生物质循环流化床循环特性研究

可再生能源2004.6(总第118期)研究与试验生物质循环流化床循环特性研究郭东彦,伊晓路,徐健,张晓东',张卫杰(1.山东省科学院能源研究所,山东济南250014;2.山东理工大学,山东淄博255012)摘要:以生物质为燃料的流化床气化炉以其清洁、高效、对燃料适应性强等特点得到了较快的发展,飞灰循环裝置是循环流化床设备中的重要部件。文章论述了流化床密封罐型回料器的工作特性,提岀了实现正常循充要条件关键词:生物质;流化床气化炉;回料器中图分类号:S216.2;TK174文献标识码:A文章编号: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飞灰循环裝置,将吹岀床层的较自20世纪五六十年代流化床技术真正成为细颗粒经分离器收集后,送回床內循环燃烧,提高具有工业实用价值的技术以来,已被广泛地应用了燃料的复用率,也提高了锅炉效率,因而循环流于石油、化工、冶金、环保等领域。在能源领域内,化床技术引起人们越来越多的重视各式以煤为燃料的流化床锅炉不断出现,并以其飞灰循环裝置是循环流化床设备中的重要部清洁、高效和对燃料适应性好等优点得到了快速件,它的正常运行对反应过程的可控性以及负荷发展。近年来,以生物质为燃料的流化床气化炉的调节性起重要作用。各类生物质原料的挥发分也得到了较快的发展。远高于煤,在生物质燃料燃烧过程中,挥发分很快按照床层内气体的不同流动速度,可将流化析出参加反应,残留的炭粒来不及反应就被完全床分为鼓泡流化床和高速(循环)流化床。鼓泡流吹岀炉膛,因而必须用循环装置将炭粒捕获,再将化床锅炉由于热效率低、燃烧强度低、炉膛截面其送回炉内燃烧,以提高原料利用率。因此,飞灰积较大等缺点,其推广应用受到一定的限制;高循环中国煤化工循环流化床气化炉速流化床内的气流速度高,燃料处理量大,同时,显得CNMHG收稿日期:2004-07-21基金项目:国家“863计划课题(2003AA514030作者简介:郭东彦(1963-),男研究员主要从事新能源和可再生能源的研究工作研究与试验RENEWABLE ENERGY No 6 2004(118 Issue in All鉴于飞灰循环装置在循环流化床中所起的试验中,安装若干压力、温度、空气流量测点,以得重要作用,我们对其进行了研究,基本掌握了判出正常循环状态时的控制条件。别正常循环状态的直观数据。2实验研究循环流化床试验台由主流化床、旋风分离立管器、立管、回料器等4部分组成,其中旋风分离泾流口料柱器、立管、回料器组成了飞灰循环装置,如图1所主床回料管示。其工作过程为:物料在主流化床内高速流化布风板飞灰循环装置回料口回送风主流化床图2飞灰循环装置及测点布置简图P旋风下部压力;-溢流口压力;P-灰管底部压力P←布风板上压力;-均压室压力;P回料口压力;Q-回料器进风流量;-进风温度;H-溢流口至回料口几何高度我们分别对回料器进行了冷、热态试验。在冷态试验时,采用的是透明的有机玻璃回料器,以便清晰地观察到回料情况;在热态试验时,采用钢制主床进风回料器图1循环流化床试验台冷态试验采用粒径为O.18-0.25mm的石英后飞出,在旋风分离器处被收集下来,沿立管沉砂作为载体,其堆密度为1550kg/m3降入回料器,然后采用风送等方式将回料器内的3试验结果及分析物料送回至主床,进行循环利用3.1最小回送风量试验回料器是飞灰循环装置中的关键部件,它既改变初始加砂高度b的值(a≤b≤c),测量开是一个飞灰回送装置,又是一个阻气器,阻断主始回料时的回送风量,即为最小回送风量Q,见床进风和回送风这2股空气在回料器中逆向流图3,只有风量大于Qm时,才能开始正常回料动,保证床内正常循环。但风量也不能无限增大,因为大到一定值时,风就回料器可分为2大类—机械式和非机械会沿着立管逆向流动了。式。早期的回料器大多采用机械式,但由于其自身难于克服的缺点,已经基本被淘汰。目前广泛使用的是非机械式回料器,它依靠气体推动物料运动,实现简单、可靠的输送。非机械式回料器又布风板可分为2大类——阀型和自动调整型,阀型的主要形式有L阀、J阀、Ⅴ阀、换向阀等,自动调整型的主要形式有流化密封型、流化床密封罐型等我们采用的回料器是流化床密封罐型回料器,它是一个小型流化床,通过风量调节使其保持鼓泡流化床状态,床内的颗粒物料悬浮起来中国煤化工当悬浮至溢流口处时,依靠重力流向主床,完成CNMHG了回料过程,在立管下端形成的料柱封闭了气体,使物料不能倒流回旋风分离器高度m飞灰循环装置及测点布置情况见图2所示。图3最小回送风试验可再生能源2004.6(总第118期)研究与试验存在最小回送风量的原因,是因为回料器依靠粒子悬浮流化完成回料动作,由图4流化床床固定床流化床起始流化速度图5正常循环压差范围如果(p3-p1)小于ΔPm,表明没有建立起正流化速度m/常的砂封高度h,主床的风会窜至回料器中逆向图4流化床床层压降一流速特性流动;如果(p3-p1)大于ΔP灬,则说明砂子在立层压降一流速特性曲线可以看出,A点为拐点管中发生了堆积,已经不能循环了,需要立即调点之前床层为固定床,A点之后床层为流化床,随节主、副床风量,使其压差回落至上述的范围着气流速度超过拐点A的起始流化速度,床层开内,使△Pmn≤△P=P3-p1≤ΔPm成立,保持正常始沸腾,粒子悬浮至溢流口后,就开始回料,而起循环状态。始流化速度对应的回送风量就是最小回送风量。需要指岀的是,落灰管下口必须低于溢流囗3.2正常循环压力判据试验至于低多少,影响并不是很大;对不同尺寸的回料在不同循环状态下,测量各点数据及数据变器,这一压力判据值会有所不同。化趋势并进行分析比较,可以确定以下正常循环4结论的压力判据。①飞灰循环装置对循环流化床的正常运行(1)溢流口压力p2≥回料囗压力P6起着重要作用,回料器是飞灰循环装置中的关因为p2与P6之间存在着如下的压力平衡键部件式②回料器实现正常循环的充要条件是:回P2≥p6+(1-81)pHg送风量大于起始流化风量;溢流口压力大于回式中:ε—回料管中空隙率,此处ε;较大,接近料囗压力;落灰管内两点压差在一定范围内变化。于1p——砂子的密度kg/m3;参考文献H——回料管几何高度]刘德昌,阎维平林志杰流化床燃烧技术的工业应用g——重力加速度,m/s2[M]北京:中国电力出版社,1995由于1-81≈0,因而(1-81)pHg≈0,所以n2≥12}岑可法,倪明江骆仲泱循环流化床锅炉理论设计与运行M北京:中国电力出版社,1997成立。(2)△Pm≤△P=pp1≤△P因为p3与p1之间存在着如下的压力平衡式可再生能源产业全球升温P3=P1+(1-e2)phg△P=p3p1=(1-82)ph世界大部分国家能源供应不足,不能满足经济发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会排放大量的h——砂封的几何高度,m。温室气体,污染环境。这一系列问题都使得可再生能由于落灰管中空隙率ε2、砂封的几何高度h源利用在全球范围内升温。从世界各国目前既定能源较难测量,而且砂封的几何高度是一个动态高中国煤化工生能源已成为末来度,具有根据循环量大小自动调节的能力,所以i YCNMHG分到200年,可再将达30%。无论从能很难通过计算确定循环状态。源安全还是环境要求来看,可再生能源将成为新能源在冷态试验中,通过观察,我们得出了正常的战略选择。循环状态的直观压力判据,如图5所示