鍋爐及輔助設(shè)備結(jié)構(gòu)和原理.ppt

1、晉江熱電有限公司鍋爐及主要輔助設(shè)備的結(jié)構(gòu)和工作原理。循環(huán)流化床鍋爐簡介，我國電力工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，在我國，燃煤發(fā)電是主要的發(fā)電方式，因?yàn)槿济喊l(fā)電會(huì)造成直接污染，尤其是SO2和NOX的排放。SO2的排放是酸雨的主要原因。為了通過改善爐膛燃燒技術(shù)來減少SO2和NOX的排放，我國從20世紀(jì)60年代開始研究循環(huán)流化床鍋爐，90年代以后，與國外公司的聯(lián)合研究取得了很大進(jìn)展。目前循環(huán)流化床鍋爐在我國已經(jīng)成熟并得到廣泛應(yīng)用。流化床燃燒設(shè)備根據(jù)流體力學(xué)特性分為鼓泡流化床和循環(huán)流化床，根據(jù)工況分為常壓流化床和加壓流化床。循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)是一種高效、低污染、清潔的新型燃燒技術(shù)。20世紀(jì)70年代的能源

2、危機(jī)和越來越突出的環(huán)境保護(hù)問題促使人們推動(dòng)了這種燃燒技術(shù)的發(fā)展。目前，大型循環(huán)流化床鍋爐主要有三種類型。1.循環(huán)流化床鍋爐簡介，包括以德國魯奇公司為代表的魯奇型、以美國福斯特惠勒和芬蘭阿爾斯通公司為代表的FWPyroflow型(兩者合并)和德國巴布科克公司的Circofluid型。中國東方鍋爐廠采用FW公司的焦流改進(jìn)型循環(huán)流化床鍋爐。北京BW鍋爐廠采用德國巴布科克公司的結(jié)構(gòu)和技術(shù)。哈爾濱鍋爐廠有限公司(HBC)也與美國PPC和國內(nèi)科研單位合作開發(fā)了自己的大型循環(huán)流化床鍋爐。上海鍋爐廠引進(jìn)美國技術(shù)，消化吸收，設(shè)計(jì)制造了自己的循環(huán)流化床鍋爐。由于國內(nèi)主要鍋爐制造商的參與，我國大型循環(huán)流化床技術(shù)已經(jīng)

3、成熟。我公司配有兩臺(tái)DG-260/9.81-1鍋爐，由東方鍋爐廠設(shè)計(jì)生產(chǎn)，為環(huán)保型節(jié)能循環(huán)流化床鍋爐，具有高溫、高壓、自然循環(huán)、單鍋筒、單爐膛、半開放式布置。其次，循環(huán)流化床鍋爐的概念，循環(huán)流化床鍋爐是在鼓泡床鍋爐的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，因此鼓泡床的一些理論和概念可以應(yīng)用于循環(huán)流化床鍋爐。但是有很大的不同。早期的循環(huán)流化床鍋爐流化速度快，因此被稱為快速循環(huán)流化床鍋爐?？焖俅驳幕纠碚撘部捎糜谘h(huán)流化床鍋爐。鼓泡床和快速床的基本理論已經(jīng)研究了很長時(shí)間，并形成了一些理論。要了解循環(huán)流化床鍋爐的原理，必須了解鼓泡床和快速床的理論，以及鼓泡床湍流床物料在各種狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)特性、燃燒特性和傳熱特性。(1)流態(tài)

4、化：當(dāng)有流體通過固體顆粒時(shí)，隨著流體速度的逐漸增加，固體顆粒開始運(yùn)動(dòng)，固體顆粒之間的摩擦力變得越來越大。當(dāng)流速達(dá)到一定值時(shí)，固體顆粒之間的摩擦力等于它們的重力，每個(gè)顆粒可以自由運(yùn)動(dòng)，所有固體顆粒都表現(xiàn)出類似于流體狀態(tài)的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象叫做流態(tài)化。對(duì)于液固流態(tài)化中的固體顆粒，顆粒在床層中均勻分布，稱為“分散流態(tài)化”。對(duì)于由氣體和固體流化的固體顆粒，氣體不均勻地流過床層，固體顆粒被分成湍流運(yùn)動(dòng)的組，床層中的孔隙率隨不同的位置和時(shí)間而變化。這種流化被稱為“聚集”流化。循環(huán)流化床鍋爐屬于“附聚”流化。固體顆粒(床料)、流體(流化風(fēng))和完成流化過程的設(shè)備稱為流化床。1.在由粒徑均勻的顆粒組成的床中，當(dāng)通過

5、固定床的氣體流速很低時(shí)，床的壓降隨著風(fēng)速的增加而成比例增加，當(dāng)風(fēng)速達(dá)到一定值時(shí)，如果床層由寬篩分顆粒組成，其特點(diǎn)是：在大顆粒移動(dòng)之前，床層中的小顆粒已經(jīng)部分流化，床層從固定床到流化床的解鎖現(xiàn)象不明顯，但經(jīng)常出現(xiàn)分層流化現(xiàn)象。顆粒床從靜態(tài)變?yōu)榱骰璧淖钚∷俣确Q為臨界流化速度。隨著風(fēng)速的進(jìn)一步增加，床層壓降幾乎保持不變。循環(huán)流化床鍋爐的一般流化速度是臨界流化速度的23倍。2.影響臨界流化速度的因素：(1)床層厚度對(duì)臨界流化速度影響不大。(2)臨界速度隨著床層等效平均直徑的增加而增加。(3)臨界速度隨著固體顆粒密度的增加而增加。(3)當(dāng)流體的運(yùn)動(dòng)粘度增加時(shí)，臨界速度降低：例如，當(dāng)床溫增加時(shí)，臨界速

6、度降低。3.循環(huán)流化床鍋爐的工作原理和特點(diǎn)。1.隨著氣流速度的增加，固體顆粒呈現(xiàn)出五種不同的流動(dòng)狀態(tài)：固定床、湍流流化床、快速流化床和氣力輸送。循環(huán)流化床處于湍流流化床和快速流化床階段。固定床：在這種狀態(tài)下，空氣流過顆粒間隙，所有固體顆粒都處于靜止?fàn)顟B(tài)。氣泡流化床：當(dāng)氣流速度達(dá)到一定值時(shí)，靜態(tài)床開始松動(dòng)。當(dāng)氣流速度超過臨界流化風(fēng)速時(shí)，氣泡會(huì)在床層中出現(xiàn)并不斷上升，同時(shí)聚集成較大的氣泡通過床層并破碎。整個(gè)材料層處于沸騰狀態(tài)。鼓泡流化床有一個(gè)明顯的界面，其上部是一個(gè)稀相區(qū)，包括從床面到流化床出口的區(qū)域，也稱為自由空間或懸浮段。下部是密相區(qū)，也稱為沸騰區(qū)。湍流流化床：隨著氣流速度繼續(xù)上升到一定值，固

7、體顆粒開始流動(dòng)，床界面逐漸消失，固體顆粒不斷被帶走，并以顆粒團(tuán)的形式上下移動(dòng)，導(dǎo)致高度返混。此時(shí)的氣流速度是床料的最終速度。3.快速流化床循環(huán)流化床鍋爐的工作原理和特點(diǎn)：當(dāng)氣流速度進(jìn)一步增加時(shí)，固體顆粒被氣流均勻帶出床外。此時(shí)，氣流速度大于固體顆粒的末端速度，床層中的顆粒濃度基本相等。床層中顆粒的濃度處于較高稀釋度和較低濃度的狀態(tài)。循環(huán)流化床上升段屬于快速流化床?？焖倭骰闹饕攸c(diǎn)是床層壓降用于懸浮和輸送顆粒并加速它們，單位高度的床層壓降沿床高是恒定的。氣力輸送：分為密相氣力輸送和稀相氣力輸送。對(duì)于前者，床層中的顆粒濃度變薄并且上下均勻分布，并且床層每單位高度的壓降沿著床層高度是恒定的。床層壓

8、降隨著空氣流速的增加而減小。對(duì)于后者，床層壓降隨著氣流速度的增加而增加。密相氣力輸送的典型特點(diǎn)是利用床內(nèi)的壓降來輸送顆粒，克服氣體、固體和壁面之間的摩擦。稀相氣力輸送中的床層壓降主要由摩擦壓降控制。從以上燃燒分類可以看出，鏈條爐排爐采用固定床燃燒方式，而煤粉爐采用最稀相懸浮燃燒方式。3.循環(huán)流化床鍋爐的工作原理和特點(diǎn)。循環(huán)流化床的特點(diǎn)：一臺(tái)典型的循環(huán)流化床鍋爐的結(jié)構(gòu)如圖所示，其基本流程如下：煤和脫硫劑進(jìn)入爐膛后，迅速被大量的惰性高溫物質(zhì)包圍，點(diǎn)燃燃燒，同時(shí)進(jìn)行脫硫反應(yīng)，在上升的煙氣流動(dòng)作用下，向爐膛上部移動(dòng)，將熱量釋放到水冷壁和爐膛內(nèi)的其他受熱面。在.之后(1)低溫動(dòng)力控制燃燒：由于循環(huán)流化床

9、燃燒溫度水平較低，一般在850，900之間，其燃燒反應(yīng)控制在動(dòng)力燃燒區(qū)，大量固體顆粒強(qiáng)烈混合。在這種情況下，燃燒速度主要取決于化學(xué)反應(yīng)速度，即取決于溫度水平，并且物理因素不再是控制燃燒速度的主要因素。循環(huán)流化床燃燒的燃盡程度很高，其燃燒效率往往可達(dá)98%以上。(2)高速、高濃度、高通量固體物料的流化循環(huán)過程：循環(huán)流化床鍋爐中的物料參與爐內(nèi)循環(huán)和由爐、分離器和返料裝置組成的外循環(huán)，整個(gè)燃燒過程和脫硫過程在這兩個(gè)循環(huán)運(yùn)動(dòng)中逐漸完成。(3)高強(qiáng)度傳熱、傳質(zhì)和動(dòng)量傳遞過程：在循環(huán)流化床鍋爐中，可以人為改變鍋爐中物料的循環(huán)量，以適應(yīng)不同的燃燒條件。物料分離系統(tǒng)是循環(huán)流化床鍋爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，大量物料參與循環(huán)

10、，實(shí)現(xiàn)全爐可控燃燒過程，這是循環(huán)流化床鍋爐區(qū)別于鼓泡流化床鍋爐的基本特征，因?yàn)楣呐萘骰插仩t的燃燒主要發(fā)生在床層。因此，循環(huán)流化床鍋爐燃燒必須具備三個(gè)條件：(1)既要保證一定的流體速度，又要保證物料的粒度合適，使床處于快速流動(dòng)區(qū)。(2)應(yīng)有足夠的物料分離。(3)應(yīng)進(jìn)行物料退回，并采取適當(dāng)措施保持物料平衡。(4)循環(huán)流化床鍋爐與常規(guī)煤粉鍋爐在結(jié)構(gòu)和運(yùn)行上的差異；(1)燃燒室底部的空氣分布板，其主要功能是使流化空氣均勻地流入床內(nèi)，并使床料流化。對(duì)空氣分布板的要求是空氣分布板的壓降越低越好。2.床料循環(huán)系統(tǒng)：由高溫旋風(fēng)分離器和飛灰回流裝置組成，其功能是回收飛灰中粒徑大、含碳量高的顆粒，并送回爐膛燃燒

11、。3.進(jìn)入爐膛的煤粒很大。4.循環(huán)流化床鍋爐與常規(guī)煤粉鍋爐在結(jié)構(gòu)和運(yùn)行上的區(qū)別；4.循環(huán)灰參數(shù)對(duì)鍋爐運(yùn)行的影響：循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行時(shí)，單位時(shí)間循環(huán)灰量可高達(dá)單位時(shí)間燃煤量的2040倍。由于灰渣的熱容量較大，循環(huán)灰渣對(duì)燃燒室下部的溫度平衡有很大影響。循環(huán)流化床鍋爐燃燒室下部一般裝有防火帶或根本沒有受熱面，煤粒燃燒產(chǎn)生的熱量被煙氣和循環(huán)灰?guī)ё?。在煤粉鍋爐中，煤粉燃燒產(chǎn)生的熱量被煙氣和工質(zhì)帶走。4.循環(huán)流化床鍋爐與常規(guī)煤粉鍋爐在結(jié)構(gòu)和運(yùn)行上的區(qū)別。在煤粉鍋爐中，蒸發(fā)受熱面的出力主要取決于爐膛溫度，而在循環(huán)流化床鍋爐中，溫度基本不隨負(fù)荷變化，運(yùn)行中煙氣攜帶的飛灰顆粒數(shù)量成為影響蒸發(fā)受熱面的重要因素。因

12、此，循環(huán)流化床鍋爐可以從熱平衡和飛灰循環(huán)比兩個(gè)方面調(diào)節(jié)鍋爐負(fù)荷。5.控制系統(tǒng)要求高。由于循環(huán)流化床鍋爐的流化條件和燃燒過程比煤粉鍋爐復(fù)雜，并且有飛灰循環(huán)，因此其控制系統(tǒng)比同等容量的煤粉鍋爐有更高的要求。5.目前循環(huán)流化床鍋爐存在的主要問題；1.爐膛、分離器和回流裝置之間的膨脹和密封問題。由于流化床表面附著了一層厚的耐磨材料和隔熱材料，各部分的加熱時(shí)間和程度并不完全一致5.循環(huán)流化床鍋爐目前存在的主要問題；3.粉煤灰中碳含量高的問題。對(duì)于循環(huán)流化床，底渣含碳量較低，但由于最佳脫硫溫度的限制，飛灰含碳量相對(duì)較高。4.N2O排放量相對(duì)較高。流化床燃燒技術(shù)能有效抑制氮氧化物和二氧化硫的排放，但流化床內(nèi)

13、的低溫燃燒是產(chǎn)生N2O的主要原因。5.輔助功率率高。由于循環(huán)流化床鍋爐具有布風(fēng)板、分離器結(jié)構(gòu)和負(fù)荷層，煙氣風(fēng)阻遠(yuǎn)大于煤粉鍋爐，相應(yīng)的通風(fēng)電耗也較高。目前循環(huán)流化床鍋爐存在的主要問題是，氧化亞氮，無色甜氣，又稱笑氣，是一種化學(xué)式為N2O的氧化劑，在一定條件下可以助燃，但在室溫下穩(wěn)定，有輕微的麻醉作用，能使人發(fā)笑，可溶于水、乙醇、乙醚和濃硫酸。英國化學(xué)家漢弗萊大衛(wèi)在1799年發(fā)現(xiàn)了它的麻醉效果。這種氣體用于牙科手術(shù)的早期麻醉。應(yīng)該注意的是，一氧化二氮是一種強(qiáng)有力的溫室氣體，其影響是二氧化碳的296倍。注意不要將一氧化二氮與其他氮氧化物混淆，如二氧化氮、二氧化氮和一氧化氮。一氧化二氮與沸騰蒸發(fā)的堿金

14、屬反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生一系列亞硝酸鹽。在高溫下，一氧化二氮也能氧化有機(jī)物。循環(huán)流化床鍋爐的結(jié)構(gòu)由一個(gè)膜式壁、兩個(gè)蒸汽冷卻旋風(fēng)分離器和一個(gè)由蒸汽冷卻壁覆蓋的尾軸組成。6.循環(huán)流化床鍋爐結(jié)構(gòu)，爐膛設(shè)有板式受熱面：四塊過熱器管板和三塊水冷蒸發(fā)板。鍋爐設(shè)有四個(gè)給煤裝置和兩個(gè)石灰石給料口，均位于鍋爐前方，在前壁水冷壁下部沿寬度方向均勻分布。爐膛底部是水冷壁彎頭構(gòu)成的水冷風(fēng)室，水冷風(fēng)室后面有兩個(gè)風(fēng)道點(diǎn)火器，每個(gè)都裝有高能點(diǎn)火油燃燒器。風(fēng)室底部設(shè)有四根219排渣管。6.循環(huán)流化床鍋爐結(jié)構(gòu)，爐膛與尾軸之間設(shè)置兩個(gè)蒸汽冷卻旋風(fēng)分離器，每個(gè)旋風(fēng)分離器下方設(shè)置一個(gè)J閥給料器。尾軸內(nèi)自上而下依次設(shè)有高溫過熱器、低溫過熱器、省煤

15、器和水平空氣預(yù)熱器。過熱器系統(tǒng)配有兩級(jí)噴水減溫器。整個(gè)鍋爐對(duì)稱布置并支撐在鍋爐鋼架上。鍋爐鋼架是一個(gè)兩側(cè)有輔助柱的空間桁架。循環(huán)流化床鍋爐旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)旋風(fēng)分離器是循環(huán)流化床鍋爐的核心部件之一。其主要功能是從爐膛出口的氣流中分離出大量高溫固體物料。通過返料裝置送回爐膛，保持燃燒室的快速流化狀態(tài)，燃料劑和脫硫劑循環(huán)多次，反復(fù)燃燒反應(yīng)。1旋風(fēng)分離器的類型目前，有許多類型的旋風(fēng)分離器。根據(jù)不同的使用條件，分離器可分為三類：高溫分離器、中溫分離器和低溫分離器。高溫旋風(fēng)分離器可分為六個(gè)部分：循環(huán)流化床鍋爐結(jié)構(gòu)；(1)高溫旋風(fēng)分離器由絕熱材料制成，分離器內(nèi)有耐磨層和絕熱層。這種類型的分離裝置占已經(jīng)運(yùn)行和

16、正在建造的循環(huán)流化床分離裝置的絕大多數(shù)。這種分離器廣泛應(yīng)用于小型流化床鍋爐，運(yùn)行相對(duì)穩(wěn)定。然而，這種旋風(fēng)分離器尺寸較大，這受到旋風(fēng)分離器最大尺寸的限制。此外，旋風(fēng)分離器工作溫度高，耐火隔熱材料厚，啟動(dòng)時(shí)間長，熱損失較大。如果燃燒組織不好，旋風(fēng)分離器會(huì)發(fā)生二次燃燒。6.循環(huán)流化床的結(jié)構(gòu)6.循環(huán)流化床鍋爐結(jié)構(gòu)2。我公司旋風(fēng)分離器設(shè)有兩個(gè)旋風(fēng)入口煙道，上部為圓柱形，下部為圓錐形。煙氣出口是一個(gè)圓柱形鋼板，形成一個(gè)開口端的圓筒，其長度幾乎延伸到旋風(fēng)筒的一半。細(xì)顆粒和煙氣先向下流到筒體底部，然后向上離開旋風(fēng)分離器，粗顆粒落入與旋風(fēng)分離器直接相連的J閥給料器提升管。6.循環(huán)流化床鍋爐結(jié)構(gòu)。旋風(fēng)分離器為膜式壁覆蓋過熱器結(jié)構(gòu)。頂部和底部與環(huán)形集管相連，壁管在頂部向內(nèi)彎曲，從而在旋風(fēng)管和煙氣出口筒之間形成密封結(jié)構(gòu)。在旋風(fēng)分離器內(nèi)部流動(dòng)的冷卻介質(zhì)是由旋風(fēng)分離器入口煙道的加熱表面加熱的過熱蒸汽。過熱蒸汽通過蒸汽導(dǎo)管由旋風(fēng)分離器入口煙道受熱面的出口集管引至旋風(fēng)分離器的下環(huán)形集管，經(jīng)纏繞在分離器上的200 42根管子加熱后，再引至上環(huán)形集管，然后通過蒸汽導(dǎo)管進(jìn)入側(cè)壁過熱器。旋風(fēng)