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循环流化床锅炉燃烧过程分析

作者: 时间:2021-05-30 11:05:14 点击:

摘要:循环流化床锅炉的燃烧过程是锅炉燃烧的重要组成部分。它可以燃烧所有类型的煤和垃圾,但每个锅炉燃烧的煤类型是有限的。否则会影响锅炉的出力循环流化床锅炉燃烧,甚至结焦而无法运行。

关键词:循环流化床锅炉;燃烧过程;燃料;燃烧效率

1 研究目的

循环流化床锅炉燃烧支持多种燃料,如煤炭、煤矸石、煤泥、垃圾和生物质燃料。其出色的点火条件是其他燃烧设备无法比拟的,因此它可以燃烧几乎所有劣质燃料。由于目前循环流化床锅炉大部分仍以煤为主要燃料,我们将讨论煤颗粒在流化床锅炉中的燃烧过程。燃烧过程在循环流化床锅炉的设计和运行中占有非常重要的地位。与床式燃烧炉和煤粉炉相比,煤粒在流化床中的相对运动很强。煤粒不仅起火快,而且与空气混合良好。它燃烧得非常快。良好的燃烧可以促进锅炉燃烧效率的提高,燃烧效率的高低直接关系到运行成本的增减,严重影响经济效益。

2 循环流化床锅炉燃烧过程分析

传统燃烧理论认为,组织良好的燃烧过程的必要条件是时间、温度和湍流。在循环流化床锅炉中,床温标准维持在850~900℃左右。为了保持较长的停留时间,必须利用炉内物料的内循环和外循环循环流化床锅炉燃烧,使黑色燃烧颗粒循环,并由床层内强烈的气固混合提供必要的湍流。另一方面,密床上方的气固两相流动相对较差,即在稀相区,如果缺氧,周围的氧很难扩散到该地区。因此,难以烧尽焦炭和一氧化碳。为此,需要增加二次风补充炉内氧气的燃烧,加强物料的混合。根据不同的炉型和不同的煤燃烧,二次风可以从不同的高度送入。有的布置在侧壁上,有的布置在炉壁周围,有的分布在四个角落。

煤粒经过干燥加热、挥发物沉淀燃烧、膨胀与初级破碎、焦炭燃烧与二级破碎、磨蚀等工序后,进入流化床。由于瞬时新燃料量仅占床料重量的1%-3%左右,因此地位极小。因此,当新煤颗粒送入炉内时,大量不可燃的高温物料立即被包围并迅速加热至接近床温。此时,煤颗粒的粒径会影响加热速度。粒径越大,升温速率越低,加热时间越长。

挥发物的产率和成分受加热速率、最终温度、停留时间、初始温度、煤种和粒度分布以及压力等多种因素的影响。高温材料的进一步加热导致挥发性物质逐渐分离出来。第一个稳定的挥发物沉淀阶段大约发生在 500-600°C 的温度范围内;而第二个稳定沉淀阶段发生在 800-1000°C 的温度范围内。煤粒经过塑性阶段后,在挥发分沉淀过程中,在420-500℃的温度范围内破坏了煤中的小孔隙。因此,当挥发物开始分离出来时,颗粒的表面积是最小的。之后,随着内部气相物质的沉淀,煤颗粒逐渐膨胀。煤粒中沉淀的挥发物有时会在煤粒中形成高压,将煤粒压碎。这种现象称为“第一阶段压碎”或“初次爆裂”。在这个过程中,一些煤颗粒会膨胀。煤粒入炉后,热烟气和热料温度升高,挥发物析出燃烧。它还在炉子中与一侧的其他材料一起流动。可见,挥发分沿炉高的浓度分布与床内物料的分布和流量密切相关。单个粒子的运动方向是混乱的。它采用统计方法对燃料的挥发情况进行分析,从整体上对挥发规律进行分析和总结。由于挥发分的燃烧受氧气的扩散速度控制,直接影响到挥发分的燃烧和放热的位置,尤其是悬浮段的氧气浓度分布。挥发性物质的燃烧还与床中物料的分布和流动有关,因为炉中氧气的分布和扩散取决于床中气固混合。

煤粒进入流化床后,浸入流化床受热面,热量主要通过接触传递。热粒子与管壁的碰撞很强,固体粒子的热容比气体大许多倍,强化传热过程。此外,环境温度的突然升高增强了颗粒表面的传热效果。由于内部温升相当大,煤进入热解温度范围的速度非常快。此时煤中的挥发分大量沉淀在颗粒内部的孔隙中。传递到颗粒表面的速度相对较慢,从而使孔隙中的气体压力不断升高。颗粒的固体结构也受到一定的张力。当该张力达到一定值时,整个粒子将面临破裂。

一次爆破的特征与煤种有关。一般情况下,随着挥发分含量的增加,爆破程度增强,灰分对爆破程度的影响是双重的:一方面,颗粒的不均匀度增加,界面内部部分后形成,爆发加剧。另一方面,灰分可以增加颗粒的强度。碳含量对爆破特性的影响与挥发分含量的影响大不相同。最直接的结果是爆裂会影响流化床粒径中固体颗粒的分布,进而影响物料的夹带过程、床内的传热过程、煤和焦炭颗粒的燃烧过程。 ,和燃烧室的热负荷分布。爆破前后粒度分布变化明显。初始给煤粒度分布较窄,但爆破后焦炭颗粒粒度分布较原煤宽。焦炭颗粒尺寸爆裂后,其大部分质量集中在较大的碎片上。尽管小颗粒的数量比大碎片的数量多,但它们的质量份额非常小。一般来说,其规律是:随着原煤粒度的增大,原煤粒度分布与爆破后焦炭粒度分布的差异也随之增大。

在燃烧反应和颗粒碰撞的共同作用下,煤颗粒发生热解过程,基本上将煤颗粒变成焦炭颗粒。这时,在颗粒网状结构中,部分相连的部分可以破碎,破碎成更小的、相连的焦炭颗粒,这就是二次破碎。煤粒二次破碎是由煤粒内部形成热解产物引起的压力梯度和煤粒内部温度梯度引起的热应力引起的。同时,煤颗粒的燃烧程度也与其密切相关。

3 燃烧放热规律

综上所述,循环流化床锅炉燃烧问题的研究是复杂而困难的。不同煤种的放热曲线不同。实际上,可以根据不同炉高下的氧气含量和物料浓度,为特定的煤类型假设放热规律曲线。然后,用该煤修改循环流化床锅炉实际运行结果的曲线,可得到该煤在炉内的放热规律。现阶段,要得到燃烧放热的经验规律,还需要通过实验测量。对于低挥发分的不燃煤,燃烧份额比较大,放出的热量比较大。因此,需要提供一定量的氧气,这就需要较高比例的一次风带走炉膛上部释放的热量;而高挥发性粉煤类型在炉膛上部释放更多的热量,因此补充燃料燃尽所需的氧气量需要使用更高比例的二次风。从这个角度来看,一、二次空气的分配比对应于炉子上部和下部中燃烧比的分配。另一方面,加热表面的布置根据燃料释放的规律来调节风的分布,从而加热表面可以有效地吸收由燃料释放的热量。这个过程得到保证,燃烧室内的正常热平衡得以维持。定性地说,可燃煤的燃烧份额分配在炉膛的上部。相同情况下,阻燃煤仅在炉膛下部燃烧份额较大。同样,在悬浮段,高挥发分煤的燃烧率较大,而低挥发分煤的热量则在炉膛下部附近释放。

长治集中供热第一热源厂使用的4台58MW同厂家同型号循环流化床热水锅炉,只是因为二次风开孔方向不同,煤种相同,参数相同. , 二次风开启方向在前后的锅炉出力优于两侧二次风开启方向的锅炉。

4 结论

总之,循环流化床炉结构和系统复杂,投资和运行费用高,但几乎可以燃烧所有劣质燃料,燃烧效率高,炉渣含碳量低等优点它非常高效。新一代清洁燃烧技术在发展成为大容量锅炉时优势明显。作为最有前途的清洁燃烧方法,它得到了迅速的发展。

作者简介:米小高(1963-),男,山西长治人,工程师,主要从事集中供热研究。