量的增大开始平滑稳定的增大，当风 量增加到议定数值后，料层阻力基本保持不变；实验表明料层阻力特性稳定，i 临 第三章流化床锅炉的调试与运行 界流化风量比较明确。 1 0 0 0 凸一 r5 0 0 爱 踏 o 05 0 0 1 0 0 0 流化风量m 图3 - 2 料层阻力特性曲线 h = 4 2 0 m m h = 6 0 0 m m h = 7 6 0 m m 3 临界流化风量的确定 床层从固定状态转化到流化状态时的空气量，称为临界流化风量。c f b 锅 炉在运行时，其最小送风量必须大于临界流化风量，这样才能保证床料良好的流 化，避免因流化不良而引起的结焦、出力下降等不利于安全经济运行的现象出现。 在料层阻力特性曲线中，通常是用对应于流态化与固定床的两条特性线切线 的交点来确定。在料层阻力特性试验中，可以通过观察床料的流化情况，记录下 床料开始流化时的风量，并与从料层阻力特性曲线得出的临界流化风量进行对 比，通常这两种方法得出的均值应该是非常接近的。在试运行时，我们发现，锅 炉熟态和冷态时的临界流化风量是不一样的，热态时所需的风量仅为冷态时的 5 2 - 4 5 就可以达到同样的流态化效果，因为高温时气体的粘滞力增大。 3 2 系统操作步骤 3 2 1 系统点火 流化床点火根据点火加热热源与床层的相对位置分为床上点火和床下点 火；根据点火初期床层的状态可分为流态化点火和固定床点火。在此，我们采用 的是床下热烟气流态化点火方式。 烟气发生器点火装置如图3 3 所示，点火燃料主要是燃料油和天然气或煤 气。在烟气发生器内点燃，由一次风送氧助燃转化为6 5 0 c 左右的热烟气，热烟 气通过布风板和风帽，一方面将床料流化，一方面加热床料，这样床料加热和流 化同时进行，使操作简便。由于烟气从下部进入床料并通过全部料层，加热均匀、 第三章流化床锅炉的调试与运行 快速，减少了热损失。但是由于点火装置比较庞大，烟气温度高，对烟气发生器 内套筒和布风板风帽材质要求较高，因此设备投资相对较大。 l 一锅炉；2 - 流化床；3 风帽；4 - 天然气点火系统；5 风室；6 一三次风 7 一二次风；8 辅助燃烧器；9 - 热烟气发生器；】o - 油点火系统： l l - 启动运行混合气体；1 2 一油燃烧器；1 3 一天然气辅助燃烧器 图3 - 3 床下烟气发生器点火装置【4 6 烟气发生器的运行操作，主要是控制烟气温度不超过给定的允许温度，防 止设备和风帽烧坏。如果以燃料油为燃料，还应注意中油的雾化，油和风的配合， 保证一定的烟气量，使床料在流化状态下加热。 具体操作是先在布风板上铺上4 0 0 6 0 0 m m 底料，粒度以不大于2 m m 为宜， 由于热量是从布风板下均匀送入料层中的，整个加热启动过程均在流态化下进 行，不会引起低温或高温结焦。 点火后，热烟气通过风室、风帽进入床内，加热床料。为避免烧坏风帽， 一定要控制热烟气温度，不允许超过8 0 0 c ，测量点火烟温的热电偶应插入风室 中8 0 0 1 0 0 0 m m ，正对烟气发生器出口，以正确反映热烟气温度。控制启动升 温速度，以防止炉墙变形、开裂，特别是从冷态启动初期更应严格控制床温，上 升速度不大于5 1 0 m i n ，冷态启动时间2 h 左右，热态启动后可以较快，需 2 0 4 0 m i n 。 热烟气温度和热烟气量调节，可由调节油枪油压改变油枪出力和调节热烟 气发生器风道的助燃风和冷却风量以及风比来实现。启动初期，床料只需处在微 流态化即可，不必要采用过高流化速度。冷态启动时，当床层温度从室温慢慢被 加热到4 0 0 左右时，即可投入少量引子稻壳，其挥发份大量释放，床温会迅速 上升到5 7 0 。c 左右。此时即可开始往主床中添加更多稻壳并减少油枪出力，而后 第三章流化床锅炉的调试与运行 调整给料量控制床温。如选择喷油助燃方式，则油枪在首次使用前应做雾化试验， 根据使用的油质情况，选择大小合适的油喷嘴。 3 2 2 启动顺序 对于第一次启动的锅炉，在正式带负荷前，还要进行烘炉或耐火耐磨料养 护。这些工作必须在锅炉具备启动条件时才可进行。启动一般包括启动前的检查 和准备、锅炉点火等几个方面。具体步骤可简述如下： 1 ) 检查并确认所有有关阀门处于正确的开关状态； 2 ) 确认风机风门、二次风门、进料口、烟气出口、回料口、出砂口、所有 的测量孔等处于关闭状态； 3 ) 检查并确认控制仪表、各机械转动装置和点火装置处于良好的状态； 4 ) 启动相应的冷却水装置、配电装置，启动烟气净化系统、集灰系统； 5 ) 将床料在炉外搅拌均匀后填入流化床，静止高度4 0 0 6 0 0 i m ； 6 ) 启动送、引风机( 2 5 0 m 3 1 1 ) 并缓慢增大风量，使床层达到微流化状态， 其它风机的开启时具体情况而定； 7 ) 启动床下燃烧器，并相应调节天然气量及油压，准备点火； 8 ) 加热床料到4 5 05 0 0 时，逐渐减少天然气量，并增大空气量至 6 0 0 m 3 h 左右，使床层达到稳定流化状态； 9 ) 当床料温度达到5 5 0 6 0 0 时，可启动给料机往炉内投入少量的引子 稻壳，同时适当增大风量使床层充分流化； l o ) 当床温达到6 0 0 时，增大给料机给料量，并视床温变化情况调整风量 和给料量： 11 ) 床温升到6 5 0 c 时，关闭燃烧器同时切断天然气，由给料量控制床温， 调整给料量和风量使床温稳定在适宜的工况下( 如6 7 0 7 2 0 c ) ； 1 2 ) 投入二次风，风量是1 8 0 m 3 h 左右； 1 3 ) 继续观察炉内运行情况，确保运行稳定。 3 2 3 系统停炉 锅炉退出运行时，应先降至最低负荷，在锅炉降负荷之后，正常停炉可有 两个选择方案w r l ：第一，如果锅炉计划停运较长时间，应先停主燃料，但要允许 送风机和引风机继续运行，直至锅炉冷却至可进行检修为止。根据冷却的要求， 风量可降至吹扫风量以下。第二，如果锅炉按计划马上还要再启动，那么在切除 主燃料后，应该以最短的时间问隔把炉膛中的挥发物抽干净，然后将各台风机停 掉。一般情况下，可根据床温下降程度及氧量读书增加的情况完成上述操作。将 第三章流化床锅炉的调试与运行 风机停掉，就能保持床温与耐火层温度不致下降，从而有效地缩短启动时间。 与惰性固体相比，在正常运行时，床上的残留炭不超过床料的3 。在切断 主燃料后，由于床上惰性介质处于高温下，剩余的炭在几分钟内即可消耗摔。炭 存在，不意味着有害，但决不允许有燃料粒子中析出的挥发性气体在炉内积累。 因此，停炉过程中，应该先断料并留给已入炉燃料析出挥发份和燃尽的一段时间。 正常停炉准备主要工作有减负荷和停炉前进行吹灰，消除可燃物积累。一 般正常停炉的步骤为： 1 将机组降到最小稳定负荷，维持最小机组负荷一段时间( 3 0 m i n 左右) ，使旋风 筒耐火材料逐渐冷却； 2 将锅炉主控制转换到手动控制； 3 关闭给料仓出料截止闸，排空给料器的全部燃料，同时要将料仓的料位降到 最低安全储料位； 4 监视锅炉炉膛氧量水平和床温。当氧量开始增大，床温开始降低时，关闭去 炉底的风门档板，停止送风； 5 当锅炉降至约定负荷时，注意控制锅炉的冷却速度； 6 锅炉熄火后，送风机，引风机，吹扫风机继续运行5 m i n ，吹扫炉内可燃物； 7 锅炉停炉热备用时，可维持锅炉压力，在吹扫结束后关闭各风机和所有相关 的风门挡板，使机组进入热备用状态，为保护旋风分离器受热面，该部分进 行自动保护： 8 在停炉热备用期间，为保持床温而进行的生火燃烧之前，启动供水系统，并 在燃烧过程中维持正常水位； 9 若锅炉需长期停运或者需要检修，则要继续用风机通风冷却锅炉，同时由冷 渣管排出床料，尽可能均匀地对机组进行冷却。当床料全部从炉中排完后， 应对锅炉吹扫5 m i n ，然后停止冷渣器，当锅炉冷却到可以常温时，可以关掉 风机： 1 0 关闭冷渣器； 11 停给料系统，停送风机、引风机等； 1 2 切除除灰系统； 3 3 燃烧调节 流化床锅炉的燃烧调节，主要是通过对给料量、一次风量、一二次风分配、 床温和床高等的控制和调节，来保证锅炉稳定连续运行。在此，仅重点介绍以下 几个参数的控制。 第三章流化床锅炉的调试与运行 3 3 1 床温控制 床温是流化床锅炉需要重点监视的主要参数之一，床温的高低直接决定了 整个锅炉的热负荷和燃烧效果，这是由床温的是流化床动力控制燃烧的特点所决 定的。而流化床的燃烧调节就是在各种外部条件变化时，维持燃烧温度处于设计 的燃烧室温度。在综合考虑各种因素后，这个温度范围一般调整在6 7 0 - - 7 0 0 ， 实际可运行在6 5 0 0 2 0 。 由于流化床锅炉的燃烧室热惯性很大，在炉内温度的调整上，往往采用“前 期调节法”、“冲量调节法”、“减量给料法”。【4 8 】 所谓前期调节法，就是当炉温稍有变化时，就要及时地根据负荷变化趋势 小幅度调节燃料量，不要等炉温变化较大时才开始调节。否则难以保证稳定运行， 床温会出现更大的波动。冲量调节法是指当炉温下降时，立即加大给料量。加大 幅度使炉温为变化时的l 2 倍，同时减小一次风量。增大二次风量，维持1 - - 2 分后，然后恢复原给料量。如果在上述操作2 3 分后炉温没有上升，可将上述过 程再重复一次，确保炉温上升。减量给料法就是炉温上升时，不要中断给料量， 且把给料量减到比正常时值低很多的水平，同时增加一次风量，减少二次风量， 维持2 3 分，观察炉温，如果温度停止上升，就要把给料量恢复到正常值，不要 等炉温下降时在增加给料量，以免引起炉温波动。 3 3 2 风量调节 一次风的主要作用是保证物料处于良好的流化状态，同时为燃料燃烧提供 部分氧气。基于这一点，一次风量不能低于运行中所需的最低风量。风量过低， 燃料不能正常流化，还可能造成结焦；风量过大，不仅会影响燃烧，而且炉膛下 部难以形成稳定燃烧的密相区，造成大量的稻壳灰损失，风机耗电大。因此必须 严格控制一次风量使其保持在良好的流化风量范围内。 一般运行