生物質(zhì)循環(huán)流化床循環(huán)特性研究

可再生能源2004.6(總第118期)研究與試驗生物質(zhì)循環(huán)流化床循環(huán)特性研究郭東彥,伊曉路,徐健,張曉東',張衛杰(1.山東省科學(xué)院能源研究所,山東濟南250014;2.山東理工大學(xué),山東淄博255012)摘要:以生物質(zhì)為燃料的流化床氣化爐以其清潔、高效、對燃料適應性強等特點(diǎn)得到了較快的發(fā)展,飛灰循環(huán)裝置是循環(huán)流化床設備中的重要部件。文章論述了流化床密封罐型回料器的工作特性,提岀了實(shí)現正常循充要條件關(guān)鍵詞:生物質(zhì);流化床氣化爐;回料器中圖分類(lèi)號:S216.2;TK174文獻標識碼:A文章編號:1671-5292(2004)06-0023-03The study of cycling characteristic in circulating fluidized bedwith biomassGUO Dong-yan, YI Xiao-lu, XU Jian, ZHANG Xiao-dong, ZHANG Wei-jie2(1. Energy research institute of Shandong academy of sciences, Jinan 250014, China; 2Shandong university of technology, Zibo 255012, China)Abstract: With its characteristic of cleaning, high efficiency and wide adaptability to variousfuels, the biomass circulating fluidized bed(CFB) gasifier has been developed rapidly theseears. The dust circulating device is an important device in CFB gasifier. This paper statesthe working characteristic of sealpot dust returning device, giving its necessary demands torealize stable circulateKey words: biomass: CFB gasifier; dust returning device1前言高速流化床采用飛灰循環(huán)裝置,將吹岀床層的較自20世紀五六十年代流化床技術(shù)真正成為細顆粒經(jīng)分離器收集后,送回床內循環(huán)燃燒,提高具有工業(yè)實(shí)用價(jià)值的技術(shù)以來(lái),已被廣泛地應用了燃料的復用率,也提高了鍋爐效率,因而循環(huán)流于石油、化工、冶金、環(huán)保等領(lǐng)域。在能源領(lǐng)域內,化床技術(shù)引起人們越來(lái)越多的重視各式以煤為燃料的流化床鍋爐不斷出現,并以其飛灰循環(huán)裝置是循環(huán)流化床設備中的重要部清潔、高效和對燃料適應性好等優(yōu)點(diǎn)得到了快速件,它的正常運行對反應過(guò)程的可控性以及負荷發(fā)展。近年來(lái),以生物質(zhì)為燃料的流化床氣化爐的調節性起重要作用。各類(lèi)生物質(zhì)原料的揮發(fā)分也得到了較快的發(fā)展。遠高于煤,在生物質(zhì)燃料燃燒過(guò)程中,揮發(fā)分很快按照床層內氣體的不同流動(dòng)速度,可將流化析出參加反應,殘留的炭粒來(lái)不及反應就被完全床分為鼓泡流化床和高速(循環(huán))流化床。鼓泡流吹岀爐膛,因而必須用循環(huán)裝置將炭粒捕獲,再將化床鍋爐由于熱效率低、燃燒強度低、爐膛截面其送回爐內燃燒,以提高原料利用率。因此,飛灰積較大等缺點(diǎn),其推廣應用受到一定的限制;高循環(huán)中國煤化工循環(huán)流化床氣化爐速流化床內的氣流速度高,燃料處理量大,同時(shí),顯得CNMHG收稿日期:2004-07-21基金項目:國家“863計劃課題(2003AA514030作者簡(jiǎn)介:郭東彥(1963-),男研究員主要從事新能源和可再生能源的研究工作研究與試驗RENEWABLE ENERGY No 6 2004(118 Issue in All鑒于飛灰循環(huán)裝置在循環(huán)流化床中所起的試驗中,安裝若干壓力、溫度、空氣流量測點(diǎn),以得重要作用,我們對其進(jìn)行了研究,基本掌握了判出正常循環(huán)狀態(tài)時(shí)的控制條件。別正常循環(huán)狀態(tài)的直觀(guān)數據。2實(shí)驗研究循環(huán)流化床試驗臺由主流化床、旋風(fēng)分離立管器、立管、回料器等4部分組成,其中旋風(fēng)分離涇流口料柱器、立管、回料器組成了飛灰循環(huán)裝置,如圖1所主床回料管示。其工作過(guò)程為:物料在主流化床內高速流化布風(fēng)板飛灰循環(huán)裝置回料口回送風(fēng)主流化床圖2飛灰循環(huán)裝置及測點(diǎn)布置簡(jiǎn)圖P旋風(fēng)下部壓力;-溢流口壓力;P-灰管底部壓力P←布風(fēng)板上壓力;-均壓室壓力;P回料口壓力;Q-回料器進(jìn)風(fēng)流量;-進(jìn)風(fēng)溫度;H-溢流口至回料口幾何高度我們分別對回料器進(jìn)行了冷、熱態(tài)試驗。在冷態(tài)試驗時(shí),采用的是透明的有機玻璃回料器,以便清晰地觀(guān)察到回料情況;在熱態(tài)試驗時(shí),采用鋼制主床進(jìn)風(fēng)回料器圖1循環(huán)流化床試驗臺冷態(tài)試驗采用粒徑為O.18-0.25mm的石英后飛出,在旋風(fēng)分離器處被收集下來(lái),沿立管沉砂作為載體,其堆密度為1550kg/m3降入回料器,然后采用風(fēng)送等方式將回料器內的3試驗結果及分析物料送回至主床,進(jìn)行循環(huán)利用3.1最小回送風(fēng)量試驗回料器是飛灰循環(huán)裝置中的關(guān)鍵部件,它既改變初始加砂高度b的值(a≤b≤c),測量開(kāi)是一個(gè)飛灰回送裝置,又是一個(gè)阻氣器,阻斷主始回料時(shí)的回送風(fēng)量,即為最小回送風(fēng)量Q,見(jiàn)床進(jìn)風(fēng)和回送風(fēng)這2股空氣在回料器中逆向流圖3,只有風(fēng)量大于Qm時(shí),才能開(kāi)始正?；亓蟿?dòng),保證床內正常循環(huán)。但風(fēng)量也不能無(wú)限增大,因為大到一定值時(shí),風(fēng)就回料器可分為2大類(lèi)—機械式和非機械會(huì )沿著(zhù)立管逆向流動(dòng)了。式。早期的回料器大多采用機械式,但由于其自身難于克服的缺點(diǎn),已經(jīng)基本被淘汰。目前廣泛使用的是非機械式回料器,它依靠氣體推動(dòng)物料運動(dòng),實(shí)現簡(jiǎn)單、可靠的輸送。非機械式回料器又布風(fēng)板可分為2大類(lèi)——閥型和自動(dòng)調整型,閥型的主要形式有L閥、J閥、Ⅴ閥、換向閥等,自動(dòng)調整型的主要形式有流化密封型、流化床密封罐型等我們采用的回料器是流化床密封罐型回料器,它是一個(gè)小型流化床,通過(guò)風(fēng)量調節使其保持鼓泡流化床狀態(tài),床內的顆粒物料懸浮起來(lái)中國煤化工當懸浮至溢流口處時(shí),依靠重力流向主床,完成CNMHG了回料過(guò)程,在立管下端形成的料柱封閉了氣體,使物料不能倒流回旋風(fēng)分離器高度m飛灰循環(huán)裝置及測點(diǎn)布置情況見(jiàn)圖2所示。圖3最小回送風(fēng)試驗可再生能源2004.6(總第118期)研究與試驗存在最小回送風(fēng)量的原因,是因為回料器依靠粒子懸浮流化完成回料動(dòng)作,由圖4流化床床固定床流化床起始流化速度圖5正常循環(huán)壓差范圍如果(p3-p1)小于ΔPm,表明沒(méi)有建立起正流化速度m/常的砂封高度h,主床的風(fēng)會(huì )竄至回料器中逆向圖4流化床床層壓降一流速特性流動(dòng);如果(p3-p1)大于ΔP灬,則說(shuō)明砂子在立層壓降一流速特性曲線(xiàn)可以看出,A點(diǎn)為拐點(diǎn)管中發(fā)生了堆積,已經(jīng)不能循環(huán)了,需要立即調點(diǎn)之前床層為固定床,A點(diǎn)之后床層為流化床,隨節主、副床風(fēng)量,使其壓差回落至上述的范圍著(zhù)氣流速度超過(guò)拐點(diǎn)A的起始流化速度,床層開(kāi)內,使△Pmn≤△P=P3-p1≤ΔPm成立,保持正常始沸騰,粒子懸浮至溢流口后,就開(kāi)始回料,而起循環(huán)狀態(tài)。始流化速度對應的回送風(fēng)量就是最小回送風(fēng)量。需要指岀的是,落灰管下口必須低于溢流囗3.2正常循環(huán)壓力判據試驗至于低多少,影響并不是很大;對不同尺寸的回料在不同循環(huán)狀態(tài)下,測量各點(diǎn)數據及數據變器,這一壓力判據值會(huì )有所不同?；厔莶⑦M(jìn)行分析比較,可以確定以下正常循環(huán)4結論的壓力判據。①飛灰循環(huán)裝置對循環(huán)流化床的正常運行(1)溢流口壓力p2≥回料囗壓力P6起著(zhù)重要作用,回料器是飛灰循環(huán)裝置中的關(guān)因為p2與P6之間存在著(zhù)如下的壓力平衡鍵部件式②回料器實(shí)現正常循環(huán)的充要條件是:回P2≥p6+(1-81)pHg送風(fēng)量大于起始流化風(fēng)量;溢流口壓力大于回式中:ε—回料管中空隙率,此處ε;較大,接近料囗壓力;落灰管內兩點(diǎn)壓差在一定范圍內變化。于1p——砂子的密度kg/m3;參考文獻H——回料管幾何高度]劉德昌,閻維平林志杰流化床燃燒技術(shù)的工業(yè)應用g——重力加速度,m/s2[M]北京:中國電力出版社,1995由于1-81≈0,因而(1-81)pHg≈0,所以n2≥12}岑可法,倪明江駱仲泱循環(huán)流化床鍋爐理論設計與運行M北京:中國電力出版社,1997成立。(2)△Pm≤△P=pp1≤△P因為p3與p1之間存在著(zhù)如下的壓力平衡式可再生能源產(chǎn)業(yè)全球升溫P3=P1+(1-e2)phg△P=p3p1=(1-82)ph世界大部分國家能源供應不足,不能滿(mǎn)足經(jīng)濟發(fā)式中落灰管中空隙率十展的需要;煤、石油等化石能源的利用會(huì )排放大量的h——砂封的幾何高度,m。溫室氣體,污染環(huán)境。這一系列問(wèn)題都使得可再生能由于落灰管中空隙率ε2、砂封的幾何高度h源利用在全球范圍內升溫。從世界各國目前既定能源較難測量,而且砂封的幾何高度是一個(gè)動(dòng)態(tài)高中國煤化工生能源已成為末來(lái)度,具有根據循環(huán)量大小自動(dòng)調節的能力,所以i YCNMHG分到200年,可再將達30%。無(wú)論從能很難通過(guò)計算確定循環(huán)狀態(tài)。源安全還是環(huán)境要求來(lái)看,可再生能源將成為新能源在冷態(tài)試驗中,通過(guò)觀(guān)察,我們得出了正常的戰略選擇。循環(huán)狀態(tài)的直觀(guān)壓力判據,如圖5所示