循环流化床锅炉

§5-4循环流化床锅炉一、循环流化床的基本原理和工作特点(重点）二、循环流化床锅炉的构成和主要类型（一般了解）三、流态化的状态及特征四、循环流化床锅炉的燃烧特点和影响燃烧速度的因素五、循环流化床锅炉的设计要点流化床锅炉与煤粉炉和链条炉的主要区别是其处于流化状态下的燃烧过程。流化床技术最早应用于化学工业的气固两相反应，流化床的基本理论和实践大部分来自化学工业的成就，20世纪60年代后开始将流化床技术应用于煤的燃烧。流化床燃烧技术是洁净、高效的新一代燃煤技术。流化床技术经历了从鼓泡流化床到循环流化床的发展过程，鼓泡流化床是实现流化燃烧的鼻祖，但是，在进一步大型化等方面受到限制，因此，不适合于发电锅炉所要求的规模。循环流化床燃烧技术是以处于快速流化状态下的气－固流化床为基础的，具有易于大型化的特点，容量几乎可以像煤粉炉那样不受限制。世界上近千台流化床锅炉的成功运行 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明，该技术已经日益成熟。目前，国外的一些著名公司已完成了300MW和600MW的循环流化床锅炉的设计。一、循环流化床的基本原理和工作特点（一）循环流化床锅炉的炉内工作原理循环流化床燃煤锅炉基于循环流态化的原理组织煤的燃烧过程，以携带燃料的大量高温固体颗粒物料的循环燃烧为重要特征。炉膛内的颗粒物料处于携带速度和气力输送状态之间的流化区间，烟气速度大大高于鼓泡流化床，没有鼓泡流化床那样清晰的床层上表面，气泡不再存在，同时具有湍流流化和快速流化的特征，固体颗粒充满整个炉膛，处于悬浮并强烈掺混的燃烧方式。但与常规煤粉炉中发生的单纯悬浮燃烧过程比较，颗粒在循环流化床炉膛内的浓度远大于煤粉炉，但小于鼓泡流化床，并且存在显著的颗粒成团和床料的颗粒回混，颗粒与气体间的相对速度大，这一点显然与基于气力输送方式的煤粉悬浮燃烧过程完全不同。循环流化床燃煤锅炉的燃烧与烟风流程示意见图6－1。我国第一台超高压再热循环流化床锅炉—新乡火电厂440t/hCFB锅炉经过预热的一次风（流化风）通过风室由炉膛底部穿过布风板送入炉膛，炉膛内的固体处于快速流化状态，燃料在充满整个炉膛的惰性床料中燃烧；炉膛下部为颗粒浓度较大的密相区，上部为颗粒浓度较小的稀相区；较细小的颗粒被气流夹带飞出炉膛，并由飞灰分离装置收集，经回料管和反料器送回炉膛循环燃烧；燃料在燃烧系统内完成燃烧和高温烟气向管内工质的热量传递过程。烟气和未被分离器捕集的细颗粒排入尾部烟道，继续与受热面进行对流换热，最后排出锅炉。循环流化床锅炉炉内高速流动的烟气与其携带的湍流扰动极强的固体颗粒密切接触，燃料的燃烧过程发生在整个固体循环通道内。在这种燃烧方式下，燃烧室内，尤其是密相区的温度水平受到燃煤过程中的高温结渣和最佳脱硫温度的限制，必须维持在850℃左右。尽管温度较低，但由于炉内颗粒的浓度较大，炉内受热面的传热条件优于常规的煤粉锅炉。由于采用高温固体颗粒物料的循环燃烧方式，炉内温度分布十分均匀，炉内的热容量很大，因此循环流化床锅炉对燃料的适应性优于常规煤粉锅炉，燃烧效率也基本相当。（二）循环流化床锅炉的特点循环流化床锅炉独特的流体动力特性和结构使其具备有许多独特的优点。1、蓄热量极大，燃烧稳定，对燃料的适应性好这是循环流化床锅炉的主要优点之一。在循环流化床锅炉中按重量计，燃料仅占床料的1％～3％，其余是不可燃的固体颗粒，如脱硫剂、灰渣或砂子。循环流化床锅炉的特殊流体动力特性使得气一固和固一固混合非常良好，因此燃料进人炉膛后很快与大量床料混合，燃料被迅速加热至高于着火温度，而床层温度没有明显降低。只要燃料的热值大于加热燃料本身和燃烧所需的空气至着火温度所需的热量，上述特点就可以使得循环流化床锅炉不需辅助燃料而燃用任何燃料。循环流化床锅炉既可燃用优质煤，也可燃用各种劣质燃料，如高灰高硫煤、高水分煤、煤矸石以及油页岩、泥煤、石油焦、炉渣、树皮、垃圾等。2、燃烧效率高循环流化床锅炉的燃烧效率要比鼓泡流化床锅炉高，燃烧效率通常在97%～99%范围内，可与煤粉锅炉相媲美。循环流化床锅炉燃烧效率高是因为有下述特点：气一固混合良好；燃烧速率高，特别是对粗粒燃料；绝大部分未燃尽的燃料被再循环至炉膛。与鼓泡流化床锅炉不同，循环流化床锅炉能在较宽的运行变化范围内保持高的燃烧效率，甚至燃用细粉含量高的燃料时也是如此。3、低温燃烧，污染较轻这是由煤的灰渣变形温度所决定的，循环流化床锅炉的燃烧温度处于850－950℃的范围内，属于与传统煤燃烧方式完全不同的低温燃烧。流化床锅炉的低温燃烧特性，直接使得气体污染物NO和NO2的排放量大大减少（比煤粉炉减少50％以上），还可以在炉内采取分级燃烧等进一步降低NOx排放的技术措施，因此，一般无需烟气脱除氮氧化物的设备。由于燃烧温度较低，可以在床内直接添加石灰石脱硫剂，在燃烧过程中完成有效的脱硫。与煤粉炉炉内脱硫过程相比较，流化床内脱硫剂与烟气中的SO2间的反应环境十分有利于脱硫反应的进行，因此，可以在相对较低的钙硫摩尔比下，得到较高的脱硫效率（90％）。4、炉内传热强烈炉膛内受热面的传热系数高于常规煤粉炉，且不存在管外积灰污染问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 。5、锅炉占地面积小；6、负荷变化范围大，调节特性好；负荷调节范围为25％－100％。7、灰渣可以综合利用：用作制造水泥的掺合料和其他建筑材料的原料。（三）循环流化床锅炉尚存在的问题1、飞灰含碳量仍略高于煤粉炉；2、对分离器的效率、耐高温和耐磨性能要求高；3、烟风阻力较大，风机电耗高，噪声大；4、锅炉受热面磨损严重；5、燃烧控制系统比较复杂；6、N2O生成物高于煤粉炉。二、循环流化床锅炉的构成和主要类型（一）循环流化床锅炉的构成1、炉膛截面为矩形，其宽度一般为深度的2倍以上，下部为一倒锥型结构，底部为布风板。下部区域为密相区，颗粒浓度较大，是燃料发生着火和燃烧的主要区域，此区域的壁面上敷设耐热耐磨材料，并设置循环飞灰返料口、给煤口、排渣口等。上部为稀相区，颗粒浓度较小，壁面上主要布置水冷壁受热面，通常在炉膛上部空间布置屏式过热器，炉膛内维持微正压。一次风经床底的布风板送入床层内，二次风口布置在密相区和稀相区之间。炉膛出口布置飞灰分离器，烟气中90％以上的飞灰被分离下来，然后烟气进入尾部对流受热面。给煤经过机械或气力输送的方式送入炉膛，脱硫用的石灰石颗粒经单独的给料管采用气力输送的方式，或与给煤一起送入炉内，燃烧形成的灰渣经过布风板上的排渣口排出炉外。2、布风板位于炉膛燃烧室的底部，实际上是一个开有一定数量小孔的燃烧室底板，它将其下部的风室与炉膛隔开。一方面将固体颗粒限制在炉膛布风板上，并对固体颗粒（床料）起到支撑作用；另一方面保证一次风穿过布风板进入炉膛，达到对颗粒均匀流化。为满足均匀良好流化，布风板必须具有足够的阻力压降，一般占烟风系统总压降的30％左右。风帽布置在布风板上，是空气进入炉膛的通道。BB3、飞灰分离器飞灰分离器是保证循环流化床锅炉物料可靠循环的关键部件之一，布置在炉膛出口的烟气通道上。它将炉膛出口烟气携带的固体颗粒（灰粒、未燃尽的焦炭颗粒和未完全反应的脱硫吸收剂颗粒等）中的90％以上分离下来，再经过返料器送回炉膛进行循环燃烧，分离器性能的好坏直接影响燃烧与脱硫效率。分离器主要包括：旋风分离器、U型槽（槽型钢）分离器、百叶窗分离器、方形分离器等。其中旋风分离器应用最广、性能也最可靠。蒸汽冷却的旋风分离器方形分离器炉膛炉膛4、飞灰回送装置通常称返料器，主要作用是将分离下来的灰由压力较低的分离器出口输送到压力较高的炉膛，并防止炉膛的烟气反窜进入分离器。目前均采用基于气－固两相输送原理的返料装置，相当于一个小型鼓泡流化床。固体颗粒由分离器料腿进入返料器，返料风将固体颗粒流化并经返料管溢流进入炉膛。比较成熟的返料阀有H型阀、V型阀和J型阀。5、外部流化床热交换器并非循环流化床锅炉的必备部件，主要作用是为了控制床温。它将返料器中的一部分循环颗粒分流进入一个内置受热面的低速流化床中，冷却后的循环颗粒再经过返料器送入炉膛。6、底渣排放系统经冷渣器冷却的灰渣温度为150℃，回收了余热，节约能量。共同构成了循环流化床锅炉的——物料循环系统燃烧室分离器回料阀(二)、循环流化床锅炉的主要类型（1） 按分离器型式分类①、旋风分离型循环流化床锅炉②、惯性分离型循环流化床锅炉③、炉内卧式分离型循环流化床锅炉④、组合分离型循环流化床锅炉（2）按分离器工作温度①、高温分离型循环流化床锅炉②、中温分离型循环流化床锅炉③、低温分离型循环流化床锅炉（3）按有无外置式流化床换热器分类（4）按循环倍率分类循环物料量循环倍率（R）=————————给煤量①、高倍率循环流化床锅炉R>20②、中倍率循环流化床锅炉R=6-20③、低倍率循环流化床锅炉R=1-5（5）按锅炉燃烧室压力可分为常压和增压流化床锅炉。三、流态化的状态及特征1.流态化现象流体连续向上流过固体颗粒堆积的床层，在流体速度较低的情况下，固体颗粒静止不动，此时流体从颗粒之间的间隙流过，床层高度维持不变，成为固体床。在固体床内，固体物料的质量由炉排所承载。随着流体速度的增加，颗粒与颗粒之间克服了内摩擦而互相脱离接触，固体物料悬浮于流体之中。颗粒扣除浮力以后的质量完全由流体对它的曳力所支持，于是床层显示出相当不规则的运动。床层的空隙率增加了，床层出现膨胀，床层高度也随之升高，并且床层还呈现出类似于流体的一些性质。例如较轻的大物体可以悬浮在床层表面；床层的上界面保持基本水平；床层容器的底部侧壁开孔时，能形成孔口出流现象；不同床层高度的流化床连通时，床面会自动调整至同一水平面，这种现象就是固体流态化，这样的床层称为流化床。2.流化床的不同流型由于流体介质及其流过床层速度的不同，以及固体颗粒性质、尺度的差异，使得固体颗粒在流体中的悬浮状态不尽相同，因而形成各种不同类型的流态化状态，如图6-14所示。流体介质的不同，就有不同类型的流化现象。若以液体为流化介质，随着液体流速增加，固体颗粒会均匀分散地悬浮其间，这样的流化现象称为散式流态化。如果以气体作为流化介质，随气体流速增加，固体颗粒以各种非均匀的状态分布在流体中，称为聚式流态化。流化床燃煤锅炉涉及的都是气固两相的聚式流化床。气固两相的聚式流态化，由于气流速度的不同，也有各种不同的流型。当气流速度刚刚达到使得床层开始流化时，所对应的气流速度称为临界流化速度。当气体速度超过临界流化速度以后，超过部分的气体不再是均匀地流过颗粒床层，而是以气泡的形式经过床层逸出，这就是所谓的鼓泡流化床，或称鼓泡床。我国早期的鼓泡流化床锅炉当气流速度继续增加时，气泡破碎的作用加剧，使得鼓泡床内的气泡 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越来越小，气泡上升的速度也变慢了。床层的压力脉动幅度却变得越来越大，直到这些微小气泡与乳化相的界限已分不出来，床层的压力脉动幅度达到了极大值。于是床层进入了湍流流态化；并称为湍流流化床。如果进一步提高气流速度的话，气流携带颗粒量急剧增加，需要依靠连续加料或颗粒循环来不断补充物料，才不至于使床中颗粒被吹空，于是就形成了快速流化床。这时固体颗粒除了弥散于气流中之外，还集聚成大量颗粒团形式的絮状物。由于强烈的颗粒混返以及外部的物料循环，造成颗粒团不断解体，又不断重新形成，并向各个方向激烈运动，快速流化床不再像鼓泡流化床那样具有明显的界面，而是固体颗粒团充满整个上升段空间。快速流化床不但气速高，固体物料处理量大，而且具有特别好的气固接触条件和温度均匀性。快速流化床与气固分离器、回料器等一起组成了循环流化床。3.不正常的流化态（1）沟流锅炉在冷态试验和点火时，一次风风速在未达到临界流速时，空气流在料层中的分布是不均匀的，床料中颗粒相的分布及孔隙率也是不均匀的，在阻力小的地方气流速度较大，在阻力大的地方气流速度较小，这时大量的空气从阻力小的地方穿过料层而其他部位仍处于固定床状态，这种现象就称沟流。如果料层严重不均匀或布风板布置不合理，风帽局部堵塞，即使一次风超过临界风速，料层也会产生沟流。沟流一般分为贯穿沟流和局部沟流两种。贯穿沟流就是沟流穿过整个料层；局部沟流是沟流仅发生在料层局部高度，如图6-15所示。流化床内发生沟流，不仅使物料流化质量降低，料层容易结焦，而且影响炉内传热和燃烧的稳定性。产生沟流的主要原因：运行中，一次风速太低、料层太薄或严重不均以及炉床内结焦、给煤太湿、布风板设计不合理等。（2）节涌形成湍流流化床前，流化一次风主要是以“气泡”形成在料层中向上运动，在料层上部小气泡汇集成较大气泡，气泡尾部携带部分细小颗粒，相当于一个个稀疏流化气团；气泡周围的料层中也有较低速度的气体在流动，而颗粒浓度比气泡中稠密得多。若料层中的气泡分布不均匀或气泡过大，就会造成流化不正常。如果气泡过大或集中向上运动时，流化表面层就会形成较大起伏，锅炉运行就不稳定。如果料层中的气泡聚集汇合接近炉床宽度时（在小而深的床层中它们甚至会大得几乎充满床层的整个截面），料层就被分成几层，一层比较稠密的床料，一层稀疏床料的“空气”向上运动，当达到某一高度后崩裂，固体颗粒喷撒而下，这种现象称做节涌，如图6-14中节涌床所示。炉内发生节涌时，风压波动剧烈，燃烧不稳定，极易在断层下部结焦，若床内布置埋管，则会使埋管磨损加剧。四、循环流化床锅炉的燃烧特点和影响燃烧的因素4.1燃烧特点（一）炉内燃烧区域的燃烧特点1、 密相燃烧区域：布风板以上、二次风口以下。新鲜煤粒和循环灰被送入密相燃烧区，该区域的送风量占总风量的40％－80％，一般处于还原性气氛，所以，也称还原燃烧区。为了防止在还原性状态下金属管壁的腐蚀，布置在该区域的水冷壁管采用耐高温耐磨材料覆盖。2、 稀相燃烧区域：二次风以上，炉膛出口以下。颗粒掺混仍然很强烈，由于二次风的加入，此区域的煤处于氧化燃烧状态，大部分的煤燃尽过程发生在此区域。为了达到要求的炉膛出口烟温，该区域布置水冷壁受热面。有时在炉膛出口布置屏式过热器。3、 高温气固分离器部分可燃性气体（挥发分、CO等）和未燃尽的可燃物也会在此区域燃烧，但份额通常很小。（二）强化燃烧：床料中95％以上是灼热的惰性灰渣，可燃物在5％以下，床层内物料上下翻腾，掺混极为强烈，传热传质条件好，燃烧环境优越。（三）循环燃烧：颗粒多次循环，使未燃尽的颗粒处于反复循环的燃烧工况中，因此，燃料的燃尽率很高。（四）低温、低污染燃烧：床温处于最佳脱硫温度；低温燃烧，NOx的生成量少，但N2O的生成量较高。4.2影响燃烧的因素1、床温：一般控制在850－950℃左右。一方面，灰分不会发生软化，从而减少结渣的危险；另一方面，脱硫反应的最佳温度是835－850℃，温度过高，脱硫效率急剧降低。2、一、二次风的比例一次风主要起维持正常流化和下部密相区燃烧所需空气的作用。约占40－80％，其余为二次风。二次风作为燃尽风，位于炉膛下部密相区上边界附近，可以控制炉膛温度均匀分布。二次风的另一个重要作用是组织炉内的分级燃烧过程，控制氮氧化物的生成。当锅炉在较低负荷下运行，不投入二次风或投入很少量的二次风，随负荷的增加二次风所占比例增加。3、停留时间：是决定煤燃尽的一个重要参数。4、燃煤粒度：一般控制在0－8mm范围内。五、循环流化床锅炉的设计要点（一）主要热力参数的选择原则（二）炉膛内受热面布置与床层温度控制的关系（三）分离器及其布置（四）返料装置（一）主要热力参数和选择原则1、床温：850－950℃，稀相区可略高于密相区。2、锅炉截面热负荷和流化速度各种类型的燃煤锅炉的截面热负荷和容积热负荷值的推荐范围如表5－2所示。空截面速度u在4－10m/s之间。3、炉膛内的燃烧份额分布：密相区一般为0.4－0.7，一次风速越大，密相区的燃烧份额越小，稀相区为0.3－0.6。4、炉膛和后部受热面之间热量分配与煤种密切相关。一般若煤的发热量较低，其单位热量的烟气量较大，尾部受热面的吸热量增加，另一方面，对发热量较低的煤，为了使炉膛上部稀相区保持较高的温度，以利于飞灰的燃尽，在稀相区也不能布置过多的受热面，也必然要增加尾部对流受热面。通常尾部约占60％。反之，煤的发热量高，其单位热量的烟气量要少的多，燃烧室出口设计温度相应较低，燃烧室吸热份额较大，通常尾部占40％。5、一、二次风的配比：通常为50：50、65：35或60：40，且为了使二次风具有较高的穿透能力，二次风的风速较高，一般应100m/s。在启动阶段，二次风比例较小，随着负荷增加，二次风比例显著增加。6、一、二次风风温：由于煤的着火与燃烧条件优越，不需要较高的空气温度，一般设计为150－200℃。7、锅炉排烟温度：由于SO2和SO3含量降低，可采用较低的排烟温度。8、锅炉的通风平衡设计：炉膛区域为微正压，压力平衡点一般选在密相区和稀相区的分界处或炉膛出口处。炉膛开孔尽量减少。9、循环倍率及分离器效率与炉内传热、受热面的结构布置、燃烧特性、燃烧效率、脱硫率、磨损、分离器的布置等密切相关，仍停留在半经验基础上。BabcockR=10-20;LurgiR=40;PyroflowR=25-40;StudsivikR=3-7分离器效率：旋风分离器：0.95以上惯性分离器：0.6－0.8两级分离器：0.8－0.9卧式分离：0.9左右方形分离器：0.9以上10、煤种：广泛的煤种适应性。（二）、炉膛内受热面布置与床层温度控制的关系循环流化床锅炉炉内受热面的布置与床层温度的控制密切相关，在固体颗粒的循环燃烧回路中，必须由受热面吸收一定的热量，以控制所要求的温度范围。1、炉膛内受热面布置一般均不在炉膛的密相区内布置任何埋管受热面，而且在密相区水冷壁管上覆盖耐火耐磨材料。这类材料在满足耐热耐磨的条件下，应具有尽可能高的导热能力，但其吸热量还是有限的。在炉膛的上部需要布置裸露的受热面。在锅炉容量不大和参数也不高的情况下，炉膛内可以只在炉膛的壁面上布置蒸发受热面，也可以根据需要增加布置屏式受热面，受热面布置的数量取决于稀相区温度和炉膛出口温度控制的要求。一般情况下，燃料在炉膛内的烟气放热量与工质蒸发所需的吸热量能够基本匹配。与常规煤粉炉一样，随着循环流化床锅炉向高参数、大容量和再热机组发展，如何合理布置受热面成为一个十分突出的问题。随着锅炉容量和参数的提高，给水预热和过热吸热的份额增加，而蒸发份额则下降。炉内燃料燃烧放出的热量在满足了工质蒸发所需的吸热以外，还多余一部分热量；同时炉膛底部的还原燃烧区域壁面吸热量很有限。因此，为了弥补炉膛四周膜式受热面的不足和工质蒸发吸热减少，需要在炉内燃烧通道内增加一定数量的受热面，将加热给水、过热器、再热器等受热面的一部分或全部布置在炉膛上部壁面和空间以及燃烧通道内，以保证放热和吸热的平衡，使循环流化床炉膛内的温度控制在要求的范围内。2、床层温度控制的方式当锅炉的运行工况发生变化时（比如负荷、煤质），循环流化床锅炉采用改变炉内不同区段的受热面吸热量来控制相应区段所要求的温度。一般采取以下几种方式：（1）通过调节返料量来调节床内固体颗粒浓度，改变水冷壁的换热系数，改变炉内的吸热量来控制炉膛温度。（2）调节进入流化床换热器和直接返回炉内高温固体物料的比例，来有效地调节和控制床温。（三）、分离器及其布置分离器是维持循环流化床锅炉物料高温循环的关键部件之一。大多采用高温旋风分离器。（四）、返料装置返料器是关系到锅炉燃烧效率和运行调节的一个重要条件，其工作的可靠性对循环流化床锅炉的正常运行有直接的影响。一般循环流化床锅炉的循环倍率为5－20，数倍至几十倍于给煤量的返料灰，需要经过分离器返回燃烧室再次燃烧。同时，运行中循环倍率的大小也依靠返料器来调节。在有些设计中将给煤口和石灰石给料口设置在返料器的出口段上，与高温返料灰一起送入炉膛内。返料器均基于流态化的原理，实际上是一个小型的鼓泡流化床，其中的物料在风量的控制下处于连续定向流动状态，并在较高的温度下工作。因此，维持返料器中良好的颗粒物料流化是保证颗粒顺利返回炉膛的必要条件。通常采用的典型返料器如图5－15所示。返料器的底部为常规设计的布风板，为了造成物料的定向稳定流动，布风板下划分为若干个可以控制配风量的风室。或者将布风板上各个风帽小孔的直径设计成不同的尺寸，孔径大的风帽安装在返料侧，孔径小的风帽安装在下料立管侧，以确保返料通畅和可控。返料器的设计对锅炉容量的增大不敏感，主要是合理布置大容量循环流化床锅炉返料器的数量。由于锅炉容量增大，循环物料也相对增加，因此，若不增加返料器的数量，将会大幅度增加每个返料器的返料量，使得较大炉膛截面中循环物料负荷分布不均匀，容易造成超温结焦，以及燃烧不良等问题，在低负荷时尤为突出。