循环流化床锅炉基础知识

第一篇循环流化床锅炉部分1.循环流化床锅炉部分1.1.流化态定义？答：当流体向上流过颗粒床层时，其运动状态是变化的。流速较低时，颗粒静止不动，流体只在颗粒之间的缝隙中通过；当流速增加到某一速度之后，颗粒不再由布风板所支持，而全部由流体的摩擦力所承托，此时，每个颗粒可在床层中自由运动，就整个床层而言，具有了许多类似流体的性质。这种状态就被称之为流态化。当固体颗粒群与气体或液体接触时，使固体颗粒转变成类似流体的状态。1.2.什么是起始流化态点？答：当气体流速刚刚达到临界风速时，床层内只有乳化相，当流化速度增加时在乳化相中固体颗粒和气体的比例一直保持在开始流化那个临界状态，就称之为起始流化态。1.3.什么是临界流化速度？答：颗粒床层从静止状态转变为流态化时的最低速度，称之为临界流化速度。1.4.什么是空隙率？答：床层内气固两相中气相所占的体积份额。空隙率：ε=Va/(Va+Vb)；其中：Va---气体体积；Vb---颗粒所占体积。1.5.循环流化床的主要组成部分？答：流化容器、布风装置、物料、旋风分离和回料装置。1.6.流化床锅炉的分类？答：流化床燃烧锅炉可分为：常压鼓泡流化床锅炉、常压循环流化床锅炉、增压鼓泡流化床锅炉和增压循环流化床锅炉。1.7.流化床燃烧过程的特点？答：（1）流化床本身是一个蓄热容量很大的热源，有利于燃料的迅速着火和燃烧；（2）床内燃料与空气相对运动强烈，混合良好，燃烧速度极快；（3）由于床内煤粒燃烧反应异常强烈，煤粒燃烧的实际化学反应过程的温度按普通方法所测得的床层平均温度高得多；（4）煤粒在床内有较长的停留时间；（5）流化床燃烧的一个重要特点就是减少大气污染，满足环保要求。1.8.流化床中碳粒燃烧的机理？答：碳的燃烧过程是一种具有复杂物理化学过程的多相燃烧，主要是碳在空气中被氧化生成CO2和CO，以及CO2又被碳还原的两个反应过程，通常称为一次反应和二次反应。一次反应是在温度较低的情况下，氧从周围空间扩散到碳表面，并生成CO及CO2的反应。C+O2=CO2+408860J/g·mol2C+O2=2CO+246447J/g·mol二次反应是在温度大于1200～1300℃时，碳粒表面产生的CO2又被还原为CO，其反应为：CO2+C=2CO－162414J/g·mol。1.9.流化床内传热的三种基本形式？答：（1）床层内的有效传热；（2）颗粒与气体的传热；（3）床层与埋管受热面的传热。1.10.什么叫循环流化床锅炉？答：循环流化床锅炉是一种燃用化石燃料来产生蒸汽的装置。循环流化床锅炉运行在一种特殊的流体动力特性下，细颗粒被超过平均颗粒终端速度的气流流化并通过炉膛，固体颗粒物料以颗粒团的形式上下运动，产生高速的返混，颗粒团不断的形成，离析，又重新形成，该动力特性称为快速流态化，同时，有足够多的颗粒返混，以保证炉内分布均匀，离开炉膛的大部分颗粒由旋风分离器捕捉后，从靠近炉膛底部的回料腿再循环送入炉膛。1.11.什么叫颗粒的筛分直径？答：颗粒能够通过筛孔的最小直径，而采用其余方式直径都较之大，该最小直径为颗粒的筛分直径，用d表示，单位为mm。1.12.在循环床中有哪些传热过程？答：（1）颗粒与气流之间的传热（床内颗粒与床内气流）；（2）颗粒与颗粒之间的传热；（3）整个气固多相流与受热表面之间的传热；（4）固多相流与入床气流之间的传热。1.13.影响流化床与受热面换热的因素？答：（1）流化介质和固体颗粒的物理特性，包括流体介质的密度、粘度、比热容、导热系数、固体颗粒的尺寸、密度、球形度、比热容、导热系数等；（2）最低流化条件，包括临界流化风速和空隙率等；（3）流化条件，包括固体颗粒的浓度、流化风速等；（4）床层与受热面的布置形式及几何尺寸、材料等；（5）床层与壁面温度。1.14.什么是扬析？答：当气流穿过由各颗粒直径的混合物组成的流化床层时，一些终端速度小于床层表观气流的细粒子将陆续被上升气流带走，这一过程称为扬析。扬析是流化气体在多组分（宽筛分）床层中有选择性地夹带出细粉颗粒的过程。1.15.什么是携带？答：由于气泡上升到床层表面时，会将气泡顶部和尾部的颗粒带入上方，离开床区的气流会携带一些悬浮的颗粒，这些颗粒就称为携带。指单个颗粒或多组分系统中气体从床层中带走颗粒的现象称为携带。1.16.床料在高温回路中的循环是如何实现的？答：当携带有部分固体颗粒的烟气进入高温旋风分离器后，受到离心力的作用，较重的颗粒就被甩出来，在与耐火材料衬里发生碰撞而失去动能，然后掉入回料管中，最后进入高温回料阀中，返回到炉膛中，也就完成了床料在高温回路中的循环。1.17.底部风箱布风板中的风嘴有何作用？答：一方面克服布风板阻力及床料的阻力，沸腾、流化床料，另一方面防止床料进入一次风箱中，以及喷嘴自身不被床料堵塞。1.18.燃烧系统的主要作用？答：点燃加热床料，使其达到投煤所需的着火温度，以及故障时维持床温，稳定燃烧并可带一定负荷。1.19.旋风分离器的工作原理？答：从炉膛出来的烟气进入旋风分离器后，由于离心力的作用，较粗的颗粒被甩在其内壁上而失去动能，落入下部锥体部分而被收集，未分离出来的细灰及烟气经导向筒和出口进入水平烟道内。1.20.如何提高循环流化床锅炉在低负荷运行时的效率？答：（1）适当提高床温；（2）保证炉内温度，床料分布均匀；（3）适当减小一次风量，合理使用二次风量；（4）控制适当的床压；（5）在保证一定脱硫率的前提下，尽量减小加入炉内的石灰石量。1.21.循环流化床锅炉内的燃烧效率的影响因素？答：煤质、煤粒粒度、石灰石量性质、风量及其配比、飞灰回燃等。1.22.循环流化床燃烧系统组成？答：由流化床燃烧室、飞灰分离收集装置、飞灰回送器组成。1.24.循环流化床锅炉的优缺点？答：循环流化床锅炉的优点：对燃料的适应性特别好；燃烧效率高；锅炉的炉膛截面热强度和容积热负荷高；由于飞灰的再循环燃烧，提高了石灰石的利用率；NOx排放量低；负荷变化范围大，调节特性好；给煤点数量少；无埋管磨损。循环流化床锅炉的缺点：一次风机压头高，电耗大，风道布置复杂；膜式水冷壁的变截处和裸露在烟气冲刷中的耐火材料砌筑部件亦有磨损；由于耐火材料内砌体的存在，冷热惯性大，给支撑和快速启停带来了困难。1.25.何为滑移速度？答：当气体速度足够大和床层的固体颗粒足够小时，所有的颗粒将以分离的形式广泛弥散在气体中，被向上带走，气体和颗粒的相对速度被称为滑移速度。1.26.何为“噎塞”？答：当气流速度减小或颗粒流速增加时，会出现气固混合物特性发生剧烈改变的情况，颗粒在给料点以下向下流动。这个转变称为“噎塞”，它代表气力输送的下极限。1.27.何为气泡，何为乳化相？答：鼓泡流化床具有明显的床层表面，其中有低固体浓度的区域，称为气泡，高固体颗粒浓度的区域称为乳相化。1.28.循环流化床锅炉有哪些燃烧区域？答：炉膛下部密相区、炉膛上部稀相区、高温气固分离区。1.29.影响流化床燃烧主要因素有哪些？答：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。1.30.流化床燃烧脱硫机理？答：流化床内直接脱硫是在燃烧过程中加脱硫剂石灰石(CaCO3)或白云石(CaCO3·MgCO3)，使燃烧反应和固硫反应同时进行。受热分解产生的CaO与烟气中的SO2结合生成CaSO4,CaSO4可以随灰渣排掉。其反应过程如下：燃烧反应S+O2=SO2；煅烧反应CaCO3=CaO+CO2；固硫反应Ca+SO2+1/2O2=CaSO4。1.31.何为飞灰携带率？答：单位质量的烟气携带飞灰的质量，单位：Kg/Kg。1.32.何为循环倍率？答：单位时间内锅炉循环物料与耗煤量之比。1.33.影响循环倍率的主要因素有哪些？答：燃煤和石灰石尺寸及其颗粒分布、流化速度和分离器的分离效率等。粒子平均粒径小、流化速度高、分离器效率高时，可实现较高的循环倍率。1.34.布风装置的组成？答：由布风板、风室和风帽组成。1.35.布风装置的作用？答：（1）支撑床料；（2）使空气均匀的分布在整个炉膛的横截面上，并提供足够的动压头，使物料和床料均匀的流化，避免沟流、腾涌、气泡尺寸过大、流化死区等不良现象的出现；（3）把已基本烧透、流化性能差、有在布风板上沉积倾向的大颗粒及时排出，避免流化分层，保证正常流化状态不被破坏，维持生产。1.36.布风装置的型式？答：风帽型、密空板型和猪尾巴型等几种型式。1.37.对风室有何设计要求？答：（1）具有一定的强度和较好的气密性，在工作条件下不变形、不漏风；（2）具有较好的稳压和均流作用；（3）结构简单，便于维护检修，并且风室应设有检修门和放渣孔。1.38.流化风室的主要类型？答：分流式风室和等压风室。分流式风室借助于分流罩或导流板把进入风室的气流均分为多股气流，使接近于正方形的风室截面获得均匀的布风；等压风室具有倾斜的底面，能使风室内的静压沿深度保持不变，有利于提高布风的均匀性。1.39.何为分离器的分离效率？答：分离器的分离效率η是指含尘气流在通过分离器时，捕捉下来的物料量mc占进入分离器的物料量mi的百分数，即η=mc/mi×100％。1.40.分离器的分离效率衡量的内容是什么？答：分离器的分离效率是衡量分离器分离气流中固体颗粒的能力。它除了与分离器的结构尺寸有关外，还取决于固体颗粒的性质、气体的性和运行条件等因素。因此，分离效率不宜简单用作比较分离器自身性能的指标，只有针对具体的处理对象和运行条件等才有意义。1.41.什么噎塞速度？答：噎塞速度系流态和快速床的转化点，它有两方面的含义：一方面，颗流率一定，某一颗粒质流率的气力输送状态的气速降到一定速度后使原来稳定上升的稀相输送过程突然崩溃成密相流化状态（系流态），底部出现沉积；另一方面，气速一定，当颗粒质量流率增加到一定值后，使原来稳定上升的稀相输送过程突然崩成密相流化状态（流态），床底出现沉积现象，这一界限风速称为噎塞速度。1.42.在循环流化床中为什么二级过热器装在炉子中间？答：由于循环流化床对于煤粉炉来说温度要低的多，为了满足蒸汽参数，把二级过热器布置在炉膛中间来吸热，同时也降低炉膛温度而设计。1.43.简述循环流化床锅炉的高压风的主要作用？答：为循环流化床锅炉回料阀提供的高压风主要有以下作用：（1）避免物料沉积在回料阀中；（2）实现循环床料的流化和回燃的密封；（3）是完成床料循环的必要条件，否则循环流化床锅炉不可能正常运行。1.44.简述循环流化床锅炉启动燃烧器有哪些作用？答：（1）将床温提高到主要固体燃料(煤)的燃烧温度；（2）为固体燃料的初始燃烧阶段提供稳定性；（3）当固体燃料燃烧出现故障时，协助维持燃烧的稳定和锅炉负荷。1.45.决定加入循环流化床锅炉炉内石灰石量的主要因素有哪些？答：（1）燃料的量及燃料的含硫量；（2）石灰石的量及粒度；（3）要保证的脱硫率及运行控制的床温。1.46.循环流化床锅炉运行中，受热面吹灰有哪些参考依据？答：（1）燃料的种类决定了吹灰的使用频率；（2）省煤器出口烟温，若过高说明有较多的灰覆盖在传热面上；（3）烟气中CO的排放量；（4）同一受热面进出口的烟气压差。1.47.试述鼓泡床内空气动力特性？答：（1）流化风速界于临界流化风速和噎塞流化风速之间，且床内分布不均匀；（2）空隙率ε=0.4～0.45沿床层内高度变化不大；（3）存在颗粒的“聚式流化”现象，连续产生“气泡相”和“乳化相”；（4）产生“鼓泡”床膨胀，并夹带一定的固体颗粒运动；（5）存在悬浮相，有明显的床层表面；（6）床层轴向压力“降级”不均匀（压力梯度），有突变现象。1.48.试述快速鼓泡床内空气动力特性？答：（1）流化风速高于噎塞风速；（2）空隙率ε=0.85～0.99；（3）气固两相滑移速度大，其大小与流化速度和颗粒流率有关；（4）存在“稀相反混”现象，颗粒团聚物不断形成，离散和上下运动；（5）存在边壁和内循环，近壁很浓的离子团以旋转状态向下运动，炉中心是较稀的气固相向上运动；（6）床层轴向压降不均匀（压力梯度），浓度不均。1.49.什么叫颗粒密度？答：单位体积内的颗粒质量叫做密度，用ρ表示单位为k