循環(huán)流化床鍋爐原理-第五章-傳熱

1、循環(huán)流化床鍋爐-傳熱傳熱系統(tǒng)v密相區(qū)傳熱v稀相區(qū)傳熱v傳熱機(jī)理模型v傳質(zhì)v傳熱系數(shù)的準(zhǔn)確性，對(duì)于循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行可靠性、安全性均起著舉足輕重的作用。在鍋爐設(shè)計(jì)中，傳熱系數(shù)決定著受熱面的布置、數(shù)量及結(jié)構(gòu)，如果傳熱系數(shù)選取不當(dāng)，就難以達(dá)到穩(wěn)定燃燒和最佳經(jīng)濟(jì)效益，甚至出現(xiàn)受熱面損壞的現(xiàn)象。與傳統(tǒng)流化床一樣，在循環(huán)流化床中存在各種不同的傳熱過(guò)程：v 1)顆粒與氣流之間的傳熱(床內(nèi)顆粒與床內(nèi)氣流)；v 2)顆粒與顆粒之間的傳熱；v 3)整個(gè)氣固多相流與受熱表面(包括壁面與懸吊在床內(nèi)的表面)之間的傳熱，v 4)氣固多相流與入床氣流之間的傳熱。第一節(jié) 密相區(qū)傳熱v循環(huán)流化床下部密相區(qū)與受熱面

2、間的傳熱機(jī)理循環(huán)流化床下部密相區(qū)與受熱面間的傳熱機(jī)理 v影響傳熱的各種因素(一一)三個(gè)控制傳熱過(guò)程的因素三個(gè)控制傳熱過(guò)程的因素v1氣體對(duì)流傳熱系數(shù)氣體對(duì)流傳熱系數(shù)v2輻射傳熱系數(shù)輻射傳熱系數(shù)v3 . 顆粒對(duì)流傳熱系數(shù)顆粒對(duì)流傳熱系數(shù)=+gcpcradh hhhgchradhpch循環(huán)流化床下部循環(huán)流化床下部密相區(qū)與受熱面密相區(qū)與受熱面間的傳熱機(jī)理間的傳熱機(jī)理(二二) 密相區(qū)傳熱理論密相區(qū)傳熱理論v1 顆粒與壁面的碰撞傳熱過(guò)程顆粒與壁面的碰撞傳熱過(guò)程 一個(gè)固體顆粒與一熱望面的碰撞傳熱過(guò)程與一個(gè)固體顆粒與一熱望面的碰撞傳熱過(guò)程與碰壁頻率有關(guān)，還與相對(duì)貼壁時(shí)間碰壁頻率有關(guān)，還與相對(duì)貼壁時(shí)間 以及顆粒

3、直徑有關(guān)。對(duì)于一個(gè)小顆粒，可寫以及顆粒直徑有關(guān)。對(duì)于一個(gè)小顆粒，可寫出以下熱平衡方程：出以下熱平衡方程： )(100101pggp4p4w24p41100pwwppp)TT(Ah)TT(A)TT(A)TT(AhddTmc循環(huán)流化床下部循環(huán)流化床下部密相區(qū)與受熱面密相區(qū)與受熱面間的傳熱機(jī)理間的傳熱機(jī)理v2氣膜理論氣膜理論v氣膜理論認(rèn)為，傳熱表面和流化氣膜理論認(rèn)為，傳熱表面和流化床之間的傳熱熱阻主要來(lái)自一層床之間的傳熱熱阻主要來(lái)自一層流體氣膜層。氣膜厚度不僅取決流體氣膜層。氣膜厚度不僅取決于流體速度和性質(zhì)，而且受固體于流體速度和性質(zhì)，而且受固體顆粒湍流程度的影響，運(yùn)動(dòng)的固顆粒湍流程度的影響，運(yùn)動(dòng)的

4、固體顆粒沖刷這一膜層，減小了膜體顆粒沖刷這一膜層，減小了膜層熱阻，因而使得傳熱表面和流層熱阻，因而使得傳熱表面和流化床之間的傳熱大大強(qiáng)于單相氣化床之間的傳熱大大強(qiáng)于單相氣體對(duì)流傳熱。體對(duì)流傳熱。 循環(huán)流化床下部循環(huán)流化床下部密相區(qū)與受熱面密相區(qū)與受熱面間的傳熱機(jī)理間的傳熱機(jī)理v3顆粒團(tuán)理論顆粒團(tuán)理論v該理論認(rèn)為，可以將流化床中的浮該理論認(rèn)為，可以將流化床中的浮化相看成是由許多化相看成是由許多“顆粒團(tuán)顆粒團(tuán)”組成組成的，傳熱熱阻來(lái)自近受熱面的顆粒的，傳熱熱阻來(lái)自近受熱面的顆粒團(tuán)。顆粒團(tuán)在氣泡作用下，在換熱團(tuán)。顆粒團(tuán)在氣泡作用下，在換熱壁面附近周期性地更替，流化床與壁面附近周期性地更替，流化床與壁

5、面之間的傳熱速率依賴于這些顆壁面之間的傳熱速率依賴于這些顆粒團(tuán)的加熱速率及顆粒團(tuán)同壁面的粒團(tuán)的加熱速率及顆粒團(tuán)同壁面的接觸頻率。傳熱系數(shù)與流化風(fēng)速的接觸頻率。傳熱系數(shù)與流化風(fēng)速的關(guān)系曲線上出現(xiàn)最大的傳熱系數(shù)，關(guān)系曲線上出現(xiàn)最大的傳熱系數(shù)，是由于顆粒團(tuán)在壁面上接觸的頻率是由于顆粒團(tuán)在壁面上接觸的頻率增加和傳熱壁面上氣泡數(shù)的增加同增加和傳熱壁面上氣泡數(shù)的增加同時(shí)發(fā)生的緣故。時(shí)發(fā)生的緣故。v后來(lái)又發(fā)展出連續(xù)介質(zhì)假設(shè)模型，后來(lái)又發(fā)展出連續(xù)介質(zhì)假設(shè)模型，離散顆粒模型，交替層模型離散顆粒模型，交替層模型 v 4薄膜一乳化相理論薄膜一乳化相理論v靠近浸埋面的第一層是氣膜，第二層是與壁面平行流動(dòng)的乳化相。傳熱

6、熱阻包括氣膜的阻力和乳化相的阻力。這類機(jī)理把運(yùn)動(dòng)的固體顆粒在傳熱中起的作用看成是主要的，同時(shí)亦考慮了通過(guò)壁面邊界層的熱傳導(dǎo)。模型認(rèn)為，流化床的傳熱性質(zhì)可以同一個(gè)充分?jǐn)嚢璧囊后w的傳熱相比擬，這是由于顆粒與氣體相比較時(shí)，熱容較大的固體顆粒擾動(dòng)使膜的減薄所增加的傳熱量是有限的，數(shù)量上僅占8一12。Wicke和Fening用類似方法處理了他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。熱量首先從壁面以傳導(dǎo)方式經(jīng)過(guò)一定厚度的氣膜，然后此熱量在另外乳化相邊界層內(nèi)被與壁面平行流動(dòng)的固體顆粒所吸收。在乳化相區(qū)域內(nèi)，熱流量的一部分變?yōu)楣腆w顆粒的顯熱，其余部分通過(guò)固體顆較間的交換傳到床層的中心部位。影響傳熱的各個(gè)因素v氣體物性的影響v固體顆粒物

7、理特性的影響v流化風(fēng)速的影響v床溫和壁溫的影響v固體顆粒濃度的影響v顆粒循環(huán)率的影響v床壓的影響v加翅片后的影響v1氣體物性的影響氣體物性的影響v（1）氣體密度和比定壓熱容：由于壓力對(duì)）氣體密度和比定壓熱容：由于壓力對(duì)傳熱的影響主要是通過(guò)氣體密度來(lái)起作用，傳熱的影響主要是通過(guò)氣體密度來(lái)起作用，而傳熱系數(shù)隨著床層壓力的增加而增加，而傳熱系數(shù)隨著床層壓力的增加而增加，故隨著氣體密度的增加將導(dǎo)致的增加。床故隨著氣體密度的增加將導(dǎo)致的增加。床層與受熱面之間的傳熱系數(shù)與氣體密度和層與受熱面之間的傳熱系數(shù)與氣體密度和比熱容乘積呈指數(shù)規(guī)律變化比熱容乘積呈指數(shù)規(guī)律變化 v（2）氣體粘度：許多學(xué)者研究認(rèn)為，傳熱

8、）氣體粘度：許多學(xué)者研究認(rèn)為，傳熱系數(shù)隨著氣體粘度的增加而減小。系數(shù)隨著氣體粘度的增加而減小。v （3）氣體導(dǎo)熱系數(shù)：在流化床傳熱中，氣）氣體導(dǎo)熱系數(shù)：在流化床傳熱中，氣體邊界起著重要作用，因此氣體的導(dǎo)熱系體邊界起著重要作用，因此氣體的導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)有著相當(dāng)大的影響。數(shù)對(duì)有著相當(dāng)大的影響。v2 固體顆粒物理特性的影響固體顆粒物理特性的影響v（1）固體顆粒尺寸的影響：）固體顆粒尺寸的影響：不同粒徑的顆粒床是由不同的傳熱機(jī)理在起控制作用的。對(duì)于小顆粒床，顆粒的冷卻特征時(shí)間小于其在受熱面上的停留時(shí)間，顆粒主要通過(guò)氣膜與受熱面進(jìn)行熱交換，這是一個(gè)非穩(wěn)態(tài)過(guò)程，所以當(dāng)流化速度增加時(shí)，顆粒在表面的停留時(shí)間縮短，

9、使得傳熱系數(shù)迅速增加。對(duì)于大顆粒床，其臨界流化速度較高，氣體的對(duì)流換熱作用加強(qiáng)，顆粒與受熱面間的換熱作用因氣膜厚度加大而相對(duì)減弱，因此傳熱系數(shù)隨不同流化速度的變化不如小顆粒床那么劇烈。 v(2)固體顆粒密度的影響：固體顆粒密度的影響：傳熱系數(shù)隨著顆粒密度的增加而增加。顆粒密度對(duì)傳熱系數(shù)的影響程度隨著粒徑的增大而減弱。 v(3)球形度及表面狀態(tài)球形度及表面狀態(tài)：球形和較光滑的顆粒，換熱系數(shù)較高。v(4)顆粒比定壓熱容的影響顆粒比定壓熱容的影響：換熱系數(shù)隨著比定壓熱容的增加而增加。v(5)固體顆粒導(dǎo)熱系數(shù)的影響固體顆粒導(dǎo)熱系數(shù)的影響：影響很小v3流化風(fēng)速對(duì)傳熱的影響流化風(fēng)速對(duì)傳熱的影響v在循環(huán)流化

10、床中，運(yùn)行風(fēng)速對(duì)傳熱過(guò)程的影響是在循環(huán)流化床中，運(yùn)行風(fēng)速對(duì)傳熱過(guò)程的影響是比較復(fù)雜的，一般而言，風(fēng)速增大時(shí)，一方面使比較復(fù)雜的，一般而言，風(fēng)速增大時(shí)，一方面使氣體對(duì)流傳熱增強(qiáng)，另一方面則由于顆粒濃度減氣體對(duì)流傳熱增強(qiáng)，另一方面則由于顆粒濃度減小而使傳熱系數(shù)減小。在循環(huán)流化床中，對(duì)于固小而使傳熱系數(shù)減小。在循環(huán)流化床中，對(duì)于固體濃度較大的床下部濃相區(qū)，顆粒以非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱體濃度較大的床下部濃相區(qū)，顆粒以非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱為主，傳熱系數(shù)隨風(fēng)速增大而減??；而對(duì)于顆粒為主，傳熱系數(shù)隨風(fēng)速增大而減??；而對(duì)于顆粒濃度較小的稀相區(qū)，則氣體對(duì)流將比較明顯，因濃度較小的稀相區(qū)，則氣體對(duì)流將比較明顯，因而傳熱系數(shù)可能隨流化風(fēng)

11、速增大而增大。不過(guò)，而傳熱系數(shù)可能隨流化風(fēng)速增大而增大。不過(guò)，由于在稀相區(qū)固體顆粒貼壁下滑，而氣流對(duì)流分由于在稀相區(qū)固體顆粒貼壁下滑，而氣流對(duì)流分量比固體分量要小得多，因此在固體顆粒濃度一量比固體分量要小得多，因此在固體顆粒濃度一定時(shí)，傳熱系數(shù)基本上不隨流化風(fēng)速變化。定時(shí)，傳熱系數(shù)基本上不隨流化風(fēng)速變化。 v4床溫和壁溫對(duì)傳熱系數(shù)的影響床溫和壁溫對(duì)傳熱系數(shù)的影響v 在循環(huán)流化床的密相區(qū)中，床與傳熱面之在循環(huán)流化床的密相區(qū)中，床與傳熱面之間的傳熱系數(shù)隨著床溫的升高而升高。間的傳熱系數(shù)隨著床溫的升高而升高。v傳熱系數(shù)隨壁溫的升高成直線規(guī)律變化，傳熱系數(shù)隨壁溫的升高成直線規(guī)律變化，其變化斜率為其變化

12、斜率為0.44 傳熱系數(shù)與壁溫的關(guān)系傳熱系數(shù)與壁溫的關(guān)系 床溫對(duì)傳熱系數(shù)的影響床溫對(duì)傳熱系數(shù)的影響v5固體顆粒濃度的影響固體顆粒濃度的影響v循環(huán)流化床中傳熱系數(shù)受床內(nèi)固體顆粒濃循環(huán)流化床中傳熱系數(shù)受床內(nèi)固體顆粒濃度的影響是十分強(qiáng)烈的，其值隨固體顆粒度的影響是十分強(qiáng)烈的，其值隨固體顆粒濃度的增加而增加。濃度的增加而增加。 v7顆粒循環(huán)流率的影響顆粒循環(huán)流率的影響v在一定氣體流速下，傳熱系數(shù)隨顆粒循環(huán)速率增大而增大，而當(dāng)顆粒循環(huán)速率一定時(shí)，傳熱系數(shù)隨操作氣體流速增大而減小?？紤]到床層顆粒濃度隨操作條件的變化規(guī)律，可見傳熱系數(shù)主要受顆粒濃度的影響。v8床層壓力的影響床層壓力的影響v床層壓力增大，傳熱

13、系數(shù)增加。目前世界各國(guó)均在積極開展對(duì)增壓流化床的研究，通過(guò)增加床層壓力，從而提高傳熱系數(shù)，增加單位受熱面積的傳熱能力，降低鋼耗和節(jié)省空間。v9加翅片后對(duì)傳熱的影響加翅片后對(duì)傳熱的影響v從床層把熱量傳到埋管中的水，主要熱阻來(lái)自管子外側(cè)，采用翅片管加大傳熱表面積能大大改善傳熱效果。不過(guò)，翅片管在床中的放置方式不同，其肋片效率也不同。將縱肋管水平放置于床層內(nèi)，由于肋片的阻擋，不均一的“乳化團(tuán)”不易撞擊到受熱面內(nèi)部，肋片效率僅為31左右，而如果把試驗(yàn)管傾斜50。左右進(jìn)行試驗(yàn)，肋片效率達(dá)v74.7。關(guān)聯(lián)式第二節(jié) 稀相區(qū)傳熱v循環(huán)流化床上部稀相區(qū)的傳熱過(guò)程循環(huán)流化床上部稀相區(qū)的傳熱過(guò)程 v影響傳熱的各種因

14、素v關(guān)聯(lián)式(一一)三個(gè)控制傳熱過(guò)程的因素三個(gè)控制傳熱過(guò)程的因素v1氣體對(duì)流傳熱系數(shù)氣體對(duì)流傳熱系數(shù)v2輻射傳熱系數(shù)輻射傳熱系數(shù)v3 . 顆粒對(duì)流傳熱系數(shù)顆粒對(duì)流傳熱系數(shù)=+gcpcradh hhhgchradhpchv稀相區(qū)和密相區(qū)傳熱特點(diǎn)比較稀相區(qū)和密相區(qū)傳熱特點(diǎn)比較v1密相區(qū)和稀相區(qū)的傳熱系數(shù)隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化密相區(qū)和稀相區(qū)的傳熱系數(shù)隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化v當(dāng)流化速度和循環(huán)率相同時(shí)，在所有高度上的瞬態(tài)傳熱系數(shù)都是劇烈波動(dòng)的，其中的降值表明有顆粒團(tuán)與測(cè)量探頭接觸。不過(guò)，各處的氣固流體特性是有區(qū)別的。在床上部的稀相區(qū)中的傳熱系數(shù)最大。v2濃相區(qū)和稀相區(qū)傳熱系數(shù)在不同顆粒濃度下的對(duì)比濃相區(qū)和稀相區(qū)傳熱系

15、數(shù)在不同顆粒濃度下的對(duì)比v除了較低顆粒濃度情況外，如果固體顆粒濃度相同，床中濃、稀相區(qū)的傳熱系數(shù)基本上是一樣的。這是因?yàn)椋腆w顆粒濃度在傳熱中扮演主角之故。v3沿循環(huán)床高度傳熱系數(shù)的變化沿循環(huán)床高度傳熱系數(shù)的變化v 循環(huán)流化床中，傳熱系數(shù)沿床層高度方向是下降的，這主要是由于循環(huán)流化床內(nèi)固體顆粒濃度沿床層的高度方向降低造成的。影響傳熱的各個(gè)因素v流化風(fēng)速的影響v粒徑的影響v顆粒篩分分布的影響v顆粒濃度的影響v床溫的影響v流化風(fēng)速的影響v如果顆粒濃度，顆粒直徑和物料不變，改變流化風(fēng)速時(shí)，對(duì)流換熱系數(shù)改變很小，引起的輻射換熱和顆粒對(duì)流換熱的變化基本可以忽略不計(jì)。這是因?yàn)榱骰L(fēng)速的變化范圍較小。v 流

16、化風(fēng)速和顆粒物性相互聯(lián)系，顆粒直徑分布及物理性質(zhì)變換后，流化風(fēng)速也改變。v顆粒直徑，篩分分布以及顆粒濃度對(duì)流傳熱系數(shù)的影響v隨著顆粒直徑的增大，傳熱系數(shù)會(huì)下降。v當(dāng)顆粒組成發(fā)生變化時(shí)，如果細(xì)顆粒的百分比增加則傳熱系數(shù)也增加，反之減小。但細(xì)顆粒增大到一定數(shù)量比例時(shí)，傳熱系數(shù)會(huì)達(dá)到最大值，再增加反而會(huì)下降。v顆粒濃度增加時(shí)，上下部傳熱系數(shù)機(jī)理相同，增加規(guī)律幾乎接近于高斜率的線性增加。v床溫的影響v一般情況下，床溫的提高即可以提高床層與換熱壁面的換熱溫差，在其他條件不變的情況下，傳熱系數(shù)必然顯著增加。這種增加呈線性關(guān)系。同時(shí)，輻射換熱系數(shù)也幾乎隨著床溫的升高呈線性增加。關(guān)聯(lián)式v1.Basu等學(xué)者提出

17、了稀相區(qū)對(duì)流換熱系數(shù)計(jì)算公式v式中Y為稀相區(qū)顆粒濃度的體積百分比； 為稀相區(qū)顆粒密度； 為顆粒的導(dǎo)熱率；dp為顆粒平均直徑；cp和cg分別為顆粒和氣體的定壓比熱容； 和分別為顆粒和氣體的密度；ut為截面平均流化速度； 為稀相區(qū)和密相區(qū)交界處的氣體換熱公式。2pgsdistconpgppg0cuh=Prdcgd0.30.210.2dispgYY （1 ）disspgg0v2.根據(jù)顆粒團(tuán)更新理論，提出了采用純氣體對(duì)流換熱公式進(jìn)行修正后的計(jì)算稀相區(qū)對(duì)流換熱系數(shù)的公式vL和Deg為稀相區(qū)的高度和截面直徑0.80.4scon1tegh=cc cRePrD0.0230.5btwTc =Teg1Dc =1+

18、FL1c=1.1F=1.4L/Deg50c =1，時(shí)v3.輻射換熱系數(shù)計(jì)算公式vep和ew分別為固體顆粒和壁面的輻射率；Tb和Tw 分別是床層和換熱壁面的溫度； 為輻射換熱的玻耳茲曼常數(shù)，5.67x10844abrad11abbw(TT )1h(TT )ee10.5pppbppp0.5e0.5e0.5ee21e1e1ev4.Palchonok對(duì)流換熱關(guān)聯(lián)式vPalchonok提出顆粒對(duì)流換熱是通過(guò)氣膜進(jìn)行換熱的，即，傳熱過(guò)程首先在氣膜表面，然后熱量通過(guò)氣膜到達(dá)換熱表面，提出如下?lián)Q熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式v式中 S為惰性粒子和沖刷粒子的直徑比； 為床層的空隙率； 為氣體的熱導(dǎo)率； 為壁面附近進(jìn)行有效換熱的氣

19、膜當(dāng)量厚度；di , da和dmin 為惰性粒子，煤粒子和最小粒子的直徑。2aifminconeffiad +dd3(1)h=8dd2effmin11FSF 1S Fd622 （1 ）31F 1cos arcsinSfeffv5.中間區(qū)的對(duì)流換熱系數(shù)v 在循環(huán)流化床底部的密相區(qū)到上部的稀相區(qū)，實(shí)際流動(dòng)和換熱的分布是連續(xù)的。在稀相區(qū)和密相區(qū)中間的區(qū)域計(jì)算如下v式中 和 分別是密相區(qū)和稀相區(qū)換熱系數(shù)的計(jì)算值； 和 分別v是密相區(qū)和稀相區(qū)的空隙率； 換熱截面處床層的直徑； 氣體的熱導(dǎo)v率； 固體顆粒的輻射換熱吸收率。dildendildendilmdilhhh =h（ ）gdilgcpcghNu+a

20、dg=denaahNuddenhdilhdendiladgpcav6.中間區(qū)輻射換熱系數(shù)的計(jì)算vTa和Tb分別為床層溫度和換熱壁面的溫度； 和v分別為稀相區(qū)和密相區(qū)的平均空隙率。44abradiab(TT )h=(TT )iab11+1ba第三節(jié) 傳熱機(jī)理模型第四節(jié) 顆粒傳質(zhì)v研究循環(huán)流化床內(nèi)顆粒的傳熱和傳質(zhì)，對(duì)了解顆粒與顆粒、顆粒與傳熱壁面之間的傳熱機(jī)理十分重要。同時(shí)，床內(nèi)單顆顆粒的傳熱、傳質(zhì)系數(shù)對(duì)于循環(huán)流化床理論模型的建立也十分重要，對(duì)這兩個(gè)參數(shù)計(jì)算的正確與否直接影響著顆粒溫度、燃燒速率，從而影響整個(gè)模型計(jì)算的正確與否。v 一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于床內(nèi)顆粒與床內(nèi)氣流、床內(nèi)顆粒與顆粒之間傳熱的計(jì)算較少

21、，但在某些情況下，如進(jìn)料口、布風(fēng)板附近、二次風(fēng)口附近等處均需考慮顆粒與氣流、顆粒與顆粒之間的傳熱情況，因?yàn)檫@些傳熱情況對(duì)于燃料的著火、燃燒等均有重要影響，顆粒與氣流之間的傳熱還影響著循環(huán)流化床燃燒室中的瞬態(tài)情況。v流化床內(nèi)顆粒的傳熱過(guò)程流化床內(nèi)顆粒的傳熱過(guò)程v 由于氣固流化床的不穩(wěn)定性，其中的流體動(dòng)力特性是很復(fù)雜的。粒子速度隨機(jī)脈動(dòng)，顆粒之間不斷碰撞，使顆粒表面的邊界層被不斷地撕裂并重新發(fā)展。氣流與顆粒相對(duì)速度的脈動(dòng)值使床內(nèi)顆粒處于不穩(wěn)態(tài)傳熱過(guò)程中。當(dāng)顆粒進(jìn)入床內(nèi)時(shí)，假定顆粒的升溫僅由氣流對(duì)其傳熱所引起，而顆粒升溫至床內(nèi)氣體溫度所需的時(shí)間可用下式計(jì)算：v 對(duì)上式積分，當(dāng)氣溫與顆粒溫度之差衰減到

22、初始值的1時(shí)，也就是氣體與顆粒間基本上達(dá)到熱平衡時(shí)所需的時(shí)間為：v p633p,pppgppgpcd dT = hd (T -T )d99%p0.77pp,pgpdchv影響流化床內(nèi)顆粒傳熱的有關(guān)因素影響流化床內(nèi)顆粒傳熱的有關(guān)因素v單個(gè)顆粒的熱傳導(dǎo)方程為：v初始條件： ， ， ， 表示固體顆粒內(nèi)部溫度。v邊界條件： ， ， v v ， ，pp22TT1= a(r)rrr=000r 0r=0pT=0r00r= rpppgT= h (T -T )rv流化床內(nèi)顆粒傳熱的準(zhǔn)則方程流化床內(nèi)顆粒傳熱的準(zhǔn)則方程v循環(huán)流化床中單顆小球的傳熱系數(shù)準(zhǔn)則方程循環(huán)流化床中單顆小球的傳熱系數(shù)準(zhǔn)則方程 gp0.44-0.

23、65pReN= 2+2.38()Pr第四章 物料循環(huán)量對(duì)燃燒的影響v物料循環(huán)量是循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)、運(yùn)行中的一個(gè)非常重要的參數(shù)，該參數(shù)對(duì)鍋爐的流體動(dòng)力特性、燃燒特性、傳熱特性以及變工況特性等影響很大。v物料循環(huán)量的定量表述一般采用三種方法。第一種方法采用循環(huán)倍率的概念，其定義式如下：v式中 R循環(huán)倍率；v 循環(huán)物料量，kg/h；v 投煤量，kg/h。v采用循環(huán)倍率概念的最大優(yōu)點(diǎn)是直觀，計(jì)算比較方便，并可對(duì)循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)行大致的分類，目前它被廣泛地應(yīng)用在循環(huán)物料量的定量描述中。但采用循環(huán)倍率的概念也有其不足之處，首先同一容量的鍋爐由于燃煤品質(zhì)不同，投煤且也不相同，這樣在同樣的團(tuán)體顆粒循環(huán)量下循

24、環(huán)倍率也不相同。其次，在采用脫硫劑時(shí)其物料循環(huán)量也與投煤量相比，則從概念上講不盡合理。第三，由于許多燃用優(yōu)質(zhì)煤的循環(huán)流化床鍋爐，需添加惰性物料，作為循環(huán)物料，而這一部分也與投煤量相關(guān)聯(lián)，因此也不盡合理。所以近來(lái)許多人采用了第二種方法，即用單位床層面積上的物料循環(huán)量來(lái)直接描述，即。第三種方法是，確定的循環(huán)倍率為床內(nèi)上升段中采用循環(huán)技術(shù)與不采用循環(huán)技術(shù)時(shí)的灰量之比。目前一般采用第一或第二種方法 scR= F FsFcFv運(yùn)行參數(shù)對(duì)循環(huán)量的影響運(yùn)行參數(shù)對(duì)循環(huán)量的影響v（一）（一） 燃料特性對(duì)確定物科循環(huán)量的影響燃料特性對(duì)確定物科循環(huán)量的影響v 燃料特性對(duì)確定物料循環(huán)量的影響燃料特性對(duì)確定物料循環(huán)量有

25、很大的影響，一般認(rèn)為，對(duì)燃料熱值高的煤循環(huán)倍率也高，但對(duì)揮發(fā)分高的煤，則可取較小的循環(huán)倍率。但這只是一個(gè)總的原則，由于各制造廠本身選取的循環(huán)倍率值相差甚大，目前很難給出一個(gè)適合各種類型鍋爐的循環(huán)倍率值.v（二）（二） 熱風(fēng)溫度及回送物料溫度對(duì)循環(huán)倍率的影響熱風(fēng)溫度及回送物料溫度對(duì)循環(huán)倍率的影響v 熱風(fēng)溫度變化時(shí)，如果循環(huán)物料的回送溫度及循環(huán)倍率均不變，則床層溫度會(huì)提高。如果考慮床層溫度固定在脫硫最佳溫度或某一定值時(shí)，此時(shí)應(yīng)增加循環(huán)倍率，從而保持床溫一定。v 提高循環(huán)物料回送溫度時(shí)，如果其他參數(shù)不變，則根據(jù)床內(nèi)熱量平衡，床層溫度會(huì)提高，此時(shí)若需保證床層溫度維持在一定值，則應(yīng)提高循環(huán)倍率。v循環(huán)量

26、對(duì)運(yùn)行的影響循環(huán)量對(duì)運(yùn)行的影響v(一一)物料循環(huán)量對(duì)燃燒的影響物料循環(huán)量對(duì)燃燒的影響v物料循環(huán)量增大時(shí)對(duì)床內(nèi)燃燒的影響，主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面。首先是物料循環(huán)量增加，使理論燃燒溫度下降，特別是當(dāng)循環(huán)物料溫度較低時(shí)尤為如此。郭曉寧曾計(jì)算了循環(huán)倍率為30時(shí)理論燃燒溫度的變化。其次，由于固體物料的再循環(huán)而使燃料在爐內(nèi)的停留時(shí)間增加，從而使燃燒效率提高。當(dāng)然如果燃燒效率已經(jīng)很高，再增加循環(huán)物料量對(duì)燃燒效率的影響就會(huì)很小。第三，物料循環(huán)使整個(gè)燃燒溫度趨于均勻，相應(yīng)地也降低了燃燒室內(nèi)的溫度，這樣使脫硫和脫硝可以控制在最佳反應(yīng)濕度，但對(duì)于燃燒則降低了反應(yīng)速度，燃燒處于動(dòng)力燃燒工況。v(二二)物料循環(huán)量對(duì)熱量

27、分配的影響物料循環(huán)量對(duì)熱量分配的影響v當(dāng)循環(huán)物料回送溫度低于550時(shí)，省煤器應(yīng)布置在分離器的前后，當(dāng)回送溫度大于550時(shí)，省煤器可單級(jí)布置于分離器之后，回送溫度低于730以前，對(duì)過(guò)熱器的影響不很明顯，過(guò)熱器僅需雙級(jí)布置；但當(dāng)回送溫度大于730以后，過(guò)熱器經(jīng)常布置成三級(jí)，其中一級(jí)布置在分離器后的對(duì)流豎井中；當(dāng)回送溫度上升時(shí)爐膛部分的吸熱增加；當(dāng)回送溫度達(dá)到850時(shí)，對(duì)流區(qū)段也就不復(fù)存在v(三三)物料循環(huán)量與變負(fù)荷的關(guān)系物料循環(huán)量與變負(fù)荷的關(guān)系v一般的煤粉爐當(dāng)處于低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，爐內(nèi)溫度水平大大降低爐膛出口溫度也下降、這是由于對(duì)于低負(fù)荷而言。相對(duì)于正常負(fù)荷時(shí)、水冷壁受熱明顯得過(guò)大，為了維持低負(fù)荷時(shí)汽

28、溫仍維持征額定范圍內(nèi)，在設(shè)計(jì)鍋爐時(shí)，除了額定工況的計(jì)算外還必須進(jìn)行70負(fù)荷的計(jì)算這時(shí)一般要大大增加過(guò)熱器受熱面，以保證低負(fù)荷時(shí)溫壓大大降低的情況下仍能達(dá)到汽溫的要求。v但對(duì)于循環(huán)流化床鍋爐，則可不必這樣考慮，改變循環(huán)倍率即可滿足負(fù)荷變化的要求。降低循環(huán)倍率可使理論燃燒溫度上升，從而可以彌補(bǔ)由于在低負(fù)荷時(shí)相對(duì)于正常負(fù)荷時(shí)過(guò)大的水冷壁受熱面而造成的煙氣過(guò)度冷卻。同時(shí)，也可以降低水冷壁的傳熱系數(shù)，從而使?fàn)t膛出口溫度不變。在正常負(fù)荷下，保持循環(huán)倍率設(shè)計(jì)值運(yùn)行，隨著負(fù)荷的下降，循環(huán)倍率也隨之下降，到達(dá)到13一l4負(fù)荷時(shí)，循環(huán)流化床鍋爐按鼓泡流化床方式運(yùn)行。物料循環(huán)量為零。此時(shí)可以保證汽溫、汽壓在允許的范

29、圍內(nèi)。v由此可見，只要適當(dāng)調(diào)節(jié)物料循環(huán)量，循環(huán)流化床鍋爐就有很好的負(fù)荷適應(yīng)能力和良好的汽溫調(diào)節(jié)性能。v(四四)物料循環(huán)量對(duì)脫硫、脫硝的影響物料循環(huán)量對(duì)脫硫、脫硝的影響第五章 燃燒控制系統(tǒng)v循環(huán)流化床鍋爐在結(jié)構(gòu)及燃燒方式上均與普通煤粉爐不同,因此其控制要求及控制方案與普通煤粉爐也有一定差異。由于循環(huán)流化床鍋爐采用布風(fēng)板上床層流化燃燒方式,其燃燒控制方案與煤粉爐完全不一樣。由于流化床鍋爐要在爐內(nèi)進(jìn)行石灰石脫硫,故循環(huán)流化床鍋爐必須增加石灰石料控制系統(tǒng)。另外，循環(huán)流化床鍋爐煙氣中的未燃粒子經(jīng)過(guò)旋風(fēng)分離器后要由返料裝置送回爐床繼續(xù)燃燒，所以循環(huán)流化床鍋爐必須具有返料控制系統(tǒng)。循環(huán)流化床鍋爐正常燃燒時(shí)需

30、要控制一定的床層厚度，而床層厚度由排渣系統(tǒng)進(jìn)行控制，所以循環(huán)流化術(shù)鍋爐必須具有排渣控制（床層高度控制）系統(tǒng)。一般認(rèn)為汽水控制系統(tǒng)與煤粉爐、鏈條爐等普通鍋爐的控制基本相同。而燃燒控制則被國(guó)內(nèi)外公認(rèn)為控制上的一個(gè)難題. vCFBB燃燒過(guò)程控制的主要任務(wù)是使燃料燃燒所提供的熱量應(yīng)鍋爐蒸汽負(fù)荷的需要，維持主蒸汽壓力的穩(wěn)定:將床溫控制在850-950之間，保證鍋爐安全燃燒;同時(shí)還要保證鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。v1）最小流化風(fēng)量測(cè)取）最小流化風(fēng)量測(cè)取v最小流化風(fēng)量是一次風(fēng)量最小值，以維持爐正常循環(huán)流化狀態(tài).爐內(nèi)事先放入大量爐灰，由鍋爐廠提供數(shù)據(jù)。在正常運(yùn)行過(guò)程中，流灰量基本不變，隨著新煤渣的產(chǎn)生，床層加厚，自動(dòng)

31、排放，維持床層厚度。即灰量基本不變。CFBB爐燃燒物只占3%左右，大量熱煤灰為底火，是加熱新煤使其燃燒燒的熱源，故CFB可以低溫燃燒而不會(huì)熄火.v當(dāng)一次風(fēng)量由0逐漸增加時(shí)，風(fēng)室壓力逐漸增大，爐內(nèi)先進(jìn)入鼓泡狀態(tài)，再進(jìn)入流化狀態(tài)，最后進(jìn)入循環(huán)流化狀態(tài)。當(dāng)進(jìn)入流化狀態(tài)以后，一次風(fēng)量繼續(xù)增加而風(fēng)室壓力變化不大，出現(xiàn)一平坦區(qū)，意味著進(jìn)入流化狀態(tài)。該一次風(fēng)量為臨界流化風(fēng)量,最小流化風(fēng)量要比它高些 v2）一次風(fēng)床溫特性分析）一次風(fēng)床溫特性分析v一次風(fēng)影響床溫有多種方式:1、密相區(qū)增加了空氣，過(guò)剩量燃燒份額增加，發(fā)熱量增加，有升溫的趨勢(shì)，前提是密相區(qū)為缺氧狀態(tài)。2、一次風(fēng)增加，流化狀態(tài)加劇，密相區(qū)提高，密度下

32、降，床溫分布上升，有下降趨勢(shì)。3、過(guò)量空氣冷卻作用，使床溫下降，多發(fā)生在富氧狀態(tài)。4、總風(fēng)量增加，排煙換熱大，總體灰溫下降。返料后影響床溫下降。以上幾個(gè)因素共同作用，與爐內(nèi)狀態(tài)有關(guān)。如密相層積煤很多，增煤過(guò)快，負(fù)荷較大，密相區(qū)嚴(yán)重缺氧狀態(tài)下，增加一次風(fēng)綜合效果可能會(huì)升床溫，或先增加床溫持續(xù)一段時(shí)間后再降回來(lái)，或反應(yīng)不靈敏。v實(shí)測(cè)結(jié)果表明，用一次風(fēng)實(shí)時(shí)控制床溫不可靠。響應(yīng)唯一性差，而狀態(tài)又難以在線確定。因?yàn)榇矞嘏c一次風(fēng)的關(guān)系受其它爐內(nèi)狀態(tài)影響很大.若能自動(dòng)控制床厚，情況會(huì)好一些。v3）二次風(fēng)）二次風(fēng)-床溫曲線床溫曲線v多次實(shí)驗(yàn)證明，二次風(fēng)與床溫之間的關(guān)系比較穩(wěn)定，與一次風(fēng)比較響應(yīng)快，幅度較穩(wěn)定。

33、v直觀的看來(lái),一次風(fēng)影響床溫更快些。實(shí)際情況看，二次風(fēng)響應(yīng)快。分析原因認(rèn)為二次風(fēng)不影響流化狀態(tài)，主要通過(guò)返料影響床溫，比較單純直接。一次風(fēng)先影響流化床狀態(tài)，增溫、減溫現(xiàn)象并存， 過(guò)程不確定，表現(xiàn)出變化趨勢(shì)唯一，幅度不一，滯后時(shí)間不一。由此得出床溫由二次風(fēng)控制比用一次風(fēng)控制好。v4）煤）煤-床溫床溫-負(fù)荷負(fù)荷-O2v當(dāng)煤發(fā)生階躍變化時(shí)，將引起一系列的變化。實(shí)際運(yùn)行中，控制是多方面的，若穩(wěn)定其他輸入，僅改變給煤量，將發(fā)生如下變化。煤粒度10mm，不均，含水。入爐后經(jīng)熱灰加溫，蒸發(fā)掉水份，爆裂，到600左右開始氧化發(fā)熱，這期間是吸熱的，約12分鐘，視粒度、水份、揮發(fā)性、熱值等而別。若進(jìn)煤速度過(guò)高，吸

34、熱大于前期進(jìn)煤發(fā)出的熱量，將表現(xiàn)出床溫下降。故進(jìn)煤要限速。速度多少，在得知負(fù)荷、煤停留時(shí)間、循環(huán)倍率等數(shù)據(jù)后可以估算。從當(dāng)前采用的控制方法看，在堵煤后控制過(guò)程中，煤進(jìn)速度很高。v5）爐內(nèi)溫度場(chǎng)變化）爐內(nèi)溫度場(chǎng)變化v床溫、爐膛溫度、爐膛出口溫度，返料溫度，幾乎在同一水平上，并無(wú)固定的上升、下降規(guī)律。有時(shí)遞升，有時(shí)遞降，與煤質(zhì)、一次風(fēng)設(shè)置有關(guān)。從CFBB設(shè)計(jì)上，也無(wú)此規(guī)律說(shuō)明，而是講偏差在內(nèi)均屬正常。在煤質(zhì)較好，粒度較小，水分少，一次風(fēng)偏低情況下，溫度可能呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)，反之有遞增趨勢(shì)，這一估計(jì)與實(shí)際情況符合的程度不高。一般情況下，返料溫要低于床溫。但據(jù)，揮發(fā)份高時(shí)燃燒過(guò)快，床溫會(huì)升高耐控，運(yùn)行人員

35、也反映煤好床溫商。在初始點(diǎn)爐時(shí)，為防循環(huán)流化不適合，一次風(fēng)量過(guò)大，結(jié)果多次出現(xiàn)返料溫度高于床溫現(xiàn)象?？赡苁且淮物L(fēng)過(guò)大，循環(huán)過(guò)大，較大粒子未燃，火進(jìn)入返料。使返料溫度過(guò)高，首先，據(jù)反映，返料處的可能性大于密相區(qū)。國(guó)外有些CFBB外冷式返料裝置，可通過(guò)冷卻返料控制床溫，很有效。國(guó)內(nèi)CFBB未見這種結(jié)構(gòu).因此，對(duì)循環(huán)倍率有一定限制，大粒未燃盡的高溫灰避免進(jìn)入返料。v6)堵煤堵煤v由于煤比較潮濕，而且從煤倉(cāng)到螺旋給煤機(jī)的管道比較窄，所以在天氣比較冷或者比較潮濕的時(shí)候煤很容易粘在管道上而調(diào)不下去，造成“堵煤”，這樣相當(dāng)于給煤量然減少三分之一，擾動(dòng)很大。當(dāng)發(fā)生堵煤的時(shí)候，反應(yīng)最快的是煙氣含氧量，反應(yīng)速度最

36、快的也是煙氣含氧量。而且一般煙氣含氧量在5%-8%之間。所以我們可以根據(jù)煙氣含氧量的變化速度和變化量的大小來(lái)判斷是否堵煤?？梢源蠹s計(jì)算出:當(dāng)氧氣含氧量超過(guò)10%或者變化速度大于0.5%的時(shí)候我們就斷定發(fā)生堵煤。系統(tǒng)組成v1.一次風(fēng)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)一次風(fēng)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)v燃料要在鍋爐內(nèi)安全、經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行燃燒，必須及時(shí)地送入適量的助燃空氣。循環(huán)流化床中助燃空氣分為一次風(fēng)和二次風(fēng)，其中一次風(fēng)除滿足燃料燃燒初期的空氣量供給外，還起到流化床料及燃料的作用。為保證床料流化狀態(tài)良好，一次風(fēng)量既不能太小，也不能太大，如果一次風(fēng)量太大，則床料及燃料將處于氣相輸送狀態(tài)。相反，如果一次風(fēng)量太小，則床料流化不起來(lái)，只能處于固定床狀

37、態(tài)。上述兩種情況均不利于循環(huán)流化床爐內(nèi)燃燒及換熱過(guò)程的組織，應(yīng)當(dāng)加以避免。一次風(fēng)量占總風(fēng)量的比例隨煤種，負(fù)荷等條件變化而變化，一般為60左右。v鍋爐負(fù)荷指令經(jīng)過(guò)函數(shù)處理后作為一次風(fēng)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的給定值，與一次風(fēng)量的測(cè)量值一起送入PID中進(jìn)行運(yùn)算，其運(yùn)算結(jié)果去控制一次風(fēng)門擋板開度，以調(diào)節(jié)送入爐膛的一次風(fēng)量。鍋爐負(fù)荷指令在進(jìn)行處理時(shí)，需要考慮煤質(zhì)的特性及負(fù)荷變化情況。煤種不同時(shí)，助燃空氣量會(huì)有所不同。同時(shí)，負(fù)荷變化時(shí)一次風(fēng)量占總風(fēng)量的比例也會(huì)發(fā)生變化。由于一次風(fēng)對(duì)鍋爐床溫具有調(diào)節(jié)作用，故在構(gòu)造一次風(fēng)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)時(shí)也考慮了床溫修正。如果床溫偏高，在一定范圍內(nèi)可增大一次風(fēng)量。如果床溫偏低，在一定范圍內(nèi)可減少一次風(fēng)量。由于床溫主要靠給煤及返料來(lái)控制，一次風(fēng)量不作為調(diào)節(jié)床溫的主要手段，故在一次風(fēng)量控制系統(tǒng)中床溫信號(hào)僅作為修正信號(hào)