煤粒在流化床內的燃燒涉及到流動、傳熱、化學反應及若干相關的物理化學現象。煤粒送入循環流化床內迅速受到高溫物料及煙氣的加熱,首先是水分蒸發,接著是揮發份析出和燃燒,以及焦炭的燃燒,其間還伴隨著發生煤粒的破碎、磨損等現象。煤粒在爐內將依次發生如下的過程:
①煤粒得到高溫床料的加熱并干燥;
?、跓峤饧皳]發份燃燒;
③發生顆粒膨脹和一級破碎現象;
?、芙固咳紵殡S著二級破碎和磨損現象。
流化床內煤粒的燃燒包括揮發份的析出燃燒和焦炭的燃燒,這與煤粉爐是一致的。與煤粉爐不同之處在于:
?、賹γ悍蹱t而言,煤粒的干燥和破碎是在爐外(也就是在制粉系統內)完成,而循環流化床在爐內完成干燥過程和部分破碎過程。
?、谟捎跔t內煤粒濃度較大,循環流化床爐內煤粒間存在磨損現象。
③煤粉爐是一次燃燒,循環流化床鍋爐通過飛灰循環實現多次燃燒。
?、苎h流化床的燃燒是低溫燃燒,焦炭的燃燒主要以擴散燃燒為主。
⑤循環流化床內的溫度梯度較小。
?、扪h流化床熱容量較大,煤粒燃燒產生的熱量較總熱容量的比例較小。
⑦由于干燥過程激烈和快速,揮發份量有所增加。
⑧化學反應基本是一致的,但傳質過程有所不同。
以下就高海拔、低氣壓對循環流化床內煤粒燃燒特性的影響進行初步分析。
一、高海拔、低氣壓對揮發份析出燃燒的影響
高海拔、低氣壓使爐內煤粒的環境壓力降低,研究表明,低的環境壓力有利于減小揮發份逸出的阻力,縮短其在顆粒內部的停留時間。由于揮發份的析出燃燒過程中,揮發份的析出時間占絕大多數,而燃燒是在瞬間完成,因此,低的環境壓力將使揮發份的析出加快,并使揮發份產物有所增加,使燃燒過程加快和更趨于激烈,在濃相區釋放出的熱量更多,使濃相區的溫度升高。因此,對于燃用高揮發份的褐煤而言,應選用較高的流化風速和采取適當的防結焦措施。
二、高海拔、低氣壓焦炭燃燒過程的影響
煤中揮發份在流化床條件下具有短時大量析出的特點,這對爐內燃燒的組織和后續的焦炭燃燒產生較大的影響。在流化床條件下,煤粒揮發份析出燃燒過程與焦炭燃燒過程存在一定的重疊,即在初期以揮發份的析出和燃燒為主,后期以焦炭燃盡為主。實踐證明,焦炭的燃盡時間比揮發份的析出燃燒時間長得多,也就是說,焦炭的燃燒過程控制著煤粒在流化床中的整個燃燒過程。
根據文獻[1]介紹,焦炭燃盡時間可用下式表示:
τ=ρcRc[δeBδ-(eBδ-1)/B]/(Mcε0D0CfB)----------(1)
其中:ρc——焦炭表觀密度,kg/m3;
Rc——焦炭含碳量,kg/ kg;
Mc——碳的摩爾質量,kg/ mol;
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