第四章循环流化床锅炉的燃烧系统及设备

2019年10月4日循环流化床锅炉设备及系统2019年10月4日第四章燃烧系统及设备第一节燃烧系统概述第二节燃烧室第三节布风装置第四节物料循环系统第五节给料系统第六节烟风系统第七节除渣除灰系统第八节启动燃烧器2019年10月4日第一节燃烧系统概述2019年10月4日第二节燃烧室燃烧室结构、特性取决于其流化状态低u0→分密相区、稀相区高u0→εp沿H分布，无明显浓相控制污染物排放措施1）控制炉温脱硫2）分级燃烧•一次风（50~70%）在炉膛下部呈还原性气氛，控制NOx生成•二次风分级在上部位置送入炉膛，保证完全燃烧2019年10月4日一、燃烧室（炉膛）结构1.炉膛结构形式（1）圆形炉膛（2）下圆上方形炉膛结构特点•圆形部分不设水冷壁，完全由耐火砖砌成优点：防磨、压火保温缺点：启动t长、耐火材料对温升速度要求严格•上部炉膛悬吊，下部支承→上下结合处不易密封2019年10月4日一、燃烧室（炉膛）结构1.炉膛结构形式（3）立式方形炉膛结构特点：横截面矩形，四周由膜式水冷壁围成，常与一次风室、布风装置一体悬吊，可上下自由膨胀优点：密封好，水冷壁布置方便，锅炉体积小，启动速度快，工艺制造简单缺点：水冷壁磨损大→水冷壁内侧衬耐磨耐火材料发展趋势：H、L/W↑，A/V↓；考虑给煤点位置以便给煤分布均匀；经济角度考量，H受限发展对策：须维持炉膛结构尺寸在合理比例内2019年10月4日一、燃烧室（炉膛）结构2.炉膛尺寸结构（1）A选定标准：截面热负荷、u0（2）L/W确定因素（膜式水冷壁的立式方形炉）炉膛内受热面、尾部受热面、分离器等布置的协调二次风在炉膛内有足够穿透力固体颗粒的供给及其横向扩散（3）H确定的要求（燃尽t=3~5s→H=15~25m）保证燃料完全燃烧可布置全部或大部分蒸发受热面返料立管有足够H维持物料循环流动保证脱硫所需的最短气体停留t与尾部烟道或对流段所需高度一致保证自然循环锅炉在设计压力下有足够大水循环动力2019年10月4日一、燃烧室（炉膛）结构3.炉膛下部区域的设计要求二次风位置（距布风板1.5~3m）→决定密相区高度，风口以下区域采用小A并采取向上渐扩结构炉膛截面收缩方式1）下部区域小A，二次风口送入位置采用渐扩锥形（45°）2）布风板上呈锥形扩口状•提高u0，减少床内分层和大颗粒沉底•利于燃烧和降低上部截面烟速•减小受热面磨损•增加物料停留t，提高燃烧效率2019年10月4日二、燃烧室（炉膛）开口开口目的送入、排出、观察、维修、测试、监测开口原则开孔数量、大小和位置应合理选择和布置减少对水冷壁的破坏保证密封性孔口处采取特殊防磨处理2019年10月4日二、燃烧室（炉膛）开口1.给煤口（1）设计原则——给煤口处P炉膛P原因：防止高温烟气倒流措施：采用密封风将给煤口和上部给料装置进行密封（2）位置确定敷设耐火材料的炉膛下部还原区，尽可能远离二次风入口点→细颗粒被夹带前停留t长2019年10月4日二、燃烧室（炉膛）开口2.石灰石给料口（要求低于给煤点）（1）给料机（大型锅炉）、气力输送装置（小型锅炉）（2）通过循环物料口或给煤口送入2019年10月4日二、燃烧室（炉膛）开口3.排渣口（1）位置：床底部（2）作用：排出大渣，维持床内存料量及颗粒尺寸，避免大颗粒聚集于床层底部而影响流化质量，保证安全运行（3）布置方式布风板上去掉一些风帽代之以排渣管（多数采用）炉壁靠近布风板处（4）排渣口个数确定dp较小且较均匀，个数少dp大应增加数量，并在布风板上均匀布置2019年10月4日二、燃烧室（炉膛）开口4.循环物料进口（返料口）（1）位置二次风口以下密相区，以增加物料停留t（2）设计考虑返料系统与循环物料进口点处的P平衡（3）数量确定（影响炉内颗粒横向分布）一个送灰器配一个返料口（4）双腿送灰器（增加循环物料进口）加强返料均匀性，防止磨损及局部床温偏低2019年10月4日2019年10月4日物料循环系统2019年10月4日二、燃烧室（炉膛）开口5.炉膛出口采用（具有气垫的）直角转弯型式炉膛出口，可增加对固体颗粒的分离，增加床内εp，发生内循环，增加停留t2019年10月4日二、燃烧室（炉膛）开口6.其他开孔（1）观察孔、炉门、人孔，测试孔（2）注意事项：水冷壁“让管”时，方向选用炉膛外，炉内不能有任何突出面，以免严重磨损2019年10月4日第三节布风装置实现流态化燃烧的关键部件1）风帽式：由一次风室、布风板、风帽（喷管）和隔热层组成2）密孔板式：风室和密孔板组成。风帽式工作流程优点：布风均匀；负荷变化时流化质量稳定缺点：帽顶易烧坏，磨损严重布风装置的要求1）能均匀、密集分布气流，避免死区2）出口气流动能大，产生强烈扰动、混合3）阻力损失小，降低风机能耗4）有足够强度和刚度，压火时防止布风板受热变形，风帽不烧损，检修清理方便5）结构合理，防止床料流入风室2019年10月4日一、布风装置本体结构1.布风板（1）主要功能支撑风帽和床料对气流产生阻力，使流化空气均匀分布，维持稳定安装排渣管，维持正常流态化（2）分类（按冷却条件不同）水冷式：利于消除热负荷快速变化时热膨胀不均非冷却式（花板）：开孔以均匀分布为原则（等边三角形），节距大小与帽沿尺寸、风帽个数及小孔出口流速匹配2019年10月4日一、布风装置本体结构2.风帽（实现均匀布风，维持合理流动，关系安全经济运行）（1）制造材料：耐热铸铁、耐热不锈钢（抗磨损性能差）（2）结构型式（小孔径、大孔径、定向，S，T型）有帽头特点：阻力大，长期运行后帽沿底易卡杂物，不易清除、不易排渣，需停炉清理；布风均匀性好无帽头特点：阻力小，制造简单，气流分配性能差定向风帽特点：布风均匀，大开孔可防止堵塞，定向射流有足够动量将杂物吹至排渣口（3）开孔率定义：各风帽小孔面积总和与布风板有效面积之比设计值鼓泡2~3%，循环4~8%2019年10月4日一、布风装置本体结构2.风帽（4）风帽计算：在风帽数量、开孔数、小孔直径及小孔风速间反复调整，使小孔风速和风帽数量符合要求小孔风速↑→气流对颗粒冲击力大→扰动强烈→利于大颗粒流化→但阻力增加→风机电耗增加小孔风速↓↓→粗颗粒沉积→底部流化不良→冷渣含C量大→负荷降低会结渣灭火小孔d：流化床四周墙壁处、排渣口处、给煤口处大（5）布风板ΔP作用：使气速分布均匀；抑制颗粒分布和气速分布不均与风帽开孔率平方成反比缺点：给风机造成压损与电耗设计值：布风板阻力为整个床层阻力（布风板阻力加料层阻力）的25~30%，可维持稳定运行2019年10月4日二、隔热层（耐火保护层）1.作用：避免布风板受热而挠曲变形2.保护层厚度：由风帽高度定3.操作步骤：布风板自下而上涂上密封层、绝热层和耐火层2019年10月4日三、一次风室与风道1.风室（1）功能——稳压、均流（2）布置原则强度、刚度及严密性，不变形、不漏风具有稳压作用，消除进口风速对气速分布不均的影响导流作用，避免形成死角与涡流区结构简单，便于维护检修，设有检修门和放渣门（3）风室布置方式2019年10月4日风室布置方式2019年10月4日三、一次风室与风道2.风道（1）作用：连接风机与风室（2）压损产生原因：气流与壁面的摩擦、转向、风道截面变化（3）减小压损方法：缩短L，减少不必要转折（逐渐弯曲弧形转向形式）和截面变化，避免过高气速（4）风道截面2019年10月4日第四节物料循环系统一、循环灰分离器（一）循环灰分离器的种类（二）旋风分离器（外循环）（三）惯性分离器（内循环）（四）组合式分离器（五）循环灰分离器的选型、主要性能指标及其影响因素二、飞灰回送装置三、外置流化床换热器（外置冷灰床）2019年10月4日一、循环灰分离器（一）循环灰分离器的种类1.物料循环系统组成循环灰分离器和飞灰回送装置2.作用：将高温固体物料从烟气中分离并返送回炉膛内，以维持快速流态化，使燃料和脱硫剂可多次循环燃烧和反应。3.设备要求1）高温工作2）分离极高浓度载粒气流3）低阻特性4）较高分离效率5）锅炉整体适应，结构紧凑4.分类分离原理：离心式旋风、惯性运行温度：高（800~900℃）、中（400~500℃）、低温（300℃）冷却方式：绝热（钢板耐火材料）、水（汽）冷却式布置位置：炉膛外（外循环）、炉膛内（内循环）2019年10月4日一、循环灰分离器（二）旋风分离器（外循环）1.工作原理载粒烟气以一定v切向进入分离器，内部旋转运动，固体颗粒在离心力和G作用下被分离，落入料仓或立管，由飞灰回送装置返回炉膛分离出颗粒的烟气由分离器上部进入尾部烟道2.组成1）进气管（普通切向、蜗壳式）2）筒体3）排气管（上、下）4）圆锥管等3.优点分离效率高，尤其细小颗粒4.缺点体积较大，大容量锅炉需配备多台分离器2019年10月4日一、循环灰分离器（二）旋风分离器（外循环）5.分类（工作条件）（1）高温旋风分离器•高温绝热旋风（钢板、耐火材料）存在问题：体积庞大，耗钢材，密封膨胀系统复杂，耐火材料用量大，热惯性大，启动时间长，超温结焦•水（汽）冷却式旋风筒（膜式壁）优点：防止结渣，节省材料，缩短启停t，改善锅炉经济、安全性缺点：造成飞灰可燃物升高，制造工艺复杂，初期投资高，不利于达到最佳自然水循环工况（水冷）•方形高温旋风（离心式紧凑型）（2）中温旋风分离器•优点：尺寸小，分离效率高，锅炉启停t短，散热损失小，避免超温结焦，成本低，防止床内结渣，利于调负荷•缺点：增加过热器磨损，严重影响安全运行（3）低温旋风分离器2019年10月4日高温绝热旋风分离器2019年10月4日水（汽）冷却旋风分离器2019年10月4日方形高温旋风分离器2019年10月4日FosterWheeler,CompactCFBOF420/13.9/540/2302019年10月4日一、循环灰分离器（三）惯性分离器（内循环）1.工作原理利用特殊通道使介质流动路线突变，固体颗粒靠自身惯性脱离气流轨迹实现气固分离2.分类（撞击元件）U形槽（异型槽钢）百叶窗式2019年10月4日带惯性分离器的CFBB2019年10月4日2019年10月4日2019年10月4日一、循环灰分离器（五）循环灰分离器的选型、主要性能指标及其影响因素1.选型惯性：低R旋风或多级惯性：R较高或颗粒较小多旋风并联：大型锅炉2、主要性能指标分离效率、阻力、烟气处理量、经济性（投资、运行费用）3.主要影响因素（1）进口烟气流速（分离效率、阻力—最佳进口流速）（2）T——烟气密度、黏度（3）进口εp——存在临界值（4）dp和ρ（5）旋风分离器结构参数进口宽度和形式、排气管插入深度和d，筒体d2019年10月4日二、飞灰回送装置1.功能将分离下来的高温固体颗粒连续稳定的回送至压力较高的炉膛内，并使反窜到分离器的气体量为最小2.基本要求物料流动稳定、气体不反窜、物料流量可控3.组成（1）立管（料腿）主要作用：输送物料、系统密封（2）送灰器（回料阀）：机械、非机械式2019年10月4日高压流化风2019年10月4日可控式非机械阀2019年10月4日三、外置流化床换热器（外置冷灰床）通过调节进入换热器的固体颗粒流量直接返回炉膛固体物料流量来调节床温2019年10月4日第五节给料系统一、煤制备系统及主要设备二、给煤系统及主要设备三、石灰石输送系统2019年10月4日一、煤制备系统及主要设备1.煤制备系统概述2.煤制备系统的主要设备（1）钢棒滚筒磨（2）锤击式破碎机2019年10月4日棒磨机2019年10月4日棒磨机2019年10月4日锤击式破碎机2019年10月4日辊式破碎机2019年10月4日振动式破碎机/粉磨机2019年10月4日二、给煤系统及主要设备1.给煤方式和给煤系统（1）给煤