流化床鍋爐20080219

1、流化床鍋爐 一、概述 我國研究開發(fā)沸騰燃燒鍋爐始于六 十年代，至今已有三十年的發(fā)展歷 史，研制沸騰鍋爐有兩個主要目的， 一是能向爐內(nèi)添加脫硫劑進行脫硫 和吹加二次風(fēng)進行富氧燃燒，有效 地降低煙氣中SOX和NOX的排放， 具有顯著的環(huán)保效益，二是沸騰床 燃燒的燃料是適用性極好的，可以 燃用常規(guī)鍋爐所不能燃燒的劣質(zhì)燃 料，為充分利用低值能源開辟了新 的途徑，具有顯著的節(jié)能效益。 二、流化床燃燒流化床燃燒 （一）流態(tài)化原理（一）流態(tài)化原理 流態(tài)化經(jīng)歷的幾種不同狀態(tài)， 是以不同流化速度（指床層 中的空截面流速）下的床層 阻力特性為特征的。當床層 中的空截面流速（流化速度） 大于臨界流化速度時，床層 膨

2、脹，空隙率增加，所以單 位床層高度的壓降呈下降趨 勢。 （二）各種流態(tài)化狀態(tài)的特征（二）各種流態(tài)化狀態(tài)的特征 1. 鼓泡床狀態(tài)鼓泡床狀態(tài) 流化速度大于臨界流化速度時，床層膨脹，床面高度和空隙率都 明顯增大。床內(nèi)顆粒運動已不限于局部地區(qū)，而在整個床內(nèi)循環(huán)翻 騰，床內(nèi)形成由氣泡相（含顆粒很少）和乳化相（充滿顆粒的密相） 組成的兩相狀態(tài)。此時，有明顯的床層分界面，但界面有波動。一 般，保證鼓泡床內(nèi)良好流化狀態(tài)的流化速度約為臨界流化速度的 3.54.5倍，床層高度與靜止料層高度之比約為2。 2. 騰涌床狀態(tài)騰涌床狀態(tài) 這是一種不正常的流態(tài)化狀態(tài)，應(yīng)避免。其特征在于氣泡聚合長 大，甚至占據(jù)床層中的整個截

3、面而形成大氣泡層，把顆粒推到床層 表面上。到某一位置時，由于壓力下降，氣泡層破裂崩潰。循環(huán)重 復(fù)，造成床面波動起伏十分劇烈，床層壓降極不穩(wěn)定。一般在床徑 小，床層厚的鼓泡床中，當流化速度增加時容易出現(xiàn)騰涌狀態(tài)。 3. 湍流床狀態(tài)湍流床狀態(tài) 當流化速度增大到足夠高時，騰涌狀態(tài)結(jié)束，床層壓力波動減小并趨于 比較平穩(wěn)，流化床進入湍流床狀態(tài)。其主要特征在于，床層中氣泡相的尺 寸不再隨氣速的增加而聚合長大，只是不斷增多氣泡的數(shù)量和分布密度。 床層界面模糊，爐內(nèi)形成上部顆粒濃度小的稀相區(qū)和下部顆粒濃度大的密 相區(qū)。湍流床和鼓泡床狀態(tài)下，其流化速度都處臨界流化速度和顆粒帶出 速度的范圍內(nèi)。 4. 快速床狀態(tài)

4、快速床狀態(tài) 當流化速度大于顆粒帶出速度后，大量顆粒被帶出燃燒室，并隨著氣流 速度的增加，顆粒帶出量增大，可以說顆粒和氣流全部充滿了整個爐膛空 間。流化床中已不存在定型的氣泡相，只是部分顆粒均勻分布在氣流中形 成稀的連續(xù)相，其余顆粒呈絮團狀懸浮在連續(xù)的稀相中，爐膛上部和下部 的顆粒濃度差別顯著減少。上部為濃度均勻的稀相區(qū)，下部為密相區(qū)，密 相區(qū)中心部分為氣固兩相垂直向上流動，四周環(huán)形區(qū)為向下反流。為了維 持快速床狀態(tài)，必須把帶出的顆粒收集起來，再送回快速床內(nèi)循環(huán)運動， 這就是循環(huán)流化床。在循環(huán)流化床鍋爐中，把單位時間內(nèi)循環(huán)顆粒的質(zhì)量在循環(huán)流化床鍋爐中，把單位時間內(nèi)循環(huán)顆粒的質(zhì)量 與燃料消耗量的比

5、值稱為循環(huán)倍率與燃料消耗量的比值稱為循環(huán)倍率。 三、流化床結(jié)構(gòu)流化床結(jié)構(gòu) 流化床鍋爐燃燒設(shè)備主要 由爐膛、布風(fēng)裝置和風(fēng)室組 成，對循環(huán)床鍋爐，還有分 離器和回料裝置兩大部分。 1. 爐膛爐膛 中國流化床鍋爐的爐膛結(jié) 構(gòu)形狀主要有倒錐型和柱體 型兩種。見下圖。 2. 布風(fēng)裝置布風(fēng)裝置 中國流化床鍋爐采用布風(fēng) 裝置有風(fēng)帽型和密孔板型兩 種，其中采用最多的是風(fēng)帽 型。 見下圖。 （a）帶有帽頭的大風(fēng)帽； （b）帶有帽頭的小風(fēng)帽； （c）無帽頭的大風(fēng)帽； （d）無帽頭的小風(fēng)帽 （a） （b） （c） （d） 3. 風(fēng)室風(fēng)室 風(fēng)室的作用使氣流均勻和壓力穩(wěn)定。常見有四種風(fēng)室形式（前三種 均流和穩(wěn)壓效果均不

6、太理想，且阻力較大。用的最多的是等壓風(fēng)室。 （a） 帶大風(fēng)帽的底部進風(fēng)風(fēng)室；（b） 帶導(dǎo)流板的底部進風(fēng)風(fēng)室； （c） 帶分配管的側(cè)面進風(fēng)風(fēng)室；（d） 等壓風(fēng)室 布風(fēng)板、風(fēng)帽、隔熱層和風(fēng)室組合結(jié)構(gòu) 四、循環(huán)流化床結(jié)構(gòu)及特性流化床結(jié)構(gòu)及特性 循環(huán)流化床鍋爐燃燒設(shè)備主 要由爐膛、布風(fēng)裝置、風(fēng)室、 分離器和回料裝置組成。 1. 基本型式基本型式 （a） 帶外置式鼓泡床冷灰器 的循環(huán)床鍋爐（MSFB型） （b） 無外置式鼓泡床冷灰器， 帶高溫分離器的循環(huán)床鍋爐 （c） 無外置式鼓泡床冷灰器， 帶中溫分離器的循環(huán)床鍋爐 （Circofluid型） （d） 壓力循環(huán)流化床鍋爐 1 爐膛；2 高溫分離器；3

7、中溫分離器；4 回料器； 5 受熱面；6 外置式鼓泡床冷灰器；7 立管（料腿）； 8 屏式受熱面；9 高溫過濾器 2. 回料裝置回料裝置 回料裝置中最重要的部件 是回料閥，有四種基本型式， 回料裝置的任務(wù)是把分離器 收集下來的飛灰顆粒送入爐 膛循環(huán)燃燒，同時要防止爐 膛的煙氣經(jīng)回料裝置短路進 入分離器。 A、 L閥回料器 B、 J閥回料器 C、 U閥回料器 D、 流化床式閥 各種閥見右圖 （a）L閥回料器；（b）J閥回料器； （c）U閥回料器；（d）流化床式閥 a 流化空氣； b 回料進入燃燒室； C 來自分離器的顆粒； t 輸送風(fēng)； L 料腳主管 3. 分離器分離器 循環(huán)床鍋爐中的分離器可以

8、布置在鍋爐出口，其煙溫為800左右， 所以稱為高溫分離器。也可以布置在過熱器后，此時分離器入口煙溫 約為350500，稱中溫分離器。前者處于高溫區(qū)，在分離器內(nèi)由于 強烈湍動，可能有一些未燃盡炭粒繼續(xù)燃燒，因此高溫分離器工作條 件比較惡劣，對灰熔點不高的煤可能在分離器內(nèi)出現(xiàn)結(jié)渣，。但是分 離器設(shè)在高溫區(qū)，對對流受熱面的飛灰磨損有較好的保護作用，常用 于2540的高倍率循環(huán)爐上。中溫分離器的溫度較低，工作條件改善， 但其前面的對流受熱面磨損嚴重，用于低循環(huán)倍率（小于20）的循環(huán) 鍋爐上。 目前最常用的分離器是旋風(fēng)分離器，旋風(fēng)筒有圓形和矩形兩種，排 氣口常設(shè)在旋風(fēng)筒體上部，也有設(shè)置在下部的下排氣口結(jié)

9、構(gòu)。 （a）圓筒形旋風(fēng)分離器；（b）矩形筒旋風(fēng)分離器；（c）下排氣口旋風(fēng)分離器 1 氣固兩相流進口； 2 上排氣口； 3 園筒體； 4 矩形斷面筒體； 5 下排氣口； 6 排灰口 五、流化床鍋爐受熱面流化床鍋爐受熱面 燃煤電站鍋爐煙、風(fēng)、汽水系統(tǒng)圖 1 2 3 4 (a) 6 5 (b)(c) 4 3 (a)光管； (b)鰭片管焊成的膜式水冷壁；(c) 用邊鋼焊 成的膜式水冷壁 爐膛水冷壁管的型式 H Hs A 熱負荷 給水 汽包 Hq 汽水分離器 蒸汽出口 下 降 管 上 升 管 下集箱 蒸發(fā)受熱面循環(huán)回路示意圖 自自 然然 循循 環(huán)環(huán) 鍋鍋 爐爐 蒸蒸 發(fā)發(fā) 受受 熱熱 面面 水水 冷冷

10、壁壁 六、循環(huán)流化床鍋爐的工作原理循環(huán)流化床鍋爐的工作原理 循環(huán)流化床鍋爐工作原理循環(huán)流化床鍋爐工作原理 煤和脫硫劑被送入爐膛后，迅速被爐膛內(nèi)存在的大量惰性高溫物料 （床料）包圍，著火燃燒。燃燒所需的一次風(fēng)和二次風(fēng)通過鼓風(fēng)機吹 入空氣預(yù)熱器換熱，出來后分別從爐膛的底部和側(cè)墻送入爐膛，物料 在爐膛內(nèi)呈流態(tài)化沸騰燃燒。在上升氣流的作用下向爐膛上部運動， 對水冷壁和爐內(nèi)布置的其他受熱面放熱。大顆粒物料被上升氣流帶入 懸浮區(qū)后，在重力及其他外力作用下不斷減速偏離主氣流，并最終形 成附壁下降粒子流，被氣流夾帶出爐膛的固體物料在氣固分離裝置中 被收集并通過返料裝置送回爐膛循環(huán)燃燒直至燃盡。未被分離的極細

11、粒子隨煙氣進入尾部煙道，進一步對受熱面、空氣預(yù)熱器等放熱冷卻， 經(jīng)除塵器后，由引風(fēng)機送入煙囪排入大氣。 燃料燃燒、氣固流體對受熱面放熱、再循環(huán)灰與補充物料及排渣的 熱量帶入與帶出，形成熱平衡，使爐膛溫度維持在一定溫度水平上。 大量的循環(huán)灰的存在，較好的維持了爐膛的溫度均化性，增大了傳熱。 而燃料成灰、脫硫與補充物料以及粗渣排除維持了爐膛的物料平衡。 煤質(zhì)變化或加入石灰石均會改變爐內(nèi)熱平衡，故燃用不同煤種的循 環(huán)流化床鍋爐在設(shè)計及運行方面都有不同程度的差異。循環(huán)流化床鍋 爐在煤種變化時，會對運行調(diào)節(jié)帶來影響。試驗表明，各種煤種的燃 盡率差別極大，在更換煤種時，必須重新調(diào)節(jié)分段送風(fēng)和床溫，使燃 燒

12、室適應(yīng)新的煤種。 加入石灰石的目的，是為了在爐內(nèi)進行脫硫。石灰石的主要化學(xué)成 份是CaO,而煤粉燃燒后產(chǎn)生的SO2、SO3等，若直接通過煙囪排入大 氣層，必然會造成污染。加入石灰石后，石灰石中的CaO與煙氣中的 SO2、SO3等起化學(xué)反應(yīng)，生成固態(tài)的CaSO3 、CaSO4（即石膏）， 從而減少了空氣中的硫酸類的酸性氣體的污染。另外，由于流化床鍋 爐的燃燒溫度被控制在800900范圍內(nèi)，煤粉燃燒后產(chǎn)生的NOx氣 體也會大大減少硝酸類酸性氣體。 七、循環(huán)流化床的特點流化床的特點 1. 循環(huán)流化床和鼓泡 床的主要區(qū)別是在爐膛 出口處安裝一個高效分 離器，將被氣流帶出爐 膛的顆粒分離出來，通 過回料

13、裝置再將其送回 至爐膛底部，以提高燃 燒效率，并保持爐內(nèi)床 料總量不變。 2. 由于粒子團的沉降 和邊壁效應(yīng)，循環(huán)流化 床中氣固流動形成近爐 壁處很濃的粒子團以旋 循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)圖 轉(zhuǎn)狀向下運動，爐子中心則是相對較稀的氣固相向上流動，產(chǎn)生一個 強烈的爐內(nèi)循環(huán)運動，大大強化了爐內(nèi)的傳熱和傳質(zhì)過程，并使溫度 場分布均勻。 3. 在循環(huán)流化床內(nèi)布置的水冷壁恰好處于固體粒子團向下運動的區(qū)域， 顆粒濃度高但流動速度較慢，傳熱仍然很強卻又可減輕水冷壁的磨損。 4. 固體顆粒的聚集和團聚作用，是循環(huán)流化床內(nèi)顆粒運動的一個特點。 八、常見故障處理 （一）燃燒室結(jié)焦（一）燃燒室結(jié)焦 燃燒室結(jié)焦是循環(huán)流化床鍋

14、爐最常見的故障之一。結(jié)焦的原因較多， 如何及早發(fā)現(xiàn)，及時進行處理，是確保鍋爐正常運行的關(guān)鍵。 1. 現(xiàn)象現(xiàn)象 a）流化室所有溫度指標超過1000，爐膛中、上部煙溫及煙道煙溫 均大幅上升； b）在風(fēng)機風(fēng)門開度未變情況下，風(fēng)室壓力增高，一次風(fēng)機電流指示 大幅擺動，然后驟然降低到正常時的3040%，一次風(fēng)量指示降低 50以上； c）引風(fēng)機電流減少； d）從流化室觀察孔看到，爐內(nèi)流化情況惡劣，局部或大面積火焰呈 白色；在未增加給煤量時，負荷卻驟然增加。氧量指示降低，甚至降 為0，爐膛壓差消失； e）分離器及返料器溫度均升至1000以上； f）放灰、渣困難，甚至排不出渣； g）結(jié)焦嚴重時，風(fēng)道及風(fēng)室明顯

15、振動。 2. 原因原因 a）一次風(fēng)機故障，風(fēng)量驟然減少，造成煤在燃燒室中無法充分沸騰， 流化不良或完全不流化； b）加入煤過多，而給風(fēng)量較小，風(fēng)煤比例不當； c）給煤機超速，造成給煤過多； d）風(fēng)帽損壞造成局部物料不流化，結(jié)焦面積擴大； e）給煤顆粒太大，燃燒室內(nèi)流化困難，爐床存在局部死區(qū)； f）料層太厚，未及時放灰。 3. 處理處理 a）停止引風(fēng)機運行，切斷風(fēng)系統(tǒng)，使燃燒室物料處于缺氧狀態(tài)，防 止床溫繼續(xù)上升； b）如發(fā)現(xiàn)較早，可以在切斷風(fēng)系統(tǒng)15min后，打開燃燒室門，將結(jié)焦塊 狀物清除，將循環(huán)灰全部放掉； c）若物料層全部結(jié)焦，熱工狀態(tài)下清焦困難，應(yīng)待鍋爐充分冷卻后進入 流化室人工清焦，

16、并對返料器全面檢查清理后方可再次點火啟動。 （二）爐膛負壓產(chǎn)生困難（二）爐膛負壓產(chǎn)生困難 由于流化床鍋爐運行時，燃煤需處于沸騰狀態(tài)，燃燒充分的優(yōu)點才能 得以實現(xiàn)，所以需要鼓風(fēng)把煤吹起來，鼓風(fēng)形成正壓，引風(fēng)形成負壓。 鍋爐運行中，引風(fēng)、鼓風(fēng)、給煤的調(diào)節(jié)需保持動態(tài)的平衡，爐膛頂部負 壓需控制在0一1kPa之間。 1. 現(xiàn)象現(xiàn)象 a）運行時，爐膛負壓指示偏小，甚至為0或正壓； b）爐膛負壓嚴重不良時，煙塵從爐墻縫隙噴出； c）在鼓風(fēng)關(guān)閉的情況下，增大或減小引風(fēng)控制門開度，爐膛負壓指示變 化不明顯或根本沒有變化。 2. 原因原因 a）引風(fēng)電機故障，轉(zhuǎn)速不夠； b）引風(fēng)機控制門葉片脫落，或控制門電動執(zhí)行

17、器故障； c）由于鍋爐采用水膜除塵，除塵塔進口煙塵容易堆積造成嚴重堵塞； d）煙囪清灰不及時造成堵塞；引風(fēng)機故障；爐墻開裂密封性較差。 3. 處理處理 a）設(shè)備故障引起的爐膛負壓不良，判斷比較直觀，有針對性的處理即可； b）如遇堵塞故障或爐墻密封不嚴，則需采取逐一判斷的方法，開啟引風(fēng) 機，從除塵塔檢查孔檢查有無正常引風(fēng)，如引風(fēng)較小，則煙囪口堵塞的 可能性較大，反之，除塵塔進口堵塞的可能性較大，在使用中，除塵塔 進口堵塞的頻率較高。 （三）反料終止（三）反料終止 1. 現(xiàn)象現(xiàn)象 a）帶負荷困難，采取種種措施僅能保持額定負荷的20左右； b）床溫難以控制，稍增給煤，床溫上升很快，難以穩(wěn)定； c）爐

18、膛負壓下降，甚至為0； d）返料溫度由800850，降至750以下。旋風(fēng)返料器放灰困難或放 不出灰。 2. 原因原因 a）旋風(fēng)分離器下部返料器布風(fēng)板上有異物； b）布風(fēng)板上風(fēng)帽堵塞、損壞或脫落； c）流化風(fēng)風(fēng)門未打開； d）爐內(nèi)超溫，固體顆粒在返料器處超溫結(jié)焦。 3. 處理處理 a）壓火后，打開返料器的檢查門； b）對返料器進行檢查，若有異物或焦塊，用工具打碎并將其取出，打開 渣管將灰全部放掉； c）對布風(fēng)板和風(fēng)帽進行檢查，有變形和堵塞及時進行處理。 （四）鍋爐突然滅火（四）鍋爐突然滅火 1. 現(xiàn)象現(xiàn)象 a）流化室溫度驟然下降； b）各點煙溫均大幅下降； c）從流化室觀察孔看到物料層呈暗色或發(fā)黑無亮度。 2. 原因原因 a）給煤機故障，突然停止運行； b）循環(huán)不正常，分離器內(nèi)積灰太多，突然涌入爐膛； c）煤太濕，下煤斗下煤不暢。 3. 處理處理 a）切斷給煤機煤源，用管子鉗咬動給煤機減速箱輸入油，判斷輸煤機內(nèi) 是否卡有異物或軸是否斷裂，如卡有異物，應(yīng)一邊振動給煤機外殼，一 邊反復(fù)轉(zhuǎn)動輸入軸，至異物轉(zhuǎn)入爐膛，如遇給煤機軸斷裂，應(yīng)吊出減速 箱，