循环流化床锅炉设计原理

1、循环流化床锅炉设计原理循环流化床锅炉设计原理清华大学 热能工程系岳光溪 吕俊复100084Tel:62781559 62781743一 循环流化床锅炉设计的一般考虑n炉型选择n预备性计算n锅炉效率计算n脱硫计算及石灰石脱硫热效应和烟气量变化n空气平衡计算n燃料及石灰石计算整体布置na-形 b-M形 c-倒背锅形 d-半塔形 e-改良形 f-紧凑型组成部分循环回路循环回路：n炉膛炉膛n气固分离器气固分离器n固体粒子回送装置固体粒子回送装置n外部热交换器。外部热交换器。尾部烟道：尾部烟道：n再热器再热器n过热器过热器n省煤器省煤器n 空气预热器空气预热器效率估算n1 q2的计算n石灰石脱硫对烟气量

2、的影响n过量空气系数n2 q3的考虑-0n3 q4的计算-灰渣比/灰渣含碳量n灰渣比-排渣份额 Aarapz100n石灰石脱硫对烟气量的影响n4 q5的计算-散热面积与温度-DINn5 q6的计算-灰渣比/渣温Tpz=Tb-54oCn6 q7(脱硫热效应)的计算n7 q8(电机增益)的计算无 烟 煤 、 贫 煤 、 低 质 烟 煤 烟 煤 、 褐 煤 1.201.25 1.151.20 循环流化床锅炉的燃烧效率循环流化床锅炉的燃烧效率n燃烧效率燃烧效率典型床温控制在典型床温控制在850900飞灰再循环飞灰再循环01020300246单位热值的可燃基挥发分( % / M J )飞灰含碳量( %

3、)较高温度较低温度循环流化床锅炉的热风温度n目的-降低排烟温度-锅炉效率3.6 循循环环流流化化床床锅锅炉炉的的热热风风温温度度 给水温度() 104 150 215 240 一次风 20180 100200 150250 200300 热风温度() 二次风 20180 150250 150150 200300 燃料及石灰石粒度要求0 20 40 60 80 100 0 3 6 9 12 15 size di/mm accumulated percent % 1-Anthracite or lean coal 2-Bituminous 3-Lignite 1 2 3 0 20 40 60 80

4、 100 0 400 800 1200 1600 2000 size di/m accumulated percent % 1-Up limited 2-Conmmeded curve 2-Lower limited 1 2 3 启动床料的要求0255075100012345颗粒粒径 di/mm累积份额 Wi/%二 炉膛设计n空塔速度5.0m/s压力温度修正后n高度-受热面布置/燃烧效率n分离器数量-成双布置n宽度深度比-1.82.2炉膛形状 a b 循环床锅炉两种不同的炉膛设计循环床锅炉两种不同的炉膛设计 a-等截面变风速 b-变截面等风速 燃料 脱硫剂 循环物料 二次风 二次风 燃料 脱硫

5、剂 循环物料 二次风 二次风 一次风 一次风 底部设计底部设计-1底部设计底部设计-2循环流化床锅炉一次风比例循环流化床锅炉一次风比例 Vdaf (%) 一次风比例n贫煤或无烟煤 40 50布风板 水冷布风板 下炉膛敷设耐火材料 喷嘴 风帽1 风帽2 燃烧室高度选择燃烧室高度选择 循环流化床锅炉燃烧室高度 锅炉容量 kg/s 煤种 9.727 20.83 36.11 61.11 113.9 186.1 274.2 烟煤 15 20 25 29 34 39 50 褐煤 14 18 24 28 30 37 47 备注 2 2 2 2 2 2 2 注：1 适于鼓泡床 2 适于循环流化床 水冷壁传热水

6、冷壁传热燃烧室受热面传热燃烧室受热面传热l 物料浓度物料浓度-固体颗粒固体颗粒l 燃烧室的温度燃烧室的温度l 近壁区贴壁下降流近壁区贴壁下降流l 粒径粒径l 受热面的结构尺寸受热面的结构尺寸1ds边壁流炉膛水冷壁传热问题n相同条件下传热系数 面积系数 面积利用率n51-75.2153.694.09998.11n51-80150.090.75697.68n51-100143.980.278100.28n60-78163.9101.58100.61n60-80161.6100100n60-100147.687.67497.93n60-105145.985.32698.26炉内受热面 启动燃烧器床上

7、点火 向向下下倾倾斜斜的的启启动动油油燃燃烧烧器器 空气 油 启动燃烧器床下点火 三 循环系统的设计分离器分离器1分离器分离器2阀体的设计阀体的设计燃料炉膛高压风BL1DECa lf aFL2T2T1T3回灰点设计 给煤点的选择 四 对流受热面的设计n烟气速度n工质速度n磨损-传热-积灰 n受热面的优化错列/顺列对流受热面烟气流速范围 受热面名称所处烟气温度烟气速度过热器、再热器7009007.512 m/s过热器、再热器50070069m/s省煤器450600710m/s省煤器30045069m/s空气预热器(空气走管内)250400610m/s空气预热器(空气走管内)10025069m/s

8、空气预热器(烟气走管内)250400713m/s空气预热器(烟气走管内)100250712m/s尾部受热面的传热循环流化床锅炉的尾部对流受热面热有效系数或空气预热器利用系数 有无吹灰 受热面名称 所处烟气温度 烟气速度 有 无 过热器、再热器 700900 7.512 m/s 0.720.84 0.700.83 过热器、再热器 500700 69m/s 0.710.82 0.70.80 省煤器 450600 710m/s 0.620.67 0.600.64 省煤器 300450 69m/s 0.600.65 0.580.61 空气预热器(空气走管内) 250400 610m/s 0.580.6

9、3 0.560.59 空气预热器(空气走管内) 100250 69m/s 0.550.61 0.540.60 空气预热器(烟气走管内) 250400 713m/s 0.750.82 0.720.80 空气预热器(烟气走管内) 100250 712m/s 0.730.80 0.700.78 过热器、再热器的管壁温度计算时，灰污系数取为0.002m2/W。 五 分离器作用的分析n鼓泡流化床或湍流床和气力输送叠加的鼓泡流化床或湍流床和气力输送叠加的燃烧技术燃烧技术n处于鼓泡床和气力输送燃烧之间处于鼓泡床和气力输送燃烧之间循环流化床的内外循环 800900 46m/s 烟气 800900 空气 燃料

10、石灰石 空气 循环流化床气固两相流性质n物料浓度分布 贴壁流n形成浓度分布是有条件的 分离器 回送装置 物料来源n 浓度分布是有意义的 循环流化床燃烧技术的发展历程n国外nLurgi / Alhstrom / EVT / AEE / AlstomnFoster Wheeler nDeutsche Babcock n国内n大量的鼓泡床经验n带飞灰再燃的鼓泡床n误区-“鼓泡床拉拉长” 烟气 分离器 提升部分 分离部分 物料回送部分给煤 料腿 床层 回料阀空气 排渣 图图 2-10 循循环环流流化化床床锅锅炉炉的的构构成成 发展经历决定了对分离器的理解n高效分离旋风分离器n简易分离高效补偿n简易分离

11、无补偿-带埋管改进型鼓泡床n简易分离无补偿不带埋管-出力不足n出力不足 烟气 分离器 提升部分 分离部分 物料回送部分给煤 料腿 床层 回料阀空气 排渣 图图 2-10 循循环环流流化化床床锅锅炉炉的的构构成成 分离器作用的一般认识n对分离效果的认识误区n燃烧效率n磨损等n的分析全部归结到分离器分离器作用的一般理解n同时存在的对分离效果的认识误区n燃烧效率n磨损等n的分析全部归结到分离器循环流化床锅炉燃烧过程的描述n气泡存在的客观性及必要性颗粒循环的动力循环流化床锅炉燃烧过程的分析n气固两相流动过程 800900 46m/s 烟气 800900 空气 燃料 石灰石 空气 循环流化床气固两相流分

12、布特点分离器对燃烧过程的影响物料循环对床温的平衡作用低温回灰中温回灰高温回灰床料分析n100-300 m；46m/s；n外加床料，多采用沙子或外加灰；外加床料，多采用沙子或外加灰；n少量的细粉燃料；少量的细粉燃料；n新添入的和已经失效的脱硫剂；新添入的和已经失效的脱硫剂；n煤里自身的灰份。煤里自身的灰份。循环系统保存效率对于单一粒径颗粒均应有一个平衡关系Gin(i) = Gout(i)+ F(i) E(i)*X(i)*(1-hi)= F(i)以夹带物料流为基, 分离器效率为 hi =1- F(i) /E(i)*X(i)定义排渣效率为:hoi= 1- Gout(i) /E(i)*X(i)系统对物

13、料i的保存效率为:hi= 1- Gout(i)+F(i) /E(i)*X(i) = hoi+ hi-1Gin(i)Gout(i)F(i)X(i)E(i)*X(i)Gin(i)Gout(i)F(i)X(i)E(i)*X(i)分离器不同对飞灰粒径分布的影响00.40.81.21.60150300450600颗粒粒径di/m分布频率 Pifa/%m-11#2#3#4#5#6#7#飞灰及其中碳的形成过程分析0 4 8 12 渣 一电场 二电场 三电场 四电场 样品名称 烧失量 Cfa/% dcoaldTimeFragmentation 循环流化床锅炉用的气固分离器n颗粒尺寸与分离器颗粒尺寸与分离器l 切割粒径切割粒径l 分级分离效率分级分离效率l 总分离效率总分离效率l 粒径分布粒径分布分离器对循环流化床锅炉燃烧效率的影响贫氧区的存在 二次风 二次风 贫氧区 0 10 20 30 40 0 50 100 150 200 250 颗粒直径 m D B 飞灰含碳量分布 % (c) 分离器对飞灰含碳量的影响分离器对飞灰含碳量的影响燃烧中大颗粒失活过程磨耗循环流化床锅炉的燃烧效率循环流化床锅炉的燃烧效率n燃烧效率