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      循環流化床氣化技術

      一、循環流化床鍋爐的原理 

      (一)循環流化床的工作原理 

      1.流化態過程 
      當流體向上流過顆粒床層時,其運動狀態是變化的。流速較低時,顆粒靜止不動,流體只在顆粒之間的縫隙中通過。當流速增加到某一速度之后,顆粒不再由分布板所支持,而全部由流體的摩擦力所承托。此時,對于單個顆粒來講,它不再依靠與其他鄰近顆粒的接觸而維持它的空間位置,相反的,在失去了以前的機械支撐后,每個顆??稍诖矊又凶杂蛇\動;就整個床層而言,具有了許多類似流體的性質。這種狀態就被稱為流態化。顆粒床層從靜止轉變為流態化時的最低速度,稱為臨界流化速度。 快速流態化流體動力特性的形成對循環流化床是至關重要的。

      2.循環流化床鍋爐的基本工作原理

      高溫爐膛的燃料在高速氣流的作用下,以沸騰懸浮狀態(流態化)進行燃燒,由氣流帶出爐膛的固體物料在氣固分離裝置中被收集并通過返料裝置送回爐膛。一次風由床底部引人以決定流化速度,二次風由給煤口上部送人,以確保煤粒在懸浮段充分燃燒。爐內熱交換主要通過懸浮段周圍的膜式水冷壁進行。

      (二)流化床燃燒設備的主要類型

      從1960年代開始,流化床被用于煤的燃燒,是三種主要燃燒方式之一,即固定床燃燒、流化床燃燒和懸浮燃燒。流化床燃燒設備按流體動力特性可分為鼓泡流化床鍋爐和循環流化床鍋爐,按工作條件又可分為常壓和增壓流化床鍋爐。這樣流化床燃燒鍋爐可分為常壓鼓泡流化床鍋爐、常壓循環流化床鍋爐、增壓鼓泡流化床鍋爐和增壓循環流化床鍋爐。其中前三類已得到工業應用,增壓循環流化床鍋爐正在工業示范階段。 環流化床又可分為有和沒有外部熱交換器兩大類。

      (三)循環流化床鍋爐的特點

      1.循環流化床鍋爐的主要工作條件 循環流化床鍋爐的工作條件如下:

      溫度(℃):850—950
      床層壓降(kPa):11—12
      流化速度(m/s):4—6
      爐內顆粒濃度(kg/m3):150—600(爐膛底部)
      床料粒度(μm):100—700
      Ca/S摩爾比:1.5—4
      床料密度(kg/m3):1800—2600
      壁面傳熱系數[W/(m2·K)]:210—250
      燃料粒度(mm):<12
      脫硫劑粒度(mm):1左右  

      2.循環流化床鍋爐的特點


      循環流化床鍋爐可分為兩個部分:


      第一部分由爐膛(快速流化床)、氣固物料分離設備、固體物料再循環設備和外置熱交換器(有些循環流化床鍋爐沒有該設備)等組成,上述部分形成了一個固體物料循環回路。
      第二部分為對流煙道,布置有過熱器、再熱器、省煤器和空氣預熱器等,與常規火炬燃燒鍋爐相近。

      循環流化床燃燒鍋爐的基本特點如下:
      (1)燃料適應性廣,幾乎可燃燒一切煤種;
      (2)低污染燃燒,脫硫效率高達90%;
      (3)燃燒熱強度大,爐膛體積比一般常規鍋爐小得多;
      (4)床內傳熱系數高,可減少受熱面的金屬磨損,使受熱面布置緊湊;
      (5)負荷調節性能好、范圍大(30%-100%),低負荷下穩定燃燒特性好;
      (6)灰渣可綜合利用;
      (7)循環流化床鍋爐電耗比煤粉爐小10%;(8)只需將煤破碎,不必制成煤粉,可節約磨煤費用。

      二、循環流化床鍋爐的主要設備

      循環流化床鍋爐主要由燃燒系統、氣固分離循環系統、對流煙道三部分組成。其中燃燒系統包括風室、布風板、燃燒室、爐膛、給煤系統等幾部分;氣固分離循環系統包括物料分離裝置和返料裝置兩部分;對流煙道包括過熱器、省煤器、空氣預熱器等幾部分。其中氣化裝置、分離裝置和固體物料回送裝置是循環流化床鍋爐有別于其他類型鍋爐的主要部件。

      三、循環流化床的關鍵部件

      1.布風板

      流化床鍋爐燃燒所需的空氣供給系統由風機、風道、風室、布風板、調節擋板和測量裝置等組成。布風板作為重要的布風裝置,在流化床中的作用有三個:一是支承靜止的燃料層;二是給通過布風板的氣流以一定的阻力,使在布風板上具有均勻的氣流速度分布,為取得良好的流化工況準備條件;三是以布風板對氣流的一定阻力,維持流化床層的穩定,抑制流化床層的不穩定性。

      2.給料裝置

      指的是經破碎后的煤和脫硫劑送入流化床的裝置,通常包括皮帶、鏈板、埋刮板、氣力輸送設備以及圓盤給料機和螺旋給料機等。

      3.點火裝置

      就是將床料加熱至運行所需最低溫度以上,以便實現投煤后能穩定燃燒運行。

      4.高溫灰渣冷卻裝置

      從流化床鍋爐中排出的高溫灰渣帶走了大量的物理熱,這一部分熱量通過適當的傳熱裝置是可以回收利用的。這可在冷渣裝置(或冷渣器)中完成。冷渣器的作用主要有:①加熱給水,起省煤器的作用;②加熱空氣,起空預器的作用;③作烘煤裝置;④同時加熱水和空氣;⑤保持爐膛存料量和良好流化;⑥細顆粒分選回送,提高燃燒和脫硫效率。

      四、新能聯循環流化床氣化技術及應用

      利用本技術,可以在:

      1.2MPa壓力生產合成氣;

      0.4MPa左右壓力生產燃燒氣。



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