2016 循环流化床垃圾焚烧锅炉设计及运行

循环流化床垃圾焚烧锅炉的设计与运行浙江大学热能工程研究所马增益参考文献循环流化床锅炉的概念不同气流速度下固体颗粒床层的流动状态在不同的气固接触流型下运行的各种商业燃烧系统示意图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状态的一种操作。在正常的流态化状态下，作用于颗粒上的重力基本上被流体施于颗粒曳力所抵消，因而颗粒在床内处于半悬浮状态。流态化形式速度分区图流化床的拟流体性质流化床类似流体的性质1.在任一高度的静压近似于在此高度以上单位床截面内固体颗粒的重量；2.无论床层如何倾斜，床表面总是保持水平，床层的形状也保持容器的形状；3.床内固体颗粒可以像流体一样从底部或侧面的孔口中排出；4.密度高于床层表观密度的物体在床内会下沉，密度小的物体会浮在床面上；5.床内颗粒混合良好，因此，当加热床层时，整个床层的温度基本均匀。循环流化床锅炉的主要部件燃烧室回送装置尾部受热面分离装置给料装置典型的循环流化床锅炉燃烧系统示意图流化床锅炉的主要类型(a)常压鼓泡流化床锅炉(b)常见循环流化床锅炉(c)增压鼓泡流化床锅炉(d)增压循环流化床锅炉循环流化床锅炉的分类●按分离器工作温度(1)高温分离型循环流化床锅炉；(2)中温分离型循环流化床锅炉；(3)低温分离型循环流化床锅炉；(4)组合分离型循环流化床锅炉。●按分离器形式(1)旋风分离型循环流化床锅炉；(2)惯性分离型循环流化床锅炉；(3)炉内卧式分离型循环流化床锅炉；(4)炉内旋涡型循环流化床锅炉；(5)组合分离型循环流化床锅炉。●按有无外置式换热器●按不同循环倍率高温分离型循环流化床锅炉中温分离型循环流化床锅炉气固燃烧过程的主要特性比较循环流化床锅炉的工作条件循环流化床的特点(1)1.不再有鼓泡流化床那样清晰的界面，固体颗粒充满整个上升段空间；2.有强烈的物料返混，颗粒团不断形成和解体，并且向各个方向运动；3.颗粒与气体之间的相对速度大，且与床层空隙率和颗粒循环流量有关；4.运行流化速度为鼓泡流化床的2~3倍；5.床层压降随流化速度和颗粒的质量流量而变化；6.颗粒横向混合良好；7.强烈的颗粒返混、颗粒的外部循环和良好的横向混合，使得整个上升段内温度分布均匀；8.通过改变上升段内的存料量，固体物料在床内的停留时间可在几分钟到数小时范围内调节；9.流化气体的整体性状呈塞状流；10.流化气体根据需要可在反应器的不同高度加入。循环流化床的特点(2)循环流化床锅炉的基本特点1.低温的动力控制燃烧2.高速度、高浓度、高通量的固体物料流态化循环过程3.高强度的热量、质量和动量传递过程循环流化床锅炉立体图鼓泡流化床锅炉与循环流化床锅炉脱硫效率的比较锅炉炉内NOx的生成循环流化床锅炉与其他形式锅炉的比较循环流化床锅炉主要形式奥斯龙公司的Pyroflow循环流化床锅炉及运行指标FOSTERWHEELERENERGYCORPORATIONCFBSTEAMGENERATORSFORREHEATAPPLICATIONSPyroflowCompactisanew,enhancedversionoftheformerPyroflow.Thesquareparticleseparatorsareanintegralpartoftheboilerstructure.Lurgi公司的循环流化床锅炉多固体循环流化床锅炉Circofluid循环流化床锅炉及运行参数循环流化床流体动力特性循环流化床受热面传热循环流化床内的燃烧过程循环流化床分离装置循环流化床回送装置循环流化床的布风装置影响循环流化床锅炉设计的主要因素•锅炉容量和参数•燃料特性•燃烧效率和环保要求•水循环•造价、性能等锅炉容量对设计的影响•当锅炉容量增大时，锅炉内的体积是按3次方关系增大的，但四周面积是按2次方关系增大的，锅炉容量与体积成正比，而炉膛内的受热面（水冷壁）与四周面积成正比，带来受热面布置的困难；锅炉蒸汽参数对设计的影响•水变成蒸汽经历了加热、蒸发汽化、蒸汽过热3个过程•加热过程发生在省煤器中，蒸发过程发生在水冷壁、埋管、对流管束中，过热发生在过热器中•压力越高，加热水占的比例增加，而汽化热比例减少•蒸汽参数越高，效率越高，但对受热面材质要求越高，造价越高燃料特性对流化床锅炉设计的影响•发热量的大小直接影响锅炉受热面结构•发热量、挥发份与灰熔点的影响–过高：床温高，容易结焦–过低：床温低，容易熄火•灰份、粒度特性–排渣口形式、尺寸–粒度大流化困难–粒度小机械不完全燃烧损失大•环保要求–炉膛出口温度在850℃以上，烟气在850℃停留时间超过2秒流化床垃圾焚烧炉设计的特殊性•垃圾是高水分、低热值燃料，因此，受热面积及造价显然要比普通锅炉高；•由于要保证炉膛出口烟温，往往要采用在炉内少布置水冷壁或用浇筑料保护的方法来减少水冷壁区域的吸热；•水冷壁不足的蒸发受热通过埋管、对流管束、省煤器的沸腾度来弥补；流化颗粒粒径的确定•燃料颗粒•脱硫剂颗粒•粗颗粒趋向于聚集灰密相区内•细颗粒作为飞灰被气流曳带离开分离装置•中间尺寸颗粒在固体颗粒循环回路中循环炉膛设计•结构设计（截面尺寸，炉膛高度等）•受热面的布置•开孔的结构及位置•布风装置流化床锅炉炉膛结构形式炉膛设计步骤•结合燃料种类和粒度，确定流化风速或容积热负荷•确定一二次风比例及二次风口高度，根据风速计算出密相区及稀相区的床层截面积•确定循环流化床的循环倍率•根据稀相区和密相区的燃烧份额进行密相区和稀相区的热量平衡•确定炉膛高度•根据热量平衡布置炉膛受热面；炉膛结构考虑的主要问题•横截面：由风速和截面热负荷确定•截面长宽比：受热面布置需要；二次风穿透深度；颗粒横向混合(炉膛深度一般不超过8米)•炉膛高度：燃烧、传热、脱硫、水循环、尾部烟道布置等•炉膛下部区域：通常二次风口以下采用较小的横截面积床温选择及控制考虑因素：·灰的软化温度，不易结焦·燃烧效率高，脱硫效率高·NOx及H2O排放低·避免煤中金属升华其它参数•过量空气系数：燃烧室过量空气系数1.4~1.6•排烟温度：•散热损失：一般为0.2%~0.5%•零压点的位置：一般选择在炉膛内炉膛内的开口•给煤口：一般布置在炉膛下部(二次风口以下)•石灰石给料口：一般用气力输送单独入炉•底渣口：底渣管•循环物料进口：返粒口一般布置在二次风口以下•炉膛出口•观察孔、炉门、防爆门等水循环•水循环回路应合理、简单，传热强度相差很大的受热面不宜并联在同一回路中，以免产生热偏差。•下降管不宜受热，并尽可能减少弯头和其他附件的局部阻力损失，汽水引出管路应尽可能缩短。•在一般的锅炉受热面设计中，均要求受热面没有水平段，且与水平方向的倾角大于15°。埋管的布置形式布风装置•作用：一是支承静止的燃料层；二是给通过布风板的气流以一定的阻力，使在布风板上具有均匀的气流速度分布，为取得良好的流化工况准备条件；三是以布风板对气流的一定阻力，维持流化床层的稳定，抑制流化床层的不稳定性。•对一般流化床锅炉采用平板型的布风板，要求能均匀分布气体，阻力小，不漏煤，不堵塞，结构简单，制造维修方便等。组成•花板：支承风帽和隔热层，并初步分配气流•风帽：使气流分配均匀•两个参数:(1)小孔风速30~40m/s;(2)开孔率2~3%。•布风板阻力一般为整个床层阻力的25%~30%为宜。•耐火保护层：保护布风板，耐火层厚度一般为100~150mm布风装置的设计要求(1)能均匀密集地分配气流，避免在布风板上面形成停滞区。(2)能使布风板上的床料与空气产生强烈的扰动和混合，要求风帽小孔出口气流具有较大的动能。(3)空气通过布风板的阻力损失不能太大，但又需要一定的阻力。(4)具有足够的强度和刚度，能支承本身和床料的重量，压火时防止风板受热变形，风帽不烧损，并考虑到检修清理方便。定向风帽与普通风帽风室与风道设计要求(1)具有一定的强度、刚度及严密性，在运行条件下不变形，不漏风。(2)具有一定的容积使之具有一定的稳压作用，消除进口风速对气流速度分布不均匀性的影响，一般要求风室内平均气流速度小于1.5m/s。(3)具有一定的导流作用，尽可能地避免形成死角与涡流区。分离器的种类•上出气和下出气•方形和圆形•离心力和惯性力回送装置的设计•立管作用:(1)将固体颗粒以低压区送至高压区(2)防止气体窜气立管内固体颗粒的流动一般为移动床流动，属柱塞状流动。立管高度：其中最小立管高度HST,min为：立管内固体颗粒的流速up一般选0.3~0.5m/s.min,STSTH)0.2~5.1(Hg)1()ppp(HmfpmaxLSSPCBmin,ST启动方式•传统方法：木柴点火•床上喷油点火•炽热床料点火•流态化点火点火装置点火装置•流化床锅炉的点火启动过程：将床料加热至运行所需的最低温度以上，以便实现投煤后能稳定燃烧运行。•点火启动过程的三个阶段：(1)底料加热用外来燃料作热源，把底料从室温加热至引燃温度。(2)底料着火爆燃底料达到一定温度后，启动风机引燃底料，用它本身燃烧放热进一步使床温急剧上升。(3)过渡到正常运行用风量控制床温，并适时给煤，调节好风煤比，逐步过渡到正常运行参数。冷态试验•核实鼓引风机风量和风压•测试风室压力；•测试料层阻力；•测试临界风量；•测试布风均匀性；•测量料层厚度。风量标定试验•目的:在一次风道安装风量测量装置以了解一次风能否满足运行要求。•方法:测试前首先在左右两侧风管上安装风量测点,用于标准毕托管标定.当速度知道后,通过下式就可计算出通过该管道内的风量:Q=3600WF式中Q—风量,米3/时F—测点处管道的内截面积。•分别绘制成数字微压计的读数与风量的关系曲线。空板阻力特性•启动送引风机,将炉膛负压调至零,•每加大一次风量,都要调整炉膛负压为零•对应于每一个风门开度,在微压计和仪表盘风室压力计上测取一次读数•直至风门全开,共测取了10组数据•之后逐渐关小送风门,重复上述操作,直至风门全关•绘制成风量与空板阻力的关系曲线。流化风速测定•将粒径0~3mm的石英砂送入床中,将床料加到静止料层厚度为250~300mm•启动引风机和送风机,在不同的风门开度下,测量流化床料层的阻力。•料层阻力特性实验的步骤和方法与空板阻力特性实验相同•料层阻力=风压静压-空板阻力•绘制成风量与料层阻力的关系曲线。启动前的准备•启动前的检查：阀门、安全阀、炉内有无异物、系统是否正常等•锅炉点火前的检查完毕后，可经省煤器向锅炉上水，上水应缓慢进行。•配制点火底料（石英砂），底料应符合下列要求：1.颗粒度：石英砂0~3mm,平均粒度为1.2mm2.含水率应不大于5%；二、检查点火及烟风系统应符合下列要求•油罐内有足够点火油，化验油质合格；•点火油泵试运正常；•油管无堵塞、泄漏；•送、引风机挡板关闭，操作盘上各操作手柄及表盘指针处于原始位置;启动点火一.启动引风机和送风机，并启动油泵备用二.风室前一次风风门置于30%开度三.二次风门，播煤风门,飞灰回送风门全关四.对点火预燃室吹扫3~5分钟后启动床下点火装置。五.点火过程中可调节电动风门的开度改变掺混风的流量从而调节热烟气温度。六.点火过程中一般控制点火燃烧室内温度不超过1100~1200℃七.锅炉风室内温度不超过700℃，八.当床温达到500℃后，开启播煤风门,即可投少量烟煤九.待床温呈上升趋势后逐步加大投煤量十.当床温达到800~850℃时停油，锅炉点火启动过程完成。十一.点火完成后，逐步增加给煤量,同时注意床温的变化.十二.床温风速上升，此时应适当加大风量十三.维持炉内6~12mmH2O的负压十四.减少或停止给煤，稳定流化床温度，防止超温结焦十五.如果床温开始下降时，及时增加给煤量，并调整风量；十六.床温不断下降，此时应增加给煤量十七.如床温降低到500℃以下,这时要重新投入油枪，以保证流化床正常温度。十八.做好点火记录，为下次点火提供参考数据。锅炉升压•锅炉从点火达到工作压力时间，根据流化床炉的特性不得少于一个小时。•在升压过程中应注意调整燃烧，保持炉内温度均匀上升，承压部件受压均衡，膨胀