床料粒度及组成对循环流化床锅炉设计的影响.doc

床料粒度及组成对循环流化床锅炉设计的影响 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 杨励丹 鲍亦令 张子栋 吴文渊 别如山 刘晓阳 越明泉 [哈尔滨工业大学动力工程系 ] 2003-06-30 前言 循环流化床（CFB）锅炉技术是从化学工业领域移植过来的。锅炉所用的床料，其粒度组成与化工中常用的催化裂化剂有很多不同，本文仅对床料的几何尺寸对循环流休床锅炉的设计略作分析，提出以煤灰为床料的循环流化床锅炉采用低倍率循环的条件及必要性。 一、分层流化现象 流化床锅炉用的料粒径一般是不均匀的，目前设计中沿用平均粒径的概念即用某一当量粒径来代表宽筛分粒子群的行为。我国工业锅炉计算方法中采用重量平均径欧美诸国多用比表面积平均径（或称调和平均径）。对于由机械破碎而成（不是用不同粒径的煤掺混而成）的0－8MM的煤粒比表面积平均约为1－1．5M床层空截面流速大于临界流化速度UMF，（床层才可能流化，空截面流速大于粒子的终端速度）粒子就可能被气流带出炉膛。对烟煤子在30及85烟气流中及计算值列于表1。 表1．烟煤粒子的流化特性 粒径d（mm ） 0．10 0．25 0．50 0．75 1．00 1．50 2．00 30℃ Umf（m/s） 0．008 0．047 0．176 0．342 0．505 0．784 1．005 Ut（m/s） 0．485 1．211 2．423 3．634 4．846 7．268 8．615 850℃ Umf（m/s） 0．003 0．019 0．076 0．168 0．294 0．620 0．998 Ut（m/s） 0．118 1．377 2．755 4．132 5．059 7．264 11．018 粒径dmm 4 6 8 10 20 30 40 30℃ Umf（m/s） 1．615 2．034 2．391 2．639 3．852 4．731 5．470 Ut（m/s） 12．183 14．950 17．230 19．264 27．243 33．365 38．527 850℃ Umf（m/s） 2．383 3．400 4．182 4．839 7．239 8．990 10．442 Ut（m/s） 22．037 28．790 33．277 37．039 52．457 64．247 74．186 我国鼓泡流化床锅炉已有丰富的经验。通常热态空截面流速约为4M／S自表1可见，恰能使8MM的粒子处于临界流化床状态。而此时已达到0．75MM粒子终端速度。可见，用任何一种平均粒径都不能代表宽筛分离子群的行为通过对宽筛分物料流化现象的实验和理论分析，我们于1983年提出了宽筛分物料分层流化的概念，即在流化过程中，床粒粒径沿床层高度产生分层，由于自下而上的气流的淘洗，，细粒子趋向床层的上部，大粒了沉向布风板形成分层流化，为改善底部大粒子的流化，我们提出风帽布置与床料粒径组成有关的设计方法，（2）通常可使布风板底部风速提高1．67－2．86倍，从而使最大粒子直径提高到12MM左右。 对于灰粒作床料的流化床锅炉，灰粒的尺寸源于给煤粒度。即使将风速提高到6M／S热态时也只能使粒径1MM左右的粒子进循环，而较大的粒子仍只能在床底部作鼓泡流化。有人认为，循环流化床锅炉内不存在鼓泡流化状态，只要存在鼓泡流化状态就是循环流化床锅炉，这种看法是错误的。我们在金州热电厂75T／H次高压循环流化锅设计方案论证会上已明确指出，以灰粒作床料的循环流化床锅炉，炉膛下部存在鼓泡流化区域。1991年美国出版的《循环流化床锅炉设计与运行》（3）一书第二章（流体力学）中也指出，循环流化锅炉内床料粒子在不同的部位处于不同的流体力学区域，二次风以上为快速流化区，二次风以下为湍流或鼓泡流化区。可见，不论是鼓泡化床还是循环流化床锅炉，只要是使用宽筛分的物料作床料，都存在分层流化现象。 二、床料的选择： 国外发展循环流化床锅炉，主要是为了降低燃煤锅炉SOX及NOX的排放，即所谓清洁燃烧。在床内添加石灰石，通过下述化学反应，使烟气中的CO2及SO3开成固体的CASO4随床料排出，达到床内脱硫的目的。 CaCO3 ---- CaO+CO2↑ CaO +SO2+1/2O2 ---- CaSO4↑ 根据美国近几年循环流化床锅炉的实际运行情况（4），为使脱硫效率达到90％，钙硫摩尔比约需2至3，如石灰石中碳酸钙纯度能达到90％，从上述二式可算出，对含硫S ＝3％的煤，每燃用一吨煤，理论上需添加208至312公斤石灰石