Una revisión histórica del desarrollo de la tecnología de combustión en lecho fluidizado circulante
El separador es un componente clave del circuito de circulación principal. Su función es completar la separación gas-sólido del flujo de aire que contiene polvo y devolver los materiales recolectados al horno para lograr el equilibrio de cenizas y calor. Garantizar la eficiencia de la combustión en el horno estable y eficiente. En cierto sentido, el rendimiento de la caldera CFB depende del rendimiento del separador, por lo que el desarrollo de los separadores con tecnología de lecho circulante ha pasado por tres generaciones de desarrollo. Los diferentes diseños de separadores marcan el proceso de desarrollo de la tecnología de combustión CFB. La empresa alemana Lurgi desarrolló anteriormente calderas CFB, utilizando separadores ciclónicos adiabáticos de alta temperatura con materiales aislantes térmicos, refractarios y resistentes al desgaste [1]. La temperatura de los gases de combustión en la entrada del separador es de aproximadamente 850°C. La caldera de lecho fluidizado circulante con un separador ciclónico adiabático como separador se denomina caldera de lecho fluidizado circulante de primera generación y se ha comercializado. Calderas de lecho fluidizado circulante diseñadas y fabricadas por Lurgi, Aherstrom, Stein, ABB-CE, AEE, EVT, etc. Todas las tecnologías que transfieren adoptan esta forma.
Este tipo de separador tiene un buen rendimiento de separación y la caldera de lecho fluidizado circulante que utiliza este tipo de separador tiene un alto rendimiento. Sin embargo, este tipo de separador también tiene algunos problemas, principalmente porque el ciclón es voluminoso, por lo que consume mucho acero, el costo de la caldera es alto, ocupa un área grande, el revestimiento del ciclón es grueso, requiere materiales altamente refractarios y mampostería, y el consumo es alto, alto costo, tiempo de arranque prolongado, fácil de fallar durante la operación; sistemas complejos de sellado y expansión, especialmente cuando se quema carbón con baja volatilidad o poca actividad, la temperatura del material separado aumentará; debido a la combustión en el ciclón, lo que provocará que el ciclón o la válvula de retorno de la tubería de retorno se sobrecalienten. Estos problemas son más prominentes bajo las condiciones reales de producción de China.
La tecnología de separación a temperatura media del fluido en circulación alivia hasta cierto punto el problema de los ciclones de alta temperatura. Una gran cantidad de superficies de calentamiento están dispuestas en la parte superior del horno, lo que reduce la temperatura y el volumen de los gases de combustión en la entrada del ciclón. El volumen y el peso del ciclón se reducen, lo que supera las deficiencias del adiabático. tecnología ciclónica hasta cierto punto y mejora su fiabilidad operativa. El sobrecalentador y el economizador de alta temperatura están dispuestos en la parte superior del horno y requieren una disposición de torre. Por lo tanto, el horno es más alto, la cantidad de acero utilizada es grande y el costo de la caldera aumenta. Al mismo tiempo, sus emisiones de CO y sus problemas de mantenimiento también limitan en cierta medida el desarrollo de esta tecnología. Para mantener las ventajas de las calderas de lecho fluidizado circulante con ciclón adiabático y superar eficazmente las desventajas de este tipo de caldera, Foster Wheeler Company ha diseñado un separador ciclónico de enfriamiento de agua (vapor) ejemplar. La caldera de lecho fluidizado circulante con separador de enfriamiento de agua (vapor) se llama caldera de lecho fluidizado circulante de segunda generación.
La carcasa del separador está hecha de tubos doblados y soldados enfriados por agua o vapor. La capa aislante de alta temperatura del separador ciclónico adiabático se elimina y se reemplaza por una superficie curva hecha de calefacción. La superficie y su interior están cubiertos con pasadores y están recubiertos con una fina capa de material moldeable resistente al desgaste a altas temperaturas, y el exterior de la carcasa está cubierto con un cierto espesor de capa aislante. El separador ciclónico frío de agua (vapor) puede absorber parte del calor, de modo que la temperatura de los materiales en el separador no aumente o incluso disminuya ligeramente. Al mismo tiempo, resuelve eficazmente el problema antidesgaste en el interior del separador. El separador ciclónico. La caldera de lecho fluidizado circulante puesta en funcionamiento por la empresa nunca ha tenido problemas de coquización en el sistema de retorno y desgaste del ciclón, lo que demuestra plenamente su superioridad. De esta manera, se pueden seguir ejerciendo las ventajas del lecho circulante de separación ciclónica adiabática de alta temperatura, mientras que las desventajas se superan básicamente.
Por supuesto, ningún diseño puede ser perfecto. El separador ciclónico frío de agua (vapor) FW tiene problemas de tecnología de fabricación y costos de producción, lo que reduce su competitividad comercial y tiene una versatilidad y un valor de promoción limitados. Al mismo tiempo, la estructura del separador no es esencialmente diferente de la de un separador ciclónico adiabático de alta temperatura, por lo que la estructura de la caldera aún no ha vuelto a la forma perfecta de una caldera tradicional. Las grandes juntas de expansión previstas para la expansión térmica de todos los componentes se han convertido en el eslabón más débil de este tipo de horno y los accidentes por daños ocurren con frecuencia (consulte la sección 15 operadores de conferencias internacionales de FBC). Por lo tanto, ajustar la forma del separador para mejorar aún más la compacidad y la confiabilidad se ha convertido en la clave para el desarrollo de la tecnología de combustión en lecho fluidizado circulante. Para superar los problemas estructurales y los altos costos de fabricación de las calderas ciclónicas enfriadas por vapor, la empresa finlandesa Aherstrom propuso creativamente el concepto de diseño de Pyroflow Compact.
Las calderas de lecho circulante compactas Pyroflow utilizan separadores cuadrados con su tecnología patentada única. El mecanismo de separación del separador es básicamente el mismo que el del separador ciclónico circular. La carcasa todavía adopta el tipo de pared del tubo de enfriamiento de agua (vapor) FW, pero el cuerpo del cilindro es único debido a su estructura plana. Esta es la caldera de lecho fluidizado circulante de tercera generación. La mayor diferencia entre esta y las calderas de lecho fluidizado circulante convencionales es el uso de un dispositivo de separación gas-sólido cuadrado. La pared del separador es parte del sistema de circulación de agua de la pared del horno, por lo que no hay conexión de expansión térmica con el horno. Al mismo tiempo, el separador cuadrado se puede colocar cerca del horno, lo que reduce en gran medida el volumen de toda la caldera de lecho circulante y hace que la disposición sea muy compacta. Basándose en la exitosa experiencia antidesgaste de los separadores ciclónicos enfriados por vapor, se coloca una fina capa de material refractario sobre la superficie enfriada por agua del separador cuadrado, haciendo que el separador forme parte de la superficie de calentamiento y proporcionando las condiciones para un rápido arranque y parada de la caldera.