论文题目循环流化床锅炉旋风分离器分析循环流化床锅炉旋风分离器分析

自循环流化床燃烧技术出现以来，循环床锅炉在世界范围内得到广泛的应用，大容量的循环床锅炉已被发电行业所接受。循环流化床低成本实现了严格的污染排放指标，同时燃用劣质燃料，在负荷适应性和灰渣综合利用等方面具有综合优势，为煤粉炉的节能环保改造提供了一条有效的途径主循环回路是循环流化床锅炉的关键，其主要作用是将大量的高温固体物料从气流中分离出来，送回燃烧室，以维持燃烧室稳定的流态化状态，保证燃料和脱硫剂多次循环、反复燃烧和反应，以提高燃烧效率和脱硫效率。主循环回路是循环流化床锅炉的关键，其主要作用是将大量的高温固体物料从气流中分离出来，送回燃烧室，以维持燃烧室的稳定的流态化状态，保证燃料和脱硫剂多次循环、反复燃烧和反应，以提高燃烧效率和脱硫效率。主循环回路不仅直接影响整个循环流化床锅炉的总体设计、系统布置，而且与其运行性能有直接关系。分离器是主循环回路的主要部件，因而人们通常把分离器的形式，工作状态作为循环流化床锅炉的标志。分离器是主循环回路的关键部件，其作用是完成含尘气流的气固分离，并把收集下来的物料回送至炉膛，实现灰平衡及热平衡，保证炉内燃烧的稳定与高效。从某种意义上讲，CFB锅炉的性能取决于分离器的性能，所以循环床技术的分离器研制经历了三代发展，而分离器设计上的差异标志了CFB燃烧技术的发展历程。循环流化床循环流化床循环流化床循环流化床1．1循环流化床锅炉简介循环流化床(CFB)燃烧技术是一项近二十年发展起来的清洁煤燃烧技术。流化床燃烧是床料在流化状态下进行的一种燃烧，其燃料可以是化石燃料（如煤、煤矸石）、工农业废弃物（如可燃垃圾、高炉煤气）和各种生物质燃料（如秸秆）。流化燃烧是一种介于层状燃烧与悬浮燃烧之间的燃烧方式。煤预先经破碎加工成一定大小的颗粒（一般为＜8mm）后置于布风板上，煤经给煤机进入燃烧室，燃烧室内料层的静止高度约在350～500mm，空气则通过布风板由下向上吹送。当空气以较高的气流速度通过料层时，煤粒间的空隙加大，料层膨胀增高，所有的煤粒、灰渣纷乱混杂，上下翻腾不已，颗粒和气流之间的相对运动十分强烈。这种处于沸腾状态的料床，称为流化床。这种燃烧方式即为流化燃烧。流化燃烧后的细小颗粒燃料随高温烟气飞出炉膛，大部分被固态物料分离器捕捉，经返料器送回炉膛循环燃烧，这就是循环流化燃烧技术，采用循环流化燃烧技术生产的锅炉即为循环流化床锅炉。从已投运流化床锅炉分折，流化床锅炉具有独特的优越性：（1）燃烧效率高：国外循环流化床锅炉，燃烧效率高达99％；我国设计，投运流化床锅炉效率也高达95－98％。该炉型燃烧效率高的主要原因是煤燃烬率高。煤粒燃烬率分三种情况分析：较小的颗粒（小于0．04mm），随烟气速度进行流动，它们未达到对流受热面就完全燃烬了，在炉膛高度有效范围内，它们燃烬时间是足够的；对于较大一些煤粒（大于0．6mm），其沉降速度高，只有当其直径进一步燃烧或相互磨擦碎裂而减小时，才能随烟气逸出，较大颗粒经分离器分离返回炉膛循环燃烧；对于中等粒度煤，其燃烧时间要比停留时间长，这给颗粒燃烬提供了足够时间，未燃烬颗粒循环燃烧，达到燃烬的目的。（2）、煤种适应性强：流化床炉可燃用低热值的劣质烟煤、页炭、炉渣矸石甚至垃圾、秸秆等，对煤种适应性比煤粉炉、层燃炉好。在循环床锅炉中，通过粒子的循环回燃，炉膛温度能被控制，煤粒着火和燃烬较好。流化床锅炉设计特点是炉膛高，给煤、布风、出渣等设计都适应劣质煤的燃烧，布风装置将空气分别送入一次风的风室及分布板，送入二次风的风道喷咀。一次风约占总风量60％，由燃烧室底部送入，二次风由密相区的不同高度送入，给高效燃烧提供了条件。由于采用了分离回料装置，为劣煤分级燃烧、回燃提供了条件，循环流化床锅炉有两种类型分离装置，一种是惯性分离，一种是旋风分离；现在生产的锅炉多采用一级高温分离器。国产循环流化床锅炉采用较低流化速度（一般4．5m／s－5．5m／s）、较低循环倍率约（10－20），因此，分离受热面磨损较小。（3）、添加石灰石，有较高脱硫效果：流化床锅炉脱硫原理是：煤燃烧过程中产生氧化硫与流化床炉燃烧添加剂一氧化钙发生反应，产生的硫酸钙随炉渣排出，脱硫效果可800－900低温下燃烧，可控制NOx生成。流化床炉NOx生成原理是空气中氮气和氧气，在燃烧时产生NO。在流化床炉燃烧过程中，燃料中90％的氮原素转化成NO2，大约10％的氮元素反应生成NO。在燃烧过程中，生成的NOxCaO还原，减少了NOx排放。（5）、系统简单、运行操作方便。（6）、灰渣综合利用，前途广泛：由于流化床炉渣可燃物极低（约1－1．5％），而且具有较经济的脱硫效果，增加了灰中硫酸钙含量，这对综合利用提供了有利条件。灰渣可做各种建材的最好掺合料，水泥行业、制砖行业利用灰渣前途最广泛该炉型推广应用，可减少除灰渣场地，对无灰场条件的中，小城市而言不仅可以大大改善环境条件，而且可以推进建材行业发展，变废为宝，使煤碳发挥综合效益。1.1.1循环流化床锅炉结构锅炉采用单锅筒，自然循环方式，总体上分为前部及尾部两个竖井。前部竖井为总吊结构，四周有膜式水冷壁组成。自下而上，依次为一次风室、浓相床、悬浮段、蒸发管、高温过热器、低温过热器及高温省煤器。尾部竖井采用支撑结构，由上而下布置低温省煤器及管式空气预热器。两竖井之间由立式旋风分离器相连通，分离器下部联接回送装置及灰冷却器。燃烧室及分离器内部均设有防磨内衬，前部竖井用敖管炉墙，外置金属护板，尾部竖井用轻型炉墙，由八根钢柱承受锅炉全部重量。锅炉采用床下点火（油或煤气），分级燃烧，一次风率占50—60%飞灰循环为低倍率，中温分离灰渣排放采用干式，分别由水冷螺旋出渣机、灰冷却器及除尘器灰斗排出。炉膛是保证燃料充分燃烧的关键，采用湍流床，使得流化速度在3.5—4.5m/s,并设计适当的炉膛截面，在炉膛膜式壁管上铺设薄内衬（高铝质砖），即使锅炉燃烧用不同燃料时，燃烧效率也可保持在98—99%以上。分离器入口烟温在450度左右，旋风筒内径较小，结构简化，筒内仅需一层薄薄的防磨内衬（氮化硅砖）。其使用寿命较长。循环倍率为10—15左右。循环灰输送系统主要由回料管、回送装置，溢流管及灰冷却器等几部分组成。床温控制系统的调节过程是自动的。在整个负荷变化范围内始终保持浓相床床860度的恒定值，这个值是最佳的脱硫温度。当自控制不投入时，靠手动也能维持恒定的温床。保护环境，节约能源是各个国家长期发展首要考虑的问题，循环流化床锅炉正是基于这一点而发展起来，其高可靠性，高稳定性，高可利用率。最佳的环保特性以及广泛的燃应性，越来越受到广泛关注，完全适合我国国情及发展优势。1.1.2当固体颗粒中有流体通过时，随着流体速度逐渐增大，固体颗粒开始运动，且固体颗粒之间的摩擦力也越来越大，当流速达到一定值时，固体颗粒之间的摩擦力与它们的重力相等，每个颗粒可以自由运动，所有固体颗粒表现出类似流体状态的现象，这种现象称为流态化。对于液固流态化的固体颗粒来说，颗粒均匀地分布于床层中，称为“散式”流态化。而对于气固流态化的固体颗粒来说，气体并不均匀地流过床层，固体颗粒分成群体作紊流运动，床层中的空隙率随位置和时间的不同而变化，这种流态化称为“聚式”流态化。循环流化床锅炉属于“聚式”流态化。固体颗粒（床料）、流体（流化风）以及完成流态化过程的设备称为流化床。1.1.3临界流化速度对于由均匀粒度的颗粒组成的床层中，在固定床通过的气体流速很低时，随着风速的增加，床层压降成正比例增加，并且当风速达到一定值时，床层压降达到最大值，该值略大于床层静压，如果继续增加风速，固定床会突然解锁，床层压降降至床层的静压。如果床层是由宽筛分颗粒组成的话，其特性为：在大颗粒尚未运动前，床内的小颗粒已经部分流化，床层从固定床转变为流化床的解锁现象并不明显，而往往会出现分层流化的现象。颗粒床层从静止状态转变为流态化进所需的最低速度，称为临界流化速度。随着风速的进一步增大，床层压降几乎不变。循环流化床锅炉一般的流化风速是倍的临界流化速度。1.1.4影响临界流化速度的因素（1）料层厚度对临界流速影响不大。（2）料层的当量平均料径增大则临界流速增加。（3）固体颗粒密度增加时临界流速增加。提高循环流化床锅炉热效率的措施提高循环流化床锅炉热效率的措施提高循环流化床锅炉热效率的措施提高循环流化床锅炉热效率的措施适当提高燃烧温度，碳粒子的燃烬时间与燃烧温度有关，提高燃烧温度能明显的缩短碳粒子的燃烬时间。如下式16exp(1077其中:τp为碳粒子的燃烬时间s；T为燃烧温度；dp为碳粒子直径cm。当τp从800升高到950时，碳粒子的燃烬时间缩短6倍左右。当燃烧温度从870提高到920，燃烧温度增加50时，锅炉燃烧效率提高了2个百分点左右。降低飞灰含碳量提高锅炉燃烧效率，影响飞灰含碳量的因素有如下方面：燃烧温度、煤的种类、分离飞灰的循环倍率、燃烧室上部燃烧偏斜、燃烧氧量的供给、分离器的分离效率、除尘灰再循环燃烧。（1）温度的影响：经试验证明当燃烧温度从900提高到950时，飞灰含碳量从22.5%降到10%左右，降低了12.5个百分点。燃烧温度提高1，飞灰含碳量降低0.25个百分点，这个影响程度的不同是由煤的燃烧反应性差异所决定的。（2）挥发分低的难燃煤种,飞灰含碳量较高，挥发分高的易燃煤种，飞灰含碳量较低，一般无烟煤的飞灰含碳量比烟煤要高5-10个百分点。(3)分离灰循环倍率的影响：1-1从图上可以看出分离灰循环倍率为5时，飞灰含碳量为12.5%左右，而分离灰循环倍率从提高到4，飞灰含碳量降低约2.5个百分点，7提高到8时，降低了1个百分点，1418时，只降低了0.5个百分点，离灰循环倍率在2-6之间变化，对飞灰含碳量的影响是最有效的。（4）器分离效率：分离器的分离效率与分离灰循环倍率的关系为为分离灰循环倍率，ηc为分离器分离效率，Ay为燃煤灰分含量，α灰份额。分离效率高，分离灰循环倍率大；煤中灰份含量高，分离灰循环倍率大；燃烧室出口飞灰份额大，分离灰循环倍率高。（5）优化燃烧调整和控制：提高燃烧效果，900-950；改善脱硫效果，830-880；控制NOX的生成量200mg/Nm3-400mg/Nm3间，(830-930)；烟气成分包括O2、NO2（NO）、N2O、SO2（SO3）、CO2、CO、N2等，根据O2，CO和CO2含量控制空气量，根据SO2含量控制石灰石加入量，根据NOX含量控制燃烧温度。降低床底渣含碳量，粗粒子在浓相床内的停留时间：Hb静止床料高度，m；Fd布风板面积，m2；ρb--静止床料的堆积密度,kg/m3；为燃煤消耗量，kg/h；δ为燃煤中粗粒子的份额。通过试验和实际运行可以高热值煤的停留时间比低热值煤长很多，这就是CFB锅炉烧低热值煤床底渣含碳量高的原因。故需要维持合理燃烧温度，适当提高料层厚度。制备合适粒度及大小分布的燃煤，防止燃烧分层，并注意在烧低热值煤的时候，减少一次风的使用，降低流化的速度。降低排烟温度，减少排烟热损失，影响排烟损失的因素有：排烟温度，包括尾部烟道受热面积灰，烟气含尘量大；过剩空气系数大。而降低排烟温度就可以从提高尾部烟道的受热面；提高分离器效率，降低烟气含尘量；加强尾部烟道的吹灰效率；合理搭配一二次风量，在保证流化和燃烧的情况下，尽可能减少风的使用。1.3循环流化床锅炉节能改造技术加装燃油，经燃油节能器处理之碳氢化合物，分子结构发生变化，细小分子增多，分子间距离增大，燃料的粘度下降，结果使燃料油在燃烧前之雾化、细化程度大为提高，喷到燃烧室内在低氧条件下得到充分燃烧，因而燃烧设备之鼓风量可以减少15％至20％，避免烟道中带走之热量，烟道温度下降10。燃烧设备之燃油经节能器处理后，由于燃烧效率提高，故可节油4.87％至6.10％，并且明显看到火焰明亮耀眼，黑烟消失，炉膛清晰透明。彻底清除燃烧油咀之结焦现象，并防止再结焦。解除因燃料得不到充分燃烧而炉膛壁积残渣现象，达到环保节能效果。大大减少燃烧设备排放的废气对空气之污染，废气中一氧化碳（CO）、氧化氮（NOx）、碳氢化合物（HC）等有害成分大为下降，排出有害废气降低50％以上。