循环流化床锅炉燃烧控制系统设计毕业论文(编辑修改稿)

循环流化床锅炉燃烧控制系统设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

于 20um,颗粒间相互作用力很大，很难流态化。 D 类颗粒：这类颗粒粒度通常具有较大在粒度和密度，并 且在流化态时颗粒混合性能较差。 大多数循环流化床锅炉内的床料和燃烧均属于 D 类颗粒。 （ 3） 宽筛分颗粒流化时的动力特性 （ 1） ①密度小于流体速度的物体浮在床层表面，密度大于流体密度的物体会下沉。 （ 2） ②床表面保持水平，形状保持容器的形状。 （ 3） ③在任一高度的静压近似等于在此高度上单位床截面内颗粒固体颗粒的重量。 （ 4） ④床内颗粒混合良好，加热床层时所有床料温度基本均匀。 （ 5） ⑤床内固体颗粒可以象流体一样从底部或侧面的孔中排出。 （ 6） ⑥几个流化床底部联通后，床层高度自动保持同一水平高度。 3） 循环流化床锅炉的工作过程 4 图 12 循环流化床锅炉的结构 1风室 2给煤机 3燃烧室 4主蒸汽出口集箱 5过热器 6蒸发管束 7旋风分离器 8省煤器 9上部对流管束烟道 10 U型回料阀 11 一、二次风口 12空气预热器 典型循环流化床锅炉结构如图 12 所示，其基本流程为：煤和脱硫剂进入炉膛后，迅速被大量惰性高温物料包围，着火燃烧，同时进行脱硫反应，并在上升烟气流的作用下向炉膛上部运动，对水冷壁和炉内的布置的其他受热面放热。 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。 气固混合物离开炉膛后进入高温旋风分离 器，大量固体颗粒（煤粒、脱硫剂）被分离出来回送炉膛，进行循环燃烧。 未被分离出来的细粒子随烟气进入尾部烟道，以加热过热器、省煤器、和空气预热器，经除尘器排至大气。 （ 1） 低温的动力控制燃烧：由于循环流化床燃烧温度水平比较低，一般在 850900℃之间，其燃烧反应控制在动力燃烧区内，并有大量固体颗粒的强烈混合，这种情况下的燃烧速度主要取决于化学反应的速度，也就是决定于温度水平，而物理因素不再是控制燃烧速度的主导因素。 循环流化床燃烧的燃尽度很高，其燃烧效率往往可达到 98％ 99％以上。 （ 2） 高速度、高浓度、高通量的固体物料 流态化循环流化循环过程：循环流化床锅炉内的物料参与了炉膛内循环和由炉膛、分离器和返料装置组成的外循环两种循环，整个燃烧过程以及脱硫过程都是在这两种循环运动过程中逐步完成的。 （ 3） 高强度的热量、质量和动量传递过程：在循环流化床锅炉中可以人为改变炉内物料循环量，以适应不同的燃烧工况。 物料分离系统是循环流化床锅炉的结构特征，大量物料参与循环实现整个炉膛内的控制燃烧过程，是循环流化床锅炉区别于鼓泡床锅炉的根本特点，因为鼓泡床流化床锅炉的燃烧主要发生在床内。 所以循环流化床锅炉燃烧必须具备的三个条件是：（ 1）保证一定的流体 速度，而且还要保证物料粒度处于适当的、使床层在快速流区域的粒度。 (2)要有足够的物料分离。 （ 3）要有物料回送，要有充分的措施以维持物料的平衡。 循环流化床的特点 炉膛底部是大量的炽热灰粒和煤粒混合物，燃烧所需空气经炉膛底部的布风板均匀进入流化床，在流化床中气流上升速度约为 2～ 5m/s,气流将大部分粒子托起，成沸腾状，粒子上下运动，掺混非常强烈，这种现象被称流化。 煤由 5 给媒机送入炉膛，刚进入炉膛的煤粒很快就与床温床料混合，是煤粒迅速加热，干燥着火燃烧。 在流化床内平均停留十几～几十分钟后有放渣口 排出炉膛。 由于流化床容量大，掺混强烈，粒子停留时间长等因素，流化床锅炉不但能燃高热之煤，而且其他炉型（如链条炉、煤粉炉）不能燃烧的低热值、低挥发分、高灰分的劣质燃料。 如劣质烟煤、无烟煤、煤石、油页石、造汽炉渣也能在流化床锅炉内稳定燃烧。 流化床锅炉还有环保方面的优点，通过向炉内添加石灰石或白云石能大大降低烟气中的二氧化硫，方法简便、经济、高效地解决了高硫造成的大气污染问题。 而一般的链条锅炉、煤粉炉的尾气脱硫技术费用昂贵，难于推广，几乎不可能用于中小型的工业锅炉。 流化床锅炉的燃烧温度 900～1000℃，较链条锅 炉、煤粉炉都低，抑制了 NOX 的生成，烟气中 NOX 含量少，有利于保护环境。 我国用于烧劣质煤的沸腾炉以有上千台，但他们都是属于鼓泡床技术，对于这种鼓泡床锅炉，由于较大的上升烟气速度将相当多的未燃尽细小煤粒带出炉膛，造成燃烧效率下，烟气含量大，特别是燃烧高灰分的劣质燃料是更为严重。 因为绝大多数的煤粒是在煤粒是在流化床中燃烧放热，在流化床中设置了大量的埋管受热面，物料的强烈冲刷使埋管磨损相当严重，一般只能使用六个月左右，炉子的可靠性差。 另外，风机的电耗高，向大型化发展困难，脱硫剂利用率低等使得它被局限于烧煤石、炉 渣等劣质燃料的场合。 外循环流化床燃烧技术是国际上八十年代初发展起来的锅炉燃烧技术，它不仅具有鼓泡床流化燃烧的技术特点，而且具有更新的技术优势，该技术一出现就以其特有的特点，受到国内有关部门和专家的关注，被认为是锅炉燃烧技术领域的一次革命，其显著特点有： （ 1） 燃料适应性广 在外循环流化床锅炉中按重量计，燃料进展床料的 1％～ 3％，其余的是不可燃的固体颗粒，如脱硫剂、灰渣，循环流化床锅炉的特殊流体动力特性，使得气～固和固～固混合非常好，因此燃料进入炉膛后很快与大量床料混合，燃料被迅加热之高于着火温度，而同时床温没有 明显降低。 只要燃料的热值大于加热燃料本身和燃料所需的空气至着火温度所需的热量，上述优点就可以使得外循环流化床锅炉不许辅助燃料而燃用任何燃料。 外循环流化床锅炉即可以燃用优质煤，也可以燃用链条锅炉不能燃烧的各种劣质燃料，如高灰煤、高硫煤、高灰高硫煤、高水分煤、煤矸石、煤泥、以及油页石。 （ 2） 燃烧效率高 6 循环流化床锅炉的燃烧效率要比鼓泡流化床锅炉、链条锅炉高，燃烧效率通常在 ％～ ％范围内，可与煤粉炉相比媲美，循环流化床锅炉能在较宽范围内保持较高的燃烧效率，甚至燃用细分含量高的燃料时也是如此，而鼓泡流化锅 炉、链条锅炉则不可能有此优点。 （ 3） 有效脱硫 循环流化床锅炉的脱硫效率比鼓泡床流化床锅炉更加有效，典型的循环流化床锅炉达到 90％脱硫效率时所需的脱硫剂化学当量比为～ ，鼓泡流化床锅炉达到 90％脱硫效率时则需要脱硫剂化学当量比为 ～ 3，甚至更高。 有时即使钙硫比再高，也不能达到 90％的脱硫效率。 因此，无论是脱硫剂的利用率还是二氧化硫的脱除率，循环流化床锅炉流化床锅炉优越，链条锅炉不可能在炉内进行脱硫。 （ 4） 氧化物排放低 氮氧化物排放是外循环流化锅炉另一个非常吸引人的特点。 实践表明，外循环流化床锅炉的氮氧化 物排放在 50～ 150PPM。 外循环流化床锅炉 NOX 排放低是由于以下两个原因：一是低温燃烧，此时空气中的氮一般不会生成 NOX,二是分段燃烧，抑制燃料中的氮转化为 NOX，并使已生成的 NOX 得到还原，鼓泡（内循环）流化床锅炉、链条锅炉无此特点。 （ 5） 燃烧强度高，炉膛截面小 炉膛单位截面积的热负荷高是外循环流化床锅炉的主要特点之一，循环流化床锅炉的截面热负荷约为 ～ ,接近或高于煤粉炉，同样热负荷下鼓泡流化床锅炉需要的炉膛截面积要比外循环流化锅炉达 2～ 3 倍。 （ 6） 给煤点少 循环流化床锅炉的截面积小，同时 良好的混合和燃烧区域的扩展使所需的给煤点数大大减少，如热功率为 100MW 的循环流化床锅炉只需一个给煤点，而相同容量的鼓泡流化床锅炉则需 20～ 30 给煤点。 （ 7） 燃料与处理系统简单 循环流化床锅炉的给煤粒度一般小于 12mm，因此与煤粉炉相比，燃料的制备系统大为简单。 此外，循环流化床锅炉能直接用高水分煤（水分的达 30％以上），当燃用高水分煤时也不需要专门的处理系统。 （ 8） 易于实现灰渣的综合利用 循环流化床锅炉燃烧过程属于低温燃烧，同时炉内优良的燃尽条件使得锅炉的灰渣燃烧充分，因此含碳量极低，易于灰渣的综合利用，可做水泥搀 合料和建筑材料。 7 （ 9） 负荷调节范围大 当负荷变化时，只需调节给煤量、空气量和物料循环量，不必像鼓泡流化床锅炉那样采用分床压火技术。 一般而言，外循环流化床锅炉的负荷调节比可达 1： 4，而链条锅炉、鼓泡流化床锅炉的负荷调节仅为70％，此外，由于截面风速和吸热控制容易，循环流化床锅炉的负荷调节速度也快，一般可达每分钟 5％。 （ 10） 床内不布置埋管受热面 循环流化床的床内不布置埋管受热面，因而不存在鼓泡流化床锅炉的埋管受热面易磨损的问题。 此外，由于床内没有埋管受热面，启动、停炉、结焦处理时间短，同时可长时间压火。 （ 11） 故障率低、运行周期长 循环流化床锅炉本体范围内设有两台螺旋给煤机，避免了链条锅炉设备故障而经常造成停炉的缺陷。 此外，外循环流化床锅炉具有故障率低、运行周期长的特点。 （ 12） 司炉工劳动强度大 由于循环流化床锅炉的燃烧方式为循环流化燃烧，司炉工仅看仪表就可进行控制，调解。 而链条锅炉则需不断通过关火门观察燃烧状况，并且还要不时的用火钩、火耙搂火，因此司炉工的劳动强度大、工作环境恶劣。 2. 循环流化床的燃烧 煤在循环流化床内的燃烧过程 煤在循环流化床内的燃烧 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，最后是焦碳的燃烧。 其间伴随着煤粒的破碎、磨损，而且挥发分析出燃烧过程与焦炭燃烧过程与焦炭燃烧过程都有一定的重叠。 循环流化床内沿高度方向可以分为密相床层和稀相区，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灼热床料，其中的燃烧只占很小的一部分。 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 8 量只占床层总热容量的千分之几，而煤粒在 10 秒钟左右就可以燃烧（颗粒平均直径在 0— 8mm），所以 对床温的影响很小。 循环流化床内煤的燃料着火 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，是产生着火的点灶热源，这类固体近质点可以是细煤粒，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，对一定反应能力的煤种，在一定的温度水平之下，在临界的着火粒径，小于这个粒径直径，因为散热损失过大，燃料颗粒就不能着火，溢出炉膛。 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埋管受热面的碰撞等。 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，一但压力超过一定值，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 结构都能从煤粒中溢出，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，一级破碎时由于挥发份溢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。 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与水蒸气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、 NO NO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℃时开始首先分解为 H2S，然后逐渐氧化为 SO2。 其化学方程式为 9 Fes2+2H22H2S+Fe H2S+O2H2+SO2 对 SO2形成影响最大的因素是床温和过量空气系数，床温升高、过量空气系数降低则 SO2越高。 循环流化床燃烧过程中最常用的脱硫剂石灰石，当床温越过其煅烧温度时，发生煅烧分解反应： Caco3Cao+co2183kj/mol 脱硫反应方程式为： Cao+so2+1/2O2caso4 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 摩尔比的影响脱硫效率的首要因素，脱硫效率在 ca/s 低于 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 — 之间。 （ 2） 床温的影响 床温的影响主要在于改变了脱硫剂的反应速度、固体产物分布以及孔隙堵塞特性，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。 （。