循环流化床燃煤锅炉.ppt

第五章循环流化床(CFB)燃煤锅炉,5.1CFB锅炉的基本原理和特点5.2CFB锅炉的构成和类型5.3CFB燃烧与污染控制5.4CFB锅炉的传热5.5CFB锅炉燃烧产物和热效率计算,5.6CFB锅炉的设计特点5.7CFB锅炉的运行控制特点5.8CFB锅炉的主要辅机设备及其特点5.9CFB锅炉脱硫灰渣的特性和综合利用补充：循环流化床锅炉发展现状,5.1CFB锅炉的基本原理和特点,一、流态化描述及其性质二、循环流化床燃烧原理三、循环流化床锅炉的主要优点四、循环流化床锅炉的存在问题,返回,一、流态化描述及其性质,当气体自下而上穿过固体颗粒组成的床层时，床层将依气体流速的不断增大，依次经历固定床、鼓泡流态化、湍流流态化、快速流态化及气力输送状态。,返回,（一）最小流化速度和鼓泡流化床阶段,最小流化速度也叫临界流化速度，是床层从固定床转变到流化床的气体流速。此时，流体流过床层的压降与单位床截面上床层颗粒质量相等，即床层颗粒全部由向上流过的气体的升举力所承托。处于流态化的床层可以像流体一样具有流动性。,最小流化速度可以根据有关理论公式计算，也可根据实际测量得到公式方法有多种，最常用的是根据Ergun公式来确定：Ergun根据大量实验得出了固定床压降经验关联式，在由固定床向流化床转变的临界点，该公式仍然适用。另外，在临界流化状态时根据受力分析床层压降应该等于床层重量，两式联立可以解出临界流化速度。,在公式中需要确定床层的临界孔隙率，该值可通过实验方法确定。对于宽筛分颗粒，在公式中的粒径采用平均粒径。,如由实验方法确定，需要做出固定床压降与气体流速的关系。对于单一粒径颗粒组成的床层，其最小流化速度的确定如图所示对于宽筛分颗粒组成的床层，床层压降随气体流速的变化关系与单一粒径颗粒时有所差别，此时临界流化速度确定方法见图。,当气体流速大于最小流化速度时，床层进入鼓泡流态化阶段。床内有气泡相和乳化相两种形态。高于最小流化的那部分气体以气泡的形式通过床层，床层的平均孔隙率增大。气速越高，气泡造成的床层扰动也越强烈，床层压降波动加剧，床层表面起伏明显。在鼓泡流化床状态中，气泡的存在对床内的气固两相流体动力学特性、传热传质特性以及化学反应特性具有直接的影响。研究气泡的形状、尺寸、上升速度、气泡的生成速度以及稳定性等对研究流化床反应装置的工作特性具有非常重要的意义。鼓泡流化床锅炉、循环流化床锅炉中的外置式换热器均工作在鼓泡流化床状态下。,返回,（二）湍流流化床阶段,在床层进入鼓泡流化床状态后，如果继续增加气体流速到某一值后，床层进入湍流流态化阶段。此时，床内气泡直径较小，数量较多，气泡边界较为模糊或不规则。在湍流流态化阶段，气固混合与接触比鼓泡流化床更强烈，流化质量更好，床层表面起伏较小。鼓泡流化床与湍流流化床的界限划分并不是很明确。,返回,（三）快速流化床阶段,对于细颗粒流化床（颗粒均径在20-100微米，气固密度差小于1400kg/m3），当气速继续增加到颗粒终端（沉降）速度后，湍流流态化会进一步发展进入快速流态化阶段。颗粒在静止流体中以初速度为0做自由下落，当下落速度增至某一数值时，颗粒所受重力、阻力和浮力之间达到平衡，此后颗粒以允速向下运动，该速度便称为颗粒沉降速度。若颗粒处于垂直向上气流中，当流速等于颗粒沉降速度时颗粒处于悬浮状态，若流速大于颗粒沉降速度，颗粒将被气流携带向上运动。颗粒沉降速度可通过实验或经验公式确定。,在快速流态化阶段，颗粒带出量大增，必须连续不断地向床层底部补充与带出速率相同质量的颗粒，才能形成稳定的快速流态化状态。在快速流态化状态，密相区与稀相区床层界面不再明晰。由鼓泡床中的固相为连续相、气泡为离散相变为气相为连续相，以絮状结构存在的颗粒团为离散相。,快速流态化中床上部的固体颗粒浓度相比鼓泡床大大增加，因此提高了上部空间的利用效率，对反应装置的大型化带来了很大的优势。处于快速流态化状态下的流化床也称循环流化床。实现快速流态化必须满足三个条件：运行风速大于颗粒的终端沉降速度；有足够大的颗粒循环速率；有合适的颗粒物性和床层结构。,返回,（四）气力输送阶段,气力输送状态的产生条件从气流速度上与快速流态化状态没有本质的差别，都是大于颗粒的终端沉降速度。两者产生条件的差别在于床层底部的颗粒存料量及物料循环量。如果颗粒底部的存料量较多、物料循环量较大，则处于快速流态化状态；如果没有存料量、物料循环量较小，进入床层的颗粒全部被带走，则处于气力输送状态。但颗粒在床内的运动状态，两者截然不同。快速流态化中，絮状颗粒团不断的在生成和破坏，颗粒的返混量很大，气固之间有很高的气固滑移速度；气力输送状态时，颗粒几乎没有返混，气固之间的两相滑移速度也几乎为零。,返回,二、循环流化床燃烧原理,燃料在处于循环流化床状态下的燃烧称为循环流化床燃烧，其主要特征为携带燃料的大量高温固体颗粒物料边循环流动边燃烧。采用循环流化床燃烧方式的锅炉称为循环流化床锅炉，其燃烧系统结构如图所示。,主要由惰性固体颗粒组成的物料在气流的作用下在炉膛内处于快速流态化状态，并进行燃烧；被带出炉膛的颗粒绝大部分被分离器分离下来，经由回料机构返回炉膛底部，其中的可燃部分继续燃烧；烟气从分离器出来后进入尾部对流换热面,返回,三、循环流化床锅炉的主要优点,CFB锅炉的主要优点包括燃料适应性好、燃烧效率高、流化床内的传热过程强度高、容易实现低污染燃烧、锅炉设备占地面积少、负荷调节性能好、灰渣综合利用性能好等。,返回,1）燃料适应性好。炉料中95%左右为惰性颗粒，如灰渣或石英砂，只有5%左右为可燃的燃料。因此，炉膛蓄热量大，燃料的燃烧条件好，对燃料种类的适应性好。可以使用劣质煤、煤矸石、油页岩、石油焦、生物质以及各种垃圾等燃料。循环流化床锅炉燃料适应性好的特点是相对的。根据某一特定燃料设计的锅炉也并不能高效地去燃用其它性质相差较大的燃料。,返回,2）燃烧效率高。大量高温惰性床料再加上一次未燃尽燃料的循环燃烧，使得锅炉燃烧效率很高，可达99%以上。与煤粉炉相当，高于鼓泡床锅炉。,返回,（3）流化床内的传热过程强度较高。一般在150-450w/(m2.K)范围内，这使得炉内的传热面积可以减少。但由于磨损的问题，一般受热面的金属消耗量并不比同容量的煤粉锅炉低，甚至还要略高。,返回,（4）容易实现低污染燃烧。炉内燃烧温度一般为850-950度左右，处于低温燃烧状态，因此有利于燃烧污染物的控制。相比传统煤粉炉的高温燃烧，较低的燃烧温度加上分级燃烧的组织可以减少氮氧化物排放的一半以上。低温燃烧的条件适合直接在炉内添加石灰石脱硫剂，从而实现了燃烧过程中的脱硫。相比煤粉炉的尾部烟气脱硫，设备投资、运行费用及运行管理等都要好的多。,返回,（5）锅炉设备占地面积少。由于流化床锅炉对燃料粒径的要求为0-13mm范围，因此不需要煤粉炉那样庞大的制粉系统。另外也不需要单独的脱硫系统，因此占地面积相对较少。,返回,（6）负荷变化范围大，锅炉调节特性好。由于炉内具有很大的蓄热量，因此锅炉可以通过调整燃煤量、送风量、飞灰循环量和床层厚度等措施在较低的负荷下实现稳定的运行。,返回,（7）流化床锅炉的灰渣综合利用性能好。因为该炉渣是低温烧透得到的，炉渣活性好，可以用来做建筑材料。,返回,四、循环流化床锅炉的存在问题,（1）飞灰含碳量仍比煤粉炉要高。（2）对固体颗粒分离设备的效率、耐高温以及耐磨性能要求较高（3）锅炉系统烟风阻力较大，一次风的压头要求较高，需要采用高压风机，因此厂用电消耗量较高。（4）锅炉受热面磨损严重，影响了锅炉运行的安全性和可靠性。（5）燃烧控制系统比较复杂，运行技术也与煤粉炉有很大的差别。（6）燃烧过程中的N2O生成量较高。,返回,5.2CFB锅炉的构成和类型,一、循环流化床锅炉的构成二、循环流化床锅炉的类型,返回,一、循环流化床锅炉的构成,典型的带外置换热器的循环流化床锅炉系统构成如图所示。循环流化床锅炉与常规煤粉炉相比，差别在于燃烧系统部分，尾部对流受热面部分基本相同。循环流化床锅炉的燃烧系统包括炉膛、布风板、气固分离装置、飞灰回送装置等，有的炉型还包括外部流化床换热器。,返回,1、燃烧室（炉膛）,燃烧室是燃料燃烧的主要区域，该空间按照物料浓度高低可分为两部分，下部分为颗粒浓度较高的密相区，上部分为颗粒浓度较低的稀相区。密相区区域设置飞灰回送返料口、给煤口、排渣口等，同时也布置部分受热面。稀相区区域布置有二次风口、炉膛出口等，同时主要布置水冷壁受热面以及屏式过热蒸汽受热面。,返回,2、布风板,布风板位于燃烧室的底部，将下部的风室与炉膛隔开。目前一般布风板均采用水冷布风板。布风板的作用主要有两个：一是对固体颗粒物料起支撑作用；二是通过它所具有的阻力来均布进入炉膛的一次风，从而使得床内的固体颗粒能得到均匀的流化。,返回,3、飞灰分离器,飞灰分离器是实现循环流化床燃烧的关键部件，可以将炉膛出口烟气流携带的固体颗粒中的绝大部分（95%）分离下来，再通过返料器回送回炉膛内。常用的是旋风分离器，其它还有U型槽以及百叶窗等类型惯性分离器。,返回,4、飞灰回送装置,也叫返料器，需要将分离下来的固体颗粒从压力较低的分离器出口送回压力较高的炉膛内，并且同时防止燃烧室内的烟气反串进入分离器中，这主要靠料腿内足够高度的物料来实现。另外返料器还需要能根据需要调整进入床内的返料量。为了保证返料阀能在高温下正常工作，一般均采用非机械阀，靠松动风和流化空气来实现物料的回送和流量调整。常用的是流化密封阀，其它还有L阀、J阀等。,返回,5、外部流化床热交换器(EHE),对于Lurgi炉型，一般都带有外置式换热器，主要作用是控制回送入燃烧室内物料的温度，因此实现控制炉膛温度的作用。外置式换热器本质上是一个鼓泡流化床热交换器，可以通过控制进入外置换热器的物料的流量来控制床温。,返回,二、循环流化床锅炉的类型,1、按所采用的分离器类型分类2、按分离器的工作温度分类3、按有无外置式换热器分类4、按固体颗粒物料的循环倍率分类,返回,1、按所采用的分离器类型分类,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）炉内漩涡性分离型循环流化床锅炉5）组合分离型循环流化床锅炉目前得到广泛应用的主要是前两种类型及组合分离型,返回,2、按分离器的工作温度分类,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（适合鼓泡床）4）组合分离型循环流化床锅炉（两级分离）目前一般采用的是高温分离型，如Lurgi公司产品，Ahltrom公司的pyroflow型锅炉。德国Babcock公司的Circofluid型为中温分离型锅炉，分离器出口温度为450度左右。,德国Babcock公司的Circofluid型为中温分离型锅炉,返回,3、按有无外置式换热器分类,1）有外置式换热器循环流化床锅炉2）无外置式换热器循环流化床锅炉,返回,4、按固体颗粒物料的循环倍率分类,1）低倍率循环流化床锅炉，物料循环倍率为1-52）中倍率循环流化床锅炉，物料循环倍率为6-203）高倍率循环流化床锅炉，物料循环倍率为20-40,物料循环倍率定义为：,对循环流化床锅炉，随循环倍率的增加，燃烧和脱硫效率会增加。但同时锅炉动力消耗及磨损也随之增加。国外循环流化床锅炉一般采用较高循环倍率，主要和使用的燃料性质及提高脱硫效率有关。,返回,5.3CFB燃烧与污染控制,一、循环流化床燃烧的特点二、循环流化床中煤的燃烧机理三、影响流化床内煤燃烧过程的因素四、流化床锅炉燃烧的污染物控制,返回,一、循环流化床燃烧的特点,在循环流化床锅炉中，对带高温分离器的炉型，煤的燃烧发生在密相区、稀相区以及高温分离器中。其中密相区由于一次风量一般仅占总风量的40-80%，进行的是还原燃烧；在稀相区氧气比较充分，处于氧化燃烧阶段；在高温气固分离器内，由于氧气浓度较低，因此只是部分可燃性气体和分离下来的细灰中的可燃物在此燃烧，燃烧份额通常较小。相比煤粉炉的燃烧，循环流化床锅炉的燃烧具有强化燃烧、循环燃烧和低温低污染燃烧的特点。,返回,二、循环流化床中煤的燃烧机理,煤颗粒的燃烧一般要经过加热升温、释放水分、挥发分析出及燃烧、焦炭颗粒的燃烧等过程。在流化床锅炉中，由于物料的返混非常强烈，因此，煤颗粒燃烧的各个阶段在燃烧室内各处交替进行，同时发生。不像煤粉炉或层燃炉那样能划分出比较明显的不同反应区域。,返回,三、影响流化床内煤燃烧过程的因素,1、床温。理论上床温越高，煤的燃烧反应速度越快。但床温太高会影响脱硫剂的脱硫反应效果，增加热力型氮氧化物生成，并且也会使灰分发生软化，从而增加床层结渣的危险。因此，一般流化床燃烧温度选定为850-900度左右。2、通过控制锅炉一二次风的比例，不但可以控制炉膛内高度上温度的均匀程度，而且也可以降低氮氧化物的生成量。3、停留时间。炉膛高度的增加对延长停留时间是有利的。另外，循环流化床锅炉通过实现循环燃烧增加了颗粒的停留时间，也提高了燃烧效率。4、流化床锅炉对燃煤颗粒的粒径分布具有一定的要求，一般在0-8mm范围内，具体要求和煤种及锅炉设计有关。颗粒太细或太粗都不好。5、另外，流化风速与循环倍率、煤的特性、锅炉负荷、床料中惰性粒子的尺寸、布风装置的设计和流化质量、给煤方式等都将会对流化床的燃烧产生影响。,返回,四、流化床锅炉燃烧的污染物控制,影响脱硫效率的因素主要包括钙硫摩尔比（Ca/S)、床层温度、脱硫剂的性能及石灰石颗粒的粒径等。,影响脱氮效率的因素主要包括床温及燃烧过程的组织等来实现,返回,5.4CFB锅炉的传热,一、流化床内传热的基本形式二、鼓泡流化床层与受热面间传热的机理模型三、影响鼓泡流化床床层与受热面传热的因素四、影响循环流化床传热的因素,返回,一、流化床内传热的基本形式,流化床内存在三种基本的传热方式：流化床层间的有效传热。该传热过程非常强烈，比银的导热系数还要高两个数量级，因此流化床层各部分间温度差别非常小。颗粒与气体间的传热。该种传热主要是对流传热，在计算煤颗粒在流化床中的着火燃烧过程时需要考虑。流化床层与受热面间的对流换热。流化床锅炉设计的一个主要内容就是确定炉内的受热面积，因此该种换热是流化床传热研究的重点。流化床层与受热面间的传热规律非常复杂，目前有关理论也并不成熟。下面将简要介绍流化床层与受热面间的传热机理及主要影响因素。,返回,二、鼓泡流化床层与受热面间传热的机理模型,流化床（密相区）内气固两相流与受热面间的换热过程包括三个子换热过程：固体颗粒团与换热面的换热过程，气体与换热面的换热过程，两相流与换热面的辐射换热。总的换热量可以认为是这三个过程换热量相加得到。总换热系数可以表示为：h=hpc+hgc+hr各部分在不同条件下所占分额不同，辐射换热仅在床温高于800度时才考虑，一般情况下，由于流化床内颗粒浓度较高，颗粒团的对流换热系数较大，气体对流换热系数较小。,气体对流换热系数和辐射换热系数的研究相对比较简单，可按有关单相对流换热公式和有关辐射换热公式计算。目前有关的研究重点是颗粒团对流换热系数。比较公认的颗粒对流换热模型是颗粒团更新模型，认为颗粒团与换热面换热后又被新的颗粒团代替。但该模型中包含有一些难于确定的参数，仍然是一种机理模型。,返回,三、影响鼓泡流化床与受热面传热的因素,鼓泡流化床密相区与受热面间的传热系数与固体颗粒的粒径、颗粒及气体的热物性、流化速度、床层温度和受热面表面温度、受热面的布置方式等有关。,返回,四、影响循环流化床传热的因素,除了鼓泡床中的那些因素外，固体颗粒浓度对循环流化床炉膛中炉内对受热面的传热影响很大，两者基本成线性关系。,返回,5.5CFB锅炉的燃烧产物和热效率计算,一、燃烧产物的计算二、流化床锅炉的热效率与煤粉炉不同的是，在锅炉各项热损失中，q6一般要比煤粉炉大的多，不能忽略。,返回,5.6CFB锅炉的设计特点,一、循环流化床锅炉主要设计参数的选取二、炉膛内受热面布置及床层温度控制三、气固分离器及其布置四、返料装置五、布风装置的设计,返回,一、循环流化床锅炉主要设计参数的选取,包括床温、锅炉截面热负荷和流化风速、炉膛内的燃烧份额分布、炉膛和尾部对流受热面之间的热负荷分配、一二次风的配比、一二次风温、锅炉排烟温度、锅炉的通风平衡设计、循环倍率及分离器效率、煤种、脱硫剂粒径要求和脱硫反应对锅炉设计的影响。,返回,1、床层温度一般在850-950度之间。原因？,返回,2、锅炉截面热负荷和流化风速锅炉截面热负荷可以根据有关经验值来选取，见表。然后，可根据选取的截面热负荷来计算流化风速，并根据流化状态来进行调整。,返回,3、炉膛内的燃烧份额分布炉膛燃烧份额分布是循环流化床锅炉设计的最重要参数之一，它决定了一次风速的大小及稀相区换热面设置的大小。一般取密相区的燃烧份额为0.4-0.7之间。一次风速越大，密相区燃烧份额越小，稀相区燃烧份额越大，因此，稀相区的换热面应当较多，而密相区应当减小。,返回,4、炉膛和尾部受热面之间的热量分配对于发热量较低，灰分和水分含量较高煤种，其单位热量产生的烟气量较大，并且炉膛温度较低。因此，炉膛辐射传热量较小，而烟气对流传热量较大，应当在尾部多布置对流受热面，而在炉内少布置辐射受热面。,返回,5、一二次风的分配一次风主要是起流化床层和提供密相区燃烧氧气的作用，约占全部风量40-70%；二次风主要是提供稀相区燃料充分燃烧的作用，约占全部风量的30-60%。另外，两者配合还可以组织分级燃烧，降低炉膛氮氧化物的生成量。,返回,6、一二次风温度由于流化床锅炉没有对煤干燥的要求，并且燃料在进入炉膛后的着火和燃烧条件非常优越，因此对一次风温没有太高的要求，通常设计的热风温度为150-200度左右。对小型流化床锅炉可以直接采用不经过预热的空气来作为一二次风。,返回,7、锅炉排烟温度如果在炉内添加了脱硫剂，并且床层温度控制在合适的范围，锅炉烟气中的硫氧化物含量会大大减少，烟气的酸露点会降低，因此锅炉排烟温度也可以适当降低。,返回,8、锅炉的通风平衡设计一般流化床锅炉的炉膛为微正压，与煤粉炉不同。因此，流化床锅炉的通风压力平衡点要适当后移。即送风机的压头要较高，而引风机的压头较低,返回,9、循环倍率循环倍率提高后，燃烧效率、脱硫效率以及炉膛内稀相区空间的利用率均能得到改善，但同时动力消耗以及表面磨损等也将恶化。因此循环倍率的选取应综合上述各种考虑来选择，一般在40以内，常用为5-20之间。,返回,10、煤种理论上，流化床锅炉几乎可以燃烧全部的煤种，无烟煤、烟煤、贫煤、褐煤，甚至于煤矸石以及固体和液体废弃物。但在已经针对某种特定燃料设计好锅炉以后，由于不同燃料对锅炉换热面大小的要求是不一样的，锅炉的煤种适应性是有限的。,返回,11、脱硫剂粒径和对锅炉燃烧设计的影响脱硫剂粒径一般要求小于1mm。另外，由于脱硫反应会对炉温以及燃烧产生烟气量和灰量有影响，因此脱硫反应对锅炉和辅助系统设计的影响也需要考虑。,返回,二、炉膛内受热面布置及床层温度控制,1、炉膛内受热面布置循环流化床锅炉一般在密相区不再布置埋管受热面。在密相区炉膛壁面上设置的水冷壁表面需要覆盖一层薄的耐高温和耐磨的材料。在稀相区，除在炉膛壁面上设置蒸发受热面，另外，还可以根据需要布置屏式受热面（省煤器，过热器，再热器等）。随着蒸汽参数的升高，汽化热减少，给水预热和过热热增加，因此需要在炉膛内布置更多的省煤器或过热器换热表面。还可以在外置式换热器内布置过热器或再热器埋管受热面。,2、循环流化床锅炉温度的控制,密相区床层温度是最重要的锅炉运行监测参数。温度太低，燃烧条件变差；温度太高，床层容易发生结渣。对于循环流化床锅炉，可以通过调整一次送风量、调整物料返料量、调整通过进入外置换热器的物料的比例等措施来调整床层温度。一次风量增加，可以把更多燃料带到稀相区燃烧，同时一次风本身也会把一些热量带到稀相区。并且稀相区固体颗粒浓度的增高也会增加炉膛向水冷壁的散热。由于返料的温度较低，因此，返料量增加，密相区床温会下降。增加进入外置式换热器的物料份额，可以明显降低床层的温度。对不设外置式换热器的锅炉，前两项措施是主要的床温调整手段。对设置外置式换热器的锅炉，最后一项措施是主要的手段。由于通过前两项措施调整传热，同时会影响到炉膛内的燃烧，因此比较复杂。,返回,三、气固分离器及其布置,分离器的性能对于循环流化床锅炉的性能具有非常重要的影响分离器的性能包括总分离效率、分级分离效率、临界粒径或全分离粒径（分级效率为100%的颗粒粒径），以及分离器阻力。另外对于高温分离器，分离器的热惯性以及耐高温耐磨衬里的质量也对锅炉的启动以及安全运行影响很大。目前大型循环流化床锅炉一般采用高温旋风分离装置，单个分离器的筒体直径最大可达9m左右（670t/h锅炉需要两个这样的分离器）。一台锅炉根据容量不同可以配置1个或多个旋风分离器。,另外，为了克服绝热旋风分离器热惯性大以及衬里容易脱落的难题，后来也开发了一些水冷或气冷的旋风分离器（FW公司、清华大学）。冷却型高温旋风分离器，整个分离器设在一个冷却腔室内，在腔室内布置受热面来控制温度。优点是节省材料，降低热损失和缩短启停时间，缺点是结构相对复杂，造价高。旋风分离器常用为上排气旋风分离方式，目前在流化床中也有下排气旋风分离方式。另外，一些科研机构还提出了方形上排气和方形下排气旋风分离装置，也采用水冷或气冷。,循环流化床锅炉常用的分离器布置方式见图,返回,四、返料装置,目前，绝大多数的循环流化床锅炉采用流化密封返料器，结构如图所示。另外，对大型锅炉，为了改善返料进入炉膛的均匀性，有的还采用分叉回料管返料器。,返回,五、布风装置的设计,流化床锅炉布风板需要具有一定的阻力保证床层流化均匀，同时又要防止颗粒落入风室。采用的布风板有两种形式，即风帽式和密孔板式。目前，绝大多数锅炉采用风帽式。常见的风帽形式是蘑菇型。另外，还有“7”字型风帽、猪尾型风帽等。,另外，为了防止布风板过热烧坏以及有利于实现床下点火，目前较大容量的流化床锅炉均采用水冷布风板。风帽布置在水冷壁管之间的金属鳍片上。,返回,5.7CFB锅炉的启动及负荷调整,一、循环流化床锅炉的启动二、循环流化床锅炉的负荷调整三、锅炉压火操作,返回,一、循环流化床锅炉的启动,也叫锅炉点火。过去经常采用的是床上点火，目前一般采用床下热烟气点火启动。该过程包括热烟气加热惰性床料阶段、给煤到关闭点火装置阶段和正常运行阶段。,1、热烟气加热惰性床料阶段,点火前，首先需要在布风板上放置一定厚度、符合一定粒度要求的惰性床料。将锅炉底部的燃油热烟气发生器点着后，热烟气从布风板进入床层开始加热惰性床料。开始点火时，可以采用较小的风量，以节约燃料。此时床层处于固定床状态，但由于床温较低，因此不会结渣。随着床温的升高，需要逐渐加大热烟气的流量。在高温时(600)，必须使床层进入良好的流化状态，以防止床层结渣。,2、给煤到关闭点火装置阶段,当采用烟煤点火时，床层温度达到600-650时，可以开始向床层中投煤。投煤应采用阶梯递增给煤的方法，使床温平稳上升。由于煤的燃烧过程具有一定的滞后性，投煤量太大，可能会导致大量燃料同时着火，引起床温急剧升高而造成结渣。投煤量太小，则床层温度较低，蓄热量较小，点火时间较长，浪费燃油。并且关闭点火装置后，容易熄火。当给煤量达到30%的额定给煤量，床层温度达到850度时，可以关闭点火装置，仅送入一次风。,3、正常运行阶段,关闭点火装置后，增加一次风量。此时，由于送入床层的氧气量增加，在给煤量不变的条件下，燃烧速率增加，因此床温还会继续上升。因此，要注意及时调节给煤量和一次风量，维持正常的床层温度。随着锅炉负荷的逐渐增加，要逐渐加入二次风和启动返料系统工作，使得锅炉进入稳定的循环流化燃烧阶段。,返回,二、循环流化床锅炉的负荷调整,当汽轮机需要的蒸汽量发生变化时，锅炉也应当及时的调整产汽量，以适应需要。由于循环流化床锅炉在负荷较低时(40%)，流化风速较低，物料循环量较小，是工作在鼓泡流化床状态，此时的负荷调整方法和较大负荷时是不同的。下面分别介绍锅炉在较大负荷和较小负荷时的负荷调整方法。,（一）、较高负荷时的锅炉负荷调整,如果锅炉负荷需要增加，此时需要增加锅炉内燃料的燃烧放热量，即增加给煤量，并按合适的风煤比增加一次风送风量和二次风量。另外，还需要控制床层的温度在一定的范围内。床温太高会结渣，床温太低则燃烧不稳定。因此，在锅炉负荷变换时，除了燃烧要调整外，还需要调整炉内的传热，以使得床层温度基本保持不变。一些循环流化床锅炉不能带满负荷的原因，主要就是由于换热面设计不当，燃烧放热与对受热面的传热不匹配，因此负荷增加时床温太高造成的。,对于带外置式换热器的锅炉，当负荷变化，床层温度变化太大时，可以通过调节进入外置换热器的高温物料量来调整床温。此种方式燃烧和传热调整相对互相独立，因此负荷调整方便，非常适合大型化锅炉负荷的调整。对于不带外置换热器的循环流化床锅炉，当负荷变化，床层温度变化太大时，只能通过改变流化风速和锅炉物料循环量的大小，通过改变炉膛上下部燃烧份额和传热份额来调整床温。此时由于炉内燃烧和传热过程相互影响，负荷调节范围受到一定限制。,（二）、低负荷时的锅炉负荷调整,低负荷运行时，燃烧主要在密相区进行。当锅炉负荷变化时，不能再靠调整物料循环量来调整床温。此时，床温的调整通过改变给煤量以及床层厚度来实现，一次风根据燃烧所需氧量来进行调整。当负荷增加时，首先需要增加床层厚度，增加炉膛内床料的存量，然后逐渐增加给煤量以及一次风量。当负荷减少时，则首先要降低床层厚度，多排渣，然后逐渐减少给煤量和一次风量。,（三）、床层厚度的控制,床层厚度和温度是流化床锅炉运行时两个最重要的监控指标。床层太厚，会增加床层阻力，使床层不能正常流化。床层太薄，热容量会降低，不能满足稳定燃烧及带负荷的要求。并且一次风也容易穿透床层，形成“沟流”，导致锅炉熄火。床层厚度可以通过床层的压降来监控，通过调整排渣量来实施。,返回,三、锅炉压火操作,当需要临时检修或遇到其它紧急情况时，流化床锅炉可以进行压火操作。此时炉膛不熄火，以方便再次启动。但不输出热负荷，床层处于固定床状态。正常的压火操作基本顺序为：先停止给煤；当床温降至许可温度的下限时，立即停止送风；然后停引风机和返料风机，以维持尽可能高的床层温度。,返回,5.8CFB锅炉主要辅机设备及其特点,循环流化床锅炉主要的辅机设备包括燃料制备系统，给煤系统，脱硫剂的制备及给料系统，炉底灰渣处理系统，风机系统，除尘系统。,返回,一、流化床锅炉燃料制备系统,尽管流化床锅炉不需要将煤制成煤粉，但对入炉煤的粒度范围仍有一定要求。一般需要设置煤的破碎及筛分系统。当原煤水分较大时，为了防止筛网和管道堵塞，还需要利用来自锅炉的热空气进行干燥。煤的破碎设备一般为低速双辊式或高速锤击式碎煤机。前者破碎原理为碾压，优点是不易产生过细的煤粒，通风量小，产生的粉尘少，对环境污染小；缺点是磨损快，适应出力变化能力不强，对煤中的铁件矸石等杂物比较敏感。后者破碎原理为锤击，寿命较长，对除铁件以外的杂物不太敏感；缺点是破碎后易产生过细的粒度颗粒，通风量大，粉尘大，对环境污染较大。,返回,二、给煤系统,流化床锅炉的给煤方式可分床上给煤和床下给煤两种方式。由于床下给煤方式煤在进入床层后扩散速度较慢，需要的给煤点数量较多，系统比较复杂，一般已采用较少。目前采用较多的是床上给煤方式，又分床上抛煤、床上斜管溜煤及返料混合给煤。床上抛煤虽然给煤分布比较均匀，但由于对降低飞灰可燃物含量不利，因此也较少采用。采用较多的是单独采用后两种方式中的一种，或两种给煤方式同时采用。常用给煤装置是螺旋给料机。其它还有刮板给煤机和皮带给煤机等。循环流化床一般布置2个或4个给煤点。,返回,三、脱硫剂制备及给料系统,一般较大容量的流化床锅炉采用气力输送方式将成品石灰石粉末经过单独的管道和给料机，通过多个喷入点将石灰石喷入锅炉。其系统组成如图所示。,返回,四、炉底灰渣处理系统,由于流化床锅炉底渣的排放量较大，并且温度较高，可以回收的能量较多，因此流化床锅炉的底渣处理系统比较复杂。底渣处理流程包括底渣的排放、冷却及热量回收、输送至灰场。其中关键设备是底渣冷却器（冷渣器）。冷渣器的类型较多，如水冷绞笼式、固定床风冷式、流化床风冷式等，目前设计较为完善的是风水联合流化床冷渣器。如图所示。,返回,五、流化床锅炉风机,流化床锅炉使用的风机种类较多，包括一次（流化）风机、二次风机、引风机、返料（高压）风机、点火增压风机等。某400t/h国产和引进循环流化床锅炉的有关风机参数如表所示。,返回,5.9CFB锅炉脱硫灰渣的特性和综合利用,1、灰渣的特性。包括灰渣形态、飞灰的粒度分布、灰渣的化学组成（如可燃物含量）等。2、灰渣的用途。包括建筑用烧结砖、陶粒、水泥制品配料、农业及园艺用的肥料等。,返回,循环流化床锅炉发展简介,一、国外循环流化床锅炉发展状况二、我国循环流化床锅炉发展状况三、国产超临界循环流化床锅炉的开发四、我国循环流化床锅炉的市场前景分析,返回,一、国外循环流化床锅炉发展状况,流化床技术最早始于德国的Winker煤气发生炉（1922年）。二次大战期间，在美国成功开发了流化床石油催化裂化装置用于生产航空汽油。七十年代初，联邦德国首先发展了用于三氢氧化铝焙烧的循环流化床工艺。1979年芬兰Ahlstrom公司开发的第一台20t/h循环流化床锅炉投入运行，很快德国Lurgi公司开发的84MW、美国Battelle公司开发的25t/h锅炉（1981年）也相继投入试运行。另外，瑞典的Gotaverke和Studsvik公司也开发了自己的循环流化床锅炉产品。,在工业用循环流化床锅炉基础上，大型发电用循环流化床锅炉的发展也十分迅速。1986年，Lurgi公司96MWe的Duisburg270t/h循环流化床锅炉交付使用，锅炉效率90.8%，达到了煤粉炉的水平。1988年，Ahlstrom公司在美国Colorado州Nucla电站的420t/h循环流化床锅炉投入运行。1990年，Lurgi和CE公司合作开发的499t/h循环流化床锅炉投入运行。1994年，Ahlstrom公司开发的发电170MW的Pyroflow型循环流化床锅炉在加拿大投入运行。,采用Lurgi技术由法国阿尔斯通公司制造的、安装在法国普罗旺斯电厂配250MW机组的700t/h亚临界压力循环流化床锅炉于1996年4月投入商业运行。目前，阿尔斯通(ALSTOM)公司、福斯特惠勒(FosterWheeler)公司的300350MW临界循环流化床锅炉均已投运，并开始了更大量(400800MW)的超临界压力参数的超大循环流化床锅炉的研究和产品开发工作。2003年年初，福斯特惠勒公司在波兰签订的460MW超临界循环流化床锅炉的供货合同。目前，该锅的安装工作已基本完成。如果投运成功，将标志着循环流化床锅炉从亚临界到超临界的飞跃。,返回,二、我国循环流化床锅炉发展状况,我国在鼓泡流化床锅炉方面研究较早，应用数量也较多。但这些锅炉普遍存在容量较小、燃烧效率较低、使用可靠性较差等问题。在循环流化床锅炉的设计和制造方面，我国起步较晚，就总体水平而言与世界先进水平相差较大。1988年，中国科学院工程热物理所与济南锅炉厂开发的国内第一台35t/h循环流化床锅炉在山东明水热电厂投入运行。随后，清华大学、华中理工大学、浙江大学、哈尔滨工业大学、东南大学、东北电力学院等也与有关锅炉厂合作，开发了一些中小容量循环流化床锅炉。,二十世纪九十年代中期，我国三大锅炉制造企业(上海锅炉厂有限公司、哈尔滨锅炉厂有限责任公司、东方锅炉(集团)股份有限公司)分别在前期技术积累的基础上引进国外技术或与国外合作生产了220t/h循环流化床锅炉，并与九十年代中后期成功投运。同期，引进原芬兰奥斯龙公司的四川高坝电厂410t/h高温高压循环流化床锅炉的成功投运，燃用西南地区无烟煤。这台锅炉的成功投运证明了循环流化床锅炉可以适应我国无烟煤的燃烧特点，从而推动了循环流化床锅炉在我国的发展。上世纪九十年代末期，随着我国对环境问题日益重视，国家产业政策向循环流化床锅炉倾斜，循环流化床锅炉得到了很好的发展机遇。,哈尔滨锅炉厂引进了阿尔斯通公司德国部(原德国EVT公司)的135MW循环流化床锅炉技术，上海锅炉厂引进了阿尔斯通公司美国部(原ABB-CE公司)的135MW循环流化床锅炉技术，东方锅炉厂也在原来引进FW公司100MW高温高压循环流化床锅炉技术的基础上自行开发了135MW超高压中间再热循环流化床锅炉技术。同时，无锡锅炉厂、济南锅炉厂、武汉锅炉厂等中型锅炉制造企业也开发了135150MW超高压中间再热循环流化床锅炉。1999年起，国产的河北保定电厂450t/h、石家庄电厂410t/h循环流化床锅炉以及河南开封电厂、新乡电厂440t/h循环流化床锅炉相继投运。目前，我国现已投运的100MW高温高压循环流化床锅炉四十多台，已投运的35150MW超高压中间再热循环流化床锅炉100台以上。,从投运的情况看，以华能济宁电厂2台440t/h中间再热的循环流化床锅炉为例，该机组在2003年7月投运，锅炉各个部分的运行参数与设计参数吻合，达到预期要求。机组总体性能和质量指标达到国际领先水平。华能济宁电厂运行数据表明：锅炉负荷、过热蒸汽温度和压力、再热蒸汽温度和压力、喷水量、炉膛温度和排烟温度等性能指标全部达到设计值，不投油稳燃负荷低于30%B-MCR，冷渣器运转正常，飞灰含碳量仅4.24%(合同要求小于8%)。机组自动化投用率为100%，实现了全过程自动控制。,1997年，原国家计委牵头，原电力部、原机械部共同参与四川高坝发电总厂白马电厂300MW亚临界循环流化床锅炉设备采购、技贸结合工作。经过多年的谈判，法国ALSTOM公司中标，并与2003年3月签定了设备采购和技术引进合同。合同规定，阿尔斯通将与东方锅炉(集团)股份有限公司共同为白马电站提供这台全球最大的循环流化床锅炉。此外，阿尔斯通还将其全球领先的CFB技术转让给中国最主要的三家锅炉制造商东方锅炉(集团)股份有限公司、哈尔滨锅炉厂有限责任公司和上海锅炉厂有限责任公司、以及中国主要的设计院，转让期为15年。白马电厂300MW亚临界循环流化床锅炉已与2006年初投产发电，并通过了性能考核试验。结果表明，各项性能参数完全达到合同要求。具体数据见下表。,白马电厂300MW亚临界循环流化床锅炉性能参数序号项目数值1锅炉效率/%93.292SO2/mgNm-35503NOx/mgNm-390.744供电煤耗/gkWh-1348.25发电煤耗/gkWh-13216可用率/%93.47脱硫效率/%94.78飞灰可燃物/%49底渣可燃物/%210Ca/S1.67,目前，三大锅炉制造企业已有超过50台300MW亚临界循环流化床锅炉的定单。其中，云南开远电厂(哈尔滨锅炉厂有限责任公司设计、制造)、云南小龙潭电厂、内蒙古蒙西电厂(上海锅炉厂有限公司设计、制造)、秦皇岛电厂(东方锅炉集团股份有限公司设计、制造)的300MW亚临界循环流化床锅炉均已投运，且运行效果总体良好。最早投运的300MW亚临界循环流化床锅炉国产化项目云南开远电厂各项指标达到合同要求，并不低于白马电厂的性能。具体数据见下表。,云南开远电厂300MW亚临界循环流化床锅炉性能参数序号项目数值1锅炉效率/%93.262SO2/mgNm-33953NOx/mgNm-31394厂用电率/%8.35脱硫效率/%94.36飞灰可燃物/%37底渣可燃物/%0.58Ca/S2.2,返回,三、国产超临界循环流化床锅炉的开发,早在“十五”期间，国家高技术研究发展计划(863计划)就将超临界循环流化床锅炉列入了研究课题，进行了一部分可行性研究和概念设计工作。随着300MW亚临界循环流化床锅炉的成功投运，超临界循环流化床锅炉的产品开发工作正式启动。目前，科技部将“超临界循环流化床”列入“十一五”国家科技支撑计划，国家发改委也于“十一五”期间启动600MW超临界循环流化床锅炉示范工程。清华大学、西安热工研究院、中国科学院工程热物理研究所等多个科研院所参与了600MW超临界循环流化床锅炉的研究课题，且三大锅炉制造企业均已完成了600MW超临界循环流化床锅炉的技术设计方案。但从亚临界到超临界有很多技术性难题需要解决。,返回,主要指标135MW300MW波兰460MW白马600MW一/二次主蒸汽压力(MPa)13.717.4/3.6928.2/5.125.4/4.413一/二次主蒸汽温度()535540/540563/582571/569供电标煤耗(g/kWh)370335303厂用电率(%)1084.566.86脱硫效率(%)9094-969497SO2排放值(mg/Nm3)400400200380NOx排放值(mg/Nm3)250200200160电厂效率(%)373943.343.2,四、我国循环流化床锅炉的市场前景分析,我国含硫量大于1%的高硫煤占25%以上，与煤粉燃烧锅炉尾部烟气脱硫相比，循环流化床锅炉在脱硫经济性和脱硫能力的综合性能上占有优势。以燃用高硫煤的机组有75%选择循环流化床锅炉计算，2007年到2020年的15年间每年将有5000MW以上的大型循环流化床锅炉的市场。目前我国燃用无烟煤的煤粉锅炉的NOx排放为1100mg/Nm3左右，尚不能满足排放控制要求，而燃用无烟煤的大型循环流化床锅炉NOx排放可控制在150mg/Nm3以下。随着环保标准执行力度的加大，大型循环流化床锅炉在燃用无烟煤的电站锅炉中也会占领部分市场。对于建于煤矿附近的坑口电厂，燃料以洗煤厂副产品洗中煤、煤矸石、洗煤泥为主，循环流化床锅炉几乎是它们唯一的选择。另外，炼油行业的副产品石油焦、煤化工行业的煤制油油渣、氮肥行业的造气炉渣等一般也只能在循环流化床锅炉内燃烧。由于循环流化床锅炉能够解决我国燃煤锅炉存在的包括环境问题在内的诸多现实问题，中国已成为循环流化床锅炉最大的商业市场。,返回,本章结束！,