¿Quién tiene información que analice la eficiencia de combustión de calderas de lecho fluidizado circulante? Gracias
Como todos sabemos, las calderas de lecho fluidizado se dividen en dos categorías: calderas de lecho fluidizado burbujeante (CF-BB) y calderas de lecho fluidizado circulante (CF-BB). Todavía no existe una clasificación clara y autorizada entre los dos. Algunas personas abogan por la clasificación por velocidad de fluidización, pero desde la perspectiva de la dinámica de dos fases gas-sólido, la velocidad del viento es significativa en relación con el tamaño y la densidad de las partículas. Otros sostienen que las zonas de fase densa se distinguen por lechos burbujeantes o turbulentos o rápidos. Las calderas utilizan combustible de pantalla ancha y las calderas que utilizan cenizas de carbón como material de lecho son lechos de tambor, por lo que el método de clasificación aún está incompleto. Algunas personas utilizan como criterio la existencia de un ciclo gris, etc., pero todos consideran una cosa y pierden la otra. En opinión del autor, se puede dividir según el mecanismo de combustión. La combustión en calderas de lecho en ebullición se produce principalmente en la zona de fase densa en la parte inferior del horno. Según lo recomendado en el "Manual Técnico de Calderas Industriales" (Volumen 2) compilado por nuestro país, la proporción de la zona de fase densa de carbón bituminoso de ganga general, carbón pobre y antracita es tan alta como 75-95, y el aire requerido para La combustión se envía principalmente al lecho con el viento primario. La proporción de aire primario de las calderas de lecho fluidizado circulante es generalmente del 50 al 60. La fracción de combustión de un lecho de fase densa se ve afectada por factores como la velocidad de fluidización, el tamaño y las propiedades de las partículas del combustible, la altura del lecho y la temperatura del lecho. , fluctuando hacia arriba y hacia abajo con los valores anteriores. El resto del combustible queda suspendido en la zona de fase diluida en la parte superior del horno, por lo que el mecanismo de combustión es que BFBB está más cerca del quemador de capa, mientras que CFBB está más cerca del quemador de cámara. Los dos son muy diferentes en este sentido, por lo que parece más razonable separarlos.
Las calderas de lecho fluidizado burbujeante tienen una gran relación de combustión en lecho de fase densa y requieren una superficie de calentamiento integrada para absorber las emisiones de combustión. El coeficiente de transferencia de calor del tubo enterrado es tan alto como 220-270 kW/mc, que es mucho más alto que los 100-500 kw/m2 ℃ de la superficie de calentamiento del horno CFBB. Aunque la relación del coeficiente de transferencia de calor de la zona de fase diluida de la caldera de lecho fluidizado es muy baja, la proporción de absorción de calor de la zona de fase diluida es muy pequeña. En términos generales, las calderas de pequeña capacidad utilizan menos acero en la superficie de calentamiento y la combustión BFBB alimenta principalmente carbón en el lecho de fase. Aunque las tuberías enterradas hayan sido desgastadas, si se someten a un tratamiento antidesgaste adecuado, las tuberías enterradas horizontales se pueden utilizar durante cinco años y las tuberías enterradas verticales se pueden utilizar
La carga de calor de la sección transversal de CFBB es 2-3 veces mayor que BFBB (desde arriba La carga de calor aumentada no es una capa), lo que favorece la incrustación, la temperatura en el horno es uniforme, las emisiones de contaminantes del aire son bajas y la eficiencia de combustión es alta (hasta el 99% o más). Es una mejora de la tecnología BFBB y tiene un rendimiento superior. Sin embargo, dado que el separador no puede capturar carbón de grano fino, se requiere un horno más alto y los requisitos para el tamaño de las partículas de trituración del carbón y el control de operación son mayores. Por lo tanto, el tipo de horno CFBB no tiene ventajas obvias para calderas pequeñas y medianas. Por lo tanto, algunos investigadores extranjeros creen que el BFBB es adecuado para capacidades inferiores a 50 t/h y el CFBB es adecuado para capacidades superiores a 220 t/h. rango de 50-220t/h dentro del alcance...
En los últimos años, China ha construido cerca de 3.000 calderas de lecho fluidizado. Aunque ha desempeñado un papel importante en la quema de carbón de baja calidad, ha estado funcionando a un nivel bajo, con grandes cantidades de cenizas volantes, alto contenido de carbono y baja eficiencia de caldera. Además, las inversiones insuficientes en eliminación de polvo y control de humos no se han solucionado bien, lo que ha dado lugar a una mala reputación de los lechos fluidizados. Después de la aparición de CFBB, la gente puso una marca en las calderas de lecho fluidizado circulante y lanzó varios tipos de calderas, como la caldera de lecho circulante de baja tasa de transporte lanzada por la Universidad de Tsinghua, la caldera de lecho circulante con separador de canal enterrado desarrollada por el Instituto Harbin. de Tecnología y Beiguo, etc. De hecho, todos son BFBB. Sin embargo, son hornos de ebullición mejorados que llevan la tecnología de los hornos de ebullición a un nivel superior. Estos tipos de hornos tienen una gran vitalidad en la gama de calderas industriales y calderas de cogeneración. Debemos celebrar los nuevos logros de BFBB, reemplazarlos, restaurar su reputación y desarrollar este BFBB dentro de un cierto rango de capacidad de caldera.
China tiene el mayor número de calderas de lecho fluidizado del mundo y tiene una larga experiencia operativa, por lo que la tecnología mejorada de calderas de lecho fluidizado tiene un alto nivel de madurez. Sin embargo, es necesario perfeccionar y mejorar la tecnología CFBB. Al elegir entre muchos tipos de hornos, primero hay que distinguir si se trata de un BFBB o un CFBB y luego considerar otros indicadores técnicos y la fiabilidad. Las siguientes secciones de este artículo se centran en CFBB y se aplican a algunas tecnologías comunes.
Velocidad de fluidización
La influencia más directa e importante de la velocidad de fluidización en CFBB es su efecto de elevación y arrastre sobre los materiales en circulación. A medida que aumenta V, el arrastre de niebla aumenta rápidamente. En los primeros días, los CFBB extranjeros como Lucci Technology tenían un V de entre 8 y 12 m/s. Sin embargo, debido a problemas como el desgaste y el consumo de energía causados por los altos caudales, ha disminuido gradualmente a aproximadamente 6 m/s. En China, la tecnología CFBB se desarrolló relativamente tarde. En una etapa inicial, debido a los problemas anteriores, algunos tipos de hornos se diseñaron con V baja (4-5 m/s) y se descubrieron materiales circulantes.
Análisis del tamaño de partículas de carbón y de la calidad del carbón
CFBB tiene una velocidad de fluidización muy alta y puede fluidizar materiales de lecho con tamaños de partículas grandes. Se puede ver en la literatura que el rango de partículas de carbón que ingresan al horno puede alcanzar 0-12, 0-20, 0-25 mm, etc. El rango permitido varía entre diferentes fabricantes y tipos de carbón. Es más amplio que el BFBB y el tamaño máximo de partículas permitido también es mayor. Sin embargo, según nuestra investigación y algunos informes de literatura extranjera, el tamaño promedio de partículas del combustible utilizado por CFBB es en realidad mucho más pequeño que el de BFBB. El tamaño promedio de las partículas del combustible BFBB es de 1 a 2 mm, mientras que el del CFBB es de solo 300 a 400 μm. Estrictamente hablando, el CFBB requiere una mayor proporción de partículas finas en el combustible con una velocidad terminal menor que la velocidad de fluidización, por lo que. que estos carbones de partículas finas pueden soplarse hacia el espacio de la sección de suspensión para su combustión y también pueden aumentar la cantidad de materiales en circulación. La influencia del tamaño de las partículas del combustible se refleja principalmente en su influencia sobre la fracción de combustión y el balance de materia del lecho de fase densa. Hay muchas partículas finas de combustible, la proporción de combustión del lecho de fase densa es pequeña y hay muchos materiales circulantes.
La determinación y selección de la distribución del tamaño de las partículas del combustible CFBB está relacionada con la selección de la velocidad de fluidización. Se puede observar que el tamaño de las partículas tiene una gran influencia sobre ellas. La distribución del tamaño de partícula seleccionada debe garantizar que, en las condiciones para determinar la velocidad de fluidización, se soplen suficientes partículas finas de carbón en la sección de suspensión para asegurar la proporción superior de combustión, formar suficiente material de lecho y mantener el equilibrio de materiales.
Los principales factores que afectan el tamaño de las partículas del combustible que ingresan al horno son las propiedades de explosión térmica y el contenido de materia volátil del carbón. El carbón con fuerte explosividad térmica puede elegir un tamaño de partícula más grande y la proporción de partículas de carbón grandes puede aumentar después de calentarse y explotar. En este momento, se puede relajar la distribución del tamaño de las partículas del carbón que ingresa al horno.
La proporción de aire primario y aire secundario
El aire necesario para la combustión se divide en aire primario y aire secundario, y se envía a la cámara de combustión de lecho fluidizado A desde diferentes posiciones. Se forma una atmósfera reductora en el lecho de fase para lograr una combustión por etapas, lo que puede reducir en gran medida la generación de NOX térmico. Esta es una de las principales ventajas del CFBB. Sin embargo, el objetivo de dividir el aire primario y el aire secundario no se limita a esto. La tasa de aire primario (la proporción del volumen de aire primario en el volumen total de aire) determina directamente la proporción de combustión del lecho de fase densa. En las mismas condiciones, la proporción de aire primario es mayor. Esto conducirá inevitablemente a una elevada fracción de combustión del lecho de fase densa. En este momento, se necesitan más materiales circulantes de baja temperatura para regresar al lecho de fase densa y eliminar el calor liberado por la combustión para mantener la temperatura del lecho de fase densa. Si no hay suficiente material circulante, la temperatura del lecho fluidizado será demasiado alta, no se podrá agregar carbón y no se podrá aumentar la carga. Este material para enfriar el lecho puede provenir de cenizas circulantes enfriadas recogidas en el separador, o de cenizas circulantes que caen a lo largo de la pared de la membrana alrededor del horno, donde las cenizas se enfriarán en contacto con la pared de la membrana durante la caída.
Desde la perspectiva de la combustión y el equilibrio térmico del lecho de fase densa, cuanto menor sea la tasa de aire primario, menores serán los requisitos de equilibrio de materia para las cenizas en circulación. Pero, de hecho, la elección de la tasa de aire primario también está restringida por factores como el tamaño y las propiedades de las partículas del combustible. Una tasa de aire primario pequeña requiere que la proporción de partículas grandes en el combustible que no pueden soplarse hacia la sección de suspensión para la combustión también sea pequeña. De lo contrario, las partículas grandes se quemarán de manera incompleta debido a la falta de oxígeno y las cenizas del lecho descargado. contendrá un contenido de carbono extremadamente alto. La tasa de aire primario generalmente se selecciona en alrededor de 50.
Generalmente, se inyecta aire secundario en el horno por encima del lecho de fase densa para complementar el aire necesario para la combustión y, al mismo tiempo, también desempeña un papel perturbador en el fortalecimiento de la mezcla gas-sólido.
La parte inferior del horno CFBB generalmente tiene forma cónica. El aire secundario se puede dividir en varias corrientes y enviar desde diferentes alturas para mantener una velocidad relativamente uniforme de los gases de combustión en el horno. La ubicación de la salida de aire secundario también influye mucho. Por ejemplo, si la salida de aire secundaria se coloca en un lugar con alta concentración de cenizas en la zona de transición sobre el lecho de fase densa, se pueden soplar más partículas y materiales de carbono al espacio, y la proporción de combustible y la concentración de material en la parte superior se puede aumentar.
Separador
Nadie dudará del importante papel del separador en CFBB. Sin separador no habría CFBB. Por esta razón, se ha prestado considerable atención a la investigación sobre separadores en el país y en el extranjero. El tipo y estructura del divisor es uno de los signos distintivos de cada género de CFBB.
El principal indicador de rendimiento del separador CFBB sigue siendo la eficiencia de separación. La eficiencia de separación debe ser lo suficientemente alta. Una es proporcionar suficientes materiales en circulación y la otra es recolectar partículas finas de carbono y enviarlas de regreso. al horno para volver a quemarlo y mejorar la eficiencia de la combustión. La mayor parte del material en circulación CFBB son partículas de 200-300 WM. El separador diseñado no solo tiene una alta eficiencia de separación (>99) para este tamaño de partículas, sino que también debe ser lo más pequeño posible para mejorar la tasa de quema de carbono. El análisis del contenido de carbono de las cenizas volantes CFBB muestra que el contenido de carbono alcanza un pico en un cierto tamaño de partícula del material y luego disminuye. El tamaño de partícula correspondiente a este pico está estrechamente relacionado con la eficiencia del separador.
En la actualidad, los separadores utilizados en CFBB se dividen principalmente en dos categorías, separadores ciclónicos y separadores inerciales. En términos generales, los separadores ciclónicos son más eficientes y de mayor tamaño, mientras que los separadores inerciales son ligeramente menos eficientes pero de menor tamaño, lo que hace que la caldera sea más compacta.
Según las condiciones de funcionamiento, los separadores se pueden dividir en dos categorías: separación a alta temperatura y separación a temperatura media. En términos de impacto en el rendimiento de la caldera, la separación a alta temperatura es superior porque la alta concentración de materiales sólidos en los hornos CFBB da como resultado una mezcla deficiente y altas concentraciones de CO en el horno. La combustión secundaria en el separador de alta temperatura puede reducir la concentración de CO. El aumento de temperatura causado por la combustión secundaria es beneficioso para la reducción de N2O y la reducción de la concentración de emisiones de N2O.
La selección del separador también debe tener en cuenta el rango de potencia de la caldera y hacer una comparativa técnica y económica. Por ejemplo, si un horno industrial pequeño utiliza un separador ciclónico, considerando que tanto el cilindro ciclónico como las patas de material deben tener una cierta altura, el horno debe ser lo suficientemente alto; de lo contrario, reducir la altura del cilindro ciclónico y las patas de material inevitablemente afectar su desempeño. En este momento, es necesario un análisis exhaustivo de la tecnología y la economía.
Dispositivo de retorno de cenizas
A excepción de algunas válvulas mecánicas (como la válvula cónica de Luirgl), el dispositivo de control de retorno de cenizas del sistema de circulación de cenizas CFBB generalmente utiliza válvulas mecánicas, como J válvula, válvula L, válvula V, etc. Las válvulas no mecánicas no tienen partes móviles y su apertura y cierre están controlados por el suministro de aire. Sus ventajas son evidentes.
Las válvulas no mecánicas se dividen en dos categorías: autoequilibradas y ajustables. La válvula j, la válvula V y el puerto de sellado del sello anular son todos autoequilibrados, es decir, ajustan automáticamente el volumen de salida de acuerdo con el volumen de entrada. La función de la propia válvula para ajustar el caudal es débil. La válvula L es ajustable para que el caudal se pueda ajustar según sea necesario. El autor aprendió por su propia práctica que el mayor problema en el funcionamiento de la válvula L es la medición del nivel de material en la sección vertical de la válvula. Debido a que el nivel del material en la sección vertical es demasiado bajo, es posible que el viento flojo no saque las cenizas de la sección horizontal, sino que sople hacia arriba desde la sección vertical, lo que no sellará la válvula y también puede causar coquización. Preste atención a este tema.
En el diseño de válvulas no mecánicas, en primer lugar, se debe prestar atención a seleccionar la sección transversal adecuada del flujo de cenizas; en segundo lugar, si las cenizas son cenizas de alta temperatura, el equilibrio térmico dentro de la válvula debe ser mayor. calcularse, es decir, se debe calcular el oxígeno en el viento suelto y el oxígeno en las cenizas. Cuando el carbón entra en contacto con la combustión, parte del calor liberado se convierte en la entalpía de los gases de combustión calientes y el resto. El calor calienta las cenizas en circulación y se convierte en el calor sensible de las cenizas. El aumento de temperatura de las cenizas debe controlarse para evitar que la temperatura de las cenizas sea demasiado alta y provoque coque. Esto también es parte de la razón por la que en los últimos años se han desarrollado en el extranjero pies de alimentación enfriados por agua.
Desgaste de la superficie calefactora
Hay una superficie calefactora incrustada en el lecho de fase densa BFBB. Debido a la erosión de los materiales del lecho fluidizado, la superficie metálica se ha desgastado hasta cierto punto. . El desgaste de BFBB ocurre principalmente en la tubería enterrada y la superficie de calentamiento de la tubería enterrada no está dispuesta en la capa densa de CFBB, por lo que el problema del desgaste no se ha resuelto. Puede ocurrir un desgaste severo en cualquier parte del horno y del sistema de eliminación de cenizas debido a un poco de descuido en el diseño.
Mecánicamente hablando, el desgaste del metal se puede dividir en dos tipos: uno es que la superficie del metal pierde peso gradualmente debido a la fricción bajo la erosión de las partículas sólidas, y el otro es la formación de una fina capa en la superficie del metal. Superficie metálica. Una película de óxido es dura pero quebradiza. Bajo la erosión de las partículas del material, la película de óxido se desprende rápidamente y durante este proceso se forma una nueva película de óxido en la superficie del metal pelada. La siguiente tabla ofrece una comparación de la dureza de la capa de óxido y otras sustancias (3): Tabla 1 Tabla de dureza del material (a 20 °C)
Material piedra caliza silicato revestimiento de acero película de óxido
Dureza (HV) 140-160 800 130-250 500-1800 600-1800
Se puede observar que la dureza de la película de óxido es extremadamente alta. Si se puede formar una película de óxido en la superficie de la tubería, será extremadamente beneficioso reducir el desgaste. La velocidad de formación de la película de oxígeno es muy importante. Si es menor que la tasa de desgaste, no se puede formar una película de óxido sobre la superficie del metal. Se descubrió que cuando la temperatura de la pared es superior a 300 grados Celsius, se forma fácilmente una película de óxido.
La densa capa de CFBB se encuentra generalmente en una atmósfera reductora, lo que no favorece la formación de una película de óxido en la superficie del metal. Los tubos se pueden cubrir con material resistente al desgaste para evitar un desgaste severo. En la unión de atmósferas reductoras y oxidantes, debido a que esta interfaz fluctuará hacia arriba y hacia abajo, también provocará un mayor desgaste y debe tratarse como una zona de reducción.
En la unión de la sección vertical y la sección cónica de la pared inferior del horno, la parte superior del horno y la salida del horno. , todas las piezas son propensas a sufrir un desgaste grave, por lo que se debe considerar la estructura o agregar medidas antidesgaste durante el diseño. El desgaste de la superficie de calentamiento por convección de la cola también es un problema al que se debe prestar atención. Algunas unidades CFBB puestas en funcionamiento en China ya han mostrado desgaste. Algunas personas piensan que el CFBB está equipado con un separador y que la concentración de cenizas volantes en el conducto de cola es menor que la del BFBB. Esta comprensión no es exhaustiva. Se instala un separador para devolver las cenizas recolectadas al horno, lo que resulta en un aumento en la concentración de cenizas dentro del horno. Los separadores están diseñados para esta alta concentración de cenizas. Para mantener la circulación de cenizas requerida para el funcionamiento normal, la eficiencia de separación llega a 99. Aunque es tan alto, el valor absoluto de las cenizas descargadas puede seguir siendo alto debido a que el separador de alta concentración del horno no logra recogerlas. En el conducto de escape, los gases de combustión fluyen hacia abajo y las partículas fluyen con los gases de combustión mientras son afectadas por la gravedad. La velocidad absoluta de las partículas es la velocidad de los gases de combustión, y el gran tamaño de las partículas provoca un grave desgaste de la superficie de calentamiento en la cola del economizador. Si hay un espacio grande entre el codo del haz de tubos en la superficie de calentamiento al final del economizador y la pared del tubo, se formará un corredor de gases de combustión y se acelerará el desgaste. La relación entre la tasa de desgaste de la pared metálica y la velocidad es de 3-3,5 potencias, y la relación entre la tasa de desgaste y el diámetro de las partículas de ceniza es el cuadrado. En el diseño del conducto de escape, se deben considerar plenamente los factores anteriores, se debe seleccionar la velocidad del viento adecuada y se debe diseñar una estructura razonable para evitar un desgaste grave de la superficie de calentamiento.