流化床燃烧技术

1流化床燃烧技术原理及过程1.1流化床燃烧技术原理及特点流化床燃烧是一种燃烧化石燃料、废物和各种生物质燃烧的燃烧技术，它的根本原理是燃料颗粒在流态化〔流化〕状态下进行燃烧。一般粗粒子在燃烧室下部燃烧，细粒子在燃烧室上部燃烧，被吹出燃烧室的细粒子采用各种别离器收集下来之后，送回床内循环燃烧。流化床燃烧技术是一种介于层燃和悬浮燃烧之间的燃烧方式，而流化床燃烧技术又可分为鼓泡流化床燃烧技术和循环流化床燃烧技术。1.1.1循环流化床燃烧技术燃烧室内的流化床速度提高到4-6m/s甚至更高后，把更多的床料颗粒从燃烧室下部带到了上部稀相区，这样不仅使得更多的燃料在上部燃烧，而且也通过这些携带的大量细灰颗粒从密相区带出了大量热量，从而使得燃烧室上部颗粒浓度增加，燃烧室温度分布均匀。同时通过布置飞灰颗粒别离及回送装置，把携带出燃烧室细灰颗粒中不完全燃烧的燃烧颗粒或未完全反响的脱硫剂颗粒重新送回到燃烧室内循环燃烧或利用，从而大大提高燃料燃烧效率和脱硫剂利用率。这种状态运行的流化床燃烧技术称为循环流化床燃烧技术，近三十年内得到快速开展的一种新型燃烧技术。典型的循环流化床燃烧系统循环流化床燃烧技术具有如下特点和优势：①整个燃烧室的颗粒浓度都比较高，而且下部密相区和稀相区的之间存在一个过渡区域，在这个区域内颗粒浓度从密相区的高浓度逐渐降低到稀相区内的一个较低的浓度。②燃烧室内颗粒的横向混合更加剧烈，燃料参加点数可以大大减少。③炉膛上部稀相区存在着强烈的物料返混。颗粒在燃烧室上部稀相区的中心区域随气体向上流动，而在边壁区域内存在着大量向下流动的颗粒。同时，稀相区内存在着大量的由细灰颗粒聚集或团聚而成的颗粒团，这些颗粒不断形成和解体，并且向各个方向运动。④颗粒与气体之间的相对滑移速度大和强烈的颗粒返混，使得燃烧室内的气固两相混合较好。⑤大量的燃烧颗粒和细灰颗粒被携带到燃烧室上部，不仅使得燃烧室上部区域燃烧份额提高和更多的热量从密相区进入上部稀相区，而且高颗粒浓度和良好的混合强化了稀相区的传热传质过程，这使得循环流化床燃烧室温度分布均匀。循环流化床具有很高的燃烧效率，通过颗粒别离及回送装置，实现燃料的循环燃烧，而且燃烧室内的颗粒存在返混，这使得固体物料在床内的停留时间大大延长，提高了燃烧效率，燃煤循环流化床燃烧效率可达到达98-99%。具有很高的炉内脱硫效率和脱硫剂利用率。由于停留时间长，气固两相混合好、燃烧室温度分布均匀以及颗粒磨损大等特点，使得脱硫剂颗粒能充分燃烧，在与烟气SO2良好接触状态下，在适宜的温度下长时间反响，而且颗粒磨损可及时剥落颗粒外表的反响产物而进入颗粒内部反响。这些使得循环流化床锅炉内脱硫过程可以获得比鼓泡流化床燃烧过程高得多的脱硫效率，而且脱硫剂利用率高，通常情况下，在钙与燃料中的硫摩尔比Ca/S为的情况下可以到达90%以上的脱硫效率。由于运行速度的提高，燃烧室截面小，循环流化床燃烧室的单位截面的热负荷较高，约为2，与煤粉燃烧相当。燃烧设备的负荷调节范围大，负荷调节速度快，循环流化床调节比可以达〔3-4〕:1，负荷调节速度可以到达每分钟5%左右。1.2流化床及其流体动力特性1.2.1气固流化通常流化被定义为当固体粒子群与气体或液体接触时，使固体粒子转化变成类似流体状态的一种操作。固定床鼓泡流化床湍流流化床快速流化床气力输送不同气流速度下固体颗粒床层的流动状态循环物料量是快速流化床运行中一个非常重要的参数，该参数对床内的流体动力特性、燃烧特性、传热特性以及变工况特性等影响很大。循环物料量的定量表述一般采用两种方法，第一种方法采用循环倍率的概念，其定义式如下：式中Rs—循环倍率；Ge—循环物料量，kg/s。Fc—物料参加量，kg/s。第二种方法是用单位床层面积上的循环物料量直接来表述。式中Gs—循环流化床循环颗粒流率，kg/(m2.s)；

Ge—循环物料量，kg/s。

Ab—床截面积，m2。1.2.3循环流化床的气固两相流体动力特性一般来说，循环流化床锅炉炉膛截面积形状大都是矩形或方形的，其高度与截面当量直径之比要小得多，而且炉膛通常布置垂直的膜式水冷壁以吸收热量。循环流化床锅炉的炉内床料是宽筛分的粗颗粒，如中国循环流化床锅炉常用的煤粒粒径为0-10mm。项目循环流化床锅炉截面形状大都为矩形直径/m4-8(当量直径）高度与当量直径比<5(10)反应器壁面膜式水冷壁（垂直管和鳍片）床料分布及平均直径/mm约0.2表观气体速度/(m/s)下部5-8外部循环物料/[kg/(m2.s)]<10-15一次通过平均颗粒停留时间/s20-40稀相区平均颗粒体积份额/%<1(0.1-0.4)循环流化床燃烧技术的典型运行速度是在5-8m/s之间，在这样的运行速度下，总会有一局部较粗颗粒不能被携带到炉膛上部空间而一直留在炉膛下部，与送回的循环物料一起形成比较明显的炉膛下部密相区，而且气体速度的任何变化都会导致炉膛内颗粒浓度分布的变化。炉膛内存在下部密相区和上部稀相区都已被普遍接受，循环流化床锅炉炉内流体动力结构如图。循环流化床锅炉炉内流体动力结构示意图1.3.1固体燃料在流化床内的燃烧特性煤粒被参加高温的流化床内后的燃烧过程将经历如下几个主要过程：枯燥和加热、挥发分析出及燃烧、焦炭燃烧，期间伴随着颗粒的膨胀、一次破碎、二次破碎及颗粒磨损等过程。煤粒燃烧所经历的几个历程1.3燃料在流化床内的燃烧过程1.3.2影响流化床燃烧的主要因素1.3.2.1燃煤特性煤质对流化床燃烧过程影响很大。①对于挥发分含量较高、结构比较松软的烟煤、褐煤和油页岩等燃料，当煤进入流化床受到热解时，首先析出挥发分，煤粒变成多孔的松散结构，周围的氧向粒子内部扩散和燃烧产物向外部扩散的阻力减小，可以提高燃烧速率。②对于挥发分分量少，结构紧密的无烟煤、石煤等，当煤热解时，分子的化学键不易破裂、内部挥发分不易析出、四周的氧气难向粒子内部扩散，燃烧速率降低。③对于挥发分含量少，挥发分析出后对煤质结构影响不大和那些灰分高、含碳量又低的石煤、无烟煤等，煤粒外表燃烧后形成一层坚硬的灰壳，阻碍着燃烧产物向外扩散和氧气向内扩散，煤粒燃烧困难。

煤质对流化床燃烧尤其是循环流化床燃烧过程形成飞灰及底渣性质及其比例影响很大，一般来说，含灰量少的煤种在燃烧过程中由于一次破碎、二次破碎剧烈以及磨损过程的影响，所产生的灰渣颗粒较细，其飞灰份额通常较高，可以达70%以上，而对于煤矸石、石煤等高灰分燃料由于挥发分含量低、灰分含量高以及煤粒致密等原因，产生的灰渣颗粒中细颗粒含量相对较少，往往飞灰份额要比底渣份额要低，有时低于25%。

燃煤粒径及粒径分布对流化床燃烧有极大影响。在流化床中，大于1mm的较粗煤粒的挥发分析出和碳的燃烧受扩散控制，挥发分完全析出时间和碳粒完全燃尽时间与粒径的平方成正比，因此要缩短挥发分完全析出时间和碳粒完全燃尽时间，减少可燃物损失，在尽量降低细颗粒扬析的情况下，适当减小燃煤粒径，缩小筛分范围是提高燃烧效率的一项有效措施。1.3.2.2别离效率别离装置的别离效率对循环流化床燃烧过程具有很大的影响，主要表现在：〔1〕对燃烧效率的影响别离装置设置的目的是希望把不完全燃烧的燃料颗粒收集下来重新送回炉膛实现屡次循环燃烧。别离器效率越高，燃烧效率越高。〔2〕对炉内温度场分布的影响别离器效率直接影响回送到炉膛内的灰流量，炉内灰流量越高，意味着从密相区携带出更多的热量进入稀相区，同时稀相区的传热强度越高，这样不仅使得沿炉膛高度的温度分布更加均匀，而且炉膛平均温度水平可能降低。〔3〕颗粒磨损别离效率越高，炉内灰颗粒浓度越高，炉内颗粒碰撞频率越高，颗粒磨损严重。1.3.2.3布风装置和流化装置流化床要求布风装置配风均匀，以消除死区和粗颗粒沉淀，底部流化质量良好，减少冷渣含碳量。因此，合理的布风结构是减小气泡尺寸，改善流化质量，降低运行速度，减少细颗粒的带出量，提高燃烧效率的有效途径。一般采用小直径风帽，合理布置风帽数量和风帽排列方式，设计良好的等压风室，合理控制入床的过量空气系数等，对提高流化质量均收到了明显的效果。1.3.2.4给煤方式及二次风的配置参加到床层的燃料要求在整个床面上播撒均匀，防止局部碳浓度过高，以免造成局部缺氧、超温。因此，给煤点应分散布置。对于挥发分含量很高的烟煤、褐煤及洗煤矸石等，由于局部缺氧，甚至析出的挥发分都不能在床层内完全燃尽，进入锅炉尾部受热面后被冷却，形成焦油并与飞灰黏附在受热面上，堵塞烟气通道，影响锅炉平安运行。为了有效控制煤燃烧过程中氮氧化物的形成和风机电耗，目前流化床锅炉通常采用分级燃烧方式。一次风主要保证密相区内的良好流化和必要的燃烧放热。由于一次风比例不高，而在密相区内的可燃成分浓度较高，所以密相区通常处于缺氧燃烧气氛下。二次风的参加正是提供燃料进一步燃烧所需的氧量。由于二次风从壁面参加，同时温度较高的炉膛中心区域更需要补充氧量，所以二次风的布置要求二次风应该具有足够的动量，较好的穿透能力，从而能进入远离壁面的区域和炉内烟气混合均匀，否那么就会出现二次风在炉内混合不均匀，加剧炉膛径向温度分布梯度，不仅降低燃烧效率，而且也容易引起燃烧过程污染物排放量的增加。1.3.2.5床温在床层中煤粒挥发分的析出速率和碳的反响速率均随流化床床温的升高而加快。因此提高床温有利于提高燃烧效率和缩短燃尽时间。但床温的提高受到灰熔点的限制，考虑到床层断面上温度的不均匀性，燃料颗粒外表温度高于床层温度，通常要求床温比煤的变形温度低100-200℃。所以床温的高限应根据煤的变形温度来确定，一般不超过1000-1050℃。对于采用添加剂在床内进行脱硫的流化床锅炉，脱硫的最正确反响温度在850℃左右，床温过高尤其当床温高于900℃以上时，脱硫率会明显降低，钙硫比增大。1.3.2.6运行水平流化床的燃烧效率与运行水平亦有密切关系。一台设计比较好的流化床锅炉，如运行水平不高，技术管理不善，那么有可能降低燃烧效率。锅炉在运行中应根据负荷和煤质的变化，随时调整燃烧工况，保持正常的床温和合理的风煤比，以降低CO和碳不完全燃烧损失。此外，还要维持适当的料层高度，料层过高，会增大风机电耗。料层过薄，又会导致燃烧工况不稳定，燃料在床内的停留时间缩短，增加溢流渣含碳量。排放底渣应根据风室静压〔一般在10000Pa左右〕变化，勤排少排，防止造成过大的冷渣含碳不完全燃烧损失。1.4流化床内的传热与传质过程流化床燃烧过过程中的传热规律和传热系数对流化床锅炉的设计、制造和运行可靠性和平安性方面起着举足轻重的作用。在流化床燃烧炉中存在各种不同的传热过程：①颗粒与气流之间的传热〔床内颗粒与床内气流〕；②颗粒与颗粒之间的传热；③整个气固相与受热面〔包括壁面与悬吊在床内外表〕之间的传热；④气固相与入床气流之间的传热。实际上，复杂的床内传热过程是上述各种过程的组合。根据分析，综合考虑在流化床内的几种传热方式，设计流化床锅炉时一般只需考虑气固相与受热面间的传热即可。循环流化床中热量吸收的分布图1-壁面；2-悬吊受热面；3-别离器；4-尾部烟道位置（部位）传热面方位传热量传热系数/[W/(m2.K)]可能出现的问题二次风下部水平或竖直qdb300-500腐蚀、剥蚀、磨损、负荷调节性能差，阻碍颗粒间横向混合二次风上部壁面竖直q170-200传热较好的受热面二次风上部悬吊受热面竖直q2150-250轻微剥蚀、磨损、减少颗粒间横向混合外置式换热器水平或竖直q3200-500磨损循环流化床锅炉各部位的传热系数影响流化床内颗粒传热系数的影响因素〔1〕流化风速的影响随着流化风速的增加，气固之间扰动剧烈，颗粒碰撞也增强，严重破坏了颗粒边界层，从而使颗粒传热系数增大。〔2〕颗粒粒径的影响粒径对传热系数的影响甚大。不同直径的颗粒对应着不同的传热系数，因此流化床料粒径分布不同必然会导致床内传热特性的不同。一般来说，粒径小，那么传热系数就大。〔3〕颗粒浓度及颗粒循环量的影响颗粒浓度越高，颗粒的扰动也越大，相互之间碰撞的时机也越多，因而传热条件愈好，传热系数愈大。返料量增大，传热系数也增大。这是因为随着返料量的增加，使床内颗粒量也增加，而风速不变，使颗粒在床内的停留时间根本保持不变，从而使床内颗粒浓度增加，引起传热系数增大。〔4〕床温的影响随着床温升高，颗粒传热系数总体上有所增大；但床温高于400℃后，床温增高时颗粒传热系数几乎不再增大，甚至反而逐渐降低。不过，这两种趋势下，颗粒传热系数的变化幅度均较小。2流化床燃烧设备及其部件2.1流化床燃烧设备及其设计2.1.1流化床燃烧设备的主要类型流化床燃烧设备按照压力工作条件，可分为常压流化床锅炉和增压流化床锅炉。其中，前三种流化床燃烧设备已得到工业应用，而增压循环流化床锅炉正在工业示范阶段。流化床锅炉的主要类型〔a〕常压循环流化床锅炉〔b〕增压循环流化床锅炉2.1.2循环流化床锅炉的设计循环流化床锅炉的总体设计思路大致如下：①根据给出的循环流化床的类型，首先确定所要设计的循环流化床锅炉的炉型。②分析循环流化床锅炉燃用燃料的特性，并确定其相应的热量平衡及能量分配。根据热量平衡和设计要求，分析并确定循环流化床锅炉平安运行的主要热力参数。根据相应的要求，设计计算循环流化床锅炉的炉膛；根据确定的热力参数，对循环流化床锅炉的过热器和受热面进行设计。根据以上分析，计算和选取循环流化床锅炉各主要部件的型式和方法。对以上的设计结果进行重复验证，尽量寻求合理的设计值。2.1.3.1循环流化床锅炉的型式循环流化床锅炉一般由燃烧室、别离装置、回送装置、尾部受热面及外置式受热面等主要部件构成，其主要的区别在于别离器的位置、别离器的型式和外置式受热面等。〔1〕按别离器不同工作温度分类的循环流化床锅炉①高温别离型循环流化床锅炉是目前应用最广泛的循环流化床锅炉型式。②中温别离型循环流化床锅炉采用中温别离型循环流化床锅炉，是指其别离器的工作温度一般为400-600℃。典型的如Circofluid型循环流化床锅炉。③低温别离型循环流化床锅炉低温别离器的工作温度是一般指200-300℃，这种别离器单独使用时，一般适用于鼓泡流化床的飞灰回燃，即在低烟温区，用别离器将飞灰别离收集后再用气力回送装置送回炉膛内回燃。Circofluid型循环流化床锅炉〔2〕按别离器型式分类的循环流化床锅炉按不同的别离型式分，循环流化床锅炉可分成如下几种型式。①旋风别离型循环流化床锅炉旋风别离器的循环流化床锅炉又可分为采用常用的上出气型旋风别离器锅炉，下出气型旋风别离器锅炉和气冷型旋风别离器锅炉等。②炉内漩涡循环流化床锅炉漩涡循环流化床锅炉的目的是简化循环流化床结构，同时具有燃料适应性广，燃烧及脱硫效率高等优点。目前，该型循环流化床锅炉可到达88.5%的脱硫效率和99%以上的燃烧效率。③组合别离型循环流化床锅炉采用组合别离的型式，即在高温区域布置惯性力别离，在低温区域用多管或其他高效别离方式将固体颗粒收集，再回送床层。漩涡循环流化床锅炉2.1.3.2循环流化床锅炉燃料性能的影响以及热量平衡和能量分配〔1〕燃料性能的影响燃料特性对循环流化床锅炉的设计及运行有很大的影响。①燃料性质决定了燃烧室最正确运行的工况，假设燃用高硫燃料，如石油焦、高硫煤时，燃烧室运行温度可取850℃，以利于最正确脱硫和脱硫剂的应用。假设燃用低硫、低反响活性的燃料，如无烟煤、石煤等，燃烧室应运行在较高的床温或过剩空气量下，或二者均较高，以利于最正确燃烧。②煤的元素成分、挥发分的上下影响循环燃烧系统和尾部受热面的热量分配，煤的发热量高、挥发分低、灰分少，单位质量燃料在主循环回路中的有效放热量就大。相反，在主循环回路中的放热量就小。燃料最佳燃烧温度/℃燃烧产物与输入热量比/(kg/MJ)燃烧室出口温度带出热量与输入热量比/(MJ/MJ)废木片8500.5710.571无烟煤9000.4360.436褐煤8500.4420.431烟煤8500.4260.400不同燃料种类对应的最正确流化床温度及热量分配〔2〕热量平衡及能量分配循环流化床锅炉中，燃料在燃烧室内燃烧，燃烧产生的热量一局部由高温烟气带至尾部受热面，但由于高温烟气不可能带走全部燃烧放热，所以必须在固体颗粒循环回路中布置受热面，受热面的不同布置型式就决定了循环流化床的热量分配。目前，流化床锅炉采用的布风装置主要由两种，即风帽型和密孔板型。风貌型布风装置由风室、花板、风帽和隔热层组成；密孔板型布风装置由风室和密孔板构成。在中国流化床锅炉中使用最广泛的是风帽型布风板。风帽型布风装置结构1-风帽；2-隔热层；3-花板；4-排渣管；5-风室由风机送入的空气从位于布风板下部的风室通过风帽底部的通道，从风帽上部径向分布的小孔流出，从风帽小孔中喷出的气流具有较高的速度和动能，进入床料底部，使风帽周围和冒头顶部造成强烈的扰动和气流垫层，使床料中煤粒与空气均匀混合，强化了气固间热质传递过程，延长了煤粒在床内的停留时间，建立了良好的流化状态。2.2布风装置的结构及设计因此，布风装置的设计要求如下：①能均匀、密集地分配气流，防止在布风板上面形成停滞区。②布风板上面的床料与空气要产生强烈扰动和混合，风帽小孔出口气流需具有较大动能。③空气通过布风板阻力损失不能太大，但又需要一定阻力。④具有足够强度和刚度，能支撑本身和床料的重量，压火时布风板防止受热变形，风帽不烧损，并考虑到检修清理方便。2.3流化床锅炉炉膛的结构设计炉膛的配风系统设计在循环流化床锅炉中，风量配置通常是将燃烧用的空气分成一、二次风送入炉内。因此，如何确定一、二次风比例就成为炉膛配风系统设计的主要问题。①降低NOx排放采用分段燃烧可降低NOx的生成，特别是对于高挥发分的煤种，在炉膛下部缺氧燃烧时有助于焦炭和CO对NO的复原，从而使NO复原为N2，从降低NOx的角度来讲二次风率较大为佳，但在实际设计中还必须考虑下述其他因素。②因为一次风通常由布风板送入，这样一次风就必须克服布风板和循环床底部密相区的阻力，因而，需要采用高压风机，而二次风在炉膛密相区上方给入，风机所需压头较低，可将降低总能耗。综合考虑，当燃用劣质燃料时，应采用较高的一次风率，而燃用高挥发分的燃料时可采用较低的一次风率。2.3.2炉膛的设计计算①炉膛的结构设计，包括炉膛的截面尺寸、炉膛高度等；②炉膛内受热面的布置；③炉膛内各开孔的结构及位置；④循环流化床的布风装置等。2.3.2.1炉膛尺寸确实定〔1〕炉膛尺寸应满足的要求炉膛尺寸主要为炉宽、炉深、炉高和炉膛下部截面收缩局部的尺寸，炉膛尺寸确实定需要考虑一系列因素。例如，炉膛的横截面尺寸应满足炉膛运行风速的要求，应保证炉膛内布置足够的受热面以确保工质的吸热和最正确的脱硫脱硝炉温。此外，还应保证二次风的穿透程度、燃料挥发分的炉内扩散均匀性和尾部受热面的合理布置等问题。炉膛高度应保证燃料中低于别离器能捕集到的颗粒临界直径的细小颗粒在炉膛中一次通过时能燃尽，应保证脱硫所需最少的烟气在炉内的停留时间，应保证炉内能布置所需的全部或大局部锅炉蒸发受热面并保证最正确炉温。此外，还应保证回料结构立管侧有足够的保持循环回路中循环物料流动所需的静压头和保证自然循环锅炉的水循环平安可靠。〔2〕炉膛横截面、炉宽与炉深确实定在进行锅炉设计计算前，锅炉容量、蒸汽参数、煤的元素分析、排烟温度、脱硫剂的成分、钙硫比、脱硫效率、离开锅炉的灰渣温度、灰中含碳量、给水温度和冷、热空气温度均已给定或选定。首先进行燃烧和脱硫所需的理论空气量和实际空气量计算。再进行燃烧1Kg煤产生的理论烟气量和实际烟气量计算，并算出各种温度下的烟气焓值和灰渣焓值，得到相应的温焓表。此后，进行循环流化床锅炉的热平衡计算，算出锅炉的各项热损失、有效利用热量和锅炉总输入热量，由此求出锅炉热效率和燃料消耗量。同时，进行锅炉固体物料的质量平衡计算，得出单位时间的固体废料的排出量及排出部位。算出总空气量、总烟气量和脱硫剂给料量。选定炉膛温度，求出该温度的烟气密度。根据以往设计经验选择一个能保证流化的炉膛运行风速，根据该炉温下的烟气容积流量即可求得锅炉炉膛的横断面积。将锅炉总输入热量除以炉膛横断面积可得出相应的炉膛断面热负荷。如此值在一般允许的断面热负荷值范围内，那么可认为初步检验合格。在炉宽和炉深确实定方面，一般可采用深宽比为1：1或1：2来算得。但炉深不宜超过8m，以保证二次风的穿透。(3)炉膛高度确实定循环流化床锅炉炉膛高度是循环流化床设计的一个关键参数。炉膛越高，那么锅炉的钢架就越高，因此锅炉的造价也会提高。因此，在满足锅炉和炉膛的下述要求的情况下，尽可能地降低炉膛高度。①保证别离器不能捕集的细粉在炉膛内一次通过时能够燃尽；②炉膛高度应容纳炉膛能布置全部或大局部蒸发受热面；③炉膛高度应保证返料机构料腿一侧有足够的物料静压头，使循环回路中有足够的循环物料流动；④炉膛高度应保证脱硫所需最短气体停留时间；⑤炉膛高度应和循环流化床锅炉的尾部烟道或对流段所需高度相匹配；⑥炉膛高度应保证锅炉在设计压力下水循环平安。〔4〕炉膛下部区域的设计在循环流化床锅炉中，由于空气分成一、二次风送入，在二次风口以下的床层如果截面积保持与上部区域相同，那么流化风速会下降，特别是低负荷时，会产生床层流化不良甚至不流化等现象，所以循环流化床锅炉的二次风口以下区域总是采用较小的横截面积。在设计时截面收缩可以采用两种不同的方法：第一种是下部区域采用较小的截面，在二次风口送入位置采用渐扩的锥形扩口，扩口的角度小于45°；第二种方法是在炉膛布风板上就呈锥形扩口，这有助于在布风板附近区域提高流化风速，以减少床内分层和大颗粒沉底的可能性。作为一般的考虑，可以使床层下部和上部的流化风速相等，并且使床层下部密相区在低负荷情况下仍能保持稳定的流化。2.3.2.2炉膛开孔确实定在炉膛内的各种开孔的大小、数量和位置应该适当，兼顾物料出入和炉膛水冷壁的性能要求，保证循环流化床锅炉的平安经济运行。通常炉膛需要开设的孔口有燃料入口、脱硫剂入口、排渣口、循环物料进口、一次风及二次风入口、炉膛出口以及炉门、防爆门、观察孔、测量孔等。这些开孔的数量和位置必须恰当，否那么将影响循环流化床锅炉的平安经济运行。锅炉输入热量/MW燃料入口个数每个入口输入热量/MW每个入口对应的床层面积/m2750126320500412535500863183756632431565317300650161202601590190202.3.2.3炉膛的设计步骤①结合燃料种类和粒度，确定流化风速或容积热负荷；确定一二次风比例及二次风口高度，并根据确定的风速计算密相区及稀相区床层截面积；确定循环流化床的循环倍率；确定稀相区和密相区的燃烧份额，并分别进行密相区和稀相区的热量平衡；确定炉膛高度，根据热量平衡布置炉膛受热面传热重新确定炉膛高度，并进行传热计算；比照两个炉膛高度，一般选用二者之中较大值，二者的差值局部可敷设耐火材料；确定炉膛其他开口，如循环物料出口、排渣口及耐火材料的敷设及防磨等。2.4气固别离机构循环流化床的别离结构是循环流化床中关键部件，其主要作用是将大量高温固体物料从气流中别离下来，送回燃烧室，以维持燃烧室的快速流化状态，保证燃料和脱硫剂屡次循环，反复燃烧和反响，到达理想的燃烧效率和脱硫效率。循环流化床别离机构的性能，直接影响循环流化床锅炉总体设计、系统布置安装及锅炉运行性能。别离回送示意图循环硫化床别离装置的种类很多，一般可分为旋风别离器和惯性别离器两大类，旋风别离器又以高温旋风别离器居多。2.4.1高温旋风别离器旋风别离器是利用旋转含尘气体所产生的离心力，将粉尘从气流中别离出的一种干式气-固别离装置。旋风别离器没有可动部件，结构简单，效率高，运行性能稳定，维护方便，特别适合于循环流化床锅炉。从目前应用的情况来看，高温旋风别离器运行情况良好；但旋风别离器体积较大，同时受旋风别离器最大尺寸的限制，大容量的循环流化床锅炉必须配用多个别离器，且旋风器工作温度较高，需用的耐火材料和保温材料较厚，启动时间长，散热损失相对较大，如果燃烧组织不良，还会在旋风别离器内产生二次燃烧。旋风别离器种类繁多，分类也各有不同。按其性能分为：①高效率旋风别离器。筒体直径较小，用来别离较细的粉尘，其除尘效率在95%以上。②高流量旋风别离器。筒体直径较大，用于处理很大的气体流量，其除尘效率为50-80%。③介于上述两者之间的通用旋风别离器，用于处理适当的中等气体流量，其除尘效率为80-95%。2.4.2惯性别离器型式及结构惯性别离器结构简单，易与整个锅炉设计相适应，热惯性小，运行费用低，广泛应用于循环流化床锅炉中。在惯性别离器内，主要是使气流急速转向，或冲击在挡板上再急速转向，其中颗粒由于惯性效应，其运动轨迹就与气流轨迹不一样，使两者获得别离。气流速度高，这种惯性效应就大。惯性别离器具有下述特点：①由于不采用高温旋风别离器，不需要很厚的保温层，别离器四周可比较容易地布置受热面，结构比较紧凑，启停炉亦比较容易；②别离器不受单个最大尺寸的限制，且可以使锅炉受热面的设置保持传统的紧凑型式，有利于锅炉的大型化；③别离器阻力相对较小，有利于降低能耗。百叶窗式别离器百叶窗式别离器主要局部是一系列平行排列的对来流气体呈一定倾角的叶栅。将气固别离分两级进行：第一级为高温别离，用百叶窗对粗颗粒进行别离；第二级为低温别离，用百叶窗加旋风别离器抽气对细颗粒进行别离。旋风别离器用来别离第二级百叶窗尾部浓缩了的含尘气流，提高百叶窗的别离效率。因此，称为百叶窗式分级别离循环流化床锅炉。百叶窗式分级别离器循环流化床锅炉2.5固体物料回送装置回送装置的任务是将别离装置中别离下来的固体物料送回循环流化床燃烧室内。其根本任务是将别离器别离的高温固体颗粒稳定地送回压力较高的燃烧室内，并且保证气体反窜到别离器的量为最小。回送装置一般由立管和返料阀两局部组成。立管的主要作用是防止气体反窜，形成足够的压差来克服别离器与炉膛之间的负压差；返料阀起调节和开闭固体颗粒流动的作用。在各种类型的回送装置中，立管差异不大，主要差异在返料阀局部。由于在循环流化床锅炉中，循环物料温度较高，机械装置在高温下会产生膨胀和高温氧化；其次运动部件中还极易进入固体颗粒，产生卡塞现象；此外，由于固体颗粒的高速运动，高温工作下的部件磨损也相当严重。所以机械阀在循环流化床中的应用很少，几乎全部采用非机械阀。2.6高温灰渣冷却装置流化床锅炉排出的高温灰渣带走了大量的物理热，恶化了灰场运行条件，灰渣中残留的硫和氮仍可以再炉外释放出二氧化硫和氮氧化物，造成环境污染。对灰分高于30%的中低热值燃料，如果灰渣不经冷却，灰渣物理热损失可达2%以上，这一局部热量通过适当的传热面布置时可以回收利用的。另一方面，炽热灰渣的处理和输送十分麻烦，不利于机械化操作。一般灰处理机械可承受的温度上限大多在150-300℃之间，故灰渣冷却是必需的。①冷却锅炉排渣；②加热给水/空气，起省煤器/空预器的作用；③作为烘煤装置；④同时加热水和空气；⑤保持炉膛存料量和良好流化；⑥细颗粒分选回送，提高燃烧效率和脱硫效率。高温灰渣与冷却介质之间的相互流动方式是多种多样的，有顺流、逆流、交叉流和混合流动方式等。按照热交换方式来看，有间接式和接触式两种，前者指高温物料与冷却介质在不同流道中流动，通过间接进行换热，而后者那么指两者直接混合进行传热，一般用于空气作冷却介质的场合。单管式冷渣器搁管式冷渣器流化床式冷渣器多层送风移动床式冷渣器3.燃煤循环流化床锅炉3.1鲁奇〔Lurgi〕型循环流化床锅炉燃料及石灰石脱硫剂从流化床燃烧室布风板上部给入，在床内燃烧