循环流化床锅炉培训课件.pptx
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1、第一部分第一部分 锅炉基础知识锅炉基础知识第一章第一章 锅炉基础知识锅炉基础知识概概 论论1 锅炉的工作原理锅炉的工作原理 将煤、石油、天然气等燃料燃烧或其他热能释放出将煤、石油、天然气等燃料燃烧或其他热能释放出来的热量,通过金属受热面传递给净化的水,并加热到一来的热量,通过金属受热面传递给净化的水,并加热到一定压力和温度的水或蒸汽的换热设备。定压力和温度的水或蒸汽的换热设备。锅锅在火上加热的存放汽水的压力容器。在火上加热的存放汽水的压力容器。炉炉-燃烧燃料的场所。燃烧燃料的场所。锅炉包含锅与炉两大部分。锅炉包含锅与炉两大部分。把燃料的燃烧、放热、排渣称为把燃料的燃烧、放热、排渣称为炉内过程炉
2、内过程 把工质水的流动、传热、热化学称为把工质水的流动、传热、热化学称为锅内过程锅内过程 概概 论论 2 锅炉分类锅炉分类 锅炉类型可以按循环方式、运行方式、负荷方式、锅炉类型可以按循环方式、运行方式、负荷方式、锅炉出口蒸汽压力、所用燃料或能源、燃料方式、锅炉出口蒸汽压力、所用燃料或能源、燃料方式、排渣排渣方式、炉内烟气压力、炉型等进行分类。方式、炉内烟气压力、炉型等进行分类。概概 论论锅炉出口蒸汽压力锅炉出口蒸汽压力 概概 论论燃料性质燃料性质 概概 论论燃烧方式燃烧方式 概概 论论3 3 锅炉常用术语锅炉常用术语概概 论论3 3 锅炉常用术语锅炉常用术语燃燃 料料 1 燃料是锅炉设计的主要
3、依据。锅炉性能的优劣在燃料是锅炉设计的主要依据。锅炉性能的优劣在很大程度上决定于设计者对燃料特性的掌握程度和采取措很大程度上决定于设计者对燃料特性的掌握程度和采取措施的有效性。施的有效性。我国目前锅炉的主要燃料为煤、石油制品和天然气。我国目前锅炉的主要燃料为煤、石油制品和天然气。燃料的主要成分是碳燃料的主要成分是碳(C)、氢、氢(H)、氧、氧(O)、氮、氮(N)、硫硫(S)、灰分、灰分(A)及水分及水分(M)。燃燃 料料 2 燃料成分分析基准(以煤为例)燃料成分分析基准(以煤为例)燃燃 料料 3 燃料的发热量燃料的发热量 燃料的发热量是指单位物量的燃料燃料的发热量是指单位物量的燃料(固、液体燃
4、料为每固、液体燃料为每千克,气体燃料为每标准立方米千克,气体燃料为每标准立方米)完全燃烧时放出的热量。完全燃烧时放出的热量。有高位发热量和低位发热量。单位:有高位发热量和低位发热量。单位:KJ/Kg 高位发热量:高位发热量:是指燃料完全燃烧后其烟气中的水蒸气以凝是指燃料完全燃烧后其烟气中的水蒸气以凝结水状态时放出的量,用结水状态时放出的量,用Qgr表示。表示。低位发热量:低位发热量:是指燃料完全燃烧后其烟气中的水仍保持蒸是指燃料完全燃烧后其烟气中的水仍保持蒸气状态时放出的热量,用气状态时放出的热量,用Qnet表示。表示。(热力性能计算都使用热力性能计算都使用低位发热量值。低位发热量值。)燃燃
5、料料 4 燃料的分类燃料的分类 4.1 燃料分为燃料分为固体燃料、液体燃固体燃料、液体燃料和气体燃料。以料和气体燃料。以煤为例说明:我国煤为例说明:我国现有煤分类主要是现有煤分类主要是根据炼焦工业需要根据炼焦工业需要制定制定 4 燃料的分类燃料的分类 4.2 我国动力用煤主要有我国动力用煤主要有:无烟煤、烟煤、贫煤、褐煤无烟煤、烟煤、贫煤、褐煤燃燃 料料 5 灰的成分与特性灰的成分与特性 煤灰的成分:指煤中的矿物质经燃烧后生成的各种金煤灰的成分:指煤中的矿物质经燃烧后生成的各种金属与非金属的氧化物与盐类(二氧化硅属与非金属的氧化物与盐类(二氧化硅 SiO2、三氧化二铝三氧化二铝 Al2O3、三
6、氧化二铁三氧化二铁Fe2O3、氧化钙氧化钙 CaO、氧化镁、氧化镁 MgO、氧化钾氧化钾 K2O、氧化钠、氧化钠 Na2O、二氧化钛、二氧化钛 TiO2、三氧化硫三氧化硫 SO3、五氧化二磷五氧化二磷 P2O5)。)。煤灰熔融性:在一定温度下,煤灰的一些组分会形成煤灰熔融性:在一定温度下,煤灰的一些组分会形成一种共熔体,而这种共熔体在融化状态下还有熔解煤灰中其一种共熔体,而这种共熔体在融化状态下还有熔解煤灰中其他高熔点物质的性能,从而改变熔体的成分并改变其熔融温他高熔点物质的性能,从而改变熔体的成分并改变其熔融温度。有三个特征温度:度。有三个特征温度:ST 软化温度软化温度 HT 半球形温度半
7、球形温度 FT 熔化温度熔化温度锅锅 炉炉 结结 构构 1、锅炉一般都含有燃烧系统与汽水系统、锅炉一般都含有燃烧系统与汽水系统 燃烧系统由给料系统、配风系统、点火系统、燃烧系统由给料系统、配风系统、点火系统、炉膛安全监控系统组成。炉膛安全监控系统组成。汽水系统由给水系统、加热系统、蒸发系统、汽水系统由给水系统、加热系统、蒸发系统、过热系统、汽水品质保证系统、再热系统组成。过热系统、汽水品质保证系统、再热系统组成。锅锅 炉炉 结结 构构2 烟气流程:煤由给煤设备送入锅炉燃烧室,与送入烟气流程:煤由给煤设备送入锅炉燃烧室,与送入的空气混合燃烧后,经炉膛出口进入尾部烟道,依次的空气混合燃烧后,经炉膛
8、出口进入尾部烟道,依次冲刷过热器、省煤器、空气预热器换热后到锅炉出口,冲刷过热器、省煤器、空气预热器换热后到锅炉出口,经过除尘器、引风机,最后到烟囱排入大气。经过除尘器、引风机,最后到烟囱排入大气。3 空气流程:冷空气由一或二次鼓风机送入空气预热空气流程:冷空气由一或二次鼓风机送入空气预热器进行加热后,到锅炉燃烧室,与燃料混合燃烧。器进行加热后,到锅炉燃烧室,与燃料混合燃烧。锅锅 炉炉 结结 构构 4 水流程:经过处理后的水由给水泵送入到锅炉省煤器水流程:经过处理后的水由给水泵送入到锅炉省煤器进口,由省煤器管加热后,经导水管引至锅筒。再由下降进口,由省煤器管加热后,经导水管引至锅筒。再由下降管
9、到水冷系统的下集箱,经炉膛受热后形成汽水混合物由管到水冷系统的下集箱,经炉膛受热后形成汽水混合物由水冷壁管上升经导汽管进入锅筒,形成饱和蒸汽。水冷壁管上升经导汽管进入锅筒,形成饱和蒸汽。5 汽流程:饱和蒸汽经锅筒由导汽管进入低温过热器,汽流程:饱和蒸汽经锅筒由导汽管进入低温过热器,形成一定的高温蒸汽,经减温器减温后进入高温过热器,形成一定的高温蒸汽,经减温器减温后进入高温过热器,达到设计要求参数的蒸汽,经主蒸汽管进入汽轮机入口。达到设计要求参数的蒸汽,经主蒸汽管进入汽轮机入口。锅锅 炉炉 结结 构构 6 层燃锅炉层燃锅炉 室燃锅炉室燃锅炉 余热锅炉余热锅炉 沸腾锅炉沸腾锅炉锅锅 炉炉 结结 构
10、构 7 锅炉主要部件锅炉主要部件 锅筒、水冷系统、省煤器、过热器锅筒、水冷系统、省煤器、过热器 空气预热器、燃烧系统空气预热器、燃烧系统 本体附件本体附件(管路、阀门管路、阀门)炉墙保温及金属件炉墙保温及金属件 钢结构钢结构第二章第二章循环流化床锅炉理论循环流化床锅炉理论循环流化床锅炉循环流化床锅炉 循环流化床(循环流化床(CFB)锅炉是八十年代发展起来的高效)锅炉是八十年代发展起来的高效率、低污染和良好综合利用的燃煤技术,由于它在煤种适应率、低污染和良好综合利用的燃煤技术,由于它在煤种适应性和变负荷能力以及污染物排放上具有的独特优势,使其得性和变负荷能力以及污染物排放上具有的独特优势,使其得
11、到迅速发展。到迅速发展。循环流化床锅炉采用流态化的燃烧方式,这是一种界循环流化床锅炉采用流态化的燃烧方式,这是一种界于煤粉炉悬浮燃烧和链条炉固定燃烧之间的燃烧方式,即通于煤粉炉悬浮燃烧和链条炉固定燃烧之间的燃烧方式,即通常所讲的半悬浮燃烧方式。所谓的流态化是指固体颗粒在空常所讲的半悬浮燃烧方式。所谓的流态化是指固体颗粒在空气的作用下处于流动状态,从而具有许多流体性质的状态。气的作用下处于流动状态,从而具有许多流体性质的状态。在循环流化床锅炉炉内存在着大量的床料(物料),这些床在循环流化床锅炉炉内存在着大量的床料(物料),这些床料在锅炉一次风、二次风的作用下处于流化状态,并实现炉料在锅炉一次风、
12、二次风的作用下处于流化状态,并实现炉膛内的内循环和炉膛外的外循环,从而实现锅炉不断往复的膛内的内循环和炉膛外的外循环,从而实现锅炉不断往复的循环燃烧。循环燃烧。一、流态化理论一、流态化理论流态化流态化-用来描述固体颗粒与流体接触的某种运动形式状用来描述固体颗粒与流体接触的某种运动形式状态态临界流化速度临界流化速度流化床操作的最低速度,颗粒初始流化时流化床操作的最低速度,颗粒初始流化时的速度,的速度,umf(颗粒床层从静止状态转变为流态化时的最颗粒床层从静止状态转变为流态化时的最低速度低速度)。)。此时所需的风量为临界流化风量。此时所需的风量为临界流化风量。流化床流化床能够使颗粒产生流化状态的一
13、整套系统能够使颗粒产生流化状态的一整套系统一、流态化理论一、流态化理论流化床的特点流化床的特点1 颗粒的流动平稳颗粒的流动平稳 类似液体类似液体 操作可连续与自动控制操作可连续与自动控制2 颗粒混合迅速均匀颗粒混合迅速均匀 处于等温状态处于等温状态3 通过固体颗粒的循环通过固体颗粒的循环 易于提供所需热量易于提供所需热量4 气固间的传热和传质速率高气固间的传热和传质速率高5 密相床与受热面间的传热系数较大密相床与受热面间的传热系数较大6 由于颗粒浓度高由于颗粒浓度高 体积大体积大 能维持较低温度运行能维持较低温度运行7 易于大规模操作易于大规模操作一、流态化理论一、流态化理论颗粒种类与流态化形
14、式颗粒种类与流态化形式 不同流速下的固体颗粒层的流动状态 一、流态化理论一、流态化理论一、流态化理论一、流态化理论颗粒的夹带与扬析颗粒的夹带与扬析 夹带与扬析在循环流化床锅炉设计和运行中是非夹带与扬析在循环流化床锅炉设计和运行中是非常重要的。锅炉燃烧的煤是由一定范围的颗粒组成。在燃常重要的。锅炉燃烧的煤是由一定范围的颗粒组成。在燃烧和循环过程中,由于煤颗粒收缩、破碎和磨损,有大量烧和循环过程中,由于煤颗粒收缩、破碎和磨损,有大量的微粒形成。这些微粒很容易被夹带和扬析。为了合理的的微粒形成。这些微粒很容易被夹带和扬析。为了合理的组织燃烧和传热,保证锅炉有足够的循环物料,以及保证组织燃烧和传热,保
15、证锅炉有足够的循环物料,以及保证烟气中灰尘排放达到标准,必须从气流中回收这些细颗粒。烟气中灰尘排放达到标准,必须从气流中回收这些细颗粒。从而要求知道固体颗粒的特征,尤其要知道颗粒在夹带气从而要求知道固体颗粒的特征,尤其要知道颗粒在夹带气流中的速度,也就是要了解颗粒的扬析规律流中的速度,也就是要了解颗粒的扬析规律一、流态化理论一、流态化理论颗粒的扬析与夹带颗粒的扬析与夹带输送分离高度输送分离高度(Transport Disengaging HeightTDH)当一定的气流速度能夹带一定粒径的颗粒并当一定的气流速度能夹带一定粒径的颗粒并扬析扬析而分离出来时的自由空域高度。此时的夹带量为一个常数。而
16、分离出来时的自由空域高度。此时的夹带量为一个常数。一、流态化理论一、流态化理论自由空域高度自由空域高度-密相密相表面以上至出口之间表面以上至出口之间的空间为自由空域,的空间为自由空域,这个高度为自由空域这个高度为自由空域高度高度一、流态化理论一、流态化理论夹带夹带-在单一颗粒或多组分系统中,气流从床层中带走固在单一颗粒或多组分系统中,气流从床层中带走固体颗粒的现象体颗粒的现象扬析扬析-从混合物中分离和带走细粉的现象从混合物中分离和带走细粉的现象二、循环流化床锅炉理论二、循环流化床锅炉理论循环流化床是一个床循环流化床是一个床加一个循环闭路,是加一个循环闭路,是一个系统。一个系统。烟气 分离器 提
17、升部分 分离部分 物料回送部分 给煤 料腿 床层 回料阀 空气 排渣 图图 2.10 循环流化床锅炉的构成循环流化床锅炉的构成 二、循环流化床锅炉理论二、循环流化床锅炉理论循环流化床锅炉独特的流体动力特性和结构,使其具有许多独特的优点:1 燃料适应性广2 燃烧效率高3 高效脱硫和NOX排放低4 燃烧强度高,炉膛截面较小5 燃烧系统及给煤系统简单6 负荷调节性能好,负荷调节幅度大7 灰渣含碳量低,易于实现综合利用二、循环流化床锅炉理论二、循环流化床锅炉理论循环流化床锅炉的工作原理循环流化床锅炉的工作原理 循环流化床锅炉就是炉膛的煤在流化状态下通过燃循环流化床锅炉就是炉膛的煤在流化状态下通过燃烧产
18、生我们所需一定参数工质的设备。烧产生我们所需一定参数工质的设备。即即 以流化床形式运以流化床形式运行的燃烧室,出口带有气固分离器,并将分离的固体物料行的燃烧室,出口带有气固分离器,并将分离的固体物料回送燃烧室的燃烧设备。回送燃烧室的燃烧设备。循环流化床锅炉在运行过程中主要有固定床、鼓泡循环流化床锅炉在运行过程中主要有固定床、鼓泡床、快速床三种流态形式。床、快速床三种流态形式。二、循环流化床锅炉理论二、循环流化床锅炉理论循环流化床锅炉由两部分组成:循环流化床锅炉由两部分组成:1 主循环回路主循环回路 炉膛、气固分离器、回料阀炉膛、气固分离器、回料阀 2 尾部对流烟道尾部对流烟道 过热器、省煤器、
19、空预器过热器、省煤器、空预器循环流化床锅炉有两个特殊的平衡:循环流化床锅炉有两个特殊的平衡:热平衡、灰平衡热平衡、灰平衡二、循环流化床锅炉理论二、循环流化床锅炉理论循环量:锅炉在正常稳定运行状态下能够保证锅炉达到循环量:锅炉在正常稳定运行状态下能够保证锅炉达到设计参数时的循环物料的最小量。设计参数时的循环物料的最小量。炉膛出口携带量:标准状态下,每立方米的烟气量所夹炉膛出口携带量:标准状态下,每立方米的烟气量所夹带灰的量带灰的量 Kg/Nm3二、循环流化床锅炉理论二、循环流化床锅炉理论分离效率:分离效率:捕捉一定粒径的灰捕捉一定粒径的灰的能力,它与煤的特的能力,它与煤的特性、燃烧状态、分离性、
20、燃烧状态、分离器的结构形式、回料器的结构形式、回料能力等有关系能力等有关系二、循环流化床锅炉理论回料阀:将分离器分离下来的灰非常顺畅地送回炉膛参与回料阀:将分离器分离下来的灰非常顺畅地送回炉膛参与循环燃烧的设备。循环燃烧的设备。高流率、低能耗、自平衡回料阀高流率、低能耗、自平衡回料阀二、循环流化床锅炉理论二、循环流化床锅炉理论循环流化床锅炉炉内传热的基本形式:循环流化床锅炉炉内传热的基本形式:颗粒对流换热、气体对流换热、辐射换热颗粒对流换热、气体对流换热、辐射换热 颗粒对流换热颗粒对流换热颗粒团之间的传热颗粒团之间的传热 气体对流换热气体对流换热流化气流在颗粒与受热面表面间进行对流化气流在颗粒
21、与受热面表面间进行对流换热。流换热。辐射换热辐射换热在炉膛上部以辐射换热为主。在炉膛上部以辐射换热为主。二、循环流化床锅炉理论二、循环流化床锅炉理论太原锅炉集团具有自主知识产权的节能型循环流化床锅炉产太原锅炉集团具有自主知识产权的节能型循环流化床锅炉产品设计理论主要依据是:品设计理论主要依据是:清华大学热能工程系国家煤燃烧中心提出的符合中国煤种清华大学热能工程系国家煤燃烧中心提出的符合中国煤种的定态设计理论。的定态设计理论。同时有多项的专利技术和专有技术、设计规范作保障,从同时有多项的专利技术和专有技术、设计规范作保障,从结构上彻底解决了循环流化床锅炉初期的密封、膨胀、磨损结构上彻底解决了循环
22、流化床锅炉初期的密封、膨胀、磨损三大制约发展的问题。三大制约发展的问题。三、锅炉设计相关计算三、锅炉设计相关计算 1 性能计算性能计算 热力计算、烟风阻力计算、水动力计算热力计算、烟风阻力计算、水动力计算 2 结构计算结构计算 强度计算、金属壁温计算、锅筒内部装置计强度计算、金属壁温计算、锅筒内部装置计 算、炉墙传热计算、风帽结构计算、钢结构算、炉墙传热计算、风帽结构计算、钢结构 计算计算 3 辅助计算辅助计算三、锅炉设计相关计算三、锅炉设计相关计算 1 受热面设计导则受热面设计导则 2 燃烧系统设计导则燃烧系统设计导则 3 钢结构设计导则钢结构设计导则 4 燃气锅炉设计导则燃气锅炉设计导则
23、5 余热锅炉设计导则余热锅炉设计导则第三章第三章循环流化床锅炉几个概念循环流化床锅炉几个概念1 1、循环流化床锅炉的概念、循环流化床锅炉的概念 床料(底料):刚开始,可以采用石灰石粉、石英砂、床料(底料):刚开始,可以采用石灰石粉、石英砂、矿石、甚至石子矿石、甚至石子等物料:在燃烧系统中承载热量的物质。包括床料,燃料物料:在燃烧系统中承载热量的物质。包括床料,燃料中未燃烬的碳颗粒、燃料中的灰份颗粒、用以脱硫用的中未燃烬的碳颗粒、燃料中的灰份颗粒、用以脱硫用的石灰石颗粒粉以及燃料燃烧后的其它成份的固体颗粒。石灰石颗粒粉以及燃料燃烧后的其它成份的固体颗粒。冷渣与飞灰:冷渣与飞灰对锅炉来说都是废料。
24、冷渣与飞灰:冷渣与飞灰对锅炉来说都是废料。循环倍率:循环倍率定义为锅炉循环灰量(外循环灰)循环倍率:循环倍率定义为锅炉循环灰量(外循环灰)与单位时间内给煤量的比值,是一个间接反映循环灰量与单位时间内给煤量的比值,是一个间接反映循环灰量的量,它的值依燃料的灰份及分离器的分离效率而定。的量,它的值依燃料的灰份及分离器的分离效率而定。气固比:定义为在循环流化床锅炉炉膛出口处的单位烟气固比:定义为在循环流化床锅炉炉膛出口处的单位烟气体积中所含有的固体颗粒质量,即炉膛出口处的固体气体积中所含有的固体颗粒质量,即炉膛出口处的固体颗粒量与气体体积之比。气固比直接反映了炉膛出口处颗粒量与气体体积之比。气固比直
25、接反映了炉膛出口处的物料粒子浓度,有较好的直观性。的物料粒子浓度,有较好的直观性。外循环与内循环:循环流化床锅炉的物料循环一般有两外循环与内循环:循环流化床锅炉的物料循环一般有两个回路,一个回路是炉膛内的循环运动,炉膛中心相对个回路,一个回路是炉膛内的循环运动,炉膛中心相对较稀的气固两相向上运动,靠近炉壁处的很浓的颗粒团较稀的气固两相向上运动,靠近炉壁处的很浓的颗粒团形成贴壁灰流向下运动,形成炉内循环过程,称为内循形成贴壁灰流向下运动,形成炉内循环过程,称为内循环;另一回路是炉膛出口的固体颗粒随烟气进入烟道,环;另一回路是炉膛出口的固体颗粒随烟气进入烟道,进入分离器,分离下来的固体颗粒通过返料
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