锅炉及辅助设备结构和原理.ppt

1、晋江热电有限公司锅炉及主要辅助设备的结构和工作原理。循环流化床锅炉简介，我国电力工业是国民经济发展的基础产业，在我国，燃煤发电是主要的发电方式，因为燃煤发电会造成直接污染，尤其是SO2和NOX的排放。SO2的排放是酸雨的主要原因。为了通过改善炉膛燃烧技术来减少SO2和NOX的排放，我国从20世纪60年代开始研究循环流化床锅炉，90年代以后，与国外公司的联合研究取得了很大进展。目前循环流化床锅炉在我国已经成熟并得到广泛应用。流化床燃烧设备根据流体力学特性分为鼓泡流化床和循环流化床，根据工况分为常压流化床和加压流化床。循环流化床锅炉技术是一种高效、低污染、清洁的新型燃烧技术。20世纪70年代的能源

2、危机和越来越突出的环境保护问题促使人们推动了这种燃烧技术的发展。目前，大型循环流化床锅炉主要有三种类型。1.循环流化床锅炉简介，包括以德国鲁奇公司为代表的鲁奇型、以美国福斯特惠勒和芬兰阿尔斯通公司为代表的FWPyroflow型(两者合并)和德国巴布科克公司的Circofluid型。中国东方锅炉厂采用FW公司的焦流改进型循环流化床锅炉。北京BW锅炉厂采用德国巴布科克公司的结构和技术。哈尔滨锅炉厂有限公司(HBC)也与美国PPC和国内科研单位合作开发了自己的大型循环流化床锅炉。上海锅炉厂引进美国技术，消化吸收，设计制造了自己的循环流化床锅炉。由于国内主要锅炉制造商的参与，我国大型循环流化床技术已经

3、成熟。我公司配有两台DG-260/9.81-1锅炉，由东方锅炉厂设计生产，为环保型节能循环流化床锅炉，具有高温、高压、自然循环、单锅筒、单炉膛、半开放式布置。其次，循环流化床锅炉的概念，循环流化床锅炉是在鼓泡床锅炉的基础上发展起来的，因此鼓泡床的一些理论和概念可以应用于循环流化床锅炉。但是有很大的不同。早期的循环流化床锅炉流化速度快，因此被称为快速循环流化床锅炉。快速床的基本理论也可用于循环流化床锅炉。鼓泡床和快速床的基本理论已经研究了很长时间，并形成了一些理论。要了解循环流化床锅炉的原理，必须了解鼓泡床和快速床的理论，以及鼓泡床湍流床物料在各种状态下的动态特性、燃烧特性和传热特性。(1)流态

4、化：当有流体通过固体颗粒时，随着流体速度的逐渐增加，固体颗粒开始运动，固体颗粒之间的摩擦力变得越来越大。当流速达到一定值时，固体颗粒之间的摩擦力等于它们的重力，每个颗粒可以自由运动，所有固体颗粒都表现出类似于流体状态的现象。这种现象叫做流态化。对于液固流态化中的固体颗粒，颗粒在床层中均匀分布，称为“分散流态化”。对于由气体和固体流化的固体颗粒，气体不均匀地流过床层，固体颗粒被分成湍流运动的组，床层中的孔隙率随不同的位置和时间而变化。这种流化被称为“聚集”流化。循环流化床锅炉属于“附聚”流化。固体颗粒(床料)、流体(流化风)和完成流化过程的设备称为流化床。1.在由粒径均匀的颗粒组成的床中，当通过

5、固定床的气体流速很低时，床的压降随着风速的增加而成比例增加，当风速达到一定值时，如果床层由宽筛分颗粒组成，其特点是：在大颗粒移动之前，床层中的小颗粒已经部分流化，床层从固定床到流化床的解锁现象不明显，但经常出现分层流化现象。颗粒床从静态变为流化所需的最小速度称为临界流化速度。随着风速的进一步增加，床层压降几乎保持不变。循环流化床锅炉的一般流化速度是临界流化速度的23倍。2.影响临界流化速度的因素：(1)床层厚度对临界流化速度影响不大。(2)临界速度随着床层等效平均直径的增加而增加。(3)临界速度随着固体颗粒密度的增加而增加。(3)当流体的运动粘度增加时，临界速度降低：例如，当床温增加时，临界速

6、度降低。3.循环流化床锅炉的工作原理和特点。1.随着气流速度的增加，固体颗粒呈现出五种不同的流动状态：固定床、湍流流化床、快速流化床和气力输送。循环流化床处于湍流流化床和快速流化床阶段。固定床：在这种状态下，空气流过颗粒间隙，所有固体颗粒都处于静止状态。气泡流化床：当气流速度达到一定值时，静态床开始松动。当气流速度超过临界流化风速时，气泡会在床层中出现并不断上升，同时聚集成较大的气泡通过床层并破碎。整个材料层处于沸腾状态。鼓泡流化床有一个明显的界面，其上部是一个稀相区，包括从床面到流化床出口的区域，也称为自由空间或悬浮段。下部是密相区，也称为沸腾区。湍流流化床：随着气流速度继续上升到一定值，固

7、体颗粒开始流动，床界面逐渐消失，固体颗粒不断被带走，并以颗粒团的形式上下移动，导致高度返混。此时的气流速度是床料的最终速度。3.快速流化床循环流化床锅炉的工作原理和特点：当气流速度进一步增加时，固体颗粒被气流均匀带出床外。此时，气流速度大于固体颗粒的末端速度，床层中的颗粒浓度基本相等。床层中颗粒的浓度处于较高稀释度和较低浓度的状态。循环流化床上升段属于快速流化床。快速流化的主要特点是床层压降用于悬浮和输送颗粒并加速它们，单位高度的床层压降沿床高是恒定的。气力输送：分为密相气力输送和稀相气力输送。对于前者，床层中的颗粒浓度变薄并且上下均匀分布，并且床层每单位高度的压降沿着床层高度是恒定的。床层压

8、降随着空气流速的增加而减小。对于后者，床层压降随着气流速度的增加而增加。密相气力输送的典型特点是利用床内的压降来输送颗粒，克服气体、固体和壁面之间的摩擦。稀相气力输送中的床层压降主要由摩擦压降控制。从以上燃烧分类可以看出，链条炉排炉采用固定床燃烧方式，而煤粉炉采用最稀相悬浮燃烧方式。3.循环流化床锅炉的工作原理和特点。循环流化床的特点：一台典型的循环流化床锅炉的结构如图所示，其基本流程如下：煤和脱硫剂进入炉膛后，迅速被大量的惰性高温物质包围，点燃燃烧，同时进行脱硫反应，在上升的烟气流动作用下，向炉膛上部移动，将热量释放到水冷壁和炉膛内的其他受热面。在.之后(1)低温动力控制燃烧：由于循环流化床

9、燃烧温度水平较低，一般在850，900之间，其燃烧反应控制在动力燃烧区，大量固体颗粒强烈混合。在这种情况下，燃烧速度主要取决于化学反应速度，即取决于温度水平，并且物理因素不再是控制燃烧速度的主要因素。循环流化床燃烧的燃尽程度很高，其燃烧效率往往可达98%以上。(2)高速、高浓度、高通量固体物料的流化循环过程：循环流化床锅炉中的物料参与炉内循环和由炉、分离器和返料装置组成的外循环，整个燃烧过程和脱硫过程在这两个循环运动中逐渐完成。(3)高强度传热、传质和动量传递过程：在循环流化床锅炉中，可以人为改变锅炉中物料的循环量，以适应不同的燃烧条件。物料分离系统是循环流化床锅炉的结构特点，大量物料参与循环

10、，实现全炉可控燃烧过程，这是循环流化床锅炉区别于鼓泡流化床锅炉的基本特征，因为鼓泡流化床锅炉的燃烧主要发生在床层。因此，循环流化床锅炉燃烧必须具备三个条件：(1)既要保证一定的流体速度，又要保证物料的粒度合适，使床处于快速流动区。(2)应有足够的物料分离。(3)应进行物料退回，并采取适当措施保持物料平衡。(4)循环流化床锅炉与常规煤粉锅炉在结构和运行上的差异；(1)燃烧室底部的空气分布板，其主要功能是使流化空气均匀地流入床内，并使床料流化。对空气分布板的要求是空气分布板的压降越低越好。2.床料循环系统：由高温旋风分离器和飞灰回流装置组成，其功能是回收飞灰中粒径大、含碳量高的颗粒，并送回炉膛燃烧

11、。3.进入炉膛的煤粒很大。4.循环流化床锅炉与常规煤粉锅炉在结构和运行上的区别；4.循环灰参数对锅炉运行的影响：循环流化床锅炉运行时，单位时间循环灰量可高达单位时间燃煤量的2040倍。由于灰渣的热容量较大，循环灰渣对燃烧室下部的温度平衡有很大影响。循环流化床锅炉燃烧室下部一般装有防火带或根本没有受热面，煤粒燃烧产生的热量被烟气和循环灰带走。在煤粉锅炉中，煤粉燃烧产生的热量被烟气和工质带走。4.循环流化床锅炉与常规煤粉锅炉在结构和运行上的区别。在煤粉锅炉中，蒸发受热面的出力主要取决于炉膛温度，而在循环流化床锅炉中，温度基本不随负荷变化，运行中烟气携带的飞灰颗粒数量成为影响蒸发受热面的重要因素。因

12、此，循环流化床锅炉可以从热平衡和飞灰循环比两个方面调节锅炉负荷。5.控制系统要求高。由于循环流化床锅炉的流化条件和燃烧过程比煤粉锅炉复杂，并且有飞灰循环，因此其控制系统比同等容量的煤粉锅炉有更高的要求。5.目前循环流化床锅炉存在的主要问题；1.炉膛、分离器和回流装置之间的膨胀和密封问题。由于流化床表面附着了一层厚的耐磨材料和隔热材料，各部分的加热时间和程度并不完全一致5.循环流化床锅炉目前存在的主要问题；3.粉煤灰中碳含量高的问题。对于循环流化床，底渣含碳量较低，但由于最佳脱硫温度的限制，飞灰含碳量相对较高。4.N2O排放量相对较高。流化床燃烧技术能有效抑制氮氧化物和二氧化硫的排放，但流化床内

13、的低温燃烧是产生N2O的主要原因。5.辅助功率率高。由于循环流化床锅炉具有布风板、分离器结构和负荷层，烟气风阻远大于煤粉锅炉，相应的通风电耗也较高。目前循环流化床锅炉存在的主要问题是，氧化亚氮，无色甜气，又称笑气，是一种化学式为N2O的氧化剂，在一定条件下可以助燃，但在室温下稳定，有轻微的麻醉作用，能使人发笑，可溶于水、乙醇、乙醚和浓硫酸。英国化学家汉弗莱大卫在1799年发现了它的麻醉效果。这种气体用于牙科手术的早期麻醉。应该注意的是，一氧化二氮是一种强有力的温室气体，其影响是二氧化碳的296倍。注意不要将一氧化二氮与其他氮氧化物混淆，如二氧化氮、二氧化氮和一氧化氮。一氧化二氮与沸腾蒸发的碱金

14、属反应会产生一系列亚硝酸盐。在高温下，一氧化二氮也能氧化有机物。循环流化床锅炉的结构由一个膜式壁、两个蒸汽冷却旋风分离器和一个由蒸汽冷却壁覆盖的尾轴组成。6.循环流化床锅炉结构，炉膛设有板式受热面：四块过热器管板和三块水冷蒸发板。锅炉设有四个给煤装置和两个石灰石给料口，均位于锅炉前方，在前壁水冷壁下部沿宽度方向均匀分布。炉膛底部是水冷壁弯头构成的水冷风室，水冷风室后面有两个风道点火器，每个都装有高能点火油燃烧器。风室底部设有四根219排渣管。6.循环流化床锅炉结构，炉膛与尾轴之间设置两个蒸汽冷却旋风分离器，每个旋风分离器下方设置一个J阀给料器。尾轴内自上而下依次设有高温过热器、低温过热器、省煤

15、器和水平空气预热器。过热器系统配有两级喷水减温器。整个锅炉对称布置并支撑在锅炉钢架上。锅炉钢架是一个两侧有辅助柱的空间桁架。循环流化床锅炉旋风分离器的结构旋风分离器是循环流化床锅炉的核心部件之一。其主要功能是从炉膛出口的气流中分离出大量高温固体物料。通过返料装置送回炉膛，保持燃烧室的快速流化状态，燃料剂和脱硫剂循环多次，反复燃烧反应。1旋风分离器的类型目前，有许多类型的旋风分离器。根据不同的使用条件，分离器可分为三类：高温分离器、中温分离器和低温分离器。高温旋风分离器可分为六个部分：循环流化床锅炉结构；(1)高温旋风分离器由绝热材料制成，分离器内有耐磨层和绝热层。这种类型的分离装置占已经运行和

16、正在建造的循环流化床分离装置的绝大多数。这种分离器广泛应用于小型流化床锅炉，运行相对稳定。然而，这种旋风分离器尺寸较大，这受到旋风分离器最大尺寸的限制。此外，旋风分离器工作温度高，耐火隔热材料厚，启动时间长，热损失较大。如果燃烧组织不好，旋风分离器会发生二次燃烧。6.循环流化床的结构6.循环流化床锅炉结构2。我公司旋风分离器设有两个旋风入口烟道，上部为圆柱形，下部为圆锥形。烟气出口是一个圆柱形钢板，形成一个开口端的圆筒，其长度几乎延伸到旋风筒的一半。细颗粒和烟气先向下流到筒体底部，然后向上离开旋风分离器，粗颗粒落入与旋风分离器直接相连的J阀给料器提升管。6.循环流化床锅炉结构。旋风分离器为膜式壁覆盖过热器结构。顶部和底部与环形集管相连，壁管在顶部向内弯曲，从而在旋风管和烟气出口筒之间形成密封结构。在旋风分离器内部流动的冷却介质是由旋风分离器入口烟道的加热表面加热的过热蒸汽。过热蒸汽通过蒸汽导管由旋风分离器入口烟道受热面的出口集管引至旋风分离器的下环形集管，经缠绕在分离器上的200 42根管子加热后，再引至上环形集管，然后通过蒸汽导管进入侧壁过热器。旋风