山东建筑大学 循环流化床锅炉习题解答

第一章1.循环流化床燃烧技术的特点。

（包括8优点和4缺点）优点（8个）（1）燃烧效率高：由于炉内固体可燃物的份额不超过全部床料的2%—3%，其余为大量的高温惰性物料（灰、石灰石或沙子等）；再加上燃料在炉内的停留时间长、湍流混合强烈，在氧气足够的情况下，仍能保证在850-900℃的低温条件下稳定和高效的燃烧任何燃料。

（2）燃料适应性强：可以燃用一切种类的煤，包括高灰分高水分的褐煤、低挥发分的无烟煤、煤矸石等等，还有城市垃圾、油污泥、农林业生物质废料等，各种气体和液体燃料。

（原因同上）（3）低的污染物排放：低温燃烧可有效抑制热力型NOx 的生成，分级送风可控制燃料型NOx 的排放，因而，流化床锅炉的NOx 生成量仅为煤粉炉的1/4—1/3;同时由于850-900℃的燃烧温度正是石灰（CaO ）和二氧化硫（SO2）反应的最佳脱硫温度，因此根据煤中的含硫量，向炉内投入适量的石灰石，可达到90%左右的脱硫效率。

（4）燃烧强度大：流化床锅炉燃烧过程中湍流混合强烈，且燃烧在整个炉膛空间内完成，则大大提高了燃烧强度和单位炉膛体积的出力，减小了炉膛的截面积和体积，从而炉膛体积可比常规锅炉小。

（5）床内传热能力强：可节省炉内受热面的金属消耗量。

鼓泡流化床，床内气固混合物对埋管的传热系数可达233—326W/（2m ·K ）；循环流化床，床内气固混合物对水冷壁的传热系数可达250—100W/（2m ·K ）；（6）负荷调节性能好：由于炉内大量热床料的储备，在低达25%额定负荷下也能保持稳定燃烧。

（7）易于操作和维护：燃烧温度低，灰渣不会软化和粘结，炉内不结渣，不需布置吹灰器；炉内受热面热流率较低，减少了发生传热危机而爆管的机会；燃烧的腐蚀作用也较层燃炉和煤粉炉小。

（8）灰渣便于综合利用：低温燃烧所产生的灰渣具有较好的活性，且含碳量低，可用作制作水泥的掺合料或其他建筑材料的原料。

缺点（4个）（1）气固分离和床料循环系统比较复杂，布风板及系统的阻力增加，锅炉自身电耗大，导致运行维修费用增加。

（2）燃烧效率受燃烧温度的限制，要略低于煤粉炉。

（3）炉膛内存在还原性气氛区域，受热面的磨损与腐蚀问题仍要十分重视。

（4）炉内脱硫效率低于湿法烟气脱硫。

2.临界风速、空隙率、空塔速度（表观速度）的意义。

当u=mf u时，固体颗粒开始被吹起，称为临界风速：使床层阻力由增加到保持不变转折点处的气流速度。

床层的空隙率ε：表示流化床内气固两相流中气相所占的容积百分数，则（1-ε）就是固相所占的容积百分数。

空塔速度（或表观速度）：在流化床的设计和计算时所采用的气流速度，一般是指假设床中无固体床料，在正常运行床温下按床截面积计算的气流速度，因此流化速度又称空塔速度或表观速度。

3.床高（或空隙率）和压降随气流速度变化特点：绘制变化曲线并解释特点。

图为料层高度h 与料层阻力△p 随气流速度u 变化的关系。

当气流速度u ＜umf 时，随着u 的增加，床层高度hg 不变，hg 称为固定床床高；△p 增加，如图中O-T 段。

当u=umf 时，固体颗粒开始被吹起，称为临界风速：使床层阻力由增加到保持不变转折点处的气流速度。

当umf ＜u ＜ut 时，随着u 的增加，床层高度增加；△p 保持不变，如图中T-S 段。

当u ≥ut 时，气固两相流动由流化床进入气力输送状态。

ut 称为飞出速度或输运速度。

4.简述内循环（概念及其特点）。

内循环：粒子团不断聚集、下沉、吹散、上升又再聚集所形成的物理过程。

内循环使循环流化床内发生强烈的热量和质量交换。

内循环量一般比通过分离器所形成的外循环量高一个数量级，显著地提高了焦炭颗粒和CaO 颗粒在燃烧室中的停留时间，为燃烧效率和脱硫效率的提高提供了良好的条件。

强烈的内循环大大强化了炉内的传热和传质过程，使得整个炉内具有十分均匀的温度分布。

在炉温为850℃的情况下，可使刚进入炉内的新鲜燃料和脱硫剂在瞬间即被加热到850℃，不但燃烧效率要比鼓泡流化床高，还可使石灰石在最佳的反应温度下进行脱硫反应。

5.饱和携带量的概念。

饱和携带量：以一定速度上升的气流，单位重量的气体只能携带一定极限重量的固体颗粒，称为饱和携带量。

6.循环床同鼓泡床相比所具有的优点。

（1） 由于气固两相混合物的热容量比单相烟气大几十倍甚至几百倍，循环流化床锅炉中燃料的着火、燃烧非常稳定。

（2） 固体床料通过分离器形成的外循环和高一个数量级的内循环，大大延长了燃料和脱硫剂的停留和反应时间。

（3） 床内沿炉膛高度所进行的燃烧和传热过程，基本是在十分均匀的炉膛温度下进行。

从而可达到98-99%的燃烧效率，当钙硫摩尔比Ca/S=1.5-2.5时，可达到90%以上的脱硫效率。

（4） 低温燃烧，分级配风（燃烧过程在整个炉膛高度进行）。

可有效抑制NOx 的生成和排放。

（5） 炉内气固两相流对受热面的传热是在整个炉膛内进行，不需布置埋管受热面，避免了埋管的磨损问题。

（6） 高效分离器可将大部分固体颗粒从烟气中分离出来，和鼓泡床相比，减少了尾部受热面的磨损。

7.目前典型的分离器有哪几种，其特点是什么？（1）高温绝热旋风分离器优点：技术比较成熟，分离性能较高，应用最多。

缺点：旋风筒体积庞大，钢耗较高，锅炉造价高，占地较大；旋风筒内衬厚，耐火材料及砌筑要求高、用量大、费用高；启动时间长，运行中易出现故障；密封和膨胀系统复杂；尤其是在燃用挥发分较低或活性较差的强后燃性煤种时，旋风筒内的燃烧导致分离下的物料温度上升。

（2）中温分离技术（Circofluid 公司）：在炉膛上部布置大量的受热面以降低炉膛出口烟温。

优点：旋风筒入口烟温和体积降低，旋风筒的体积和重量有所减少，相当程度上克服了绝热旋风筒技术的缺陷，提高了运行可靠性。

缺点：需采用塔式布置，炉膛较高，钢耗量大，锅炉造价提高。

（3）水（汽）冷旋风分离器（Foster Wheeler 公司）：优点：分离器内物料温度不会上升（回料系统结焦），较好地解决了旋风筒内侧防磨问题。

缺点：生产工艺复杂，制造成本较高。

8.循环流化床燃烧技术的发展方向是什么？（2）循环流化床锅炉的大型化（1）大容量亚临界循环流化床自然循环锅炉的进一步完善是一个发展方向。

（2）提高蒸汽参数以提高供电效率是大型化的主要方向。

超临界循环流化床锅炉成为国际上的研究热点问题之一。

第二章1.临界流化速度的三个定义；如何通过实验确定临界流化速度（画图）？临界风速：使床层阻力由增加到保持不变转折点处的气流速度。

临界流化速度：流体对颗粒的曳力等于颗粒的重力时所对应的气流速度。

临界流化速度：当床层压降等于床层颗粒重量时所对应的流体速度。

实验测定：降低流速u ，使床层自流化床缓慢的复原至固定床，同时记下相应的气体流速u 和床层压降△p ，在双对数坐标纸上标绘得到如图2-3（课本27页）内的曲线，通过固定床数据区和流化床数据区的点各自划线（撇开中间区数据），两条曲线的交点即是临界流态化点，其横坐标值就是mf u 。

2.散式流化床及鼓泡流化床的主要特点。

3. 颗粒终端速度的意义。

颗粒在降落过程中，当流体对颗粒的阻力等于颗粒的浮重（重力与浮力之差）时，颗粒即以等速度降落，这个速度称为颗粒的终端速度或自由沉降速度t u 。

如果供给床层一定量的颗粒，当气速大于颗粒终端速度时，流化床内中能维持一定厚度的浓稠颗粒床层。

4. 颗粒种类分为哪几种？煤颗粒属于哪一种？有何特点？四类大致的颗粒群 即A 、B 、C 、D 四类 某种固体颗粒属于哪一种，主要取决于颗粒的尺寸和密度，同时也取决于流化介质的性质，因而与它的温度和压力有关。

（1）A 类和B 类最常见。

A 类颗粒粒径一般为20-100μm ；气固密度差小于1400kg/m3；裂化催化剂是典型的A 类或B 类颗粒。

这类颗粒在停止送气后有缓慢排气的趋势，由此可鉴别A 类颗粒。

（2）B 类主要是砂粒和玻璃球，粒径主要在40-500μm ；气固密度差为1400—4000kg/m3；B 类颗粒床易于鼓泡，气速一旦超过umf ，床内立刻出现两相：气泡相和乳化相。

（3）C 类颗粒难于流化，粒径一般小于20μm ；具有粘结性，易受静电效应和颗粒间作用力的影响，难以达到正常流化状态，常通过搅拌和振动方式使之正常流化。

（4）D 类颗粒较大，通常≥1mm ，虽会鼓泡，但固体颗粒的混合相对较差，更易产生喷射流。

煤颗粒粒度分布较宽，同时具有A 颗粒和B 颗粒的属性。

气速较低时，充分表现B 类颗粒的鼓泡特征；气速高时，A 颗粒特征占主导地位；也可以是下部为鼓泡流态化，上部为湍流或快速流态化。

5. 简述两相理论模型（给出公式并解释各项意义）。

气泡相和乳化相 多于临界流化的气体量都以气泡的形式窜过床层，即)102.........(--=mf b u u A V 式中b V ：气体量mf u ：临界流化速度 u ：颗粒速度 A ：床面积 （1）A V b /的实测值通常小于式（2-10）的计算值。

式（2-10）与气栓流的实测值比较接近，但在布风板上方附近和高速情况下，其实测值与u-umf 的差别特别大。

（2）存在无法实测的两相之间气体流通分量。

对气泡相，气体能够通过气泡边界；对乳化相，气体从颗粒间隙流入气泡。

6. 解释颗粒的扬析和夹带的意义。

扬析：表示从混合物中分离和带走细粉的现象。

夹带：一般指在单一颗粒或多组分系统中，气流从床层中带走固体颗粒的现象。

当自由空域高度低于输送分离高度TDH 时，自由空域内固体的粒度分布随位置而变；当自由空域高度接近输送分离高度时，夹带减少；当气流在输送分离高度以上离开容器时，颗粒分布和夹带速率都变成常数，其大小由气流在气力输送条件下的饱和夹带能力来确定。

而扬析不论高于或低于TDH 时都存在。

7. 什么是自由空域高度？什么是输送空域高度（TDH ）？自由空域高度：密相表面以上至容器出口之间的空间称为自由空域，其高度称为自由空域高度。

输送分离高度（输送空域高度-TDH ）：当自由空域高度达到某一值之后，夹带量为常数，此高度称为输送分离高度。

8. 循环流化床主循环回路的组成部分及其作用。

主循环回路主要由四部分组成：下部床层：颗粒密集区，可以是鼓泡床、湍流床或快速床，它起稳定燃烧和组织物料循环的作用。

煤受热分解，释放出挥发分，同时部分挥发分和固定碳燃烧；石灰石发生煅烧反应，分解为CaO 和其他物质。

也是主要燃烧区域之一。

床层以上为过渡段和稀相区：一部分挥发分和固定碳在此燃烧，具有组织燃烧、传热和输送循环物料的功能。

分离部分：分离器将烟气和热循环物料分离开，分离过程中，可燃气体和氧气充分混合，还起进一步混合烟气，使之反应的作用。

物料回送部分：由料腿和回料阀组成，阻断床层与分离部分的气路连通并有效地回送循环物料。