循环流化床锅炉的概念

1、第一章 循环流化床锅炉的概念、原理及特点 我国的电力工业是国民经济发展的基础产业，在我国，电力生产主要以燃 煤火力发电为主，由于燃煤发电的直接污染较大，特别是 so2、nox的排放。so2 的排放是造成酸雨的主要原因，为了通过炉内燃烧技术的改进，降低 so2、nox 排放量，我国从 60 年代开始对循环流化床锅炉进行研究，并在 90 年代以后和 外国公司联合研究并取得了较大有发展，现在循环流化床锅炉已发展成熟并在 全国广泛应用。流化床燃烧设备按流体动力特性分为鼓泡流化床和循环流化床， 按工作条件分为常压和增压式流化床。循环流化床锅炉技术是一种新型的高效 低污染清洁的燃烧技术，上世纪 70 年代

2、的能源危机和越来越突出的环保问题使 人们促进了这种燃烧技术的发展。现在大型循环流化床锅炉的主要炉型有三大 流派，分别为：以德国 lurgi 公司为代表的鲁奇型和以美国的 foster wheeler 、芬兰的 alstorm 公司（两者兼并）为代表的 fwpyroflow 型和德国 babcock 公司的 circofluid 型。我国东方锅炉厂采用的是 fw 公司的 pyroflow 型的改进 型循环流化床锅炉。北京 bw 锅炉厂采用的是德国 babcock 公司的架构和技术。 哈尔滨锅炉厂有限责任公司(hbc)与美国 ppc(奥斯龙技术)以及国内的科研单位 合作也开发了自己的大型循环流化床

3、锅炉。上海锅炉厂引进美国 技术、消化吸收自行设计制造了自己的循环流化床锅。由于国内各大锅炉厂商 的参与，我国的大型循环流化床技术已趋于成熟 第一节 循环流化床锅炉的概念 循环流化床锅炉是在鼓泡床锅炉（沸腾炉）的基础上发展起来的，因此鼓 泡床的一些理论和概念可以用于循环流化床锅炉。但是又有很大的差别。早期 的循环流化床锅炉流化速度比较高，因此称作快速循环循环床锅炉。快速床的 基本理论也可以用于循环流化床锅炉。鼓泡床和快速床的基本理论已经研究了 很长时间，形成了一定的理论。要了解循环流化床锅炉的原理，必须要了解鼓 泡床和快速床的理论以及物料从鼓泡床湍流床快速床各种状态下的动力特 性、燃烧特性以及传

4、热特性。 一流态化： 当固体颗粒中有流体通过时，随着流体速度逐渐增大，固体颗粒开始运动， 且固体颗粒之间的摩擦力也越来越大，当流速达到一定值时，固体颗粒之间的 摩擦力与它们的重力相等，每个颗粒可以自由运动，所有固体颗粒表现出类似 流体状态的现象，这种现象称为流态化。 对于液固流态化的固体颗粒来说，颗粒均匀地分布于床层中，称为“散式” 流态化。而对于气固流态化的固体颗粒来说，气体并不均匀地流过床层，固体 颗粒分成群体作紊流运动，床层中的空隙率随位置和时间的不同而变化，这种 流态化称为“聚式”流态化。循环流化床锅炉属于“聚式”流态化。 固体颗粒（床料） 、流体（流化风）以及完成流态化过程的设备称为

5、流化床。 二 临界流化速度 1.对于由均匀粒度的颗粒组成的床层中，在固定床通过的气体流速很低 时，随着风速的增加，床层压降成正比例增加，并且当风速达到一定值时，床 层压降达到最大值，该值略大于床层静压，如果继续增加风速，固定床会突然 解锁，床层压降降至床层的静压。如果床层是由宽筛分颗粒组成的话，其特性 为：在大颗粒尚未运动前，床内的小颗粒已经部分流化，床层从固定床转变为 流化床的解锁现象并不明显，而往往会出现分层流化的现象。颗粒床层从静止 状态转变为流态化进所需的最低速度，称为临界流化速度。随着风速的进一步 增大，床层压降几乎不变。循环流化床锅炉一般的流化风速是 23 倍的临界流 化速度。 2

6、.影响临界流化速度的因素： （1）料层厚度对临界流速影响不大。 （2）料层的当量平均料径增大则临界流速增加。 （3）固体颗粒密度增加时临界流速增加。 （3）流体的运动粘度增大时临界流速减小：如床温增高时，临界流速减小。 床温与临界流速的关系如图所示。 第二节 循环流化床锅炉的工作原理 一、流化过程 如图所示，固体颗粒随着气流速度的增大分别呈现五种不同的流动状态： 固定床、 、紊（湍）流流化床、快速流化床、气力输送。循环流化床处于紊（湍） 流流化床与快速流化床阶段。 固定床：此种状态下，气流在颗粒的缝隙是流过，所有固体颗粒呈静止状 态。 鼓泡流化床：当气流速度达到一定值时，静止的床层开始松动，当

7、气流速 度超过临界流化风速时，料层内会出现气泡，并不断上升，而且还聚集成更大 的气泡穿过料层并破裂。整个料层呈现沸腾状态。鼓泡流化床存在明显的分界 面，其上部为稀相区，包括床层表面至流化床出口间的区域，也称为自由空间 或悬浮段。下部为密相区，也称为沸腾段。 紊（湍）流流化床：随着气流速度继续上升到一定数值，固体颗粒开始流 动，床层分界面逐渐消失，固体颗粒不断被带走，以颗粒团的形式上下运动， 产生高度的返混。此时的气流速度为床料终端速度。 快速流化床：当气流速度进一步增大，固体颗粒被气流均匀带出床层。此 时气流速度大于固体颗粒的终端速度，床内颗粒浓度基本相等。床内颗粒浓度 呈上稀下浓状态。循环流

8、化床的上升段属于快速流化床。快速流态化的主要特 征为床层压降用于悬浮和输送颗粒并使颗粒加速，单位高度床层压降沿床层高 度不变。 气力输送：分为密相气力输送和稀相气力输送。对于前者，床内颗粒浓度 变稀，并呈上下均匀分布状态，其单位高度床层压降沿床层高度不变。增大气 流速度，床层压降减小。对于后者，增大气流速度，床层压降上升。密相气力 输送的典型特征为：床层压降用于输送颗粒并克服气、固与壁面的摩擦。稀相 气力输送的床层压降主要受摩擦压降支配。 由上述燃烧分类可知，链条炉排炉采用的是固定床燃烧方式，而煤粉炉则 采用了最稀相的悬浮燃烧方式。 二、循环流化床的特点： 典型循环流化床锅炉结构如图所示，其基

9、本流程为：煤和脱硫剂送入炉膛 后，迅速被大量惰性高温物料包围，着火燃烧，同时进行脱硫反应，并在上升 烟气流的作用下向炉膛上部运动，对水冷壁和炉内布置的其他受热面放热。粗 大粒子进入悬浮区域后在重力及外力作用下偏离主气流，从而贴壁下流。气固 混合物离开炉膛后进入高温旋风分离器，大量固体颗粒（煤粒、脱硫剂）被分 离出来回送炉膛，进行循环燃烧。未被分离出来的细粒子随烟气进入尾部烟道， 以加热过热器、省煤器和空气预热器，经除尘器排至大气。 1、低温的动力控制燃烧：由于循环流化床燃烧温度水平比较低，一般在 850900之间，其燃烧反应控制在动力燃烧区内，并有大量固体颗粒的强烈 混合，这种情况下的燃烧速度

10、主要取决于化学反应速度，也就是决定于温度水 平，而物理因素不再是控制燃烧速度的主导因素。循环流化床燃烧的燃烬度很 高，其燃烧效率往往可达到 98%99%以上。 2、高速度、高浓度、高通量的固体物料流态化循环过程：循环流化床锅炉 内的物料参与了炉膛内部的内循环和由炉膛、分离器和返料装置所组成的外循 环两种循环，整个燃烧过程以及脱硫过程都是在这两种循环运动过程中逐步完 成的。 3、高强度的热量、质量和动量传递过程：在循环流化床锅炉中可以人为改 变炉内物料循环量，以适应不同的燃烧工况。 物料分离系统是循环流化床锅炉的结构特征，大量物料参与循环实现整个 炉膛内的控制燃烧过程，是循环流床锅炉区别于鼓泡流

11、化床锅炉的根本特点， 因为鼓泡流化床锅炉的燃烧主要发生在床内。所以循环流床锅炉燃烧必须具备 的三个条件是：（1）要保证一定的流体速度，而且还要保证物料粒度处于适当 的、使床层在快速流区域的粒度。 （2）要有足够的物料分离。 （3）要有物料回 送，要有充分的措施以维持物料的平衡。 各种燃烧方式的主要特性比较如下表： 燃烧方式固定床鼓泡流 化床 循环流 化床 悬浮燃烧 颗粒平均直径 （mm） 3000.03-380.02-0.08 燃料燃烧区高度 （m） 0.21-215-4027-45 过剩空气系数1.2-1.31.2-1.251.1-1.21.15-1.3 燃烧区域风速 (m/s) 1-30.

12、5-33-1215-30 床层与受热面间 的传热系数 w/(m2k) 50-150200-500100-25050-100 磨损小中中较小 燃烧效率(%)9799 .9 8590909699 燃烧中心温度 () 12008509 50 8509 50 1600 煤的粒度(mm)6326 以下9 以下0.1 以下 截面热负荷 (mw/ m2) 0.51. 5 0.51. 5 3.05. 0 4.06.0 脱硫效率80908090低 气体混合接近塞 柱流 复杂二 相流 弥散塞 柱流 接近塞柱流 固体运动静止上下运 动 大部分 向上、部分 向下 向上 空隙率0.40. 5 0.50. 85 0.85

13、0 .99 0.980.998 温度梯度大很小小显著 nox排放 (mg/m3) 4006 00 3004 00 5020 0 400600 三、颗粒的夹带、扬析 当床层流动转到紊流流化床时，密相床层和稀相床层的界面开始模糊，颗 粒夹带量明显增加。当气流通过颗粒层时，一些终端速度小于床层表观气速的 细颗粒将被上升气流带走，这一过程称为扬析。 ，由于扬析过程中更多颗粒被夹 带着离开床层，其中终端速度大于床层表观气速的颗粒经过一定的分离高度后 会陆续返回床层，因此存在着输送分离高度 tdh。此过程就是我们通常所说的 循环流化床的内循环。在分离高度 tdh 以上的空间，颗粒浓度不再降低，床层 表面至

14、 tdh 之间的空间称为自由空间，燃用宽筛分的燃煤流化床锅炉，其炉膛 出口高度通常低 tdh，因此同时存在着夹带和扬析现象。发生扬析现象的颗粒 的来源有三个：给煤中的细颗粒；煤在挥发份析出阶段破碎形成的细颗粒； 在煤燃烧的同时，由于磨损造成的细颗粒。 四、宽筛分颗粒特性 1、 宽筛分颗粒定义：循环流化床（气固流化床）床料中的颗粒通常是料 径由小到大的宽筛分布，由于颗粒的直径不同，其流动工况和规律也各不相同。 这样就需要示出颗粒大小的分布规律，利用此规律来研究两相流动和燃烧，或 者把分散相颗粒直径示平均值，以平均直径来代表分散相颗粒群的运动规律， 粒径的分布规律是一个重要特性。除了要知道颗粒尺寸

15、的分布规律外，还要了 解各颗粒所占表面积的分布规律扩各颗粒重量的分布规律。 2、宽筛分颗粒分类： geldart 根据在常温常压下对于一些典型固体颗粒的气固流态特性的分析， 提出了一种颗粒分类法，即根据颗粒平均粒径和颗粒与气体的密度差的关系分 类。依照这种分类法，所有的固体颗粒均可被分为 a、b、c、d 四类。 如上图所示，为 geldart 的颗粒分类图。 c 类颗粒 这类颗粒粒度很细，一般都小于 20m，颗粒间相互作用力很大，很难流 态化。 a 类颗粒 这类颗粒粒度比较细。一般为 2090m，通常很易流化。 b 类颗粒 这类颗粒具有中等粒度，粒度范围为 90650m，具有良好的流化性能。

16、它在流体速度达到临界流化速度后就会发生鼓泡现象。 d 类颗粒 这类颗粒粒度通常具有较大在粒度和密度，并且在流化状态时颗粒混合性 能较差。大多数循环流化床锅炉内的床料和燃料均属于 d 类颗粒。 3、宽筛分颗粒流化时的动力特性 （1）密度小于流体密度的物体浮在床层表面，密度大于流体密度的物体会 下沉。 （2）床表面保持水平，形状保持容器的形状。 （3）在任一高度的静压近似等于在此高度上单位床截面内固体颗粒的重量。 （4）床内颗粒混合良好，加热床层时所有床料温度基本均匀。 （5）床内固体颗粒可以象流体一样从底部或侧面的孔中排出。 （6）几个流化床底部联通后，床层高度自动保持同一水平高度。 四、循环流

17、化床内的传热 一、在循环流化床中存在着各种不同的传热过程： （1）颗粒与气流之间的传热。 （2）颗粒与颗粒之间的传热。 （3）整个气固多相流与受热面之间的传热。 （4）气固多相流与入床气流间的传热。 以下为循环流化床各部位的传热系数表： 位置（部 位） 传热 面方位 传热系 数 w/(m k) 可能出现的问题 二次风下 部 水平 或竖直 30050 0 腐蚀、剥蚀、磨损、负荷调节性能差， 阻碍颗粒间横向混合。 二次风上 部 竖直15025 0 传热较好的受热面 二次风上 部悬吊受热面 竖直15025 0 轻微剥蚀、磨损、减少颗粒间横向混 合。 五、影响循环流化床传热的各种因素： 1、气体物理性

18、质的影响：气膜厚度及颗粒与表面的接触热阻对传热起到主 要作用。另外，气体密度增加，传热系数增大；气体粘度增大，传热系数减小； 气体导热系数增大，传热系数增大。 2、固体颗粒物理特性的影响 （1）固体颗粒尺寸的影响： 对于小颗粒床，传热系数随固体颗粒平均直径增大而减小； 对于大颗粒床，传热系数随固体颗粒平均直径增大而增大。 （2）固体颗粒密度的影响：传热系数随固体颗粒密度增大而增大。 （3）球形度及表面状态的影响：球形和较光滑的颗粒，传热系数较高。 （4）固体颗粒导热系数的影响：影响较小。 （5）固体颗粒粒度分布的影响：对于小颗粒床，粒径越小，传热系数越大； 对于大颗粒床，粒径越大，传热系数越大

19、。 3、化风速的影响： 对于循环流化床的密相区，传热系数随流化风速的增大而减小。 对于循环流化床的稀相区，传热系数随流化风速的增大而增大。 4、床温对传热系数的影响： 床与传热面间的传热系数随床温的升高而升高。 5、管壁温度的影响：传热系数随壁温的升高成线性规律地增大。 6、固体颗粒浓度的影响：床层颗粒浓度是影响循环流化床床层与床壁面传 热最主要的因素之一。传热系数随床层颗粒浓度的增加而显著增加。 7、床层压力的影响：床层压力增大，传热系数增加。 六、循环流化床内的燃烧过程 1、煤粒送入循环流化床内迅速受到高温物料和烟气的辐射而被加热，首先 水分蒸发，然后煤粒中的挥发份析出并燃烧、最后是焦炭的

20、燃烧。其间伴随着 煤粒的破碎、磨损，而且挥发份析出燃烧过程与焦炭燃烧过程都有一定的重叠。 煤粒在流化床中的燃烧过程如图所示。 循环流化床内沿高度方向可以分为密相床层和稀相空间，密相床层运行在 鼓泡床和紊流床状态。循环流化床内绝大部分是惰性的灼热床料，其中的可燃 物只占很小的一部分。这些灼热的床料成为煤颗粒的加热源，在加热过程中， 所吸收的热量只占床层总热容量的千分之几，而煤粒在 10 秒钟左右就可以燃烧 （颗粒平均直径在 08mm） ，所以对床温的影响很小。 2、循环流化床内煤的燃料着火 流化床内燃料着火的方式，固体质点表面温度起着关键作用，是产生着火 的点灶热源，这类固体近质点可以是细煤粒，

21、也可以是经分离后的高温灰粒或 者是布风板上的床料。当固体质点表面温度上升时，煤颗粒会出现迅猛着火。 另外，颗粒直径大小对着火也有很大的影响，对一定反应能力的煤种，在一定 的温度水平之下，有一临界的着火粒径，小于这个颗粒直径，因为散热损失过 大，燃料颗粒就不能着火，逸出炉膛。 3.循环流化床内煤的破碎特性 煤在流化床内的破碎特性是指煤粒在进入高温流化床后粒度急剧减小的一 种性质。但引起粒度减小的因素还有颗粒与剧烈运动的床层间磨损以及埋管受 热面的碰撞等。影响颗粒磨损的主要因素是颗粒表面的结构特性、机械强度以 及外部操作条件等。磨损的作用贯穿于整个燃烧过程。 煤粒进入流化床内时，受到炽热床料的加热

22、，水份蒸发，当煤粒温度达到 热解温度时，煤粒发生脱挥发份反应，对于高挥发份的煤种，热解期间将伴随 一个短时发生的拟塑性阶段，颗粒内部产生明显的压力梯度，一旦压力超过一 定值，已经固化的颗粒表层可能会崩裂而形成破碎；对低挥发份煤种，塑性状 态虽不明显，但颗粒内部的热解产物需克服致密的孔隙结构都能从煤粒中逸出， 因此颗粒内部也会产生较高的压力，另外，由于高温颗粒群的挤压，颗粒内部 温度分布不均匀引起的热应力，这种热应力都会引起煤颗粒破碎。 煤粒破碎后会形成大量的细小粒子，特别是一些可扬析粒子会影响锅炉的 燃烧效率。细煤粒一般会逃离旋风分离器，成为不完全燃烧损失的主要部分。 破碎分为一级破碎和二级破

23、碎，一级破碎是由于挥发份逸出产生的压力和孔隙 网络中挥发份压力增加而引起的。二级破碎是由于作为颗粒的联结体-形 状不规则的联结“骨架” （类似于网络结构）被烧断而引起的破碎。 煤的破碎发生的同时也会发生颗粒的膨胀，煤的结构将发生很大的变化。 一般破碎和膨胀受下列因素的影响：挥发份析出量；在挥发份析出时，碳水化 合物形成的平均质量；颗粒直径；床温；在煤结构中有效的孔隙数量；母粒的 孔隙结构等。 4、循环流化床的脱硫与氮氧化物的排放控制 so2 是一种严重危害大气环境的污染物，so2 与水蒸汽进行化学反应形成 硫酸，和雨水一起降至地面即为酸雨。nox 包括 no、no2、no3 三种，其中 no

24、也是导致酸雨的主要原因之一，同时它还参加光化学作用，形成光化学烟 雾，还造成了臭氧层的破坏。 煤加热至 400时开始首先分解为 h2s，然后逐渐氧化为 so2。其化学反 方程式为 fes2 + 2h2 2h2s + fe h2s + o2 h2 + so2 对 so2 形成影响最大的因素是床温和过量空气系数，床温升高、过量空气 系数降低则 so2 越高。 循环流床燃烧过程中最常用的脱硫剂就石灰石，当床温超过其煅烧温度时， 发生煅烧分解反应： caco3 cao + co2 183kj/mol 脱硫反应方程式为： cao + so2+1/2 o2 caso4 影响循环流化床脱硫效率的各种因素：

25、（1）ca/s 摩尔比的影响 ca/s 摩尔比是影响脱硫效率的首要因素，脱硫效率在 ca/s 低于 2.5 时增加 很快，而继续增大 ca/s 比或脱硫剂量时，脱硫效率增加得较少。循环流化床运 行时 ca/s 摩尔比一般在 1.52.5 之间。 （2）床温的影响 床温的影响主要在于改变了脱硫剂的反应速度、固体产物分布及孔隙堵塞 特性，从而影响脱硫率和脱硫剂利用率。床温在 900左右达到最高的脱硫效 率。 （3）粒度的影响 采用较小的脱硫剂粒度时，循环流化床脱硫效果较好。 （4）氧浓度的影响 脱硫与氧浓度关系不大，而提高过量空气系数时脱硫效率总是提高的。 （5）床内风速的影响 对一定的颗粒粒度，

26、增加风速会使脱硫效率降低。 （6）循环倍率的影响 循环倍率越高，脱硫效率越高。 （7）so2 在炉膛停留时间的影响 脱硫时间越长对效率来说越不利，应该保证 so2 在床内停留时间不少于 24 秒。 （8）负荷变化的影响 当循环流化床负荷变化在相当大的范围内时，脱硫效率基本恒定或略有升 降。 （9）其它因素的影响 床压的影响：增加压力可以改善脱硫效率，并且能够提高硫酸盐化反应速 度。 煤种的影响：灰份对脱硫效率并无不利影响。 （10）给料方式的影响 石灰石与煤同点给入时脱硫效率最高。 虽然循环流化床的脱硫作用很强，但在床温达到 850，即脱硫效率最高 的温度时，nox 的生成量却最大，对环境造成

27、极大的破坏。这是我们所不愿看 到的。所以一定要把床温控制在 850900之间，而且要采用较小的脱硫剂粒 径。另外，实施分段燃烧也是非常好的措施。 （七）循环流化床的优点 1、燃料适应性强 由于循环流化床中的燃料仅占床料的 1%3%，不需要辅助燃料而燃用任何 燃料，可以燃用各种劣质煤及其它可燃物，特别包括煤矸石、高硫煤、高灰煤、 高水分煤、煤泥、垃圾等，可以解决令人头疼的环境污染问题。 2、燃烧效率高 循环流化床比鼓泡床流化床燃烧效率高，燃烧效率通常在 97%以上，基本 与煤粉相当。 3、脱硫率高 循环流化床的脱硫方式是最经济的方式之一，其脱硫率可以达到 90%。 4、氮氧化物排放低 这是循环流

28、化床另外一个非常吸引人的特点。其主要原因是：一低温燃烧， 燃烧温度一般控制在 850900之间，空气中的氮氮一般不会生成 nox；二 分段燃烧，抑制氮转化为 nox，并使部分已生成的 nox 得到还原。 5、燃烧强度高，炉膛截面积小 这是循环流化床的主要优点之一。其截面热负荷约为 36mw/m2，接近或高于 煤粉炉。 6、负荷调节范围大，调节速度快 这主要上相对于煤粉炉来说的。其原因是循环流床内床料的蓄热能力非常 大，不会象煤粉炉那样低负荷时需投油枪助燃，最大的好处在于可以压火热备 用，熄火后可以马上热态启动，比煤粉炉有更好的调峰能力。循环流化床的负 荷调节比可达（34）：1，其调节速率可达

29、4%5%。 7、易于实现灰渣综合利用 由于其灰渣含炭量较低，属于低温烧透，有着更大的利用价值。 8、燃料预处理系统简单 其燃料的粒度一般小于 12mm,破碎系统比煤粉炉更为简化。 八、(一)以北京锅炉厂为代表的 75t/h 循环流化床锅炉与以东方锅炉厂为代 表的 440t/h 循环流化床锅炉的比较 1、前者旋风分离器为中温分离，其工质温度在 425与 450之间。由于 分离器温度低，可以采用较薄的保温层，大缩短锅炉启动时间，在保温相同的 条件下，减小散热损失，分离器内部不会发生二次燃烧，也不会超温结焦。但 分离器处的烟所含物料量较大，固体颗粒也较粗，增加了过热器的磨损。后者 旋风分离器为高温汽

30、冷式，其床温与床温相差不大，旋风分离器布置有膜式结 构过热器。外壳由汽冷弯制、焊装而成，取消了绝热旋风分离器的高温绝热层， 受热面管子内侧布满销钉并涂一层较薄的高温耐磨浇注料，可以吸收一部分热 量，这样分离器内物料温度会略有下降，不会造成结焦。而且具有相当好的分 离性能。但该分离器的问题容易造成飞灰可燃物升高，制造工艺复杂，生产成 本高。 2、调整循环灰量是前者燃烧调整的关键和调节床温的重要手段；而后者调 整床温的主要手段是调整风煤配比和一次风风量，一旦正常运行，循环灰量是 恒定的。 3、由于容量的差异，前者的蒸发吸热量比重比较大，所以在炉膛内布置了 部分蒸发管束。后者过热吸热量比较大，在炉膛

31、内布置屏式过热器和屏式再热 器用来吸收炉膛的辐射热；另外由于后者热负荷太大，在炉膛设置了中间隔墙， 以增加蒸发吸热量。 4、给煤方式不同。前者设置了前置式和后置式给煤机，给煤机分为皮带式 给煤机和埋刮式给煤机两种，给煤时先启动后置式给煤机，正常后再启动前置 式给煤机。始终控制后置式给煤转速大于前置式给煤机。后者全部采用皮带式 给煤机，而且给煤点全部布置在前墙。前者的后墙给煤时采用回料阀给煤系统， 这样煤在炉膛内能够充分混合并可以对煤进行预先加热，但当煤种水分太少时 会出现煤提前燃烧造成烧烘坏输煤管。 5、冷渣器种类不同。前者往往采用螺旋输送式冷渣器，其螺旋叶片轴为空 心轴，内部通冷却水，外壳也

32、是双层结构，中间有水通过，炉渣进入冷渣器后， 一边被螺旋搅拌输送，一边被轴内和外壳层内流动的冷却水冷却。这种冷渣器 的主要问题在于叶片容易变形，造成卡住或机械故障；在绞笼进口和外壁处易 磨损，导致水夹套磨穿漏水，冷渣器内的灰易结块，增加了灰处理的难度，不 可以进行选择性排渣。这种冷渣器的好处是：由于不往冷渣器内送风，灰渣发 生燃烧的可能性很小。后者采用多仓风水冷选择流化床式冷渣器，这种冷渣器 的优点是：可以实现选择性排放灰渣，是补充循环物料的技术措施之一；灰渣 的冷却效果较好；提高了进入炉膛内的二次内温度，加热了给水温度，提高了 锅炉热效率；缺点是：冷渣器内埋管易磨损，所以必须采取严格的防磨措

33、施； 灰渣易再次燃烧，造成结渣；风系统与一次风共用时容易影响一次风系统的调 节。 （二）循环流化床锅炉与常规煤粉锅炉在结构与运行方面的区别： 1、燃烧室底部布风板，其主要作用是流化风均匀地流入料层，并使床料流 化。对布风板的要求是：在保证布风均匀地条件下在，丰风板压降越低越好。 2、床料循环系统：是由高温旋风分离器和飞灰回送装置组成，其作用是把 飞灰中粒径较大、含炭量高的颗粒回收重新送入炉内燃烧。 3、入炉煤粒大。 4、循环灰参数对锅炉运行的影响：循环流化床锅炉运行时，其单位时间内 的循环灰量可高达同单位时间内燃煤量 2040 倍。由于灰的热容大得多，因此 循环灰对燃烧室下部的温度平衡有很大影

34、响，循环流化床锅炉燃烧室下部一 般卫燃带或根本不布置受热面，煤粒燃烧产生的热量则由烟气和循环灰共同带 走。而在煤粉炉中，煤粉的燃烧产生的热量是由烟气和工质带走的。在煤粉炉 中，蒸发受热面的出力主要取决于炉膛温度，而在循环流化床锅炉中，温度基 本不随负荷变化，运行中烟气携带的飞灰颗粒量成为影响蒸发受热面的重要因 素。因此，循环流化床锅炉可以从热量平衡和飞灰循环倍率两个方面来调节锅 炉负荷。 5、控制系统要求高。由于循环流化床锅炉内流态化工况、燃烧过程较煤粉 炉复杂，加之有飞灰循环，因此其控制系统较同等容量的煤粉炉要求高。 九、循环流化床锅炉目前存在的主要问题 1、炉膛、分离器和回送装置及其之间的

35、膨胀和密封问题。由于流化床其表 面附着一层厚厚的耐磨材料与保温材料并且各个部位受热时间和程度不完全一 致，所以会产生热应力而造成膨胀不均，导致出现颗粒外漏现象。 2、由于设计和施工工艺不当造成的磨损问题。锅炉部件的磨损主要与风速、 颗粒浓度以及流场的不均匀性有关，研究表明：磨损与风速的 3.6 次方和浓度 成正比。炉膛、分离器和回送装置内由于大量高浓度物料的循环流动，一些局 部位置，如烟所改变方向的地方会开始磨损，然后逐渐扩大到整个炉膛。 3、飞灰含炭量高的问题。对于循环流化床来说，其底渣含炭量较低，但其 最佳脱硫温度的限制，飞灰含炭量却比较高。 4、n2o 排放较高。流化床燃烧技术可有效抑制

36、 nox、so2 的排放，但流 化床低温燃烧是产生 n2o 最主要的原因。 5、厂用电率高。由于循环流化床锅炉具有布风板、分离器结构和炉料层的 存在烟风阻力比煤粉炉大得多，相应的通风电耗也较高。 目前我国采用不同的分离器及循环模式，形成了 20、35、65、75t/h 系列循 环流化床锅炉产品，现在的主力机组是 35 t/h 和 75t/h 锅炉，220t/h 类型锅炉和 440t/h 也陆续投入运营。其中尤其是哈尔滨锅炉厂、东方锅炉厂和上海锅炉厂 三大制造厂家为代表的产品已经开始制造配 135mw 级发电机组的大型循环流 床锅炉正趋于成熟。日前，在四川白马电厂的 300mw 循环流化床示范工

37、程已 经正式动工建设，标志着我国循环流化床锅炉朝大型化发展。但大型循环流化 床锅炉在保证锅炉的吸热量的前提下如何布置受热面、各部件的防磨、脱硫率 的提高等问题也变得越来越突出，国外研究表明：循环流化床的单机容量以 400mw 为宜。循环流化床锅炉另外一个发展方向是增压循环流化流床燃气蒸 汽联合循环发电技术的应用，它具有优良的环保性和高循环效率性。其主要技 术特点是：（1）系统压力（1.21.5mpa）增加，气固两相的接触和反应明显 改善，增加了气体和细粒子在床内的停留时间，提高了燃烧效率和脱硫率，其 他烟气污染的排放也达到了很低的水平。 （2）可与燃气轮机配合构成蒸汽燃 气联合循环系统，使发电

38、效率提高几个百分点（3）燃烧室截面热负荷可提高一 个数量级，炉内受热面的传热系数也大为提高，钢材消耗量明显降低。 循环流化床锅炉的计算机控制系统 随着计算机技术和自动化技术的发展，现在在大型火电机组中的应用越来 越广泛。现在在火电厂中应用最广泛的是 dcs 即 disytributed control system 的简称，即微机分散控制系统。这是一种基于控制技术、计算机技术、 通信技术、图形显示技术的控制系统。用来对火电生产过程进行集中监视、操 作、管理和分散控制。它使得系统控制危险性分散、可靠性高、投资减小、维 护方便。实现集中监视、操作和管理。使得管理与现场分离，管理更能综合化 和系统化

39、，采用网络通信技术，这是 dcs 的关键技术，它使得控制与管理都具 实时性，并能随时解决系统的扩充与升级问题。 这种控制技术在煤粉锅炉中取得了很好的应用效果。近年来，随着大型循 环流化床锅炉的发展，dcs 也不无例外的应用在了这种燃烧方式中来。 循环流化床锅炉和煤粉锅炉一样，在燃烧过程中，各项技术指标都要求限 定在一定范围内。为了保证燃烧过程的稳定、可靠和经济运行，在应用中不仅 采用了先进的变频调整技术与计算机技术，各 dcs 厂商还应用了人工智能控制 技术。国内比较成熟的厂商有新华、和利时等。国外有 abb、honeywell、simense 等。dcs 自动化主要有以下四个方面组成：热工检

40、测、 模拟量控制、顺序控制和热工保护。dcs 能否稳定运行不仅和所采用的硬件有 关，还和设计者的设计思想有关。 锅炉的燃烧控制 循环流化床锅炉的燃烧过程是一个复杂的物理过程，对于自动控制来说是 一个复杂的多变耦合系统。 循环流化床锅炉燃烧控制的主要目的就是解决锅炉热负荷与出力之间的及 时匹配。由于循环流化床锅炉的特殊的燃烧方式，不仅要考虑其热迟滞性，还 要考虑其床层温度、床层差压和回料量的变化，以及为控制二氧化硫的排放加 入石灰石后对燃烧工况的影响等。一个典型的循环流化床锅炉的燃烧控制应包 括以下功能： 负荷指令； 主汽压调节； 床层温度调节； 床层差压调节； 给煤量调节； 一次风量调节； 二

41、次风量调节； 炉膛压力调节； 石灰石量调节； 高压流化风量调节； 启动燃烧器燃油流量调节； 启动燃烧器风量调节； 播煤风量调节； 底灰排放量、温度调节。 其控制流程如下： 蒸汽母管压力（处理 后） 蒸汽实际流量（修正 过） 积分计算 补偿 蒸汽压力设定值 积分计算 处 理 器 燃料量 床温 床温定值 积分计算 一次风量 二次风量 吸风量 床层差压 排渣量 处 理 器 修正及补偿 通过蒸汽母管的压力（经过蒸汽母管压力调节器处理后）和蒸汽实际流量 （经过温度修正）得出锅炉的负荷指令，作为一个燃料、氧量控制、床温、一 次风量的远方给定值进行控制。在控制燃料量的同时也引入了床温的控制。 根据循环流化床

42、锅炉的燃烧特点，其燃烧控制系统又分为：1、燃料控制系 统；2、送风及炉膛压力控制系统；3、床温控制系统；4、床压控制系统。 燃料控制系统 锅炉主控系统发出的燃料指令即是总燃料指令，通过与总风量比较后取小 值作为调节器的设定值，保证锅炉指令增加时风量始终大于燃料量，也同时保 证了先加风后加燃料、先减燃料后减风。调节器输出煤、石灰石给定值指令。 总煤量取所有落煤管煤量之合，启动燃烧器和风道燃烧器燃油流量之合经折算 成相应煤量后，加上总煤量作为总燃料量。这样才能保证燃烧的安全和输入、 输出量的平衡。 2、送风及炉膛压力控制系统 锅炉主控系统发出的风量指令即为总风量指令。总风量中一、二次风所占 比例最

43、大，同时一次风和二次风直接影响锅炉的运行及燃烧工况。所以，总风 量调节系统通过改变一、二次风量的调节指令来保证锅炉所需配风（其中一次 风量应是经过床温调节补偿过的） 。锅炉主控系统得到的总风量指令与燃料量测 量值进行交叉限制后（取大值）作为总风量控制系统的给定值，以保证负荷增 加时先加风后加燃料、负荷减小时先减燃料后减风的要求，从而保证一定的过 剩空气系数。在炉膛压力调节系统中，炉膛出口压力测量值与给定值一起送入 pid 中进行运算，运算结果动作引风机耦合器（或调节挡板）执行器，从而控 制炉膛出口压力满足机组运行要求。由于循环流化床锅炉燃烧的特殊性，一次 风量和二次风量发生变化时，需经过一段时

44、间炉膛出口压力才发生变化，因此 必须把总风量（一次风机出口风量和二次风总风量之和）的微分量作为前馈信 号送入 pid 控制输出中，以提高一、二次风量变化时控制系统响应的快速性。 3、床温控制系统 循环流化床锅炉的最佳运行床温为 850900。在这一温度范围内，大 多数煤都不易结焦。石灰石脱硫剂在这个温度时具有最佳脱硫效果，并且 nox 生成量也很少。 床温调节的目的是优化和减少烟气中 so2的含量，影响循环流化床床温的 因素很多，如给煤量、石灰石供给量、排渣量、一次风量、二次风量、返料风 量等。给煤量主要用来调节主汽压力，床温对给煤调节的影响要求并不高，因 此给煤量仅为调节床温的手段之一。石灰

45、石供给量对床温的影响比较小，且其 影响也可间接体现在给煤量上，故在构造床温控制系统时不考虑石灰石的影响。 排渣量主要用来控制床层厚度，若床层厚度基本恒定则排渣量对床温的影响也 可不予考虑。控制床温的最好手段是通过再分配燃烧室不同燃烧风风量而总风 量不变保持最佳的床温。 床温测量值来自于炉膛密相区下部床温的平均值。 4、床压控制系统 床压是燃烧室内密相区床料厚度的具体表现，料层过厚时，床料的流化状 态就会变差或不能流化影响炉内的燃烧工况，严重时会造成燃烧室内局部结焦。 为保证床料的正常流化，在床料高时须加大流化风量，从而增大了辅机的电耗。 料层薄时，会对布风板上的设备如风帽、床温测点等磨损加大或

46、使其过热损坏。 并且，料层薄时，炉内的传热会恶化不能维持正常的负荷需求。因此床料厚度 的变化直接影响到锅炉的安全及经济运行，料层厚度与床压具有一一对应关系。 因此，料层厚度调节可以通过调节床压来实现。 下图是床料厚度与床压的对应关系： 床压在炉膛密相区通过差压进行测量，大型循环流化床锅炉一般分左、右 两侧，该测量平均值作为床压的测量值，此信号与由运行人员设置的床压给定 0 100 200 300 400 500 600 700 019603920588078409800 床料压差pa 布风板上静止床料高度mm 值相比较后，通过调节器控制投用的冷渣器进渣调门的开度，改变燃烧室炉床 排渣量，从而维

47、持床压在给定值。 锅炉的各输入、输出参数具有很大的延时，且各参数是在实时变化的，难 以建立精确的数学模型。因此，必须加入大量的补偿和修正，使其达到自适应 控制。以保证锅炉运行的机动性、经济性和安全性。 给水、蒸汽系统的控制 循环流化床锅炉的汽水系统与常规的煤粉锅炉差异不大，其控制系统的设 计也大同小异。大型循环流化床锅炉多是单元制机组，给水、蒸汽系统的自动 控制系统也比较成熟。和常规的煤粉锅炉一样，也分为汽包水位的调节和过热、 再热蒸汽的调节。 汽包水位的调节 （1）汽包水位的稳定程度反映了给水流量与蒸汽流量之间的平衡关系。锅 炉汽包的水位一般规定在汽包中心线以下 100200mm 处，允许波

48、动范围为 50mm。汽包水位的高低直接影响锅炉的安全运行和蒸汽品质。水位过高，汽 包的汽空间就会减小，破坏了汽水分离装置的正常工作，使蒸汽带水过多，会 使汽轮机的喷嘴、叶片结垢，严重时可能使汽轮机发生水冲击而损坏设备。水 位过低，锅炉的水循环会被破坏或部分受热面干烧而过热损坏。对于大型锅炉 来讲，汽包的汽、水空间相对较小，保持汽包水位在允许的范围内波动对整个 机组的安全运行有着重要的意义。 （2）为了保持汽包水位的稳定，必须对给水流量进行调节。在调节时应保 持给水流量小范围的波动，给水流量的剧烈波动不但会影响给水管道和省煤器 的安全运行还会加重给水泵的负荷。给设备造成不必要的损坏。 汽包锅炉的

49、汽水流程如下图： 锅炉用水经给水泵加压后，在省煤器中吸热后进入汽包。并经过水循环管 吸收炉膛中产生的热量而变成汽水混合物在汽包中进行汽水分离产生饱和蒸汽， 再经过热器加热后生成合格的蒸汽到汽轮机中做功。 2 3 4 5 上图说明：1调速水泵或调节阀；2省煤器；3汽包；4水循环管； 5过热器； q给水流量；d蒸汽流量 水位控制系统的目的就是调整调速水泵或调节阀 1 使汽包 3 中的水位在允 许的范围内波动，从而满足锅炉负荷的需要。并保持给水流量 q 与蒸汽流量 d 偏差不大。这样能更好的防止虚假水位对给水流量的影响。为了防止外扰对水 位及给水流量的影响，在实际应用中还加入了较多的温度及压力修正。

50、 其控制流程如下： 主 处 理 器1 主 处 理 器2 副 处 理 器 设定 修正 修正 修正 单三冲量选择 汽 包 给水控制系统通过调整给水旁路调节阀或给水泵耦合器执行器使汽包水位 保持稳定，从而满足机组负荷要求。汽包水位信号（一般三选后）经汽包压力 信号进行校正，校正后的信号作为汽包水位实际值；主给水流量经给水操作台 前温度修正后作为主给水流量值，一级减温水流量、二级减温水流量相加后作 为总减温水流量。总减温水流量和主给水流量值相加后作为总给水流量 q；主 汽流量经温度修正后作为主蒸汽流量 d。三冲量方式可在手动、自动、串级 状态下运行。 二、过热、再热蒸汽的调节 过热（再热）蒸汽温度是火

51、力发电厂生产过程中的一个重要参数，保证过 热（再热）汽温蒸汽温度稳定对经济生产和安全生产有着重要的意义。大型循 环流化床锅炉的蒸汽系统大多为高温高压或超高压参数，过热蒸汽和再热蒸汽 的温度是全机组汽水工质的最高温度。它们的温度一般接近金属材料的允许最 高温度。因此，过热蒸汽和再热蒸汽的温度上限一般不能超过额定值的 5； 如果汽温偏低就会影响机组的热效率和汽轮机的安全运行。所以在运行中，过 热蒸汽和再热蒸汽的温度应维持在规定范围内。 影响过热蒸汽和再热蒸汽的温度的因素很多，例如，蒸汽流量、炉膛热负 荷、烟气温度、烟气所含物料的浓度、烟气的流速、过热蒸汽侧与再热蒸汽侧 的烟气分配、减温水量等都会影

52、响过热（再热）汽温的变化。 在汽温调节中，可用改变烟气侧或减温水侧工况的方法。一般采用烟气侧 作为粗调而减温水侧作为细调的方法。 循环流化床锅炉的汽温调节和常规的煤粉锅炉的汽温调节基本相同。一般 取调速级前汽温变化作为前馈，通过修正后和设定值进行比较。 其控制流程如下： 主 处 理 器 副 处 理 器 减 温 器 过热器 经过修正的风量及热量 设定的温度 前馈（取自调速级 前汽温） 注：其中1为减温后温度； 2为过热器出口温度； 减 温 阀 如果锅炉的汽温调节中有烟气挡板，还应加入烟气挡板的调节控制逻辑。 其中再热蒸汽温度的调节与过热蒸汽温度的调节控制逻辑基本相同。 三、fsss 保护系统 f

53、sss 系统是 furnace safeguard supervisory system 简称，即炉膛安全 监控系统。是专用于火力发电机组锅炉的安全保护和燃烧器管理，它在锅炉启 动、运行、停止的各个阶段连续地监测锅炉的有关运行参数，根据锅炉防爆规 程规定的安全条件，不断的进行逻辑判断和运算，并经过逻辑判断、合理地发 出动作指令，同时与有关主辅机信号合理地联锁，以保证整个机组的安全、经 济、稳定、可靠的运行。对于 dcs 系统来说，它已经是不可或缺的组成部分。 是锅炉热工保护的一个组成模块。 循环流化床锅炉的安全保护侧重于燃料投运操作的正确顺序和联锁关系， 以保证循环流化床锅炉稳定燃烧。按照煤粉

54、锅炉的习惯仍将有关循环流化床锅 炉的保护功能称作炉膛安全监控系统 fsss。 循环流化床锅炉的 fsss 保护系统和常规的煤粉锅炉相似，有以下主要功能： 主燃料跳闸 mft； 循环流化床锅炉吹扫； 启动油系统泄漏试验； 循环流化床锅炉冷态启动（建立流化风和初始床料） ； 循环流化床锅炉升温控制； 循环流化床锅炉热态启动； 风道油燃烧器控制； 启动油燃烧器控制； 油燃烧器火焰检测； （10）煤及石灰石系统控制； （11）一次、二次风机、高压风机、引风机、播煤风机联锁控制； （12）锅炉水系统的保护； （13）机炉协调保护； 一、循环流化床锅炉的 mft 大型循环流化床锅炉的启动一般采用床下点火方

55、式，利用热烟气加热床料 使冷床料流化并循环的状态下加热升温。在保证床下点火燃烧器无故障（经过 油泄漏试验）的情况下才可以投运床下点火燃烧器。在达到燃料安全着火温度 时（根据燃料试验得到）才可以投煤。如只靠床下点火燃烧器不能作到时，可 考虑投运床上点火燃烧器。直到达到必须的温度时才可以逐步投煤，以保证锅 炉的安全运行。由此看来，循环流化床锅炉的 fsss 保护主要体现在 mft（）主 燃料切除保护上，循环流化床锅炉的 mft 主要有以下内容组成：1、引发 mft 动 作的条件；2、对燃油系统的控制；3、mft 动作后复归的条件；4、热态启动的 条件；5、首出记忆。 （一）以下任何条件满足都将触发

56、 mft 动作： 手动 mft； 床温高于 990（平均值） ； 水位异常（水位高高或水位低低） ； 炉膛压力高（一般取+2489pa 延时 5s） ； 炉膛压力低（一般取-2489pa 延时 5s） ； 所有引风机跳闸； 所有一次风机跳闸； 所有高压流化风机跳闸； 所有播煤风机跳闸且旁路门未开（加一定时间延时） ； 汽轮机主汽门关闭； 所有一次风机出口总风量小于 25%额定风量延时 5s； 床温低于 650且无启动燃烧器投入； 超过启动时间 3600s（指启动燃烧器的启动时间：在 3600s 内没有着火） ； dcs 电源消失； mft 动作后将引发以下动作：1、跳闸所有给煤机；2、跳闸燃油

57、来油速断 阀；3、跳闸石灰石给料系统；4、关闭汽轮机主汽门；5、关闭减温水总门且闭 锁开指令；6、如没有“热态启动”的条件存在，则发出“锅炉吹扫”逻辑。 二、对锅炉燃用油的控制 循环流化床锅炉的燃用油系统并不比煤粉锅炉的简单，它主要的作用是在 锅炉启动初期对锅炉内的固体物料进行加热，使固体物料的温度能达到煤的安 全燃用温度。如果油系统存在泄漏或启动燃烧器事故熄灭后不能正确及时的关 闭相应的油阀门，则有可能造成点火风道或炉膛爆炸。因此对燃用油的控制是 必要的。 循环流化床锅炉的燃用油控制包括油系统泄漏试验、燃烧器熄火保护及锅 炉的点火功能。 1、油系统泄漏试验主要是对锅炉的燃用油管道、阀门、管道

58、上的流量计和 一些附带承压部件的压力试验。以检验其承压性能和严密性。 2、燃烧器的熄火保护是为了如果油燃烧器熄灭（火检检不到火）后能及时 的关闭该油燃烧器的进、回油速断阀并开启其蒸汽吹扫阀，进行油管道的程控 吹扫，这个吹扫称为后吹扫。在后吹扫时应进行高压打火，以便管道中的积油 在吹出管道时着火，避免燃油在管道中长时间积存或油吹出管道后在点火风道 （炉膛）中积存，造成不必要的爆炸或爆燃。 在油燃烧器投用前也应对该油燃烧器进行程控吹扫，这个吹扫称为前吹扫。 在前吹扫时可以不进行高压打火,主要是对管道中的杂质进行吹扫，以保证管道 的畅通。在这个过程还可以对油燃烧器进行预热使燃烧器能更顺利的着火。 3

59、、在燃油压力（适用于机械雾化）低于雾化压力时，燃油控制系统应关闭 该油系统的来油速断总阀。 4、点火助燃风丧失（低于一定值）时，燃油控制系统应关闭该油系统的来 油速断总阀。 5、在锅炉 mft 信号发出时，燃油控制系统应关闭该油系统的来油速断总阀。 6、在来油速断总阀关闭时，燃油控制系统应联锁关闭各油燃烧器（油枪） 的各进、回油速断阀及各进、回油管道的吹扫蒸汽阀。 7、锅炉的点火功能是在锅炉满足点火条件后能进行程控点火。在锅炉点火 前，应具备点火条件，这些条件有： （1）油压正常； （2）油系统泄漏试验成功； （3）风量满足要求； （4）mft 复归 （5）火检器冷却风正常 当点火条件满足后，

60、可以通过自动或手动点火。 自动方式：可按事先选择的程序实现自动点火。在控制显示画面上单击油 枪编号，启动点火键，点火将按如下顺序自动进行，即进油枪（如为固定式油 枪则无此步）开吹扫阀吹扫延时关吹扫阀开进油阀同时启动点火器打 火打火延时如果油枪点燃，测为点火成功，否则为点火失败，点火失败后自 动按照关油阀开吹扫阀启动点火器打火吹扫延时关吹扫阀退出油枪 （如为固定式油枪则无此步） 。点火成功后则自动退出点火器。 手动点火方式即将上述步骤远方手动进行或就地手动进行，为保证点火安 全，其步骤不可省略。 三、必须满足以下条件才能使 mft 复归： 1、完成锅炉吹扫。锅炉的吹扫目的是在点火前要吹去炉膛、点