所谓流态化, 是指流体在与固体进行接触的过程中所形成的一种物质形态, 当固体颗粒在一定的气速条件下进行流化时可以总结出:如果气速小于Uo的时候, 固体颗粒的循环量对流化床锅炉的空隙率不会产生显著影响, 反之, 则流化床锅炉的空隙率主要受到固体的循环量的影响, 所以, 若固体循环量不变, 且Uo=U, 则流化床的床层携带能力高, 存在相同携带能力的固体物料被吹出时, 该床层则能够快速进入流态化状态。在对Uo这一初始流化速度进行定义时, 其最小加料率被定义为最小的循环量Rmin, 根据上文总结, Uo与固体物料的特性存在关联, 所以Uo的实验统计公式为Uo= (3.5~4.0) Ut, 最小循环量的公式为:
循环流化床的本质是一种能够形成流态的一种装置, 其构成的部分包括分离器、提升管以及分离物料相关的回送设备等, 其中, 带封板的提升管的内部流化形态随着流动风速以及物料的性质而发生变化, 其流化状态包括了快速床、鼓动床、湍动床等输送状态。
循环流化床锅炉其实是一个较大循环的物料流场所, 其主要目的在于保证燃烧室内物料的空间浓度能够自下而上发生变化, 避免物料空间的快速减少, 只有高度方向的物料浓度可以维持在一定的水平之内, 这时高度方向的回混才能产生, 热量才有可能被传给需要受热的区域。经过验证, 若循环量不断增加, 则燃烧室含有的物料的温度平均值会明显下降, 这样密相区中气泡增多, 进而该区释放的热量相应减少, 加之物料回混的增强, 在密相段没有受热面的情况下, 循环流化成锅炉能够达到热量的平衡。
循环流化床的燃烧室包括了上部快速床、下部鼓泡床等复合流态。循环流化床锅炉的定态设计原则为:在快速床中的物料循环量在一定的范围内发生变化, 物料的浓度或者物料循环量还受到煤力度、煤种、烟速等多种因素的影响, 但是在对循环流化床燃烧室的物料度进行确定时, 其与之对应的传热系数分布也相应明确。
循环流化床锅炉设计中定态设计是基础和关键, 对锅炉流态进行确定的主要数据在于锅炉内烟气的横截速度以及上部单位的截面物料率, 定态设计主要由流化床的床存率与物料的平衡力进行确定的, 其中床存量是可以调整的, 一旦确定了烟速后, 在对物料的浓度的偏离值进行设定时, 其他的干扰因素会对其进行干扰。设计、选择烟速时, 其值最低不能比在快速流化状态下的粒度物料的平均值更低, 即不能小于快速硫化速度Uo。
(1) 锅炉尾部在受热过程中产生了较为严重的磨损。
(2) 锅炉燃烧率较低, 在锅炉飞灰中含有大量的可燃物质, 而且机械中没有完全燃烧产生的损失也较大。
(3) 锅炉无法满足持久长期的负荷运行, 在密相区内燃烧室的温度过高, 密相区与床温对给煤率造成了一定的限制, 容易影响锅炉的整体设计价值。
以上几个局限主要都是由于分离器的运行效率较低, 引起微细颗粒聚集到锅炉的烟道尾部, 对烟道造成了磨损, 很多未能充分燃烧的颗粒仅从分离器中排出, 影响了燃烧的效率。
另外, 循环流化床锅炉在设计中还存在这些问题:不容的物料利用的是相同的锅炉设计方案, 无法达到最佳利用效果;设计者依据经验改变燃烧室高度, 增强了设计成本;部分锅炉运行存在异常, 造成了较为严重的磨损等。
气固两相流动是指从锅炉的炉膛中心, 颗粒受热上升形成聚集, 形成了粒子团, 粒子团顺着锅炉的炉墙产生沉降, 从而形成的颗粒内循环模式。
在这一内循环的过程中, 锅炉内的粒子团的内循环流程为:聚集—沉降—散开—上升—再聚集, 这样流化循环内的质量和热量的交换就产生了可能。在粒子团沉降的过程中, 炉膛内进行的是气固相上升的过程, 这时锅炉内的内循环快速运行, 增强了锅炉的热量传递速度, 从而保证了整个锅炉内的温度分布较为均匀, 如此若锅炉温度为850℃当锅炉加入新的燃料后又可以使脱硫剂被加热到900℃。
循环流化床锅炉的运转的基本要求在于锅炉内含有合理的物料燃料浓度, 所谓物料的浓度在宏观上反映了气固两相流动。循环流化床炉膛中受热面膛壁位于颗粒下沉的区域内, 颗粒的流动速度较慢, 不但能加强传热的效果, 还减少了水冷壁管的消耗率和磨损率, 对保证锅炉的使用期限也有重要意义。在流化床中保持锅炉炉温的均衡, 可也获得最大程度的燃烧率, 还可以利用石灰石产生脱硫反应, 从而保证在最适宜的温度下确保锅炉内固体燃料再循环系统的正常运转, 这样不但获得了高于鼓泡床的燃烧率, 而且获得了比之更好的脱硫结果, 流化床中的所有受热面还能够达到良好的传热效果。
在循环流化床的循环系统中, 固体物料对于燃烧、传热以及脱硫环节有十分重要的影响, 其对于整个锅炉的性能也存在较大的影响。所谓物料平衡是指交碳、燃烧灰以及脱硫剂等床料在由锅炉炉膛内、回料装置构成中系统里保持一种动态的平衡, 能否达到物料平衡, 对于循环流化床锅炉的正常运行有直接影响。
与鼓泡流化床相比较, 循环流化床要拥有较饱满的循环物料量才能维持锅炉燃烧室内的物料浓度, 这样也才能保证其按照自上而下能够逐渐产生变化, 一旦物料循环量不断增多, 则燃烧室内的平均物料度将下降, 气泡相同乳化相的传质程度降低, 在密相区内固料处于“欠氧状态”, 其释放的热量份额有所降低, 加之一定高度上回混增加, 密相段的循环流化床能够实现热量的平衡, 所以, 循环流化床能够从流动的形态以及释放热量的规律上进行区别。
随着环保、节能的日益流行, 循环流化床燃烧技术获得了快速的发展, 现在依然保持着良好的发展前景。循环流化床锅炉是一种复合形态, 其主要由上部的快速床、下部的鼓泡床等共同构成, 除了对循环硫化床锅炉的设计理念以及相关运行进行研究, 还应该加强对锅炉构造、组成部分的研究, 以便及时改进锅炉技术, 提高循环流化床锅炉的利用效率。
摘要：随着能源危机的上演, 节能与环保成为了当今时代的主题, 当前, 循环流化床技术已经成为了清洁煤燃烧的先进技术之一, 保持了十分快速的发展趋势。论文对循环流化床锅炉的设计理论进行了概括设计, 对其运行机制进行了研究。
关键词：循环流化床锅炉,理论设计,运行机制
[1] 杨海瑞, 吕俊复, 岳光溪.循环流化床锅炉的设计理论与设计参数的确定[J].动力工程, 2006, 26 (1) .
[2] 郝景雨, 张凤铭.循环流化床锅炉的设计与实例[J].黑龙江科技信息, 2007 (18) .
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