(Основы) Каковы основные характеристики котлов с циркулирующим пыловым слоем?

Каковы основные характеристики котлов с циркулирующим пыловым слоем? Основные характеристики котлов с циркуляционной пылевой камерой следующие: (1) контролируемое горение при низкой температуре. Скорость его горения в основном зависит от скорости химической реакции, которая, в свою очередь, определяется уровнем температуры. Физические факторы больше не являются основными факторами, контролирующими горение. (2) Процесс циркуляции твердых материалов с высокой скоростью, высокой концентрацией и высокой пропускной способностью. Все процессы сгорания в котлах с циркулирующим пыловым слоем происходят постепенно в рамках этих двух форм циркуляции. (3) Процессы передачи высокой интенсивности энергии, массы и импульса. Тепло в котлах с циркулирующим пыловым слоем генерируется за счёт постоянного циркулирования твердых материалов с высокой скоростью, высокой концентрацией и большим объёмом. Передача и обмен теплом, массой и импульсом внутри котла происходят очень быстро, благодаря чему температурный режим во всем объёме котла остается одинаковым. (4) При разном нагрузке меняется состояние флюидизации, минимальное значение — 0.

1. Горение при низких температурах. Процесс горения в пылевом слое сильно отличается от процессов горения в слоях или при использовании угольной пыли. В котле всегда необходим запас большого количества инертных материалов с высокой температурой плавления (зола, известняк, песок и т. д.). Эти инертные материалы составляют 97–98% от общего количества твердых веществ в котле. Следовательно, доля твердого топлива в котле не превышает 2–3% от общего объема материала в слое. Поэтому даже при температуре горения 850–900°C, при наличии достаточного количества кислорода, любое твердое топливо может сгореть полностью. Кроме того, длительное пребывание топлива в котле и сильная турбулентность в слое способствуют стабильному и эффективному сгоранию любого топлива при низких температурах. (II) Отличная адаптируемость к топливу. Благодаря вышеупомянутым особенностям сгорания при низких температурах, котлы с плавающим слоем обладают отличной адаптируемостью к топливу. Можно спроектировать котлы с плавающим слоем, способные сжигать практически любое топливо, при этом обеспечивается стабильность процесса сгорания и высокая эффективность его прохождения ； Для уже существующих котлов с плавающим слоем характеристики топлива могут сильно варьироваться, но котлы продолжают обеспечивать стабильное горение. На сегодняшний день топлива, которое успешно сжигалось в котлах с плавающим слоем, включают все виды угля: бурый уголь с высоким содержанием золы и влаги, антрацит с низким содержанием летучих веществ, отходы добычи угля, шлам после его очистки, лигнит, различные виды нефтяного кокса, нефтяной шейл, торф, городские отходы, нефтяной ил, старые шины, отходы сельскохозяйственной и лесной биомассы, такие как кора деревьев, опилки, шелуха риса, отходы производства сахарного тростника и т. д. Его также можно использовать для сгорания различных жидких и газообразных топлив; эти топлива могут сгорать как по отдельности, так и в смеси, что невозможно достичь никакими другими способами сгорания. (III) Низкий уровень выбросов загрязнителей. Особенностью низотемпературного сгорания в котлах с плавающим слоем является эффективное сдерживание образования тепловых NOx. Благодаря использованию метода поэтапного сгорания можно контролировать уровень выбросов NOx, образующихся в результате сгорания топлива. Таким образом, количество NOx, выделяемого в котлах с плавающим слоем, составляет всего 1/3–1/4 от количества NOx, выделяемого в котлах с порошковым топливом. Уровень выбросов NOx в котлах с пузырьковым плавающим слоем можно снизить до 0,03–0,04%, а в котлах с циркулирующим плавающим слоем – до 0,01–0,02%. Кроме того, если в процессе сгорания напрямую добавлять в печь известняк или доломит, то при температуре сгорания 850–900°C, которая является оптимальной для реакции кальция (CaO) с диоксидом серы (SO2) с целью удаления серы, можно достичь эффективности десульфуризации около 90%, если добавить в камеру котла с флюидизированным слоем соответствующее количество известняка, в зависимости от содержания серы в угле. Следовательно, плавающее топливное ложе представляет собой экономически эффективную и малозагрязняющую технологию сжигания угля, и именно это является основной причиной её быстрого распространения по всему миру. (IV) Высокая интенсивность сгорания. Благодаря сильному турбулентному смешиванию в процессе сгорания в флюидизированном слое, а также тому, что сгорание в котлах с циркулирующим флюидизированным слоем происходит во всем объеме камеры сгорания, это значительно повышает интенсивность сгорания. В результате увеличивается мощность на единицу объема камеры сгорания, а площадь и объем самой камеры сгорания сокращаются. Объем котлов с циркуляционной пылевой камерой может быть меньше, чем у обычных котлов. (V) Высокая способность к теплопередаче внутри камеры. Высокие показатели теплопередачи в пыловом слое позволяют сократить количество металла, необходимого для изготовления нагревательных поверхностей в печи. Для котлов с пузырьковым флюидизированным слоем коэффициент теплообмена между газо-твердой смесью в слое и трубками, расположенными в нем, может составлять 233–326 Вт/(м²·К). В камере котлов с циркулирующим флюидизированным слоем коэффициент теплообмена между газо-твердой смесью и водяными стенками находится в диапазоне от 450 до 100 Вт/(м²·К). 6. Хорошие характеристики регулирования нагрузки. Благодаря большому количеству теплого наполнителя в котле с плавающим слоем, у таких котлов есть отличные возможности для регулирования нагрузки. Диапазон регулирования довольно велик; котел может поддерживать стабильное горение даже при нагрузке, составляющей всего 20% от номинальной. (VII) Простота в эксплуатации и обслуживании. Благодаря низкой температуре сгорания зола не становится мягкой и не склеивается, поэтому не возникает проблемы образования отложений в камере сгорания; также не требуется установка устройств для очистки камеры от золы. Более низкая температура в камере сгорания приводит к меньшей скорости теплопередачи на нагреваемых поверхностях, что снижает вероятность возникновения кризиса теплопередачи и разрыва труб. Разрушающее действие горения также меньше по сравнению с печами с слоевым горением и печами с использованием угольной пыли. Все это делает котлы с плавающим слоем удобными в эксплуатации и обслуживании. Что касается проблемы износа, характерной для котлов с плавающим слоем, то она была решена путем применения различных мер по защите узлов, подверженных износу, таких как покрытия из огнеупорных материалов. 8) Зола подходит для комплексного использования. Зола, образующаяся в результате сгорания при низких температурах, обладает высокой активностью. Кроме того, содержание углерода в пылевидной и твердой золе низкое – обычно оно составляет менее 4–5%. Поэтому ее можно использовать в качестве добавки при производстве цемента или в качестве сырья для других строительных материалов. Это способствует комплексному использованию золы.

Основные характеристики котлов с горением в циркулирующей пылевой камере:
(1) Управление процессом горения при низкой температуре.
Горение в циркулирующей пылевой камере представляет собой процесс горения, при котором высокоскоростные потоки дыма встречаются с твердыми частицами, находящимися в состоянии турбулентного движения; при этом происходит активное смешивание большого количества частиц； В то же время большая часть высокотемпературных твердых частиц улавливается вне печи, после чего они возвращаются обратно в печь для дальнейшего участия в процессе сгорания; таким образом осуществляется циклическое процесс сгорания. Очевидно, что время горения топлива в камере сгорания увеличилось. При таком способе сгорания уровень температуры в печи ограничивается оптимальной температурой для десульфуризации и обычно составляет около 850°C. Такая температура значительно ниже, чем в обычных котлах с угольной пылью, и ниже температуры плавления золы от обычного угля, что избавляет от различных проблем, связанных с плавлением золы. У этого способа «низкотемпературного сгорания» множество преимуществ: образование осадка в котле и выделение алкалийных металлов значительно снижается по сравнению с котлами, работающими на угольной пыли; снижается чувствительность к свойствам золы; не требуется большое пространство для охлаждения горячей золы; уровень выбросов оксидов азота низкий; возможно внедрение недорогих и эффективных процессов десульфуризации прямо в котле и так далее. С точки зрения кинетики процесса сгорания, процесс сгорания в котлах с циркулирующим пыловым слоем контролируется в зоне активного сгорания (или переходной зоне). Поскольку в котлах с циркулирующим пыловым слоем температура относительно невысока, а также происходит интенсивное смешивание большого количества твердых частиц, скорость горения в таких условиях в основном определяется скоростью химических реакций, то есть уровнем температуры. Физические факторы уже не являются определяющими для скорости горения. Степень сгорания топлива в котлах с циркуляционной пылевой камерой очень высока; обычно эффективность сгорания топлива в котлах с хорошими характеристиками может достигать 95–99% и более. (2) Процесс циркуляции твердых материалов с высокой скоростью, высокой концентрацией и высокой пропускной способностью. Твердые материалы в котлах с циркулирующим пылением (включая топливо, угольные остатки, золу, средства для десульфуризации и инертный наполнитель) проходят через внешнюю циркуляцию, состоящую из камеры сгорания, сепаратора и устройства для возврата материала обратно. В то же время внутри камеры сгорания из-за эффекта стенок существует внутренний циркуляционный поток; поэтому материал в котлах с циркулирующим песком участвует как во внешнем, так и во внутреннем циркуляционных процессах. Весь процесс сгорания, а также процесс десульфуризации постепенно выполняются в ходе динамического циклического функционирования этих двух форм. (3) Процессы передачи высокой энергии, массы и импульса В котлах с циркулирующим пыловым слоем большое количество твердых материалов проходит через камеру сгорания в условиях сильной турбулентности. Благодаря ручному управлению можно изменять объем циркулирующего материала, а также распределение материалов внутри котла, чтобы соответствовать различным условиям сгорания. При такой организации процессы передачи тепла, массы и импульса внутри печи происходят очень интенсивно, что обеспечивает равномерное распределение температуры на всей высоте камеры печи.