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中能技術

循環流化床鍋爐的工作原理及鍋爐特點

文字:[大][中][小] 手機頁面二維碼 2020/3/25     瀏覽次數:    

一、循環流化床燃煤鍋爐爐內工作原理


循環流化床燃煤鍋爐基于循環流態化的原理組織煤的燃燒過程,以攜帶燃料的大量高溫固體顆粒物料的循環燃燒為主要特征。固體顆粒充滿整個爐膛,處于懸浮并強烈摻混的燃燒 方式。但與常規煤粉爐中發生的單純懸浮燃燒過程相比,顳粒在循環流化床燃燒室內的濃度 遠大于煤粉爐,并且存在顯著的揪粒成閉和床料的顆粒間混,顆粒與氣體間的相對速度大, 這一點顯然與基于氣力輸送方式的煤粉懸浮燃燒過程完全不同。

循環流化床鍋爐的燃燒與煙風流程示意見圖 6-1。


預熱后的一次風(流化風)經風室由爐膛底部穿過布風板送入,使爐膛內的物料處于快速流化狀態,燃料在充滿整個爐膛的惰件床料中燃燒。 較細小的顆粒被氣流夾帶飛出爐膛,并由K灰分 離裝置分離收糶,通過分離器下的回料管與飛灰 回送器(返料器)送W爐膛循壞燃燒;燃料在燃 燒系統內完成燃燒和卨溫煙氣向X質的部分熱M 傳遞過程。煙氣和未被分離器捕集的細顆粒排入 圖s-i擁環流化床鍋爐爐內燃燒與煙風系統尾部煙逬,繼續受熱曲?進行對流換熱,最后排出鍋爐。

在這種燃燒方式下,燃燒室密相區的濕度水T受到燃煤過稈中的高溫結液、低溫結焦和 最佳脫硫溫度的限制,一般維持在850℃左右,這一溫度范圍也恰與垃圾脫硫溫度吻合。由 于循環流化床鍋爐較煤粉爐爐膛的溫度水平低的特點,帶來低污染物排放和避免燃煤過程 中結渣等問題的優越性。


二、循環流化床鍋爐的工作過程


圖6-2為典型電站用循環流化床鍋爐的工作系統,其基本工作過程如下:煤由煤場經抓斗和運煤皮帶等傳輸設備被送入煤倉,然后由煤倉進入破碎機被破碎成粒徑小于10mm 的煤粒后送入爐膛。與此同時,用于燃燒脫硫的脫硫劑石灰石也由石灰石倉送入爐膛,參與煤粒燃燒反應。此后,隨煙氣流出爐膛的大量顆粒在旋風分離器中與煙氣分離。分離出來的顆??梢灾苯踊氐綘t膛,也可經外置式換熱器辦進入爐膛參與燃燒過程。由旋風分離器分離出來的煙氣則被引入鍋爐尾部煙道,對布置在尾部煙道中的過熱器、省煤器和空氣預熱器中的工質進行加熱,從空氣預熱器出口流出的煙氣經布袋除塵器除塵后,由引風機排入煙囪,排向大氣。

在汽水系統方面,循環流化床鍋爐和煤粉爐基本相似。給水由給水泵壓入省煤器,吸熱后流入汽包,經下降管和下聯箱匯集,重新分配給布置在爐膛四周的水冷壁管中。工質在水冷壁管中吸熱汽化后再返回汽包,在汽包內進行汽水分離,飽和蒸汽流入位于對流煙道的過熱器,并在其中進一步被煙氣加熱到規定的溫度和壓力的過熱蒸汽。隨后,過熱蒸汽流入汽輪機,推動汽輪機轉動。并帶動同軸的發電機組發電。

圖6-2典型電站用循環流化床鍋爐的工作系統

1-煤場;2-燃料倉;3-燃料破碎機;4-石灰石倉;5-水冷壁;6-布風板下的空氣入口;7-旋風分離器;8-鍋爐尾部煙道;9-外置式換熱器的被加熱工質入口;10-布袋除塵器;11-汽輪機;12-煙囪;13-二次風入口;14-排渣管;15-省煤器;16-過熱器;17-引風機;

外置式換熱器中的被加熱工質可以是給水或蒸汽。這些工質在外置式換熱器中吸熱后仍回到鍋爐的汽水系統。

燃燒及布風需要的一次風和二次風通常由冷空氣在空氣預熱器(布置在后部煙道的省煤器后面,圖中未示出)中預熱后分別從爐膛底部及爐膛側墻送入。


三、循環流化床鍋爐的特點


循壞流化床鍋爐的循環流化燃燒方式與其他燃燒方式的鍋爐相比具有以下特點。

1. 可燃用的燃料范圍寬

循環流化床鍋爐爐膛中存在大量由固體顆粒構成的床料。這些熾熱的固體顆??梢允巧匙?、礫石、石灰石及煤灰。加入的燃料按質量分數計算只占床料總量的1%?3%。

循環流化床是快速床,在爐膛形成一個中心區氣流與細顆粒向上運動而四周近壁環形區顆粒團向下沉降的強烈內循壞運動。加上隨煙氣流出爐膛的高溫固體顆粒被分離捕集后再次送回爐膛的外循環作用,使爐膛內傳熱和傳質過程得到顯著強化。爐膛內溫度能均勻地保持在850℃左右,加入爐膛的燃枓顆粒迅速加熱到爐膛溫度并著火燃燒。因而循環流化床鍋爐可以不需輔助燃料,而燃用各種固體燃料,從低揮發分的無煙煤到高硫煙煤乃至灰分含量高達40%?60%的高灰煤均可滿意地燃燒。此外,這種鍋爐還能燃用石油焦、頁巖等其他固體燃料,其燃料適用范闈十分寬廣。

2. 燃燒效率高

循環流化床燃燒時,雖然其燃料顆粒比煤粉粗數十倍乃至上百倍,但在設計和運行良好的情況下,其燃燒效率可以達到煤粉爐的水平。

循環流化床鍋爐能保持燃燒效率高的主要原因如下:首先新鮮燃料顆粒進入爐膛迅速與大量熾熱床料混合,可立即著火燃燒,而且爐內氣固混合強烈,燃燒速率高;此外,在這種鍋爐中,燃燒區域擴散到整個爐膛。隨氣流流出爐膛的未燃盡顆粒會被旋風分離器分離后再送回爐膛循環燃燒。因而使燃料燃燒時間大為延長,有利于燃料燃盡;當然,也有一些細顆粒未被旋風分離器收集,并隨煙氣流入鍋爐尾部受熱面煙道,造成一些不完全燃燒損失。為了降低這部分燃燒損失,可以在鍋爐尾部煙道底部收集這些細顆粒并送回爐膛參加燃燒。

3. 脫硫效果好

煤粉爐的主要缺點之一即為排煙中含有在燃燒過程中產生的大量SO2氣體。含有SO2 的煙氣排入大氣后將嚴重污染環境。為了減少煙氣中的SO2含墾,并使之達到環保要求,往往需要采用價格昂貴的煙氣脫硫裝置,或在燃燒過程中加入脫硫劑(吸收劑)脫硫。常用的脫硫劑為石灰石(CaCO3j)和白云石(CaCO3 ? MgCO3)

在循環流化床鍋爐中,脫硫劑在爐膛中是在最佳反應溫度下進行脫硫,爐膛中燃料和物料的內循環和分離設備、回送設備造成的外部循環使脫硫劑在爐膛內平均停留時間可長達數十分鐘。因而,脫硫過程可充分進行。在采用石灰石作脫硫劑Ca/S=2的情況下,其脫硫效率可高達90%以上,脫琉劑利用率可達50%以上,排入大氣的煙氣中SO2含量(標準狀態)小于200mg/m3,符合國家環保標準,可不必采用昂貴的煙氣脫硫裝置。

4. 氮氧化物NOx棑放量低

鍋爐排煙中另一種危害環境的物質為氮氧化物NOx煙氣中的NOx按其生成機理可分為熱力型NOx、快速型NOx和燃料型NOx三類。

熱力型NOx是燃燒用空氣中所含的N2在高溫時氧化生成的;快速型NOx,是燃料燃燒分解時所產生的中間產物與N2反應生成的;燃料型NOx是燃料中所含有機氧化合物在燃燒時氧化生成的。

在燃煤鍋爐中,快速型NOx占總NOx含量的比例較少,一般在5%以下,因此排煙中氮氧化物主要為熱力型NOx和燃料型NOx研究表明,燃料型NOx和熱力型NOx均與燃燒溫度密切相關。燃燒溫度愈高則這兩種類型的NOx含量愈大,反之則愈小。特別是熱力型NOx,受燃燒溫度影響更明顯。循環流化床鍋爐的爐膛溫度為850℃左右,此時熱力型NOx生成量已較少,一般只占NOx總排放量的10%以下。加上循環流化床鍋爐燃燒所需空氣采用分段給入方式。一次風從布風板下送入,其量低于燃燒所需氧量,因而析出的燃料氮不能充分與氧反應生成氧化氮。二次風在爐膛下部還原區以上送入爐膛,此時燃料析出的氮已成為分子氮,因而也不易形成NOx由于合理組織了分段送風和分段燃燒,可以有效地減少燃料型NOx的生成。因而循環流化床鍋爐煙氣中的NOx排放范圍為(50?150) ppm,可以滿足各國的環保法規要求。

5.爐膛截面熱負荷高,有利于發展大容量鍋爐

循環流化床鍋爐的爐膛內氣流速度是鼓泡流化床鍋爐的3?5倍,爐內混合強、傳熱快, 其爐膛截面熱負荷也遠大于鼓泡流化床鍋爐,一般為3?5MW/m2,可達到與煤粉鍋爐相當的水平。

6.鍋爐出力調節范圍廣,調節速率快

在循環流化床鍋爐中,可以通過減少進入外置式換熱器的循環量使爐溫升高。這樣,就可補償在低負荷時,因燃料量和空氣量的下降而引起的爐溫降低,使爐溫仍保持在最佳爐溫運行工況。因而可使鍋爐出力調節范圍較寬,一般在鍋爐正常出力的25%?30%下仍可穩定運行。此外,由于爐膛氣速高、傳熱快,因而其出力調節速率較快,可達到4%/min的程度。

7.灰渣可進行多種綜合利用

由于低溫燃燒和燃燒效率高,使循環流化床鍋爐排出的灰渣未經熔化過程且含碳量小。但由于采用加入脫硫料的爐內脫硫技術,其固體灰渣排出最一般是同容量煤粉鍋爐的1.5?2倍。并且灰渣中含有大量的氧化鈣和硫酸鈣,不像煤粉鍋爐灰渣以氧化硅為主。其灰渣可用于水泥摻和料、建筑材料和磚瓦生產等方面的綜合利用。

循環流化床鍋爐的一系列特點已使其逐漸發展為一種適用燃料范圍廣、高效低污染的燃煤鍋爐,不僅適用于工業鍋爐,也適用于大型電站鍋爐,具有寬廣的應用和發展前景。



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