流化床鍋爐20080219PPT課件

1、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，一是能向爐內添加脫硫劑進行脫硫和吹加二次風進行富氧燃燒，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。 第1頁/共30頁二、流化床燃燒 （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，床層膨脹，空隙率增加，所以單位床層高度的壓降呈下降趨勢。 第

2、2頁/共30頁（二）各種流態(tài)化狀態(tài)的特征1. 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。床內顆粒運動已不限于局部地區(qū)，而在整個床內循環(huán)翻騰，床內形成由氣泡相（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) 這是一種不正常的流態(tài)化狀態(tài)，應避免。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，造成床面波

3、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)。 第3頁/共30頁3. 湍流床狀態(tài) 當流化速度增大到足夠高時，騰涌狀態(tài)結束，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。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

4、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，把單位時間內循環(huán)顆粒的質量與燃料消耗量的比值稱為循環(huán)倍率。 第4頁/共30頁三、流化床結構 流化床鍋爐燃燒設備主要由爐膛、布風裝置和風室組成，對循環(huán)床鍋爐，還有分離器和回料裝置兩大部分。 1. 爐膛 中國流化床鍋爐的爐膛結構形狀主

5、要有倒錐型和柱體型兩種。見下圖。 2. 布風裝置 中國流化床鍋爐采用布風裝置有風帽型和密孔板型兩種，其中采用最多的是風帽型。 見下圖。第5頁/共30頁第6頁/共30頁 （a）帶有帽頭的大風帽； （b）帶有帽頭的小風帽； （c）無帽頭的大風帽； （d）無帽頭的小風帽 （a） （b） （c） （d） 第7頁/共30頁 3. 風室 風室的作用使氣流均勻和壓力穩(wěn)定。常見有四種風室形式（前三種均流和穩(wěn)壓效果均不太理想，且阻力較大。用的最多的是等壓風室。 （a） 帶大風帽的底部進風風室；（b） 帶導流板的底部進風風室；（c） 帶分配管的側面進風風室；（d） 等壓風室第8頁/共30頁 布風板、風帽、隔熱層和

6、風室組合結構第9頁/共30頁四、循環(huán)流化床結構及特性 循環(huán)流化床鍋爐燃燒設備主要由爐膛、布風裝置、風室、分離器和回料裝置組成。 1. 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 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 高溫過濾器第10頁/共30頁 2. 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

7、務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； L 料腳主管第11頁/共30頁 3. 分離器 循環(huán)床鍋爐中的分離器可以布置在鍋爐出口，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)，在分離器內由于強烈湍動，可能有一些未燃盡炭粒繼續(xù)燃燒，因此高

8、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出現(xiàn)結渣，。但是分離器設在高溫區(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分離器，旋風筒有圓形和矩形兩種，排氣口常設在旋風筒體上部，也有設置在下部的下排氣口結構。第12頁/共30頁（a）圓筒形旋風分離器；（b）矩形筒旋風分離器；（c）下排氣口旋風分離器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 排灰口第13頁/共30頁五、流化床鍋

9、爐受熱面燃煤電站鍋爐煙、風、汽水系統(tǒng)圖第14頁/共30頁1234(a)65(b)(c)43(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第15頁/共30頁HHsA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 自然循環(huán)鍋爐蒸發(fā)受熱面 水冷壁第16頁/共30頁六、循環(huán)流化床鍋爐的工作原理第17頁/共30頁 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。燃燒所需的一次風和二次風通過鼓風機吹入空氣預熱器換熱，出來后分別從爐膛的底部和側墻送入爐膛，物料在爐膛內呈流態(tài)

10、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。未被分離的極細粒子隨煙氣進入尾部煙道，進一步對受熱面、空氣預熱器等放熱冷卻，經(jīng)除塵器后，由引風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

11、渣排除維持了爐膛的物料平衡。 第18頁/共30頁 煤質變化或加入石灰石均會改變爐內熱平衡，故燃用不同煤種的循環(huán)流化床鍋爐在設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，必須重新調節(jié)分段送風和床溫，使燃燒室適應新的煤種。 加入石灰石的目的，是為了在爐內進行脫硫。石灰石的主要化學成份是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等起化學反應，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

12、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，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。 第19頁/共30頁七、循環(huán)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，通過回料裝置再將其送回至爐膛底部，以提高燃燒效率，并保持爐內床料總量不變。 2. 由于粒子團的沉降和邊壁效應，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)圖第20頁/共30頁 轉狀向下運動，爐子中心則是相對較稀的氣固相向上流動，產(chǎn)生一個強烈的爐內循環(huán)運動，大大強化了爐內的傳熱和傳質過程，并使溫度場分布均勻。

13、3. 在循環(huán)流化床內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)流化床內顆粒運動的一個特點。第21頁/共30頁八、常見故障處理 （一）燃燒室結焦 燃燒室結焦是循環(huán)流化床鍋爐最常見的故障之一。結焦的原因較多，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鍵。 1. 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）在風機風門開度未變情況下，風室壓力增高，一次風機電流指示大幅擺動，然后驟然降低到正常時的3040%，一次風量指示降低50以上； c）引風機電流

14、減少； d）從流化室觀察孔看到，爐內流化情況惡劣，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； 第22頁/共30頁 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）結焦嚴重時，風道及風室明顯振動。 2. 原因 a）一次風機故障，風量驟然減少，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，而給風量較小，風煤比例不當； c）給煤機超速，造成給煤過多； d）風帽損壞造成局部物料不流化，結焦面積擴大； e）給煤顆粒太大，燃燒室內流化困難，爐床存在局部死區(qū)； f）料層太厚，未及時放灰。 3.

15、處理 a）停止引風機運行，切斷風系統(tǒng)，使燃燒室物料處于缺氧狀態(tài)，防止床溫繼續(xù)上升；第23頁/共30頁 b）如發(fā)現(xiàn)較早，可以在切斷風系統(tǒng)15min后，打開燃燒室門，將結焦塊狀物清除，將循環(huán)灰全部放掉； c）若物料層全部結焦，熱工狀態(tài)下清焦困難，應待鍋爐充分冷卻后進入流化室人工清焦，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 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)，所以需要鼓風把煤吹起來，鼓風形成正壓，引風形成負壓。鍋爐運行中，引風、鼓風、給煤的調節(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 a）運行時，爐膛負壓指示偏

16、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）在鼓風關閉的情況下，增大或減小引風控制門開度，爐膛負壓指示變化不明顯或根本沒有變化。 第24頁/共30頁 2. 原因 a）引風電機故障，轉速不夠； b）引風機控制門葉片脫落，或控制門電動執(zhí)行器故障； 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；引風機故障；爐墻開裂密封性較差。 3. 處理 a）設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，開啟引風機，從除塵塔檢查孔檢查有無正常引風，如引風較小，則煙囪口堵

17、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。 第25頁/共30頁 （三）反料終止 1. 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）爐膛負壓下降，甚至為0； d）返料溫度由800850，降至750以下。旋風返料器放灰困難或放不出灰。 2. 原因 a）旋風分離器下部返料器布風板上有異物； b）布風板上風帽堵塞、損壞或脫落； c）流化風風門未打開； d）爐內超溫，固體顆粒在返料器處超溫結焦。 3. 處理 a）壓火后，打開返料器的檢查門；第26頁/共30頁 b）對返料器進行檢查，若

18、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）對布風板和風帽進行檢查，有變形和堵塞及時進行處理。 （四）鍋爐突然滅火 1. 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 a）給煤機故障，突然停止運行； b）循環(huán)不正常，分離器內積灰太多，突然涌入爐膛； c）煤太濕，下煤斗下煤不暢。 3. 處理第27頁/共30頁 a）切斷給煤機煤源，用管子鉗咬動給煤機減速箱輸入油，判斷輸煤機內是否卡有異物或軸是否斷裂，如卡有異物，應一邊振動給煤機外殼，一邊反復轉動輸入軸，至異物轉入爐膛，如遇給煤機軸斷裂，應吊出減速箱，將軸燒焊處理，且應進行緊急放渣； b）延長儲煤干燥