¿Cuántas etapas incluye el proceso de formación de lecho fluidizado circulante?

Las calderas de lecho fluidizado circulante se desarrollan sobre la base de las calderas de lecho fluidizado (hornos de lavado), por lo que algunas teorías y conceptos de lechos burbujeantes se pueden utilizar en las calderas de lecho fluidizado circulante. Pero hay una gran diferencia. Las primeras calderas de lecho fluidizado circulante tenían velocidades de fluidización relativamente altas, por lo que se las llamó calderas de lecho circulante de circulación rápida. La teoría básica de los lechos rápidos también se puede aplicar a calderas de lecho fluidizado circulante. Las teorías básicas de los lechos burbujeantes y los lechos rápidos se han estudiado durante mucho tiempo y se ha formado una determinada teoría. Para comprender los principios de las calderas de lecho fluidizado circulante, es necesario comprender las teorías del lecho burbujeante y del lecho rápido, así como las características dinámicas, de combustión y de transferencia de calor de los materiales en diversos estados, desde lecho burbujeante → lecho turbulento → lecho rápido. .

1. Fluidización:

Cuando el fluido pasa a través de partículas sólidas, a medida que la velocidad del fluido aumenta gradualmente, las partículas sólidas comienzan a moverse y la fricción entre las partículas sólidas también se vuelve cada vez mayor cuando el caudal alcanza un cierto nivel. Cuando el valor es alto, la fricción entre las partículas sólidas es igual a su gravedad, cada partícula puede moverse libremente y todas las partículas sólidas exhiben un estado fluido, un fenómeno llamado fluidización.

Para las partículas sólidas fluidizadas líquido-sólido, las partículas se distribuyen uniformemente en el lecho, lo que se denomina fluidización "dispersa". Para las partículas sólidas fluidizadas con gas sólido, el gas no fluye uniformemente a través del lecho y las partículas sólidas se dividen en grupos para el movimiento turbulento. La proporción de vacíos en el lecho cambia con la ubicación y el tiempo. Este flujo de fluidización se denomina fluidización de "polímero". . Las calderas de lecho fluidizado circulante pertenecen a la fluidización "polímera".

Las partículas sólidas (material del lecho), el fluido (viento fluidizante) y los equipos que completan el proceso de fluidización se denominan lechos fluidizados.

2. Velocidad crítica de fluidización

1. Para un lecho compuesto por partículas de tamaño uniforme, cuando el caudal de gas que pasa a través del lecho fijo es muy bajo, a medida que aumenta la velocidad del viento, la caída de presión del lecho aumenta proporcionalmente. y cuando la velocidad del viento alcanza un cierto valor, la caída de presión de la cama alcanza el valor máximo, que es ligeramente mayor que la presión estática de la cama. Si la velocidad del viento continúa aumentando, la cama fija se desbloqueará repentinamente y la caída de presión de la cama. caer a la presión estática de la cama. Si el lecho está compuesto de partículas ampliamente filtradas, sus características son: antes de que las partículas grandes se muevan, las partículas pequeñas en el lecho se han fluidizado parcialmente y el fenómeno de desbloqueo del lecho que cambia de un lecho fijo a un lecho fluidizado no es obvio. A menudo se produce el fenómeno de la fluidización estratificada. La velocidad mínima requerida para que el lecho de partículas cambie de un estado estático a un estado fluidizado se denomina velocidad crítica de fluidización. A medida que aumenta aún más la velocidad del viento, la caída de presión del lecho casi permanece sin cambios. La velocidad general del viento de fluidización de las calderas de lecho fluidizado circulante es de 2 a 3 veces la velocidad de fluidización crítica.

2. Factores que afectan la velocidad crítica de fluidización:

(1) El espesor de la capa de material tiene poco efecto sobre la velocidad crítica del flujo.

(2) A medida que aumenta el diámetro de material promedio equivalente de la capa de material, aumenta el caudal crítico.

(3) Cuando aumenta la densidad de las partículas sólidas, aumenta el caudal crítico.

(3) Cuando la viscosidad cinemática del fluido aumenta, el caudal crítico disminuye: por ejemplo, cuando la temperatura del lecho aumenta, el caudal crítico disminuye. La relación entre la temperatura del lecho y el caudal crítico se muestra en la figura.

Sección 2 Principio de funcionamiento de la caldera de lecho fluidizado circulante

1. Proceso de fluidización

Como se muestra en la figura, las partículas sólidas aumentan con la velocidad del flujo de aire. Hay cinco estados de flujo diferentes: lecho fijo, lecho fluidizado de flujo turbulento (turbulento), lecho fluidizado rápido y transporte neumático. El lecho fluidizado circulante se encuentra en las etapas de lecho fluidizado de flujo turbulento (turbulento) y lecho fluidizado rápido.

Lecho fijo: en este estado, el flujo de aire fluye a través de los espacios entre las partículas y todas las partículas sólidas están en un estado estacionario.

Lecho fluidizado de burbujas: cuando la velocidad del flujo de aire alcanza un cierto valor, el lecho estático comienza a aflojarse. Cuando la velocidad del flujo de aire excede la velocidad crítica del viento de fluidización, aparecerán burbujas en la capa de material y continuarán. suben y también se acumulan en burbujas más grandes que atraviesan la capa de material y estallan. Toda la capa de material se encuentra en estado de ebullición. Hay una interfaz obvia en el lecho fluidizado burbujeante, y la parte superior es la zona de fase diluida, que incluye el área desde la superficie del lecho hasta la salida del lecho fluidizado, que también se denomina espacio libre o sección suspendida. La parte inferior es el área de la fase densa, también llamada sección de ebullición.

Lecho fluidizado de flujo turbulento (turbulento): a medida que la velocidad del flujo de aire continúa aumentando hasta un cierto valor, las partículas sólidas comienzan a fluir, la interfaz del lecho desaparece gradualmente y las partículas sólidas se eliminan continuamente en la forma de grupos de partículas se mueve hacia arriba y hacia abajo, produciendo un alto grado de retromezcla. La velocidad del flujo de aire en este momento es la velocidad terminal del material del lecho.

Lecho fluidizado rápido: cuando la velocidad del flujo de aire aumenta aún más, el flujo de aire extrae uniformemente las partículas sólidas del lecho.

En este momento, la velocidad del flujo de aire es mayor que la velocidad terminal de las partículas sólidas y la concentración de partículas en el lecho es básicamente igual. La concentración de partículas en el lecho se diluye en la parte superior y se concentra en el fondo. La sección ascendente del lecho fluidizado circulante es un lecho fluidizado rápido. La característica principal de la fluidización rápida es que la caída de presión del lecho se utiliza para suspender, transportar y acelerar partículas, y la caída de presión del lecho por unidad de altura permanece sin cambios a lo largo de la altura del lecho.

Transporte neumático: dividido en transporte neumático de fase densa y transporte neumático de fase diluida. Para el primero, la concentración de partículas en el lecho se vuelve más delgada y se distribuye uniformemente hacia arriba y hacia abajo, y la caída de presión del lecho por unidad de altura permanece sin cambios a lo largo de la altura del lecho. Al aumentar la velocidad del flujo de aire, la caída de presión del lecho disminuye. Para este último, a medida que aumenta la velocidad del aire, aumenta la caída de presión del lecho. Las características típicas del transporte neumático en fase densa son: la caída de presión del lecho se utiliza para transportar partículas y superar la fricción entre el gas, el sólido y la pared. La caída de presión del lecho en el transporte neumático en fase diluida está dominada principalmente por la caída de presión por fricción.

Se puede ver en la clasificación de combustión anterior que el horno de parrilla de cadena utiliza un método de combustión de lecho fijo, mientras que el horno de carbón pulverizado utiliza el método de combustión en suspensión de fase más diluida.

2. Características del lecho fluidizado circulante:

La estructura de una caldera de lecho fluidizado circulante típica es la que se muestra en la figura. Su proceso básico es: después de alimentar el carbón y el agente desulfurador. En el horno, son rápidamente rodeados por una gran cantidad de materiales inertes de alta temperatura, se enciende y arde, y simultáneamente sufre una reacción de desulfuración y se mueve a la parte superior del horno bajo la acción del flujo ascendente de gases de combustión. Libera calor a la pared enfriada por agua y otras superficies de calentamiento dispuestas en el horno. Después de que las partículas gruesas ingresan al área suspendida, se desvían del flujo de aire principal bajo la acción de la gravedad y la fuerza externa, y luego se adhieren a la pared y fluyen hacia abajo. Después de salir del horno, la mezcla de gas y sólido ingresa al separador ciclónico de alta temperatura, donde una gran cantidad de partículas sólidas (partículas de carbón, desulfurador) se separan y regresan al horno para una combustión cíclica. Las partículas finas no separadas ingresan al conducto de escape con los gases de combustión para calentar el sobrecalentador, el economizador y el precalentador de aire, y se descargan a la atmósfera a través del colector de polvo.

1. Combustión controlada por potencia a baja temperatura: dado que el nivel de temperatura de combustión del lecho fluidizado circulante es relativamente bajo, generalmente entre 850 y 900 °C, la reacción de combustión se controla en la zona de combustión de potencia. y hay una gran cantidad de partículas sólidas Mezcla intensa, la velocidad de combustión en este caso depende principalmente de la velocidad de la reacción química, es decir, el nivel de temperatura, y los factores físicos ya no son el factor dominante en el control de la velocidad de combustión. El grado de combustión de la combustión en lecho fluidizado circulante es muy alto y su eficiencia de combustión a menudo puede alcanzar más del 98% -99%.

2. Proceso de ciclo de fluidización de material sólido de alta velocidad, alta concentración y alto flujo: los materiales en la caldera de lecho fluidizado circulante participan en la circulación interna dentro del horno y son separados por el horno y el separador. y retorno Todo el proceso de combustión y el proceso de desulfuración se completan gradualmente en los dos ciclos de circulación externa compuestos por el dispositivo material.

3. Proceso de transferencia de calor, masa y momento de alta intensidad: en la caldera de lecho fluidizado circulante, el volumen de circulación del material en el horno se puede cambiar artificialmente para adaptarse a diferentes condiciones de combustión.

El sistema de separación de materiales es una característica estructural de la caldera de lecho fluidizado circulante. Una gran cantidad de materiales participan en la circulación para realizar el proceso de combustión controlada en todo el horno. Esta es la característica fundamental del sistema de separación de materiales. caldera de lecho fluidizado que la distingue de la caldera de lecho fluidizado burbujeante porque la combustión en una caldera de lecho fluidizado burbujeante se produce principalmente dentro del lecho. Por lo tanto, las tres condiciones que se deben cumplir para la combustión de una caldera de lecho fluido circulante son: (1) Se debe garantizar una cierta velocidad del fluido y el tamaño de las partículas del material debe ser apropiado para que el lecho esté en un área de flujo rápido. (2) Debe haber suficiente separación de materiales. (3) Debe haber devolución de material y medidas adecuadas para mantener el equilibrio de materiales.