循环流化床锅炉燃烧调整课件.pptx
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- 循环 流化床 锅炉 燃烧 调整 课件
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1、循环流化床锅炉燃烧调整循环流化床锅炉燃烧概述 CFB是目前国际上洁净燃煤技术中一项成熟技术,具有煤种适应性广,燃烧效率高,炉内可实现脱硫脱氮等优点,因而各发达国家竞相发展该项技术,自上世纪八十年代开始发展,九十年代逐步走向大型化并应用于电力工业。目前国内外运行、在建和计划建设的大型CFB锅炉接近300台,已经投运的单机容量最大达到300MW。其基本工作过程概述如下:锅炉基本运行流程为:1煤和脱硫剂送入炉膛后,立即被大量处于流化状态中的惰性高温(830930)物料包围,充分混合,迅速着火燃烧,同时进行脱硫反应;2在上升烟气流的作用下炙热惰性高温物料与燃烧着的煤粒一起向炉膛上部运动,对水冷壁和炉内
2、布置的其他受热面放热,细小的煤粉颗粒完成燃烧离开炉膛。3在上升气流中,粗大粒子进入悬浮区域后在重力及外力作用下偏离主气流,从而贴壁下流,加强了炉内热量像受热面内工质的传送。这是循环流化床锅炉有别于煤粉炉的又一特点,这一特征也保证了稍大煤颗粒在炉内反复循环完全燃烧。4 含有细小物料的气固混合物离开炉膛后进入高温分离器(如今成熟且应用较广的是旋风式分离器),气固两相流中的大量固体颗粒(惰性物料、未燃尽的煤粒、脱硫剂)被分离出来回送至炉膛,重新参与炉内的流化和燃烧换热,如此,循环燃烧得以进行并完成。5 未被分离出来的细小粒子成为飞灰,随烟气进入尾部烟道,以完成过热器、再热器、省煤器和空气预热器的换热
3、,烟气携带飞灰最后经除尘器除去飞灰后排至大气。6 布风板上布置有排渣口,利用气固两相流的流动性将多余的物料排出炉膛,从而达到炉内物料进出的平衡,维持料层在合理范围。典型循环流化床锅炉原理图 循环流化床内的煤粒的燃烧过程循环流化床内的煤粒的燃烧过程 1、煤粒送入循环流化床内迅速受到高温物料和烟气的辐射而被加热,首先水分蒸发,然后煤粒中的挥发份析出并燃烧、最后是焦炭的燃烧。其间伴随着煤粒的破碎、磨损,而且挥发份析出燃烧过程与焦炭燃烧过程都有一定的重叠。煤粒在流化床中的燃烧过程如图所示。 循环流化床内沿高度方向可以分为密相床层和稀相空间,密相床层运行在鼓泡床和紊流床状态。循环流化床内绝大部分是惰性的
4、灼热床料,其中的可燃物只占很小的一部分。这些灼热的床料成为煤颗粒的加热源,在加热过程中,所吸收的热量只占床层总热容量的千分之几,而煤粒在10秒钟内就可以燃烧(颗粒平均直径在08mm),所以对床温的影响很小。 2、循环流化床内煤的燃烧着火 流化床内燃料着火的方式,固体质点表面温度起着关键作用,是产生着火的热源,这类固体质点可以是细煤粒,也可以是经分离后的高温灰粒或者是布风板上的床料。当固体质点表面温度上升时,煤颗粒会出现迅猛着火。另外,颗粒直径大小对着火也有很大的影响,对一定反应能力的对一定反应能力的煤种,在一定的温度水平之下,有一临界的着火粒径煤种,在一定的温度水平之下,有一临界的着火粒径,小
5、于这个颗粒直径,因为散热损失过大,燃料颗粒就不能着火,逸出炉膛。 3、循环流化床内煤的破碎特性 煤在流化床内的破碎特性是指煤粒在进入高温流化床后粒度急剧减小的一种性质。但引起粒度减小的因素还有颗粒与剧烈运动的床层间磨损以及碰撞等。影响颗粒磨损的主要因素是颗粒表面的结构特性、机械强度以及外部操作条件等。磨损的作用贯穿于整个燃烧过程。 煤粒进入流化床内时,受到炽热床料的加热,水份蒸发,当煤粒温度达到热解温度时,煤粒发生脱挥发份反应,对于高挥发份的煤种,热解期间将伴随一个短时发生的拟塑性阶段,颗粒内部产生明显的压力梯度,一旦压力超过一定值,已经固化的颗粒表层可能会崩裂而形成破碎;对低挥发份煤种,塑性
6、状态虽不明显,但颗粒内部的热解产物需克服致密的孔隙结构都能从煤粒中逸出,因此颗粒内部也会产生较高的压力,另外,由于高温颗粒群的挤压,颗粒内部温度分布不均匀引起的热应力,这种热应力都会引起煤颗粒破碎。 煤粒破碎后会形成大量的细小粒子,特别是一些可扬析粒子会影响锅炉的燃烧效率。细煤粒一般会逃离旋风分离器,成为不完全燃烧损失的主要部分。破碎分为一级破碎和二级破碎,一级破碎是由于挥发份逸出产生的压力和孔隙网络中挥发份压力增加而引起的。二级破碎是由于作为颗粒的联结体-形状不规则的联结“骨架”(类似于网络结构)被烧断而引起的破碎。 煤的破碎发生的同时也会发生颗粒的膨胀,煤的结构将发生很大的变化。一般破碎和
7、膨胀受下列因素的影响:挥发份析出量;在挥发份析出时,碳水化合物形成的平均质量;颗粒直径;床温;在煤结构中有效的孔隙数量;母粒的孔隙结构等。4、循环流化床的脱硫与氮氧化物的排放控制 SO2是一种严重危害大气环境的污染物,SO2与水蒸汽进行化学反应形成硫酸,和雨水一起降至地面即为酸雨。NOX包括NO、NO2、NO3三种,其中NO也是导致酸雨的主要原因之一,同时它还参加光化学作用,形成光化学烟雾,还造成了臭氧层的破坏。 煤加热至400时煤中的硫分首先分解为H2S,然后逐渐氧化为SO2。其化学反方程式为 FeS2 + 2H2 2H2S + Fe H2S + O2 H2 + SO2 对SO2形成影响最大
8、的因素是床温和过量空气系数,床温床温升高、过量空气系数降低则升高、过量空气系数降低则SO2越高越高。 循环流床燃烧过程中最常用的脱硫剂就是石灰石,当床温超过其煅烧温度时,发生煅烧分解反应: CaCO3 CaO + CO2 183KJ/mol 脱硫反应方程式为: CaO + SO2+1/2 O2 CaSO4 影响循环流化床脱硫效率的各种因素:影响循环流化床脱硫效率的各种因素:(1)Ca/S摩尔比的影响 Ca/S摩尔比是影响脱硫效率的首要因素,脱硫效率在Ca/S低于2.5时增加很快,而继续增大Ca/S比或脱硫剂量时,脱硫效率增加得较少。循环流化床运行时Ca/S摩尔比一般在1.52.5之间。(2)床
9、温的影响 床温的影响主要在于改变了脱硫剂的反应速度、固体产物分布及孔隙堵塞特性,从而影响脱硫率和脱硫剂利用率。床温在900左右达到最高的脱硫效率。(3)粒度的影响 采用较小的脱硫剂粒度时,循环流化床脱硫效果较好。 (4)氧浓度的影响 脱硫与氧浓度关系不大,而提高过量空气系数时脱硫效率总是提高的。(5)床内风速的影响 对一定的颗粒粒度,增加风速会使脱硫效率降低。(6)循环倍率的影响 循环倍率越高,脱硫效率越高。(7)SO2在炉膛停留时间的影响 应该保证SO2在床内停留时间不少于24秒。(8)负荷变化的影响 当循环流化床负荷变化在相当大的范围内时,脱硫效率基本恒定或略有升降。 (9)其它因素的影响
10、 床压的影响:增加压力可以改善脱硫效率,并且能够提高硫酸盐化反应速度。 煤种的影响:灰份对脱硫效率并无不利影响。(10)给料方式的影响 石灰石与煤同点给入时脱硫效率最高。 虽然循环流化床的脱硫作用很强,但在床温达到850,即脱硫效率最高的温度时,NOX的生成量却最大,对环境造成极大的破坏。这是我们所不愿看到的。所以一定要把床温控制在850900之间,而且要采用较小的脱硫剂粒径。另外,实施分段燃烧也是非常好的措施。 循环流化床锅炉烟风系统特性1 大型循环流化床锅炉一般采用并联配风系统,设有两台一次风机,两台二次风机,三至五台高压流化返料风机,两台引风机。 2一次风由两台风机供给,一次冷风一部分直
11、接送到给煤机及给、落煤管线上,作为给煤密封风,其余进入空气预热器内,经加热后,通过一次热风道,经床下启动燃烧器(即热烟气发生器),进入由下部水冷壁构成的水冷风室内均压,通过均布于布风板上的风帽进入炉内,保证炉内物料的流化,并将部分细小颗粒物料提升起来;另外,一般从热一次风道上引出一路风,作为给煤的播煤风,以保证给煤在炉内的均匀扩散和分布,从而有利于保证床温的均匀性(部分系统设计上在此播煤风管路上设计有增压风机,以提高播煤风压力)。 一次风的主要作用是保证物料处于良好的流化状态,同时为燃料燃烧提供部分氧气,并将燃料燃烧产生的热量带离料层到达炉膛上部进行换热,实现锅炉燃烧热量平衡。床料的流化状态受
12、温度影响很大,热态运行时的流化远比冷态时好,所以一次风量的调整在保证不小于最低流化风量时,根据床温来调整至合适值,使一次风机电耗得到优化。 3 二次风由两台二次风机供给,一般均进入空气预热器内加热,然后由二次热风道送到炉膛下部密相区域,由多只二次风管分多层不同高度进入炉内,起到补充燃料燃烧所需空气和强化燃烧扰动、输送床料向炉膛上部运动的作用,并实现分级配风燃烧,降低NOx排放,增加燃料燃尽程度。 二次风量主要根锯烟气含氧量调整,补充燃烧所需空气,起到扰动作用,加强了气固两相混合,二次风一般分上、下两段送入,下层二次风压约高于上层二次风压2kPa以上,并保持锅炉氧量在3%-5%之间。一次风占风量
13、55%左右,二次风占总风量45%左右。 在运行调整中应将床温、汽温,汽压、氧量、负压、床压维持在一个较小的变动范围,以此来判定一、二次风量是否合适,燃烧是否充分,若增加风量、床温,汽温、汽压上升,说明风量不足,煤量偏多,应及时调整减少煤量,若增加风量后床温下降汽压先升后降,说明风多煤少,应及时增大煤量。通过勤调细调使得各参数最终达到一个平衡状态,这样既保证燃烧充分,又可降低风机电耗。 4高压流化风机为返料系统回料阀提供松动流化风。(有外置床设计的锅炉,此系统还向外置床提供流化风。) 回料阀上升段布置流化风,运行中保证上升段回料处于微流化状态; 而回料阀下降段布置的松动风则应小些,保证下降段物料
14、可顺畅移向上升段即可,不能过大,否则易造成返料不畅。 5石灰石风机为石灰石粉输送提供介质。石灰石风机普遍采用萝茨风机,有些系统设计上石灰石粉的输送介质采用压缩空气,需要注意的是压缩空气应选取脱水干燥后的压缩空气。6 上述风机实现锅炉的配风,另外,锅炉还配有两台引风机。锅炉采用平衡通风方式,压力平衡点一般均设在炉膛出口。循环流化床锅炉燃烧系统特性 循环流化床锅炉的燃烧系统主要组成部分如下: 给煤系统; 热烟气发生器即床下点火风道; 水冷风室; 固体粒子循环主回路,包括炉膛、旋风分离器以 及回料器; 2.1给煤系统 循环流化床的给煤系统主要由给煤机、落煤管、给煤系统的密封风系统、播煤风系统。 给煤
15、机将原煤仓里的原煤按照锅炉主控指令通过落煤管落至播煤口处,经播煤风均匀播撒至密相区料层上,与床料均匀混合。 2.2热烟气发生器 现代循环流化床已基本选择采用热烟气发生器即床下点火风道产生的高温烟气来加热床料,以达到锅炉投煤点火的需要。这种点火方式可有效利用燃油燃烧所产生的热量来加热床料。床下点火风道由床下点火油枪、燃烧风及烟气温度控制用一次风门、点火风道与水冷风室相连的风道和膨胀节组成。2.3水冷风室 由前墙或前后墙水冷壁弯曲形成,上部形成炉膛下部密相区,布置流化风帽,使一次风在这里良好均压后进入炉膛密相区。 2.4床料循环及燃料燃烧构成系统 在循环流化床锅炉工艺流程中燃烧及脱硫发生在由大量灰
16、粒子所组成的温度相对较低接近870的床层内,该温度的选取同时兼顾提高燃烧效率及脱硫效率。这些细粒子或固体粒子由通过布风板的一次风所产生的向上的烟气流将其悬浮在炉膛中,二次风分两层送入炉膛,由此实现分级燃烧。 旋风分离器将绝大部分固体粒子从气固两相流中分离出来后通过回料器被重新送回炉膛参加燃烧。这样就形成了循环流化床锅炉的主回路。循环流化床主回路的特征为:强烈的扰动及混合、高固体粒子浓度的内循环及外循环、高固体/气体滑移速度及较长的停留时间,以上的特点从而为传热以及化学反应提供了良好的外部条件。 循环流化床锅炉燃用煤中所含的硫与氧化后形成的SO2通过与煤灰中的氧化钙或者是与添加的石灰石反应,在炉
17、膛内直接脱硫。 煤的粒径对传热系数影响很大,稳定的床温需要不同粒径,为了稳定床温,采用煤的粒径分布为0-9mm,其中1.8mm以下占50%,煤粒度大小对燃烧的温度场分布有很大的影响,床料粒度偏大,同等厚度的物料,需要增加一次风压头才能保证流化良好,增大了一次风电耗和排渣电耗。床料粒度太细,运行过程中床压容易造成波动,所以在运行调整中,严格控制煤的粒度在0-9mm,煤中灰份高时煤的粒径可以适当细一些,挥发份高时粒径可以适当大些,这样既保证了燃烧,又降低了厂用电率。 高负荷运行可以降低厂用电量在发电量中的比例。因为就是再低的负荷,循环流化床锅炉也要保证流化和燃烧证常,而负荷的增加与辅机的出力并非成
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