循环流化床炉内传热与燃烧.ppt

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1、主讲：李加护,循环流化床锅炉设备及运行,单位：华北电力大学能源与动力工程学院电话：QQ：7954452 Email:,第一节 流化床锅炉的炉内传热 第二节循环流化床中煤料的燃烧过程 第三节循环流化床中的燃烧份额 第四节 流化床燃烧效率问题,第四章 循环流化床炉内传热与燃烧,第一节 流化床锅炉的炉内传热,循环流化床锅炉内的传热是与燃烧同时发生的。,炉内传热,气体与固体之间的传热,颗粒与颗粒之间的传热,炉膛与受热面之间的传热,颗粒对流传热气体对流传热辐射传热,传热基本方式,导热传热对流传热辐射传热,一、传热分析,1.颗料对流传热（）CFB锅炉主要传热方式,固体颗粒聚集成颗粒团，当它们运动到受热面附

2、近时，与受热面形成很大的温差，这时热量从颗粒团经过气膜以导热方式传给受热面，或颗粒团直接碰撞受热面把携带的热量传给受热面。,2.气体对流传热（）,密相区，气体对流传热量较小。但当颗粒浓度较小、床层温度较高时，气体对流传热的作用不可忽略。,3.辐射传热（）也是CFB锅炉的主要传热方式,密相区，辐射传热作用较小。而在稀相区颗粒浓度较小、辐射传热所占比例增大。,壁面为颗粒团覆盖的平均时间份额。,.总传热量,二、传热机理,.气膜理论,.颗粒团理论,三、影响CFB锅炉炉内传热的主要因素,.颗粒浓度的影响,炉内传热系数随着床内物料浓度的增加面增大由四周沿壁面向下流动的固体颗粒团和中部向上流动的含有分散固体

3、颗粒的气体来完成热量的传递。,.流化速度的影响,流化速度对传热过程的影响比较复杂。一般而言，风速增大时，一方面使气体对流传热增强，另一方面则由于颗粒浓度减小而使传热系数减小。在密相区，固体浓度大，颗粒以非稳态导热为主，传热系数随风速增大而减小；稀相区以对流换热为主，故相反，不过，由于在稀相区固体颗粒巾壁下滑，而气体分量比固体分量要小得多，因此在固体颗粒一定时，传热系数基本上不随流化风速变化。,锅炉运行时，一般增加（或减少）一次风量和增加（或减少）给料量是同时进行的，这样才能调节锅炉负荷。,.床层温度的影响,.循环倍率的影响,循环倍率对炉内传热的影响，实质上是物料浓度对炉内传热系数的影响。循环倍

4、率K与炉内物料浓度是成正比的。返送回炉床内的物料越多，炉内物料量越大，物料浓度越高，传热系数也越大，反之亦然。因此，循环倍率越大，炉内传热系数也越大。,.颗粒尺寸的影响,在宽筛分的循环流化床锅炉中，如果细颗粒所占的份额增多，则会有较多的颗粒被携带到床层的上部，增加了截面颗粒浓度，从而间接地加强了传热。,.悬挂受热面的影响,炉膛温度分布试验,第一节 流化床锅炉的炉内传热 第二节循环流化床中煤料的燃烧过程 第三节循环流化床中的燃烧份额 第四节 流化床燃烧效率问题,第四章循环流化床炉内传热与燃烧,第二节循环流化床中煤料的燃烧过程,重要性燃烧过程对火力发电机组安全经济运行的影响稳定燃烧高效燃烧,燃烧概

5、述燃烧是气体、液体或固体燃料与氧化剂之间发生的一种强烈的化学反应，流动、传热、传质和化学反应同时发生有相互作用的综合现象，典型的物理化学过程,化学反应动力学、流体力学、传热传质学是研究燃烧反应过程的基础知识.,燃烧学的发展历史,直至18世纪中以前，发展缓慢，对燃烧现象的本质几乎一无所知。之后：燃素的概念出现（物质是否燃烧被归于是否含有燃素）1765年燃烧是物质的氧化（燃烧理论的萌芽）19世纪出现热化学和化学热力学（将燃烧作为热力学系统，考察其初态和终态，静态特性的研究）20世纪初燃烧反应动力学（研究燃烧过程的动态过程的理论）3040年代火焰传播的概念湍流燃烧理论（认识燃烧过程的限制因素往往不是

6、反应动力学，而是传热传质，即受限于物理过程）,5060年代德国人Von Karmen（对宇航也有巨大的贡献）提出用连续介质力学来研究燃烧，称为化学流体力学或反应流体力学，将经典流体力学的方法、边界层、射流理论等应用与研究燃烧70年代初，大型电子计算机出现，形成计算流体（计算燃烧）学，建立了燃烧的数学模拟方法和数值计算方法；激光测量技术的出现，使精密测量成为现实。基本理论+数学模型和数值计算+先进的测量技术,炉内燃烧与派生的问题受热面积灰、结渣；氧化氮等污染物的生成；受热面金属表面的高温腐蚀；蒸发受热面中水动力的安全性；,煤粒炉内燃烧过程,1.煤粒加热和干燥；2.挥发分的析出和燃烧；3.煤粒膨胀

7、和破裂(一级破碎)；4.焦炭燃烧和再次破裂（二次破碎）及炭粒磨损。,一、焦炭燃烧,学术界的三种理论:,碳是固体燃料的主要成分，对着火、燃尽、发热量等均有影响,1、一次反应 C+O2 CO2 二次反应 C+CO2 2CO,2、一次反应 2C+O2 2CO 二次反应 2CO+O2 2CO2,3、一次反应 C+O2 CxOy(络合物)二次反应 络合物分解为CO、CO2,只要有足够 O2 CO2,（一）.碳的燃烧反应,2、过程,1、研究对象：固相表面上进行的多相反应,(1)氧分子扩散到反应表面；(2)氧分子吸附于表面上；(3)在表面上发生燃烧反应，放出CO2等燃烧产物；(4)燃烧产物解吸附；(5)产物

8、扩散到周围。,这些过程中哪些是瓶颈呢？,(2)、(4)、(5)均快(1)、(3)较慢,当(1)较慢 扩散燃烧区(3)较慢 动力燃烧区,（二）.碳的多相燃烧反应,（三）、燃烧区域,.当温度较低时(t1400)，由于k因T升高面大大增加，此时扩散速度相对太低，成为制约因素，故称扩散燃烧区；.上述两者之间的温度区域，两个速度相近，称为过渡区。,根据氧扩散到表面 及 在表面上消耗(即化学反应速度k)，按温度变化，分成三个区域：,（四）、焦碳燃烧模式,1、细颗粒焦炭燃烧（小于50100微米),、焦炭碎片燃烧（典型尺寸5001000微米),、粗颗粒焦炭燃烧（大于1mm),二、煤粒的膨胀、破碎和磨损,煤颗粒

9、燃烧中细粒子的形成过程,污染物的控制：SOx NOx矿物燃料燃烧的全球性四大公害：大气烟尘、酸雨、温室效应、臭氧层破坏。燃煤火力发电装置：粉尘、硫氧化物（SO2、SO3）、氮氧化物（NOX）及二氧化碳（CO2）。,三、煤燃烧后产生的污染,燃烧排烟产物：SO2和极少量的SO3，在大气环境中，SO2可以进一步转变为SO3并形成硫酸雾。SO2对人体健康的影响是在呼吸道黏膜上形成亚硫酸和硫酸，刺激人体组织，引起分泌物增加和发生炎症。SO2进入植物叶片并溶解于水，沾结在细胞壁的表面，使植物受害，叶片发黄，严重时大量叶片枯萎，导致植物死亡。SO2及其在大气环境中转化成的硫酸雾可被吸附在材料的表面，具有很强

10、的腐蚀作用，会使金属设备、建筑物等遭受腐蚀，大大降低其使用寿命。,燃烧产生的硫氧化物的危害,燃烧产生的氮氧化物的危害,燃烧设备排放的氮氧化物：NO和少量的NO2，还包括N2O、N2O3等，统称为NOXNOX对人类自身及生存环境的直接和间接危害已远超过其它污染物。N2O是形成温室效应的气体，并且会破坏大气臭氧层，造成紫外线对人体的危害。生成一种浅蓝色的有毒烟雾，称为光化学烟雾。光化学烟雾对人的眼、鼻、心、肺及造血组织等均有强烈的刺激和损害NOX会在地球表面的大气层中形成臭氧，臭氧进入植物叶片并溶解于水，沾结在细胞壁的表面，对植物造成严重的伤害。臭氧对人体也十分有害。在大气中，NOX会形成HNO3

11、，即硝酸雾，也是形成酸雨的一个重要原因,温室气体的危害,温室气体：CO2，CH4，NOX等气体，CO2与NOX主要产生于矿物燃料的燃烧过程，煤和油都是含碳量很高的燃料。具有惰性气体性质的CO2等温室气体一经形成，其被森林，土壤或海洋自然吸收的速率极其缓慢，CO2等温室气体的寿命期可长达50至200年。,我国火电厂大气污染物排放标准,火电厂大气污染物排放标准（GB13223-1996）分别对NOX与SO2排放浓度及排放量提出了严格的要求,燃用设计煤种和校核煤种，炉内脱硫，锅炉的SO2排放浓度为 200 mg/Nm3，NOx排放浓度不高于 200 mg/Nm3。-东方锅炉技术协议（）.doc,武安

12、,第一节 流化床锅炉的炉内传热 第二节循环流化床中煤料的燃烧过程 第三节循环流化床中的燃烧份额 第四节 流化床燃烧效率问题,第四章循环流化床炉内传热与燃烧,第三节循环流化床中的燃烧份额,一、燃烧份额,燃煤在密相区(沸腾区)的燃烧份额表示燃煤在密相区的燃烧程度。,二、影响燃烧份额的因素,1.煤种的影响,2.流化速度的影响,3.一、二次风配比对燃烧份额的影响,4.床温的影响,5.过量空气系数的影响,6.粒径和粒径分布的影响,7.分离器效率的影响,CONCLUSION,1.跟鼓泡床的燃烧份额有很大不同，密相区低于鼓泡床。2.增加一次风比例，密相区燃烧份额会有所增加，但增加的比例远低于所增加的一次风的

13、比例。3.床温增加，密相区燃烧份额有所增加，但幅度不大。4.挥发分增加，稀相区燃烧份额增加。5.一二次风比固定，在一定范围内增加过量空气系数，密相区的燃烧份额增加。6.增加分离器的效率，密相区的燃烧份额降低。,第一节 流化床锅炉的炉内传热 第二节循环流化床中煤料的燃烧过程 第三节循环流化床中的燃烧份额 第四节 流化床燃烧效率问题,第四章循环流化床炉内传热与燃烧,一、燃煤特性的影响,影响流化床燃烧的因素很多，如燃煤特性、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。,第四节 流化床燃烧效率问题,挥发分含量发热量灰熔点,二、燃煤粒径的影响,三、布风装置和流化质量的影响,四、给煤方式的影响,五、床体结构和飞灰再燃的影响,六、运行水平的影响,七、焦碳失活问题,八、循环倍率的影响,九、床温的影响,十、流化风速的影响,十一、二次风布置方式的影响,本章重点,CFB炉内传热机理影响CFB传热的主要因素CFB煤粒的燃烧过程燃烧份额影响燃烧份额的因素,本章结束,