循环流化床炉内传热与燃烧

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1、主 讲 ： 李 加 护循 环 流 化 床锅 炉 设 备 及 运 行单 位 ： 华 北 电 力 大 学 能 源 与 动 力 工 程 学 院电 话 ： 0312-7522954 15032236099Q Q ： 7954452 Email: 第 一 节 流 化 床 锅 炉 的 炉 内 传 热 第 二 节 循 环 流 化 床 中 煤 料 的 燃 烧 过 程 第 三 节 循 环 流 化 床 中 的 燃 烧 份 额 第 四 节 流 化 床 燃 烧 效 率 问 题 第 四 章 循 环 流 化 床 炉 内 传 热 与 燃 烧 第 一 节 流 化 床 锅 炉 的 炉 内 传 热循 环 流 化 床 锅 炉 内

2、的 传 热 是 与 燃 烧 同 时 发 生 的 。炉内传热气体与固体之间的传热颗粒与颗粒之间的传热炉膛与受热面之间的传热颗粒对流传热气体对流传热辐射传热传热基本方式导热传热对流传热辐射传热 一、传热分析ph gh 1.颗料对流传热（ ）CFB锅炉主要传热方式固 体 颗 粒 聚 集 成 颗 粒 团 ， 当 它 们 运 动 到 受 热 面 附近 时 ， 与 受 热 面 形 成 很 大 的 温 差 ， 这 时 热 量 从 颗粒 团 经 过 气 膜 以 导 热 方 式 传 给 受 热 面 ， 或 颗 粒 团直 接 碰 撞 受 热 面 把 携 带 的 热 量 传 给 受 热 面 。2.气体对流传热（ ）

3、密 相 区 ， 气 体 对 流 传 热 量 较 小 。但 当 颗 粒 浓 度 较 小 、 床 层 温 度 较 高 时 ， 气 体 对 流传 热 的 作 用 不 可 忽 略 。 3.辐射传热（ ）也是CFB锅炉的主要传热方式密 相 区 ， 辐 射 传 热 作 用 较 小 。而 在 稀 相 区 颗 粒 浓 度 较 小 、 辐 射 传 热 所 占 比 例 增 大 。rh rgtptw hhfhfh )1(tf 壁面为颗粒团覆盖的平均时间份额。.总传热量 二、传热机理.气膜理论.颗粒团理论 三、影响CFB锅炉炉内传热的主要因素.颗粒浓度的影响炉内传热系数随着床内物料浓度的增加面增大由四周沿壁面向下流动

4、的固体颗粒团和中部向上流动的含有分散固体颗粒的气体来完成热量的传递。 .流化速度的影响流化速度对传热过程的影响比较复杂。一般而言，风速增大时，一方面使气体对流传热增强，另一方面则由于颗粒浓度减小而使传热系数减小。在密相区，固体浓度大，颗粒以非稳态导热为主，传热系数随风速增大而减小；稀相区以对流换热为主，故相反，不过，由于在稀相区固体颗粒巾壁下滑，而气体分量 比固体分量要小得多，因此在固体颗粒一定时，传热系数基本上不随流化风速变化。 锅炉运行时，一般增加（或减少）一次风量和增加（或减少）给料量是同时进行的，这样才能调节锅炉负荷。 .床层温度的影响 .循环倍率的影响循环倍率对炉内传热的影响，实质上

5、是物料浓度对炉内传热系数的影响。循环倍率K与炉内物料浓度是成正比的。返送回炉床内的物料越多，炉内物料量越大，物料浓度越高，传热系数也越大，反之亦然。因此，循环倍率越大，炉内传热系数也越大。 .颗粒尺寸的影响在宽筛分的循环流化床锅炉中，如果细颗粒所占的份额增多，则会有较多的颗粒被携带到床层的上部，增加了截面颗粒浓度，从而间接地加强了传热。.悬挂受热面的影响 炉膛温度分布试验 第 一 节 流 化 床 锅 炉 的 炉 内 传 热 第 二 节 循 环 流 化 床 中 煤 料 的 燃 烧 过 程 第 三 节 循 环 流 化 床 中 的 燃 烧 份 额 第 四 节 流 化 床 燃 烧 效 率 问 题 第

6、四 章 循 环 流 化 床 炉 内 传 热 与 燃 烧 第 二 节 循 环 流 化 床 中 煤 料 的 燃 烧 过 程 重 要 性燃 烧 过 程 对 火 力 发 电 机 组 安 全经 济 运 行 的 影 响稳 定 燃 烧高 效 燃 烧 燃 烧 概 述 燃 烧 是 气 体 、 液 体 或 固 体 燃 料 与 氧 化剂 之 间 发 生 的 一 种 强 烈 的 化 学 反 应 ， 流 动 、 传 热 、 传 质 和 化 学 反 应 同 时 发生 有 相 互 作 用 的 综 合 现 象 ， 典 型 的 物 理 化 学 过 程 , 化 学 反 应 动 力 学 、 流 体 力 学 、 传 热 传质 学 是

7、 研 究 燃 烧 反 应 过 程 的 基 础 知 识 . 燃 烧 学 的 发 展 历 史 直 至 18世 纪 中 以 前 ， 发 展 缓 慢 ， 对 燃 烧 现 象 的 本 质几 乎 一 无 所 知 。 之 后 ： 燃 素 的 概 念 出 现 （ 物 质 是 否 燃 烧 被 归 于 是 否含 有 燃 素 ） 1765年 燃 烧 是 物 质 的 氧 化 （ 燃 烧 理 论 的 萌 芽 ） 19世 纪 出 现 热 化 学 和 化 学 热 力 学 （ 将 燃 烧 作 为 热力 学 系 统 ， 考 察 其 初 态 和 终 态 ， 静 态 特 性 的 研 究 ） 20世 纪 初 燃 烧 反 应 动 力

8、学 （ 研 究 燃 烧 过 程 的 动 态过 程 的 理 论 ） 3040年 代 火 焰 传 播 的 概 念 湍 流 燃 烧 理 论 （ 认 识燃 烧 过 程 的 限 制 因 素 往 往 不 是 反 应 动 力 学 ， 而 是 传热 传 质 ， 即 受 限 于 物 理 过 程 ） 50 60年 代 德 国 人 Von Karmen（ 对 宇 航 也 有 巨大 的 贡 献 ） 提 出 用 连 续 介 质 力 学 来 研 究 燃 烧 ， 称 为化 学 流 体 力 学 或 反 应 流 体 力 学 ， 将 经 典 流 体 力 学 的方 法 、 边 界 层 、 射 流 理 论 等 应 用 与 研 究 燃

9、 烧 70年 代 初 ， 大 型 电 子 计 算 机 出 现 ， 形 成 计 算 流体 （ 计 算 燃 烧 ） 学 ， 建 立 了 燃 烧 的 数 学 模 拟 方 法 和数 值 计 算 方 法 ；激 光 测 量 技 术 的 出 现 ， 使 精 密 测 量 成 为 现 实 。基 本 理 论 +数 学 模 型 和 数 值 计 算 +先 进 的 测 量 技 术 炉 内 燃 烧 与 派 生 的 问 题q 受 热 面 积 灰 、 结 渣 ；q 氧 化 氮 等 污 染 物 的 生 成 ；q 受 热 面 金 属 表 面 的 高 温 腐 蚀 ；q 蒸 发 受 热 面 中 水 动 力 的 安 全 性 ； 加 热

10、蒸 发 挥 发 份 释 放 焦 化 煤 粒 膨 胀 和破 裂 （ 一 级 破碎 ） 蒸 发 挥 发 份 燃 烧 焦 碳 燃 烧再 次 破 裂（ 二 级 破 碎 ） 炭 粒 磨 损 空 气 煤 烟 气 灰 渣煤 粒 炉 内 燃 烧 过 程1.煤 粒 加 热 和 干 燥 ；2.挥 发 分 的 析 出 和 燃 烧 ；3.煤 粒 膨 胀 和 破 裂 (一 级 破 碎 )；4.焦 炭 燃 烧 和 再 次 破 裂 （ 二 次 破 碎 ） 及 炭 粒 磨 损 。 一、焦炭燃烧学 术 界 的 三 种 理 论 :碳 是 固 体 燃 料 的 主 要 成 分 ， 对 着 火 、 燃 尽 、 发 热 量等 均 有 影

11、 响1、 一 次 反 应 C+O2 CO2 二 次 反 应 C+CO2 2CO2、 一 次 反 应 2C+O 2 2CO 二 次 反 应 2CO+O2 2CO23、 一 次 反 应 C+O2 CxOy(络 合 物 ) 二 次 反 应 络 合 物 分 解 为 CO、 CO2只 要 有 足 够 O2 CO2（ 一 ） .碳 的 燃 烧 反 应 2、 过 程1、 研 究 对 象 ： 固 相 表 面 上 进 行 的 多 相 反 应(1)氧 分 子 扩 散 到 反 应 表 面 ；(2)氧 分 子 吸 附 于 表 面 上 ；(3)在 表 面 上 发 生 燃 烧 反 应 ， 放 出 CO2等 燃 烧 产 物

12、 ；(4)燃 烧 产 物 解 吸 附 ；(5)产 物 扩 散 到 周 围 。这 些 过 程 中 哪 些 是 瓶 颈 呢 ？(2)、 (4)、 (5)均 快(1)、 (3)较 慢 当 (1)较 慢 扩 散 燃 烧 区 (3)较 慢 动 力 燃 烧 区（ 二 ） .碳 的 多 相 燃 烧 反 应 （ 三 ） 、 燃 烧 区 域 .当 温 度 较 低 时 (t1400 )， 由 于 k因 T升 高 面 大 大 增 加 ， 此时 扩 散 速 度 相 对 太 低 ， 成 为 制 约 因 素 ， 故 称 扩 散 燃 烧 区 ； .上 述 两 者 之 间 的 温 度 区 域 ， 两 个 速 度 相 近 ，

13、称 为 过 渡 区 。根 据 氧 扩 散 到 表 面 及 在 表 面 上 消 耗 (即 化 学 反 应 速 度 k)，按 温 度 变 化 ， 分 成 三 个 区 域 ： （ 四 ） 、 焦 碳 燃 烧 模 式1、 细 颗 粒 焦 炭 燃 烧 （ 小 于 50 100微 米 ) 、 焦 炭 碎 片 燃 烧 （ 典 型 尺 寸 500 1000微 米 ) 、 粗 颗 粒 焦 炭 燃 烧 （ 大 于 1mm) 二、煤粒的膨胀、破碎和磨损 煤 颗粒 燃烧 中细 粒子 的形 成过 程 污 染 物 的 控 制 ： SOx NOx 矿 物 燃 料 燃 烧 的 全 球 性 四 大 公 害 ： 大 气 烟 尘

14、、 酸 雨 、 温 室 效 应 、 臭 氧 层 破 坏 。 燃 煤 火 力 发 电 装 置 ： 粉 尘 、 硫 氧 化 物 （ SO2、SO3） 、 氮 氧 化 物 （ NOX） 及 二 氧 化 碳（ CO2） 。三、煤燃烧后产生的污染 v燃 烧 排 烟 产 物 ： SO2和 极 少 量 的 SO3， 在 大 气 环境 中 ， SO2可 以 进 一 步 转 变 为 SO3并 形 成 硫 酸 雾 。vSO2对 人 体 健 康 的 影 响 是 在 呼 吸 道 黏 膜 上 形 成 亚硫 酸 和 硫 酸 ， 刺 激 人 体 组 织 ， 引 起 分 泌 物 增 加和 发 生 炎 症 。vSO2进 入 植

15、 物 叶 片 并 溶 解 于 水 ， 沾 结 在 细 胞 壁 的表 面 ， 使 植 物 受 害 ， 叶 片 发 黄 ， 严 重 时 大 量 叶片 枯 萎 ， 导 致 植 物 死 亡 。vSO2及 其 在 大 气 环 境 中 转 化 成 的 硫 酸 雾 可 被 吸 附在 材 料 的 表 面 ， 具 有 很 强 的 腐 蚀 作 用 ， 会 使 金属 设 备 、 建 筑 物 等 遭 受 腐 蚀 ， 大 大 降 低 其 使 用寿 命 。燃 烧 产 生 的 硫 氧 化 物 的 危害 燃 烧 产 生 的 氮 氧 化 物 的 危 害v燃 烧 设 备 排 放 的 氮 氧 化 物 ： NO和 少 量 的 NO2

16、， 还 包 括N2O、 N2O3等 ， 统 称 为 NOXvNOX对 人 类 自 身 及 生 存 环 境 的 直 接 和 间 接 危 害 已 远 超 过其 它 污 染 物 。vN2O是 形 成 温 室 效 应 的 气 体 ， 并 且 会 破 坏 大 气 臭 氧 层 ，造 成 紫 外 线 对 人 体 的 危 害 。v生 成 一 种 浅 蓝 色 的 有 毒 烟 雾 ， 称 为 光 化 学 烟 雾 。 光 化 学烟 雾 对 人 的 眼 、 鼻 、 心 、 肺 及 造 血 组 织 等 均 有 强 烈 的 刺激 和 损 害vNO X会 在 地 球 表 面 的 大 气 层 中 形 成 臭 氧 ， 臭 氧

17、进 入 植 物叶 片 并 溶 解 于 水 ， 沾 结 在 细 胞 壁 的 表 面 ， 对 植 物 造 成 严重 的 伤 害 。 臭 氧 对 人 体 也 十 分 有 害 。v在 大 气 中 ， NOX会 形 成 HNO3， 即 硝 酸 雾 ， 也 是 形 成 酸 雨的 一 个 重 要 原 因 温 室 气 体 的 危 害 温 室 气 体 ： CO2， CH4， NOX等 气 体 ，CO2与 NOX主 要 产 生 于 矿 物 燃 料 的 燃 烧 过程 ， 煤 和 油 都 是 含 碳 量 很 高 的 燃 料 。 具 有 惰 性 气 体 性 质 的 CO2等 温 室 气 体 一 经形 成 ， 其 被 森

18、 林 ， 土 壤 或 海 洋 自 然 吸 收的 速 率 极 其 缓 慢 ， CO2等 温 室 气 体 的 寿 命期 可 长 达 50至 200年 。 我 国 火 电 厂 大 气 污 染 物 排 放 标 准 火 电 厂 大 气 污 染 物 排 放 标 准 （ GB13223-1996） 分 别 对 NOX与 SO2排放 浓 度 及 排 放 量 提 出 了 严 格 的 要 求 表 1 1 火 电 厂 锅 炉 SO2最 高 允 许 排 放 浓 度（ m g/m 3 标 准 状 态 下 ， 干 烟 气 ， 换 算 到 6%O2）收 到 基 燃 料 硫 含 量 （ %） 允 许 排 放 浓 度 小 于

19、1.0 2100大 于 1.0 1200 燃 用 设 计 煤 种 和 校 核 煤 种 ， 炉 内 脱 硫 ， 锅 炉的 SO2排 放 浓 度 为 200 mg/Nm3， NOx排 放 浓度 不 高 于 200 mg/Nm3。 -东 方 锅 炉 技 术 协 议 （ 09.9.25） .doc武 安 第 一 节 流 化 床 锅 炉 的 炉 内 传 热 第 二 节 循 环 流 化 床 中 煤 料 的 燃 烧 过 程 第 三 节 循 环 流 化 床 中 的 燃 烧 份 额 第 四 节 流 化 床 燃 烧 效 率 问 题 第 四 章 循 环 流 化 床 炉 内 传 热 与 燃 烧 第 三 节 循 环 流

20、 化 床 中 的 燃 烧 份 额一、燃烧份额燃 煤 在 密 相 区(沸 腾 区 )的 燃 烧份 额 表 示 燃 煤 在密 相 区 的 燃 烧 程度 。 二、影响燃烧份额的因素1.煤种的影响 2.流化速度的影响 3.一、二次风配比对燃烧份额的影响 4.床温的影响 5.过量空气系数的影响 6.粒径和粒径分布的影响 7.分离器效率的影响 CONCLUSION1.跟鼓泡床的燃烧份额有很大不同，密相区低于鼓泡床。2.增加一次风比例，密相区燃烧份额会有所增加，但增加的比例远低于所增加的一次风的比例。3.床温增加，密相区燃烧份额有所增加，但幅度不大。4.挥发分增加，稀相区燃烧份额增加。5.一二次风比固定，在

21、一定范围内增加过量空气系数，密相区的燃烧份额增加。6.增加分离器的效率，密相区的燃烧份额降低。 第 一 节 流 化 床 锅 炉 的 炉 内 传 热 第 二 节 循 环 流 化 床 中 煤 料 的 燃 烧 过 程 第 三 节 循 环 流 化 床 中 的 燃 烧 份 额 第 四 节 流 化 床 燃 烧 效 率 问 题 第 四 章 循 环 流 化 床 炉 内 传 热 与 燃 烧 一 、 燃 煤 特 性 的 影 响影 响 流 化 床 燃 烧 的 因 素 很 多 ， 如 燃 煤 特 性 、 燃煤 粒 径 级 配 、 流 化 质 量 、 给 煤 方 式 、 床 温 、床 体 结 构 和 运 行 水 平 等

22、 。第 四 节 流 化 床 燃 烧 效 率 问 题挥 发 分 含 量发 热 量灰 熔 点 二 、 燃 煤 粒 径 的 影 响 三 、 布 风 装 置 和 流 化 质 量 的 影 响四 、 给 煤 方 式 的 影 响五 、 床 体 结 构 和 飞 灰 再 燃 的 影 响六 、 运 行 水 平 的 影 响七 、 焦 碳 失 活 问 题 八 、 循 环 倍 率 的 影 响 九 、 床 温 的 影 响 十 、 流 化 风 速 的 影 响 十 一 、 二 次 风 布 置 方 式 的 影 响 本 章 重 点 CFB炉 内 传 热 机 理 影 响 CFB传 热 的 主 要 因 素 CFB煤 粒 的 燃 烧 过 程 燃 烧 份 额 影 响 燃 烧 份 额 的 因 素