流化床锅炉主要部件的形式和结构.ppt

中铝重庆分公司员工培训培训内容循环流化床锅炉主要部件的形式和结构,授课人钱朝洪2008年6月4日,第二章循环流化床锅炉主要部件的形式和结构,第一节布风装置的结构第二节粒子分离装置的种类和结构第三节回料器的种类及特点第四节高温灰渣冷却装置第五节影响流化床燃烧的主要因素,第一节布风装置的结构,一、布风装置的结构、作用和种类,,布风装置的组成主要由布风板、风室和风帽组成。布风装置的主要作用1支承床料2使空气均匀地分布在整个炉膛的横截面上，并提供足够的动压头，使床料和物料均匀地流化，避免勾流、腾涌、气泡尺寸过大、流化死区等不良现象的出现；3把那些已基本烧透、流化性能差、在布风板上有沉降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，维持安全生产。布风装置的种类风帽型、密孔板型和猪尾巴型等。,风帽型布风装置是由风室、布风板、风帽和保护层组成。密孔板型布风装置是由风室和密孔板构成，所需的风机压头较小，电耗较少。但是，其均匀性较差，床内颗粒还会从小孔漏入风室。其应用没有风帽型布风装置那样普遍；猪尾巴型布风装置是由风室和带猪尾巴形小弯管的布风板组成，增大了布风板的阻力，提高了布风的均匀性。同时，也避免了细颗粒漏入风室。在布风装置的设计中，均匀布风是追求的主要目标。,图2-1风帽型布风装置1风;2保护层;3布风板;4冷渣管;5风室,图2-2密孔板型布风装置1小直孔；2布风板；3风室,图2-3猪尾巴型布风装置1小弯管；2保护层3布风板；4风室,二、风室的结构,风室连接在布风板底下，起着稳压和均流的作用，使从风管进入的气体降低流速，将动压转变为静压。对风室的设计要求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，且风室应设有检修门和放渣门。流化床的风室主要有两种类型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。结构较复杂，且只适用于正方形截面的流化床锅炉，因而只在小型流化床锅炉上得到应用。等压风室的结构特点是具有倾科的底面，这样能使风室内的静压沿学度保持不变，有利于提高布风的均匀性。气流在风室的上升速度不应超过1.5m/s，进入风室的气流速度应低于10m/s。一般选用4mm厚的钢板制成风室。,图2-4分流式风室a有分流罩；b有导流板,图2-5等压风室1风室；2布风板,三、风帽型布风板的设计,图2-6风帽型布风板结构,布风板包括花板和风帽两部分。花板的作用是支承风帽和隔热层，初步分配气流。选用钢板或铸铁板制成。布风板的有效面积的确定在流化床锅炉设计中占有重要的地位。布风板有效面积的大小直接与锅炉的负荷特性有关。布风板的形状根据炉型或组织燃烧的需要而定，有圆形、矩形等。循环床没有溢流口。给煤点、石灰石的供给点以及返料点的布置也较灵活。,四、风帽的结构,风帽的作用在于使进入流化床的空气产生第二次分流并具有一定的动能，以减少初始气泡的生成和使底部粗颗粒产生强烈的扰动，避免粗颗粒的沉积，减少冷渣含碳损失。风帽还有产生足够的压降、均匀布风的作用。小直径的风帽可以使布风更加均匀，有效地改善流化质量，提高燃烧效率。,图2-7风帽的结构形状a蘑菇型；b圆柱型,目前广泛采用的是侧孔式小风帽，它有带帽头的蘑菇型和无帽头的圆柱型两种型式，如图2-7所示。风帽外表尺寸、内孔直径、小孔直径和小孔风速的选取要根据布风板有效面积和布风板阻力特性来确定。,五、布风板阻力,正确设计，使布风板具有恰当的阻力特性。布风板的阻力特性是布风板阻力和料层阻力之比，。,布风板阻力主要包括风帽进口局部阻力、风帽沿程阻力、风帽出口局部阻力和风帽帽隙出口局部阻力。风帽沿程阻力和风帽帽隙出口局部阻力可忽略不计，布风板阻力为,式中ξi、ξo分别为风帽进、出口局部阻力系数；μi为风帽进口气体平均速度，m/s；μo为风帽出口小孔气体平均速度，m/s；ρg为气体密度，kg/m3。,为了使流化床锅炉运行稳定，床料静止高度应维持在500-700mm，相应的料层阻力为5100-6100Pa。这样通过上面的公式就可以计算出风帽小孔的气流速度。,在实际设计中，一般是根据经验来设计风帽小孔的尺寸和选取风帽小孔风速，然后利用上面的公式来检验设计的合理性。风帽的数量由布风板的尺寸和风帽尺寸及风帽的布置方式来确定。风帽小孔数m应取偶数。风帽的计算要进行多次反复计算。为了排除床料中沉积的粗渣和杂物，在布风板上每1.3-1.5m2面积开设一个109-160的冷渣孔。把靠近炉墙的2-3排风帽小孔直径加大或孔数增多，使其小孔流通面积比中间部分风帽的多20左右。对冷渣孔四周的风帽也作同样处理。,六、水冷布风装置,图2-8有定向风帽的水冷布风板结构1水冷管；2定向风帽；3耐火层,为了消除热负荷快速变化对流化床燃烧系统带来的不利影响，采用水冷布风装置是十分必要的。水冷布风装置包括水冷布风板和水冷风室。水冷布风板上的风帽尺寸要大于非水冷布风板的风帽尺寸。水冷布风板的风帽可以是定向风帽图2-8，也可以是侧孔式风帽，还可以用猪尾巴形的小弯管代替风帽。为了避免在运行时产生汽水分层，水冷布风板应与水平方向有一个夹角。等压风室为水冷风室在循环流化床锅炉中应用较普遍。,七、布风板的保护层,图2-9布风板保护层1风帽；2耐火层；3绝热层；4密封层；5花板,为了防止布风板受热挠曲变形，在花板上必须敷设一定厚度的保护隔热层。其厚度根据风帽小孔离花板高度而定，一般是100-150mm。在水冷布风板上也需敷设保护层，不过保护层的厚度比非水冷布风板的保护层要薄。,第二节粒子分离装置的种类和结构,粒子分离装置是循环床锅炉的关键部件之一。它的性能直接影响到锅炉的安全和经济运行。分离器的结构型式和布置位置，决定了循环床锅炉的整体布置型式与紧凑性，成为区别循环床锅炉技术流派的重要标志之一。分类①按工作温度或布置位置可分为高温分离装置800℃左右、中温分离装置500℃左右和低温分离装置300℃以下②按分离机理或结构型式可分为惯性分离装置和离心即旋风分离装置。优点必须具有足够高的分离效率，提供足够多的物料进行循环，以保证锅炉在燃烧、传热、脱硫和负荷调节等方面的需要。另外，还应具有阻力小、磨损轻、结构简单、布置紧凑等优良性能，以降低锅炉造价与运行维护费用。,根据所利用的分离机理不同，循环床锅炉的粒子分离装置可分为惯性分离器和旋风分离器两大类。基本原理①惯性分离器主要是依靠气流方向突然改变时，粒子由于惯性作用继续按原来气流的方向运动，碰撞到某些挡板上而被捕集下来。②旋风分离器则是利用旋转气流对粒子产生的离心力使其从气流中分离出来。,一、粒子分离装置的基本原理和性能指标,评价指标,评价分离器工作的性能，有各种指标，如分离效率、阻力、处理气量、投资和运行费用等。在选择分离器时，必须综合加以考虑，其中以分离效率和阻力这两项指标最为重要。1、分离器的分离效率分离器的分离效率是指含尘气流在通过分离器时，捕集下来的物料量占进入分离器的物料量的百分数，即,,分离效率是衡量分离器分离气流中固体颗粒的能力。它除了与分离器结构尺寸有关外，还取决于固体颗粒的性质、气体的性质和运行条件等因素。分级效率就是指分离器对某一粒径颗粒的分离效率。表示为,,,或,2、分离器的阻力,它表示气流通过分离器时的压力损失，是衡量分离器的能耗和运行费用的一个指标。分离器的阻力不仅取决于其自身的结构尺寸，还与运行条件等有关。分离器分离效率的提高是以阻力增加为代价的。分离器的阻力是以分离器前后管道中气流的平均全压差来表示的。其计算式为,,式中ρg为气流密度，kg/m3；u为气流速度，m/s。,二、国内外循环床锅炉各种分离器简介,1、高温耐火材料内砌或浇灌的旋风分离器Lurgi型、Pyroflow型、MSFB型循环床锅炉中普遍采用这种分离器。优点具有技术成熟、使用可靠、分离效率高可达99以上等优点。缺点体积庞大、热惯性大，由此而带来的一系列的布置、支撑、启停运行等问题。,图2-10高温耐火材料内砌成浇灌的旋风分离器a砖砌结构；b浇灌结构,2、汽水冷高温旋风分离器,图2-11汽水冷旋风分离器,美国FW公司开发这种新型结构的汽水冷旋风分离器。优点1旋风筒内只敷上一层约10－50mm的薄耐火材料层，不仅能缩短启停时间和承担一定的热负荷，而且还大大降低了耐火材料量，也降低了维护费用。2减少了高温管道和膨胀节，从而减少了维修费用。3可以采用标准的保温，使外表温度下降，有效地减少了散热损失，可节约燃料费用约0.25－0.5。4分离器的重量和尺寸均有所减小。5能在制造车间装配好，整体或分片出厂，减少了现场工作量。缺点制造比较复杂、工艺要求高，因此成本较高。,3、炉内卧式高温旋风分离器,芬兰EcoFire公司及国内清华大学、东北电力学院分别开发炉内卧式旋风分离器。这种分离器由水冷壁延伸弯曲而成，双面用耐磨材料覆盖，布置在炉膛上方出口处。优缺点具有启停时间短、散热损失小等优点。另外，锅炉结构也很紧凑，但分离器制造复杂、检修十分不便，大型循环床锅炉使用有困难。,4、高温方形异形旋风分离器,Pyropower公司和国内清华大学均有所研究。这种特殊结构的旋风分离器是基于常规旋风分离器的一些缺陷，并借鉴方形循环床内四壁特别是四角处粒子浓度很大的特点而提出并开发的。采用方形结构可以方便地利用水冷壁形成分离器，结构简单，布置方便。这种分离器对于10m以上的颗粒分离效率较高当床料平均粒径为330m时，分离效率可达99以上，其阻力与常规旋风分离器相当。,5、中温旋风分离器,为了克服高温旋风分离器的某些缺点，Babcock公司在其Circofluid型循环床锅炉中采用了中温旋风分离器，将分离器置于对流受热面之后，入口温度为400℃左右。优缺点由于烟温明显下降，所以分离器的尺寸明显减小，烟气黏性也得以下降，这两点将有助于分离效率的提高。由于采用中温分离器，回料温度较低，有利于床温调节，也提高了锅炉运行的安全性。但为了防止受热面的磨损，不得不采取较低的循环倍率。与高温旋风分离器一样，其结构布置与尾部烟道的布置不相协调。,6、中温下排气旋风分离器,华中理工大学研究开发了中温下排气旋风分离器。这种新型分离器的独特之处在于采用了新颖的结构形式向下排气以及特殊结构的导流体。优点①与采用上排气旋风分离器相比，锅炉整体结构更为合理，总体结构尺寸明显减小可减小锅炉占地面积30左右，锅炉结构紧凑，布置更方便，系统阻力也明显减小，从而降低了锅炉及其厂房的造价和运行费用。②与采用惯性分离器相比，这种分离器的分离效率高，易于满足循环倍率的要求，有利于细小颗粒的燃尽，提高燃烧效率，也有利于提高脱硫效果，减少脱硫剂的消耗，更不会给锅炉受热面的布置带来结构上的困难。③与采用高温分离器相比，分离器的体积缩小、分离效率提高、耐温耐磨材料易于解决、成本降低、热惯性小、运行调节灵活，还提高了锅炉运行的安全可靠性。,7、槽钢分离器,瑞典Studsvik循环床锅炉采用槽钢分离器。该分离器由多排错列悬挂布置的U形槽钢构成，在颗粒浓度较高如10kg/m3时，可获得较高的分离效率。但是当浓度如100g/m3低时，其分离效率不够理想。该分离器的分离效率与粒子浓度和气流速度有关。,8、斜槽式分离器,,德国Steinmller循环床锅炉采用了形状为“∏”的斜槽式分离器。该分离器一般分三排错列布置在炉内，采用EngGr300或硬质NiCr钢制成，以防磨损。这种分离器有效地防止了气流对已分离颗粒的再夹带，可望获得较高的分离效率。其效率与粒子浓度关系不大，主要取于颗粒直径。这种斜向布置的型式容易造成粒子浓度分布不均和局部严重磨损。,9、百叶窗分离器,中国科学院工程热物理所推出的百叶窗分级循环床锅炉采用了百叶窗分离器。为了提高百叶窗分离效率，百叶窗叶片形式己从简单的平板型发展到波纹带钩槽型结构。,10、槽钢与旋风子两级分离器,,美国B运行、维修费用低。,1、烟气流量对分离器性能的影响从理论上而言，旋风或惯性分离器的阻力都是与气体流量或入口流速的平方成正比的。但实际上阻力与流量或流速的指数大约为1.5－2.0，与分离器的结构尺寸及测试条件等有关。分离器的分离效率受流量或流速的影响很大。一般来说，分离器进口流速越高，分离效率越高。但当流速过高，超过一特定值时，随进口流速的提高，分离效率反而下降。对旋风和惯性分离器而言，对某一特定的颗粒，通常存在一个最佳的入口流速，这一最佳值与分离器的结构型式和尺寸、气固两相的物性有关。,三、运行条件对分离器性能的影响,2、温度对分离器性能的影响,这种影响是通过温度对烟气密度和烟气黏度的影响来体现的。温度对阻力有较大的影响。与气体温度成反比。温度对分离效率也有较大的影响。烟气温度升高，分离器的分离效率下降。,3、颗粒浓度对分离器性能的影响,在较低的颗粒浓度下，随浓度的增加，通常阻力是降低的。而当颗粒浓度超过某一特定值时，随浓度的增加，阻力也增加。颗粒浓度对分离效率的影响也存在类似的规律性，即存在一临界浓度值，低于该值时，随浓度的增加，分离效率增加；高于临界值后，分离效率将随浓度的增加而降低。,4、颗粒浓度和密度对分离器性能的影响,颗粒的粒度分布是影响分离器分离效率的最重要因素之一。当粒度较小时，密度的变化对分离效率的影响大，而当粒度较大时，密度变化对分离效率的影响变小。颗粒粒度对分离器的阻力几乎没有影响。颗粒密度对分离器阻力的影响很小，可忽略。,四、分离器的选型,图2-12分离器选型与设计程序,分离器的选型是与锅炉的选型紧密地联系在一起的。可以根据分离器的运行条件，特别是对循环倍率和系统能耗的要求来确定所选用分离器的类型。在分离器的结构设计中，应考虑分离器的结构尺寸与锅炉本体布置及其结构尺寸相协调。除此之外，还应确保足够高的分离效率，以满足循环床锅炉所需的循环倍率要求的基础上，通过优化分离器各部分的结构尺寸，使分离器的阻力降低至最低。,一典型旋风分离器的结构尺寸,图2-13给出普通切向进口平顶盖旋风分离器的结构。从图中可见，确定这类旋风分离器的结构，共需8个几何尺寸，一般以筒体直径表示其相对大小。表2-1给出了在除尘技术中常用的几种典型旋风除尘器以及循环床锅炉中几种典型旋风分离器的结构尺寸，供分析比较和设计时参考。,图2-13旋风分离器结构D筒体直径；a进口高度；b进口宽度；De排气管直径；S排气管插入深度；h筒体高度；H总度度；d排料口直径,表2-1典型旋风分离器的结构尺寸,二循环床锅炉旋风分离器的结构特点及设计,表2-2循环床锅炉旋风分离器主要的特性参数,表2-3循环床锅炉旋风分离器主要的尺寸和特性参数,1、进气管,进气管的形式、形状和进口面积直接影响到气固两相流在分离器内的运动，是影响分离器的分离效率和阻力的主要因素。如图2-14所示，进气管有切向和轴向两种方式。,图2-14旋风分离器主要进口形式a普通切向进口平顶盖；b蜗壳式切向进口；c下倾螺旋面切向进口；d轴向进口,切向进口的高度比要适当。一般切向进口的形状多采用偏高的矩形。进口面积对分离器性能影响很大。常将KπD2ab/4作为衡量分离器性能的一个指标，称为相对截面比。按K值的大小，分离器可分为三类1k6～13.5，高效旋风分离器；2k4～6，普通旋风分离器；3kq0时，物料回送量ws随着输送风量的增加而增大，ws随q变化的响应是很快的，几乎不滞后。曲线不同点阀型回料器ws与q具有更好的单值相依的关系；自动调整型回料器有一个最大回送量ws,max，此时qqmax，当q＞qmax，ws随q的增加而下降。缺点阀型回料器L阀需克服的困难是粒子在水平段沉积滞留而引起的运行不稳定性；自动调整型回料器流化密封回料器需要注意的问题是布风不均或风量过大而引起物料在回料器中堆积燃烧而结渣。,DG460/13.7Ⅱ4型循环流化床锅炉的J形阀回料器的示意图2-20A。,图2-20ADG460/13.7Ⅱ4型循环流化床锅炉的J形阀回料器,第四节高温灰渣冷却装置,冷渣器的作用主要有①加热给水，起省煤器的作用；②加热空气，起空预器的作用；③作烘煤装置；④同时加热水和空气；⑤保持炉膛存料量和良好流化；⑥细颗粒分选回送，提高燃烧和脱硫效率。冷渣器的操作方式①间歇工作方式。对低灰分煤或木块等总排渣量较小或可能有大块残留的燃料，一般采取间歇操作。②连续工作方式。而对高灰分煤，则采用连续操作方式。,一、高温灰渣冷却器的分类及原理,高温灰渣与冷却介质之间的相互流动方式顺流、逆流、交叉流和混合流动方式等。按照热交换方式来分间接式和接触式。间接式冷渣装置主要种类1管式冷渣器2流化床冷渣器3绞笼式冷渣器,图2-22搁管式冷渣器,图2-21单管式冷渣器,图2-23流化床式冷渣器,特点灰渣与冷却介质直接接触，为不破坏灰渣的物理化学性质，同时也为了不产生污水，冷却介质通常是空气。主要种类1流化床式2气力输送式冷渣器3移动床式冷渣器4流化移动叠置式冷渣器,直接式灰渣冷却装置,图2-24多层送风移动床式冷渣器,图2-25流化移动叠置式冷渣器原理,二、流化床式高温灰渣冷却装置的原理,流化床式冷却装置可以是风冷的，也可以兼具有风冷和水蒸汽冷却。图2-26和图2-27示出了其中两种形式。多床串联的优点是可以制造气固逆流的特性，从而保证每级都有较大的传热温差，可以使出口渣温比出口风温更低。,图2-26单流化床式冷渣器,图2-27多流化床分选冷渣器,流化床分选冷渣器主要问题,①灰渣复燃结渣；②处理大块的能力不足，有时会出现堵渣；③热风管道堵塞；④床内埋管磨损；⑤送风系统调节困难；⑥冷渣器的调节性能有待提高。,图2-28冷渣器热力系统图,图2-29DG460/13.7Ⅱ4型循环流化床锅炉的冷渣器,DG460/13.7Ⅱ4型循环流化床锅炉的热力系统和冷渣器示于图2-28和图2-29。,第五节影响流化床燃烧的主要因素,燃煤的结构特性、挥发分含量、发热量、灰溶点等对流化床燃烧均会带来影响。挥发分析出后所剩下的固体物质称为焦炭。不同燃料焦炭的物理性质差别很大，当一台锅炉燃用比设计煤种发热量低得较多的煤种时，可能会使流化床密相区温度偏低而对燃烧带来影响。不同的燃料具有不同的灰熔点。灰熔点决定于灰的成分。,一、燃煤特性的影响,二、燃煤粒径的影响,单颗炭粒的燃烧速度随着炭粒尺寸的增大而急剧增加，但粒径的增加会延长煤粒的燃尽时间。在尽量降低颗粒扬析的情况下，适当减少燃煤粒径，缩小筛分范围乃是提高燃烧效率的一项有效措施。我国流化床锅炉大多燃用010mm的宽筛分煤粒。为提高流化床锅炉的燃烧效率，应采取措施力求减少细煤粒被带出炉膛，并把带出炉膛的细煤粒收集起来，再送回炉膛循环燃烧。,三、布风装置和流化质量的影响,流化床要求布风装置配风均匀，以消除死区和粗颗粒沉积，使底部流化质量良好。进入床层的空气不仅要求分配均匀，而且要形成细流，以减小初始气泡直径。合理的布风结构是减小气泡尺寸，改善流化质量，减少细粒带出量，是提高燃烧效率的有效途径。一般采用小直径风帽，合理布置风帽数量和风帽排列方式，设计良好的等压风室，对提高流化质量均有明显的效果。,四、给煤方式的影响,加入到床层的燃料要求在整个床面上播撒均匀，防止局部碳负荷过高，以免造成局部缺氧。因此给煤点应分散布置，给煤量不宜集中加入。对于挥发物含量很高的烟煤、褐煤及洗煤矸石等，采用正压给煤时，在给煤口加装播煤风，在给煤口上加二次风，可以改善燃烧工况，减少挥发物和细颗粒的不完全燃烧损失，提高燃烧效率。还有一部分鼓泡流化床锅炉，采用皮带或圆盘给煤，将燃料送入流化床的负压区，细颗粒燃料未经过高温料层就被烟气带入悬浮段。,五、床温的影响,在床层中煤粒挥发物的析出速率和碳的反应速率随床温的增加而增大。通常要求床温比煤的变形温度DT低100－200℃。对于采用添加剂在床内进行脱硫的流化床锅炉，脱硫的最佳反应温度为850－870℃，床温过高，脱硫效率急剧降低，钙硫比增大。应保持稀相区温度在850－900℃，提高稀相区的温度的措施主要是根据稀相区热量的平衡，适当匹配稀相区受热面。,六、床体结构和飞灰再燃烧的影响,床体结构对燃烧效率有很大影响，除影响流化质量外，还影响细颗粒在炉膛内的停留时间。设计床体结构时，应合理组织气流，使可燃物与空气在床内得到充分混合与搅拌，有利于细颗粒在床内进行重力分离。措施①鼓泡流化床减少扬析所造成的飞灰含碳损失，锅炉内也可采用飞灰回燃或灰燃尽床，还有在悬浮段上部用水冷管构成卧式旋风筒收集飞灰循环燃烧以及在悬浮段出口设置U型分离燃尽段。②小型鼓泡流化床锅炉采用较大悬浮段横截面积。③循环流化床锅炉应适当减少稀相区断面积。,七、运行水平影响,流化床的燃烧与运行水平亦有密切关系。对于鼓泡流化床锅炉要维持适当的料层高度。为保证循环流化床锅炉飞灰循环系统正常运行，多采用自动调整型的送灰器，当采用流化密封回料器时应小心地调整松动和送灰风，维持料腿中一定的灰位高度。,