煤粉锅炉的工作原理(循环流化床锅炉原理及特点)

1、循环流化床锅炉的工作原理

由图1可见，随着气流速度的增加，固体颗粒分别出现固定床、鼓泡流化床、湍流流化床、快速流化床和气力输送状态。循环流化床的上升段通常运行在快速流化床状态下。

图 1

快速流态化流体动力特性的形成对循环流化床是至关重要的，此时，固体物料被速度大于单颗物料的终端速度的气流所流化，以颗粒团的形式上下运动，产生高度的返混，颗粘团向各个方向运功，而且不断形成和解体。在这种流体状态下，气流还可携带一定数量的大颗粒，尽管其终端速度远大于截面平均气速。这种气固运动方式中，存在较大的气固两相速度差，即相对速度。

2、循环流化床锅炉的特点

循环流化床锅炉可分为两个部分。第一部分由炉膛(快速流化床)、气固物料分离设备、固体物料再循环设备和外置热交换器(有些循环流化床锅炉没有该设备)等组成，上述部件形成一个固体物料循环回路。第二部分为对流烟道，布置有局部过热器、再热器、省煤器和空气预热器等，与常规火炬燃烧锅炉相近。

图 2

(1) 不再有鼓泡流化床那样清晰的界面，固体颗粒充满整个上升段空间；

(2) 有强烈的物料返混，颗粒团不断形成和解体，并且向各个方向运动；

(3) 颗粒与气体之间的相对速度大，且与床层空隙率和颗粒循环流量有关；

(4) 运行流化速度为鼓泡流化床的2～3倍；

(5) 床层压降随流化速度和颗粒的质量流量而变化；

(6) 低温动力控制燃烧。循环流化床燃烧是一种在炉内使高速运动的烟气与其所携带的湍流扰动极强的固体颗粒密切接触，并具有大量颗粒返混的流态化燃烧反应过程；同时，在炉外将绝大部分高温的固体颗粒捕集，并将它们送回炉内再次参与燃烧过程，反复循环地组织燃烧。显然，燃料在炉膛内燃烧的时间延长了。在这种燃烧方式下，炉内温度水平因受脱硫最佳温度限制，一般850℃左右。这样的温度远低于普通煤粉炉中的温度水平，并低于一般煤的灰熔点，这就免去了灰熔化带来的种种烦恼。从燃烧反应动力学角度看，循环流化床锅炉内的燃烧反应控制在动力燃烧区(或过渡区)内、由于循环流化床锅炉内相对来说温度不高，并有大量固体颗粒的强烈混合，这种情况下的燃烧速率主要取决于化学反应速率，也就是决定于温度水平，而物理因素不再是控制燃烧速率的主导因素。循环流化床锅炉内燃料的燃尽度很高，通常，性能良好的循环流化床锅炉燃烧效率可达98％～99％以上。

(7) 高速度、高浓度、高通量的固体物料流态化循环过程。循环流化床锅炉内的固体物料(包括燃料、残炭、灰、脱硫刘和惰性床料等)经历了由炉膛、分离器和返料装置所组成的外循环。同时在前面介绍快速流态化的特点时，我们也介绍了炉膛内固体物料的内循环，因此循环流化床锅炉内的物料参与了外循环和内循环两种循环运动。整个燃烧过程以及脱硫过程都是在这两种形式的循环运动的动态过程中逐步完成的。

(8) 高强度的热量、质量和动量传递过程。在循环流化床锅炉中，大量的固体物料在强烈湍流下通过炉膛，通过人为操作可改变物料循环量，并可改变炉内物料的分布规律，以适应不同的燃烧工况。在这种组织方式下，炉内的热量、质量和动量传递过程是十分强烈的，这就使整个炉膛高度的温度分布均匀。运行实践也充分证实了这一点。