循環(huán)流化床爐內(nèi)傳熱與燃燒.ppt

1、主講：李加護(hù),循環(huán)流化床 鍋爐設(shè)備及運行,單位：華北電力大學(xué)能源與動力工程學(xué)院 電話15032236099 QQ： 7954452 Email: ,第一節(jié) 流化床鍋爐的爐內(nèi)傳熱 第二節(jié)循環(huán)流化床中煤料的燃燒過程 第三節(jié)循環(huán)流化床中的燃燒份額 第四節(jié) 流化床燃燒效率問題,第四章 循環(huán)流化床爐內(nèi)傳熱與燃燒,第一節(jié) 流化床鍋爐的爐內(nèi)傳熱,循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)的傳熱是與燃燒同時發(fā)生的。,爐內(nèi)傳熱,氣體與固體之間的傳熱,顆粒與顆粒之間的傳熱,爐膛與受熱面之間的傳熱,顆粒對流傳熱 氣體對流傳熱 輻射傳熱,傳熱基本方式,導(dǎo)熱傳熱 對流傳熱 輻射傳熱,一、傳熱分析,1.顆料對流傳熱（

2、）CFB鍋爐主要傳熱方式,固體顆粒聚集成顆粒團(tuán)，當(dāng)它們運動到受熱面附近時，與受熱面形成很大的溫差，這時熱量從顆粒團(tuán)經(jīng)過氣膜以導(dǎo)熱方式傳給受熱面，或顆粒團(tuán)直接碰撞受熱面把攜帶的熱量傳給受熱面。,2.氣體對流傳熱（ ）,密相區(qū)，氣體對流傳熱量較小。 但當(dāng)顆粒濃度較小、床層溫度較高時，氣體對流傳熱的作用不可忽略。,3.輻射傳熱（ ）也是CFB鍋爐的主要傳熱方式,密相區(qū)，輻射傳熱作用較小。 而在稀相區(qū)顆粒濃度較小、輻射傳熱所占比例增大。,壁面為顆粒團(tuán)覆蓋的平均時間份額。,.總傳熱量,二、傳熱機理,.氣膜理論,.顆粒團(tuán)理論,三、影響CFB鍋爐爐內(nèi)傳熱的主要因素,.顆粒濃度的影響,爐內(nèi)傳熱系數(shù)隨著床內(nèi)物料

3、濃度的增加面增大 由四周沿壁面向下流動的固體顆粒團(tuán)和中部向上流動的含有分散固體顆粒的氣體來完成熱量的傳遞。,.流化速度的影響,流化速度對傳熱過程的影響比較復(fù)雜。一般而言，風(fēng)速增大時，一方面使氣體對流傳熱增強，另一方面則由于顆粒濃度減小而使傳熱系數(shù)減小。 在密相區(qū)，固體濃度大，顆粒以非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱為主，傳熱系數(shù)隨風(fēng)速增大而減小；稀相區(qū)以對流換熱為主，故相反，不過，由于在稀相區(qū)固體顆粒巾壁下滑，而氣體分量比固體分量要小得多，因此在固體顆粒一定時，傳熱系數(shù)基本上不隨流化風(fēng)速變化。,鍋爐運行時，一般增加（或減少）一次風(fēng)量和增加（或減少）給料量是同時進(jìn)行的，這樣才能調(diào)節(jié)鍋爐負(fù)荷。,.床層溫度的影響,.循環(huán)倍

4、率的影響,循環(huán)倍率對爐內(nèi)傳熱的影響，實質(zhì)上是物料濃度對爐內(nèi)傳熱系數(shù)的影響。循環(huán)倍率K與爐內(nèi)物料濃度是成正比的。返送回爐床內(nèi)的物料越多，爐內(nèi)物料量越大，物料濃度越高，傳熱系數(shù)也越大，反之亦然。因此，循環(huán)倍率越大，爐內(nèi)傳熱系數(shù)也越大。,.顆粒尺寸的影響,在寬篩分的循環(huán)流化床鍋爐中，如果細(xì)顆粒所占的份額增多，則會有較多的顆粒被攜帶到床層的上部，增加了截面顆粒濃度，從而間接地加強了傳熱。,.懸掛受熱面的影響,爐膛溫度分布試驗,第一節(jié) 流化床鍋爐的爐內(nèi)傳熱 第二節(jié)循環(huán)流化床中煤料的燃燒過程 第三節(jié)循環(huán)流化床中的燃燒份額 第四節(jié) 流化床燃燒效率問題,第四章循環(huán)流化床爐內(nèi)傳熱與燃燒,第二節(jié)循環(huán)流化床中煤料的

5、燃燒過程,重要性 燃燒過程對火力發(fā)電機組安全經(jīng)濟運行的影響 穩(wěn)定燃燒 高效燃燒,燃燒概述 燃燒是氣體、液體或固體燃料與氧化劑之間發(fā)生的一種強烈的化學(xué)反應(yīng)， 流動、傳熱、傳質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)同時發(fā)生有相互作用的綜合現(xiàn)象， 典型的物理化學(xué)過程, 化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)、流體力學(xué)、傳熱傳質(zhì)學(xué)是研究燃燒反應(yīng)過程的基礎(chǔ)知識.,燃燒學(xué)的發(fā)展歷史,直至18世紀(jì)中以前，發(fā)展緩慢，對燃燒現(xiàn)象的本質(zhì)幾乎一無所知。 之后：燃素的概念出現(xiàn)（物質(zhì)是否燃燒被歸于是否含有燃素） 1765年燃燒是物質(zhì)的氧化（燃燒理論的萌芽） 19世紀(jì)出現(xiàn)熱化學(xué)和化學(xué)熱力學(xué)（將燃燒作為熱力學(xué)系統(tǒng)，考察其初態(tài)和終態(tài)，靜態(tài)特性的研究） 20世紀(jì)初燃燒反應(yīng)動力學(xué)

6、（研究燃燒過程的動態(tài)過程的理論） 3040年代火焰?zhèn)鞑サ母拍钔牧魅紵碚摚ㄕJ(rèn)識燃燒過程的限制因素往往不是反應(yīng)動力學(xué)，而是傳熱傳質(zhì)，即受限于物理過程）,5060年代德國人Von Karmen（對宇航也有巨大的貢獻(xiàn)）提出用連續(xù)介質(zhì)力學(xué)來研究燃燒，稱為化學(xué)流體力學(xué)或反應(yīng)流體力學(xué)，將經(jīng)典流體力學(xué)的方法、邊界層、射流理論等應(yīng)用與研究燃燒 70年代初，大型電子計算機出現(xiàn)，形成計算流體（計算燃燒）學(xué)，建立了燃燒的數(shù)學(xué)模擬方法和數(shù)值計算方法； 激光測量技術(shù)的出現(xiàn)，使精密測量成為現(xiàn)實。 基本理論+數(shù)學(xué)模型和數(shù)值計算+先進(jìn)的測量技術(shù),爐內(nèi)燃燒與派生的問題 受熱面積灰、結(jié)渣； 氧化氮等污染物的生成； 受熱面金屬表面

7、的高溫腐蝕； 蒸發(fā)受熱面中水動力的安全性；,煤粒爐內(nèi)燃燒過程,1.煤粒加熱和干燥； 2.揮發(fā)分的析出和燃燒； 3.煤粒膨脹和破裂(一級破碎)； 4.焦炭燃燒和再次破裂（二次破碎）及炭粒磨損。,一、焦炭燃燒,學(xué)術(shù)界的三種理論:,碳是固體燃料的主要成分，對著火、燃盡、發(fā)熱量等均有影響,1、一次反應(yīng) C+O2 CO2 二次反應(yīng) C+CO2 2CO,2、一次反應(yīng) 2C+O2 2CO 二次反應(yīng) 2CO+O2 2CO2,3、一次反應(yīng) C+O2 CxOy(絡(luò)合物) 二次反應(yīng) 絡(luò)合物分解為CO、CO2,只要有足夠 O2 CO2,（一）.碳的燃燒反應(yīng),2、過程,1、研究對象：固相表面上進(jìn)行的多相反應(yīng),(1)氧分

8、子擴散到反應(yīng)表面； (2)氧分子吸附于表面上； (3)在表面上發(fā)生燃燒反應(yīng)，放出CO2等燃燒產(chǎn)物； (4)燃燒產(chǎn)物解吸附； (5)產(chǎn)物擴散到周圍。,這些過程中哪些是瓶頸呢？,(2)、(4)、(5)均快 (1)、(3)較慢,當(dāng) (1)較慢 擴散燃燒區(qū) (3)較慢 動力燃燒區(qū),（二）.碳的多相燃燒反應(yīng),（三）、燃燒區(qū)域,.當(dāng)溫度較低時(t1400)，由于k因T升高面大大增加，此時擴散速度相對太低，成為制約因素，故稱擴散燃燒區(qū)； .上述兩者之間的溫度區(qū)域，兩個速度相近，稱為過渡區(qū)。,根據(jù)氧擴散到表面 及 在表面上消耗(即化學(xué)反應(yīng)速度k)，按溫度變化，分成三個區(qū)域：,（四）、焦碳燃燒模式,1、細(xì)顆粒焦

9、炭燃燒（小于50100微米),、焦炭碎片燃燒 （典型尺寸5001000微米),、粗顆粒焦炭燃燒 （大于1mm),二、煤粒的膨脹、破碎和磨損,煤顆粒燃燒中細(xì)粒子的形成過程,污染物的控制：SOx NOx 礦物燃料燃燒的全球性四大公害： 大氣煙塵、酸雨、溫室效應(yīng)、臭氧層破壞。 燃煤火力發(fā)電裝置：粉塵、硫氧化物（SO2、SO3）、氮氧化物（NOX）及二氧化碳（CO2）。,三、煤燃燒后產(chǎn)生的污染,燃燒排煙產(chǎn)物：SO2和極少量的SO3，在大氣環(huán)境中，SO2可以進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)镾O3并形成硫酸霧。 SO2對人體健康的影響是在呼吸道黏膜上形成亞硫酸和硫酸，刺激人體組織，引起分泌物增加和發(fā)生炎癥。 SO2進(jìn)入植物葉

10、片并溶解于水，沾結(jié)在細(xì)胞壁的表面，使植物受害，葉片發(fā)黃，嚴(yán)重時大量葉片枯萎，導(dǎo)致植物死亡。 SO2及其在大氣環(huán)境中轉(zhuǎn)化成的硫酸霧可被吸附在材料的表面，具有很強的腐蝕作用，會使金屬設(shè)備、建筑物等遭受腐蝕，大大降低其使用壽命。,燃燒產(chǎn)生的硫氧化物的危害,燃燒產(chǎn)生的氮氧化物的危害,燃燒設(shè)備排放的氮氧化物：NO和少量的NO2，還包括N2O、N2O3等，統(tǒng)稱為NOX NOX對人類自身及生存環(huán)境的直接和間接危害已遠(yuǎn)超過其它污染物。 N2O是形成溫室效應(yīng)的氣體，并且會破壞大氣臭氧層，造成紫外線對人體的危害。 生成一種淺藍(lán)色的有毒煙霧，稱為光化學(xué)煙霧。光化學(xué)煙霧對人的眼、鼻、心、肺及造血組織等均有強烈的刺激和

11、損害 NOX會在地球表面的大氣層中形成臭氧，臭氧進(jìn)入植物葉片并溶解于水，沾結(jié)在細(xì)胞壁的表面，對植物造成嚴(yán)重的傷害。臭氧對人體也十分有害。 在大氣中，NOX會形成HNO3，即硝酸霧，也是形成酸雨的一個重要原因,溫室氣體的危害,溫室氣體：CO2，CH4，NOX等氣體，CO2與NOX主要產(chǎn)生于礦物燃料的燃燒過程，煤和油都是含碳量很高的燃料。 具有惰性氣體性質(zhì)的CO2等溫室氣體一經(jīng)形成，其被森林，土壤或海洋自然吸收的速率極其緩慢，CO2等溫室氣體的壽命期可長達(dá)50至200年。,我國火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn),火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB13223-1996）分別對NOX與SO2排放濃度及排放量提出了嚴(yán)

12、格的要求,燃用設(shè)計煤種和校核煤種，爐內(nèi)脫硫，鍋爐的SO2排放濃度為 200 mg/Nm3，NOx排放濃度不高于 200 mg/Nm3。 -東方鍋爐技術(shù)協(xié)議（09.9.25）.doc,武安,第一節(jié) 流化床鍋爐的爐內(nèi)傳熱 第二節(jié)循環(huán)流化床中煤料的燃燒過程 第三節(jié)循環(huán)流化床中的燃燒份額 第四節(jié) 流化床燃燒效率問題,第四章循環(huán)流化床爐內(nèi)傳熱與燃燒,第三節(jié)循環(huán)流化床中的燃燒份額,一、燃燒份額,燃煤在密相區(qū)(沸騰區(qū))的燃燒份額表示燃煤在密相區(qū)的燃燒程度。,二、影響燃燒份額的因素,1.煤種的影響,2.流化速度的影響,3.一、二次風(fēng)配比對燃燒份額的影響,4.床溫的影響,5.過量空氣系數(shù)的影響,6.粒徑和粒徑分

13、布的影響,7.分離器效率的影響,CONCLUSION,1.跟鼓泡床的燃燒份額有很大不同，密相區(qū)低于鼓泡床。 2.增加一次風(fēng)比例，密相區(qū)燃燒份額會有所增加，但增加的比例遠(yuǎn)低于所增加的一次風(fēng)的比例。 3.床溫增加，密相區(qū)燃燒份額有所增加，但幅度不大。 4.揮發(fā)分增加，稀相區(qū)燃燒份額增加。 5.一二次風(fēng)比固定，在一定范圍內(nèi)增加過量空氣系數(shù)，密相區(qū)的燃燒份額增加。 6.增加分離器的效率，密相區(qū)的燃燒份額降低。,第一節(jié) 流化床鍋爐的爐內(nèi)傳熱 第二節(jié)循環(huán)流化床中煤料的燃燒過程 第三節(jié)循環(huán)流化床中的燃燒份額 第四節(jié) 流化床燃燒效率問題,第四章循環(huán)流化床爐內(nèi)傳熱與燃燒,一、燃煤特性的影響,影響流化床燃燒的因素很多，如燃煤特性、燃煤粒徑級配、流化質(zhì)量、給煤方式、床溫、床體結(jié)構(gòu)