循环流化床锅炉课件

1、 煤是一种较脏的燃料，在燃烧过程中产生大量的灰渣、粉煤是一种较脏的燃料，在燃烧过程中产生大量的灰渣、粉尘、废水、尘、废水、SOSO2 2、NOxNOx等废弃物。等废弃物。 中国环境污染严重。中国环境污染严重。SOSO2 2排放量居世界第一，酸雨面积达到排放量居世界第一，酸雨面积达到国土面积的国土面积的40%40%，多数大城市的空气总悬浮颗粒浓度超过世卫，多数大城市的空气总悬浮颗粒浓度超过世卫组织标准的十几倍甚至几十倍。组织标准的十几倍甚至几十倍。 中国是世界上最大的煤生产与消耗国，煤在一次能源构中国是世界上最大的煤生产与消耗国，煤在一次能源构成中约占成中约占70%70%左右。左右。 在我国，煤

2、主要用作燃料，且多是未经洗选、分级等初在我国，煤主要用作燃料，且多是未经洗选、分级等初级加工的原煤；与发达国家相比，我国现有锅炉的效率和级加工的原煤；与发达国家相比，我国现有锅炉的效率和排放上差距相当大，这是环境污染的主要根源之一；另一排放上差距相当大，这是环境污染的主要根源之一；另一个原因是大量小型低效率燃煤锅炉的存在。个原因是大量小型低效率燃煤锅炉的存在。 我国的煤炭平均含硫量为我国的煤炭平均含硫量为0.9%0.9%，且硫在煤中的分布大致，且硫在煤中的分布大致为南高北低，深层煤含硫量高于浅层煤。为南高北低，深层煤含硫量高于浅层煤。洁净煤燃烧技术洁净煤燃烧技术高效、清洁地利用煤炭高效、清洁地

3、利用煤炭 动力煤洗选加工动力煤洗选加工：应用范围较广，但对煤中的有机硫没有：应用范围较广，但对煤中的有机硫没有处理能力，且不是彻底脱硫，只是硫分在商品煤和选后洗中处理能力，且不是彻底脱硫，只是硫分在商品煤和选后洗中煤、洗矸中的再分配。煤、洗矸中的再分配。 水煤浆技术：水煤浆技术：水煤浆是用一定级配粒度的煤粉和一定量的水煤浆是用一定级配粒度的煤粉和一定量的水及极少量的添加剂混合而成。水及极少量的添加剂混合而成。典型的水煤浆典型的水煤浆是由是由7070左右左右的煤粉、的煤粉、3030左右的水和左右的水和1 1的添加剂组成。它具有石油一的添加剂组成。它具有石油一样的流动性和稳定性，可以采用泵送、雾化

4、与稳定着火燃烧；样的流动性和稳定性，可以采用泵送、雾化与稳定着火燃烧；也可以长距离输送和长时间保存。也可以长距离输送和长时间保存。 燃煤前脱硫技术：燃煤前脱硫技术：洁净煤燃烧技术洁净煤燃烧技术 水煤浆技术水煤浆技术是由制备到储运分配和燃烧应用、环境处理是由制备到储运分配和燃烧应用、环境处理等一个跨行业多学科的系统工程。其技术内容主要可分为四等一个跨行业多学科的系统工程。其技术内容主要可分为四个部分：制备技术、装卸贮运技术、燃烧应用技术与环境保个部分：制备技术、装卸贮运技术、燃烧应用技术与环境保护技术。护技术。 燃煤前脱硫技术：燃煤前脱硫技术： 燃烧后（烟气）脱硫技术：燃烧后（烟气）脱硫技术：

5、应用最广泛，但投资和运行费用较高。应用最广泛，但投资和运行费用较高。 洁净煤燃烧技术洁净煤燃烧技术 燃烧过程中脱硫技术：燃烧过程中脱硫技术： 煤气化联合循环：煤气化联合循环：煤煤 气化炉气化炉 燃料气（气化过程中，硫燃料气（气化过程中，硫分与脱硫剂反应而被固定）分与脱硫剂反应而被固定） 燃气轮机系统，但投资大燃气轮机系统，但投资大且技术复杂，在我国的应用将是一个长期的过程。且技术复杂，在我国的应用将是一个长期的过程。 流化床燃烧技术流化床燃烧技术：鼓泡流化床锅炉：鼓泡流化床锅炉 常压循环流化床锅炉常压循环流化床锅炉 加压流化床联合循环加压流化床联合循环循环流化床燃烧技术循环流化床燃烧技术 各技

6、术的投资、运行费用和技术现状的比较，见表各技术的投资、运行费用和技术现状的比较，见表1-41-4。 典型的循环流化床锅炉系统见图典型的循环流化床锅炉系统见图1-21-2，与煤粉炉主要区别，与煤粉炉主要区别是：是：多了旋风分离器和布风板。多了旋风分离器和布风板。 表表1-51-5为层燃、煤粉燃烧和流化床燃烧等燃烧方式燃烧为层燃、煤粉燃烧和流化床燃烧等燃烧方式燃烧特性的比较，从中可以看出，特性的比较，从中可以看出，流化床燃烧的最突出特点为：流化床燃烧的最突出特点为：燃烧温度低（燃烧温度低（850-900850-900）、停留时间长（）、停留时间长（5000s5000s）及湍流）及湍流混合强烈。混合

7、强烈。循环流化床燃烧技术的优点循环流化床燃烧技术的优点(8)(8) 燃烧效率高：燃烧效率高：由于炉内固体可燃物的份额不超过全部床由于炉内固体可燃物的份额不超过全部床料的料的2%3%2%3%，其余为大量的高温惰性物料（灰、石灰石或，其余为大量的高温惰性物料（灰、石灰石或沙子等）；再加上燃料在炉内的停留时间长、湍流混合强沙子等）；再加上燃料在炉内的停留时间长、湍流混合强烈，在氧气足够的情况下，仍能保证在烈，在氧气足够的情况下，仍能保证在850-900850-900的低温条的低温条件下稳定和高效的燃烧任何燃料。件下稳定和高效的燃烧任何燃料。循环流化床燃烧技术的优点循环流化床燃烧技术的优点(8)(8)

8、 燃料适应性强：燃料适应性强：可以燃用一切种类的煤，包括高灰分高可以燃用一切种类的煤，包括高灰分高水分的褐煤、低挥发分的无烟煤、煤矸石等等，还有城市水分的褐煤、低挥发分的无烟煤、煤矸石等等，还有城市垃圾、油污泥、农林业生物质废料等，各种气体和液体燃垃圾、油污泥、农林业生物质废料等，各种气体和液体燃料。料。（原因同上）（原因同上） 低的污染物排放：低的污染物排放：低温燃烧低温燃烧可有效抑制热力型可有效抑制热力型NOxNOx的生成，的生成，分级送风分级送风可控制燃料型可控制燃料型NOxNOx的排放，因而，流化床锅炉的的排放，因而，流化床锅炉的NOxNOx生成量仅为煤粉炉的生成量仅为煤粉炉的1/41

9、/3;1/41/3;同时由于同时由于850-900850-900的燃的燃烧温度正是石灰（烧温度正是石灰（CaOCaO）和二氧化硫（）和二氧化硫（SOSO2 2）反应的）反应的最佳脱硫最佳脱硫温度，温度，因此根据煤中的含硫量，向炉内投入适量的石灰石，因此根据煤中的含硫量，向炉内投入适量的石灰石，可达到可达到90%90%左右的脱硫效率。左右的脱硫效率。 燃烧强度大：燃烧强度大：流化床锅炉燃烧过程中湍流混合强烈，且流化床锅炉燃烧过程中湍流混合强烈，且燃烧在整个炉膛空间内完成，则大大提高了燃烧强度和单燃烧在整个炉膛空间内完成，则大大提高了燃烧强度和单位炉膛体积的出力，减小了炉膛的截面积和体积，从而炉位

10、炉膛体积的出力，减小了炉膛的截面积和体积，从而炉膛体积可比常规锅炉小。膛体积可比常规锅炉小。 床内传热能力强：床内传热能力强：可节省炉内受热面的金属消耗量。鼓可节省炉内受热面的金属消耗量。鼓泡流化床，床内气固混合物对埋管的传热系数可达泡流化床，床内气固混合物对埋管的传热系数可达233233326W/326W/（m2Km2K）；循环流化床，床内气固混合物对水冷壁）；循环流化床，床内气固混合物对水冷壁的传热系数可达的传热系数可达250100W/250100W/（m2Km2K）；）；循环流化床燃烧技术的优点循环流化床燃烧技术的优点(8)(8) 负荷调节性能好：负荷调节性能好：由于炉内大量热床料的储备

11、，在低达由于炉内大量热床料的储备，在低达25%25%额定负荷下也能保持稳定燃烧。额定负荷下也能保持稳定燃烧。 易于操作和维护：易于操作和维护：燃烧温度低，灰渣不会软化和粘结，炉燃烧温度低，灰渣不会软化和粘结，炉内不结渣，不需布置吹灰器；炉内受热面热流率较低，减少内不结渣，不需布置吹灰器；炉内受热面热流率较低，减少了发生传热危机而爆管的机会；燃烧的腐蚀作用也较层燃炉了发生传热危机而爆管的机会；燃烧的腐蚀作用也较层燃炉和煤粉炉小。和煤粉炉小。 灰渣便于综合利用：灰渣便于综合利用：低温燃烧所产生的灰渣具有较好的活低温燃烧所产生的灰渣具有较好的活性，且含碳量低，可用作制作水泥的掺合料或其他建筑材料性，

12、且含碳量低，可用作制作水泥的掺合料或其他建筑材料的原料。的原料。循环流化床燃烧技术的优点循环流化床燃烧技术的优点(8)(8) 鼓泡流化床缺点：鼓泡流化床缺点： 燃用宽筛分燃料时，燃用宽筛分燃料时，未燃尽细颗粒飞灰的飞出量大，燃烧未燃尽细颗粒飞灰的飞出量大，燃烧效率降低，尾部受热面磨损，必须采用高效率的静电除尘器效率降低，尾部受热面磨损，必须采用高效率的静电除尘器或袋式除尘器才能达到环保要求的飞灰排放浓度。或袋式除尘器才能达到环保要求的飞灰排放浓度。 向炉内直接加石灰石脱硫时，向炉内直接加石灰石脱硫时，停留时间短，钙的利用率低，停留时间短，钙的利用率低，要达到要达到90%90%的脱硫效率，则需钙

13、硫摩尔比的脱硫效率，则需钙硫摩尔比Ca/SCa/S一般在一般在3 3左右，左右，要消耗大量石灰石。要消耗大量石灰石。 床内埋管及炉墙和尾部受热面的磨损问题还有待解决。床内埋管及炉墙和尾部受热面的磨损问题还有待解决。 截面热负荷随锅炉容量的增加势必增加，从而限制其向大截面热负荷随锅炉容量的增加势必增加，从而限制其向大型化发展。型化发展。 循环流化床缺点：循环流化床缺点： 气固分离和床料循环系统比较复杂，布风板及系统的气固分离和床料循环系统比较复杂，布风板及系统的阻力增加，锅炉自身电耗大，导致运行维修费用增加。阻力增加，锅炉自身电耗大，导致运行维修费用增加。 燃烧效率受燃烧温度的限制，要略低于煤粉

14、炉。燃烧效率受燃烧温度的限制，要略低于煤粉炉。 炉膛内存在还原性气氛区域，受热面的磨损与腐蚀问炉膛内存在还原性气氛区域，受热面的磨损与腐蚀问题仍要十分重视。题仍要十分重视。 炉内脱硫效率低于湿法烟气脱硫。炉内脱硫效率低于湿法烟气脱硫。 几个概念：几个概念： 流化状态：流化状态：在一定的空气流在一定的空气流速下，布风板上的一部分或全速下，布风板上的一部分或全部固体颗粒就会产生双向运动，部固体颗粒就会产生双向运动，即在一次风的作用下颗粒上升即在一次风的作用下颗粒上升和浮起，又在重力的影响下下和浮起，又在重力的影响下下落，类似于液体在沸腾时的状落，类似于液体在沸腾时的状态，固体颗粒床层也膨胀起来，态

15、，固体颗粒床层也膨胀起来，此时称固体颗粒（床料）进入此时称固体颗粒（床料）进入了流化状态。了流化状态。 几个概念：几个概念： 密相区：密相区：在炉膛中，从床的在炉膛中，从床的底部至膨胀起来的床层上界面。底部至膨胀起来的床层上界面。 悬浮段：悬浮段：上界面以上的炉膛上界面以上的炉膛空间。空间。床料中固体颗粒直径相同时料层随气流速度变化的情况床料中固体颗粒直径相同时料层随气流速度变化的情况 图图1-51-5为料层高度为料层高度h h与料层阻力与料层阻力p p随气流速度随气流速度u u变化的关系。变化的关系。 当气流速度当气流速度u uu umfmf时，时，随着随着u u的的增加，床层高度增加，床层

16、高度hghg不变，不变，hghg称为称为固定床床高；固定床床高；p p增加，如图中增加，如图中O-TO-T段。段。 当当u=uu=umfmf时，时，固体颗粒开始被吹固体颗粒开始被吹起，称为起，称为临界风速：使床层阻力临界风速：使床层阻力由增加到保持不变转折点处的气由增加到保持不变转折点处的气流速度。流速度。 图图1-51-5为料层高度为料层高度h h与料层阻力与料层阻力p p随气流速度随气流速度u u变化的关系。变化的关系。 当当u umfmfu uu ut t时，时，随着随着u u的增加，的增加，床层高度增加；床层高度增加；p p保持不变，保持不变，如图中如图中T-ST-S段。段。 当当uu

17、uut t时，时，气固两相流动由气固两相流动由流化床进入气力输送状态。流化床进入气力输送状态。u ut t称称为飞出速度或输运速度。为飞出速度或输运速度。 概念：概念： 床层的空隙率床层的空隙率：表示流化床内气固两相流中气相所占表示流化床内气固两相流中气相所占的容积百分数，则（的容积百分数，则（1-1-）就是固相所占的容积百分数。）就是固相所占的容积百分数。 床层的膨胀比床层的膨胀比R R：R=h/hg=R=h/hg=（1-1-0 0）/ /（1-1-） （1-31-3） =1-=1-（1-1-0 0）/R /R （1-41-4） 由式（由式（1-31-3）可见，随着气流速度）可见，随着气流速

18、度u u的增加，空隙率的增加，空隙率不断不断增加，床层高度增加，床层高度h h不断增加，当不断增加，当=1=1时，即时，即uuuut t时，时，h h（或（或R R） ，此时进入气力输送状态。，此时进入气力输送状态。 聚式流化：聚式流化：床层进入流态化状态以后，由于作为流化介质床层进入流态化状态以后，由于作为流化介质的空气密度与固体颗粒的密度相差很大，不能达到均匀地流的空气密度与固体颗粒的密度相差很大，不能达到均匀地流化，此时气体不是均匀地从固体之间流过，而是以化，此时气体不是均匀地从固体之间流过，而是以气泡的形气泡的形式式携带一些固体颗粒向上通过床层。如图携带一些固体颗粒向上通过床层。如图1

19、-61-6所示。所示。 空塔速度（或表观速度）：空塔速度（或表观速度）：在流化床的设计和计算时所采在流化床的设计和计算时所采用的气流速度，一般是指假设床中无固体床料，在用的气流速度，一般是指假设床中无固体床料，在正常运行正常运行床温床温下按床截面积计算的气流速度，因此流化速度又称空塔下按床截面积计算的气流速度，因此流化速度又称空塔速度或表观速度。速度或表观速度。 鼓泡床鼓泡床 流化过程：流化过程： （1 1）气泡最先很小，在上升的过程中逐步合并成大气泡。）气泡最先很小，在上升的过程中逐步合并成大气泡。 （2 2）大气泡在床层底部生成后就通过乳化相而迅速上升）大气泡在床层底部生成后就通过乳化相而

20、迅速上升（速度很快），达到床层表面即破裂逸出，并把大量固体颗（速度很快），达到床层表面即破裂逸出，并把大量固体颗粒抛入床层上部的空间。粒抛入床层上部的空间。这种大气泡生成上升和破裂逸出称这种大气泡生成上升和破裂逸出称为鼓泡。以该方式运行的流化床称为鼓泡床（为鼓泡。以该方式运行的流化床称为鼓泡床（0.450.45）。）。 （3 3）当大量气泡在床层表面破裂时，表面起伏很大，不但）当大量气泡在床层表面破裂时，表面起伏很大，不但夹带大量固体颗粒溅出床层，而且在其上部空间，气流速度夹带大量固体颗粒溅出床层，而且在其上部空间，气流速度很不均匀，局部地区很高，并有很大脉动，从而有较强的夹很不均匀，局部地区

21、很高，并有很大脉动，从而有较强的夹带固体颗粒的能力。带固体颗粒的能力。 （4 4）由气泡破裂而被抛出床层的固体颗粒被带入悬浮段，）由气泡破裂而被抛出床层的固体颗粒被带入悬浮段，进行颗粒的夹带、分离和沉降过程。沿悬浮段的高度向上，由进行颗粒的夹带、分离和沉降过程。沿悬浮段的高度向上，由气泡破裂而造成的气体流速不均匀性逐渐衰减，越来越多的颗气泡破裂而造成的气体流速不均匀性逐渐衰减，越来越多的颗粒沉降回到床层，从而使得沿悬浮段高度固体颗粒的浓度变化粒沉降回到床层，从而使得沿悬浮段高度固体颗粒的浓度变化很大，近床层表面处高，炉膛出口处低。很大，近床层表面处高，炉膛出口处低。 （5 5）在炉膛出口处，浓

22、度低，气固两相混合物热容量很小，）在炉膛出口处，浓度低，气固两相混合物热容量很小，在炉膛平均温度为在炉膛平均温度为850850，出口烟温很快下降，使此处未燃尽，出口烟温很快下降，使此处未燃尽的细燃料颗粒被带出炉膛，成为固体未完全燃烧损失。的细燃料颗粒被带出炉膛，成为固体未完全燃烧损失。 这既是鼓泡流化床锅炉在燃烧宽筛分燃料时燃烧效率不高这既是鼓泡流化床锅炉在燃烧宽筛分燃料时燃烧效率不高的原因，也是脱硫反应的钙利用率较低的主要原因。的原因，也是脱硫反应的钙利用率较低的主要原因。 另一个特点：另一个特点：当气流速度刚达到临界风速时，只有乳化相；当气流速度刚达到临界风速时，只有乳化相；速度增加，乳化

23、相中的固体颗粒和气体的比例一直保持临界速度增加，乳化相中的固体颗粒和气体的比例一直保持临界状态，增加的气体则以气泡的形式通过床层。从而在许多方状态，增加的气体则以气泡的形式通过床层。从而在许多方面具有类似于液体的性能。面具有类似于液体的性能。 利用流化床的这些特性，可以不采用任何运动的机械部件，利用流化床的这些特性，可以不采用任何运动的机械部件，将流化床的固体物料进行输送将流化床的固体物料进行输送 鼓泡流化床存在明显的低密度气泡和高密度的乳化相，床鼓泡流化床存在明显的低密度气泡和高密度的乳化相，床中的密度分布很不均匀，有明显的床层表面。中的密度分布很不均匀，有明显的床层表面。 湍流床：湍流床：

24、当流化速度进一步提高，床层就会出现气泡内部当流化速度进一步提高，床层就会出现气泡内部被一些密度较高的乳化相分割占据的现象。这时，密度分布被一些密度较高的乳化相分割占据的现象。这时，密度分布不均匀状态逐步消失，床层压降（阻力）发生脉动并开始下不均匀状态逐步消失，床层压降（阻力）发生脉动并开始下降，达到湍动流化状态（降，达到湍动流化状态（=0.65-0.75=0.65-0.75）；）； 此时床中大气泡完全消失，气泡被破碎成小的空隙，以此时床中大气泡完全消失，气泡被破碎成小的空隙，以曲折的路线向上急速运动，穿过床层。这些空隙可看成一条曲折的路线向上急速运动，穿过床层。这些空隙可看成一条条连续的气体通

25、道，而原来连续的乳化相，则弥散形成了颗条连续的气体通道，而原来连续的乳化相，则弥散形成了颗粒团或颗粒带，变成了非连续相；这时大量的固体颗粒被夹粒团或颗粒带，变成了非连续相；这时大量的固体颗粒被夹带到床层上部，使悬浮段内的固体颗粒浓度大大地增加，从带到床层上部，使悬浮段内的固体颗粒浓度大大地增加，从而很难确定床层的表面。而很难确定床层的表面。 快速床：快速床：再进一步增加流化速度，床内气固两相混合物的再进一步增加流化速度，床内气固两相混合物的密度进一步下降，床层进一步膨胀；悬浮段中的气固两相混密度进一步下降，床层进一步膨胀；悬浮段中的气固两相混合物密度进一步提高，使沿整个炉膛高度气固两相混合物的

26、合物密度进一步提高，使沿整个炉膛高度气固两相混合物的密度更加均匀，此时床层进入快速床的工况（密度更加均匀，此时床层进入快速床的工况（=0.75-0.95=0.75-0.95） 输运床：输运床：当流化速度增加到当流化速度增加到u=uu=ut t时，大量固体颗粒被带出时，大量固体颗粒被带出炉膛，此时若不连续补充床料，则全部固体颗粒都会被吹出炉膛，此时若不连续补充床料，则全部固体颗粒都会被吹出炉膛。根据炉膛。根据=1=1，按式（，按式（1-111-11）就可求出）就可求出u ut t。 循环流化床：输运床循环流化床：输运床+ +高效分离器。高效分离器。 循环流化床整个炉膛内的固体床料密度要比鼓泡床床

27、层内循环流化床整个炉膛内的固体床料密度要比鼓泡床床层内的密度低得多。的密度低得多。以颗粒尺寸相同的床料为例，在以颗粒尺寸相同的床料为例，在鼓泡床鼓泡床工况工况下，固体颗粒基本上只漂浮在床层内，向上的净流出质量流下，固体颗粒基本上只漂浮在床层内，向上的净流出质量流率与流入的燃料相比很小，气固间有很大的相对速度，此时率与流入的燃料相比很小，气固间有很大的相对速度，此时床层膨胀比床层膨胀比R R和床料密度和床料密度pp（1-1-）只决定于流化速度）只决定于流化速度；在；在循环流化床循环流化床工况下，除气流向上流动外，固体颗粒也向上流工况下，除气流向上流动外，固体颗粒也向上流动，二者之间存在速度差（滑

28、移速度），如图动，二者之间存在速度差（滑移速度），如图1-81-8所示。因此，所示。因此，床料密度不单纯决定于流化速度，还与当时固体颗粒的质量床料密度不单纯决定于流化速度，还与当时固体颗粒的质量流率有关。流率有关。 由图可见，在一定的气流速度下，质量流率越大，则床由图可见，在一定的气流速度下，质量流率越大，则床料的密度越大，固体颗粒的循环量越大，气固间的滑移速度料的密度越大，固体颗粒的循环量越大，气固间的滑移速度也越大。也越大。 循环流化床床内运动的一个特点：颗粒的聚集和团聚作用。循环流化床床内运动的一个特点：颗粒的聚集和团聚作用。 研究发现，当床料的密度研究发现，当床料的密度pp（1-1-）

29、=8-10kg/m3=8-10kg/m3时，床时，床内细颗粒就会团聚成大粒子团。在一定的气流速度下，大粒内细颗粒就会团聚成大粒子团。在一定的气流速度下，大粒子团不是被吹上去，而是向边壁区运动，在近壁区逆着气流子团不是被吹上去，而是向边壁区运动，在近壁区逆着气流沿炉墙向下运动，在下流过程中，气固间产生较大相对速度，沿炉墙向下运动，在下流过程中，气固间产生较大相对速度，大粒子团被上升气流打散成细颗粒，再被气流带动从炉膛中大粒子团被上升气流打散成细颗粒，再被气流带动从炉膛中心向上运动，在上升过程中再聚集成大粒子团，再沿炉墙下心向上运动，在上升过程中再聚集成大粒子团，再沿炉墙下流，形成一个固体颗粒的内

30、循环。流，形成一个固体颗粒的内循环。 内循环：内循环：粒子团不断聚集、下沉、吹散、上升又再聚集粒子团不断聚集、下沉、吹散、上升又再聚集所形成的物理过程。所形成的物理过程。 内循环内循环使循环流化床内发生使循环流化床内发生强烈的热量和质量交换。强烈的热量和质量交换。内内循环量一般比通过分离器所形成的外循环量循环量一般比通过分离器所形成的外循环量高一个数量级，高一个数量级，显著地提高了焦炭颗粒和显著地提高了焦炭颗粒和CaOCaO颗粒在燃烧室中的停留时间，为颗粒在燃烧室中的停留时间，为燃烧效率和脱硫效率的提高提供了良好的条件燃烧效率和脱硫效率的提高提供了良好的条件 强烈的内循环大大强化了炉内的传热和

31、传质过程，使得整强烈的内循环大大强化了炉内的传热和传质过程，使得整个炉内具有十分均匀的温度分布。个炉内具有十分均匀的温度分布。在炉温为在炉温为850850的情况下，的情况下，可使刚进入炉内的新鲜燃料和脱硫剂在瞬间即被加热到可使刚进入炉内的新鲜燃料和脱硫剂在瞬间即被加热到850850，不但燃烧效率要比鼓泡流化床高，还可使石灰石在最佳的反不但燃烧效率要比鼓泡流化床高，还可使石灰石在最佳的反应温度下进行脱硫反应。应温度下进行脱硫反应。 循环流化床锅炉燃烧室内任何地方布置的受热面都可以达循环流化床锅炉燃烧室内任何地方布置的受热面都可以达到很高的传热效果。到很高的传热效果。炉膛内气固混合物对受热面的传热

32、系数，炉膛内气固混合物对受热面的传热系数，沿炉膛高度自下而上在沿炉膛高度自下而上在250-100W/250-100W/（m2Km2K）之间变化，其值）之间变化，其值随着该处的床料密度随着该处的床料密度pp（1-1-）的增加而增加。循环流化床）的增加而增加。循环流化床炉膛内布置的水冷壁受热面恰好位于固体颗粒团向下运动的炉膛内布置的水冷壁受热面恰好位于固体颗粒团向下运动的区域，颗粒浓度高但流动速度缓慢，这既可强化传热，又可区域，颗粒浓度高但流动速度缓慢，这既可强化传热，又可避免水冷壁管的磨损，避免水冷壁管的磨损， 当循环流化床所有的燃料不是很均匀，而是以当循环流化床所有的燃料不是很均匀，而是以0-

33、8mm0-8mm的宽的宽筛分颗粒分布，相应于所采用的流化速度，则炉内会出现：筛分颗粒分布，相应于所采用的流化速度，则炉内会出现：炉膛下部是由粗颗粒组成的鼓泡床或湍流床，上部是由细颗炉膛下部是由粗颗粒组成的鼓泡床或湍流床，上部是由细颗粒组成的快速床或输运床二者叠加的情况。粒组成的快速床或输运床二者叠加的情况。 饱和携带量：饱和携带量：以一定速度上升的气流，单位重量的气体以一定速度上升的气流，单位重量的气体只能携带一定极限重量的固体颗粒，称为饱和携带量。只能携带一定极限重量的固体颗粒，称为饱和携带量。 气流速度高，饱和携带量大，床中气固混合物浓度高，气流速度高，饱和携带量大，床中气固混合物浓度高，

34、传热传质效果更强，炉膛内温度分布更均匀，但流动阻力更传热传质效果更强，炉膛内温度分布更均匀，但流动阻力更大，锅炉自身能耗更多。大，锅炉自身能耗更多。 由于气固两相混合物的热容量比单相烟气大几十倍甚至几由于气固两相混合物的热容量比单相烟气大几十倍甚至几百倍，循环流化床锅炉中燃料的着火、燃烧非常稳定。百倍，循环流化床锅炉中燃料的着火、燃烧非常稳定。 固体床料通过分离器形成的外循环和高一个数量级的内循固体床料通过分离器形成的外循环和高一个数量级的内循环，大大延长了燃料和脱硫剂的停留和反应时间。环，大大延长了燃料和脱硫剂的停留和反应时间。 床内沿炉膛高度所进行的燃烧和传热过程，基本是在十分床内沿炉膛高

35、度所进行的燃烧和传热过程，基本是在十分均匀的炉膛温度下进行。从而可达到均匀的炉膛温度下进行。从而可达到98-99%98-99%的燃烧效率，当的燃烧效率，当钙硫摩尔比钙硫摩尔比Ca/S=1.5-2.5Ca/S=1.5-2.5时，可达到时，可达到90%90%以上的脱硫效率。以上的脱硫效率。循环床与鼓泡床相比的优点循环床与鼓泡床相比的优点 低温燃烧，分级配风（燃烧过程在整个炉膛高度进行）。低温燃烧，分级配风（燃烧过程在整个炉膛高度进行）。可有效抑制可有效抑制NOxNOx的生成和排放。的生成和排放。 炉内气固两相流对受热面的传热是在整个炉膛内进行，不炉内气固两相流对受热面的传热是在整个炉膛内进行，不需

36、布置埋管受热面，避免了埋管的磨损问题。需布置埋管受热面，避免了埋管的磨损问题。 高效分离器可将大部分固体颗粒从烟气中分离出来，和鼓高效分离器可将大部分固体颗粒从烟气中分离出来，和鼓泡床相比，减少了尾部受热面的磨损。泡床相比，减少了尾部受热面的磨损。 循环床与鼓泡床相比的优点循环床与鼓泡床相比的优点 7070年代，德国鲁奇（年代，德国鲁奇（lurgilurgi）公司第一个申请了循环流化）公司第一个申请了循环流化床的专利权，并很快获得应用。床的专利权，并很快获得应用。 主循环回路：主循环回路：其作用是将大量的高温固体物料从气流中其作用是将大量的高温固体物料从气流中分离出来，送回燃烧室，以维持燃烧室

37、稳定的流态化状态，分离出来，送回燃烧室，以维持燃烧室稳定的流态化状态，保证燃料和脱硫剂的较长反应时间，以提高燃烧效率和脱硫保证燃料和脱硫剂的较长反应时间，以提高燃烧效率和脱硫效率。效率。主循环回路是主循环回路是循环流化床锅炉的关键，其主要部件为循环流化床锅炉的关键，其主要部件为气固分离器。气固分离器。 气固分离器气固分离器既是循环流化床系统的核心部件之一，又具既是循环流化床系统的核心部件之一，又具有相对的独立性和灵活性。从某种意义上讲，循环流化床锅有相对的独立性和灵活性。从某种意义上讲，循环流化床锅炉的性能取决于分离器的性能，循环流化床燃烧技术的发展炉的性能取决于分离器的性能，循环流化床燃烧技

38、术的发展也取决于气固分离技术的发展，也取决于气固分离技术的发展，分离器设计上的差异标志了分离器设计上的差异标志了循环流化床技术流派的区分。循环流化床技术流派的区分。 经典的经典的绝热旋风分离绝热旋风分离循环流循环流化床燃烧技术化床燃烧技术 高温绝热旋风分离器高温绝热旋风分离器( (德国德国lurgilurgi公司公司) )：见图：见图1-101-10优点：优点：技术比较成熟，分离性技术比较成熟，分离性能较高，应用最多。能较高，应用最多。 经典的经典的绝热旋风分离绝热旋风分离循环流化循环流化床燃烧技术床燃烧技术缺点：缺点：旋风筒体积庞大，钢耗较旋风筒体积庞大，钢耗较高，锅炉造价高，占地较大；旋高

39、，锅炉造价高，占地较大；旋风筒内衬厚，耐火材料及砌筑要风筒内衬厚，耐火材料及砌筑要求高、用量大、费用高；启动时求高、用量大、费用高；启动时间长，运行中易出现故障；密封间长，运行中易出现故障；密封和膨胀系统复杂；尤其是在燃用和膨胀系统复杂；尤其是在燃用挥发分较低或活性较差的强后燃挥发分较低或活性较差的强后燃性煤种时，旋风筒内的燃烧导致性煤种时，旋风筒内的燃烧导致分离下的物料温度上升。分离下的物料温度上升。 中温分离技术中温分离技术（CircofluidCircofluid公司）：在炉膛上部布置大量公司）：在炉膛上部布置大量的受热面以降低炉膛出口烟温。的受热面以降低炉膛出口烟温。优点：优点：旋风筒

40、入口烟温和体积降低，旋风筒的体积和重量有旋风筒入口烟温和体积降低，旋风筒的体积和重量有所减少，相当程度上克服了绝热旋风筒技术的缺陷，提高了所减少，相当程度上克服了绝热旋风筒技术的缺陷，提高了运行可靠性。运行可靠性。缺点：缺点：需采用塔式布置，炉膛较高，钢耗量大，锅炉造价提需采用塔式布置，炉膛较高，钢耗量大，锅炉造价提高。高。 改进的改进的冷却型旋风分离冷却型旋风分离循环流化床燃烧技术循环流化床燃烧技术 水（汽）冷旋风分离器水（汽）冷旋风分离器（Foster WheelerFoster Wheeler公司）：见图公司）：见图1-1-1111，分离器外壳由水冷或汽冷管弯制、焊装成，分离器外壳由水冷

41、或汽冷管弯制、焊装成膜式壁膜式壁，取消，取消绝热旋风筒的高温绝热层。受热面绝热旋风筒的高温绝热层。受热面内侧内侧涂一层较薄厚度的涂一层较薄厚度的高高温耐磨浇注料，壳外侧温耐磨浇注料，壳外侧覆以一定厚度的覆以一定厚度的保温层保温层, ,见图见图1-121-12。优点：优点：分离器内物料温度不会上升（回料系统结焦），较好分离器内物料温度不会上升（回料系统结焦），较好地解决了旋风筒内侧防磨问题。地解决了旋风筒内侧防磨问题。缺点：缺点：生产工艺复杂，制造成本较高。生产工艺复杂，制造成本较高。 快速发展的快速发展的紧凑型紧凑型循环流化床燃烧技术循环流化床燃烧技术 Pyroflow CompactPyro

42、flow Compact循环流化床锅炉采用的循环流化床锅炉采用的方形分离器方形分离器（芬兰（芬兰AhlstromAhlstrom）：）： 分离机理与圆形旋风筒无本质差别，壳体仍采用分离机理与圆形旋风筒无本质差别，壳体仍采用FWFW式水式水（汽）冷管壁式。示意图见（汽）冷管壁式。示意图见1-131-13。 快速发展的快速发展的紧凑型紧凑型循环流化床燃烧技术循环流化床燃烧技术2 2、水（汽）冷方形旋风分离器与不冷却的钢板卷成的旋风、水（汽）冷方形旋风分离器与不冷却的钢板卷成的旋风筒制造成本基本相当，但前者节省了大量的保温和耐火材筒制造成本基本相当，但前者节省了大量的保温和耐火材料，最终的实际成本有

43、所下降；减少了散热损失，提高了料，最终的实际成本有所下降；减少了散热损失，提高了锅炉效率；保温厚度减少，提高启停时间。锅炉效率；保温厚度减少，提高启停时间。3 3、方形分离器在大型化方面具有很大的优势。目前、方形分离器在大型化方面具有很大的优势。目前FWFW公司公司正在研制基于方形分离器的超临界循环流化床锅炉。正在研制基于方形分离器的超临界循环流化床锅炉。 优点：优点：1 1、分离器壁面作为炉膛壁面水循环系统的一部分，与炉膛之、分离器壁面作为炉膛壁面水循环系统的一部分，与炉膛之间避免使用膨胀节；方形分离器可紧贴炉膛布置，使整个锅间避免使用膨胀节；方形分离器可紧贴炉膛布置，使整个锅炉体积大为减少

44、，布置十分紧凑。炉体积大为减少，布置十分紧凑。 循环流化床锅炉的大型化循环流化床锅炉的大型化 大容量亚临界循环流化床自然循环锅炉的进一步完善大容量亚临界循环流化床自然循环锅炉的进一步完善是一是一个发展方向。个发展方向。 而而提高蒸汽参数以提高供电效率提高蒸汽参数以提高供电效率是大型化的主要方向。是大型化的主要方向。 从大型电厂普遍采用的煤粉炉的发展路程：从大型电厂普遍采用的煤粉炉的发展路程：低压低压 高压高压 超高压超高压 亚临界亚临界 超临界，可以看超临界，可以看出，出，主蒸汽压力对供电效率有明显影响。主蒸汽压力对供电效率有明显影响。 循环流化床比煤粉炉更适合采用超临界参数的几大优势：循环流

45、化床比煤粉炉更适合采用超临界参数的几大优势： 低热流。低热流。对于同样的负荷，循环流化床锅炉的炉膛截面积对于同样的负荷，循环流化床锅炉的炉膛截面积接近于煤粉炉，但单位受热面积上的传热量较小。这就使超接近于煤粉炉，但单位受热面积上的传热量较小。这就使超临界直流循环流化床锅炉可以在相对低的质量流速和相对高临界直流循环流化床锅炉可以在相对低的质量流速和相对高的工质温度条件下工作。的工质温度条件下工作。 流化床中气固两相流动对受热面的冲刷，流化床中气固两相流动对受热面的冲刷，使水冷壁的粘污使水冷壁的粘污系数较小，沉积物非常少且比较均匀，炉墙清洁，系数较小，沉积物非常少且比较均匀，炉墙清洁，水冷壁发水冷

46、壁发生传热恶化的情况大幅度减少。生传热恶化的情况大幅度减少。 燃烧室中热流横向分布比较均匀，纵向分布呈现上部比下燃烧室中热流横向分布比较均匀，纵向分布呈现上部比下部低的趋势，最高热流出现在底部并随着炉高增加而逐渐减部低的趋势，最高热流出现在底部并随着炉高增加而逐渐减小，而工质温度恰恰相反。因此，小，而工质温度恰恰相反。因此，最冷的工质恰好在最高热最冷的工质恰好在最高热流处，使水冷壁面不至于超温，发生传热恶化的机率比煤粉流处，使水冷壁面不至于超温，发生传热恶化的机率比煤粉炉小很多。炉小很多。 负荷调节范围广负荷调节范围广 投资和运行费用适中。投资和运行费用适中。略高于常规煤粉炉，但比配烟气脱略高

47、于常规煤粉炉，但比配烟气脱硫装置的煤粉炉低。硫装置的煤粉炉低。 低温燃烧，分级送风，低温燃烧，分级送风，NOxNOx排放较小，排放较小，一般为一般为0.02%0.02%以下。以下。 超临界循环流化床锅炉成为国际上的研究热点问题之一。超临界循环流化床锅炉成为国际上的研究热点问题之一。 中国是世界上循环流化床锅炉装机容量最多的国家中国是世界上循环流化床锅炉装机容量最多的国家, , 从从19951995年首台国产年首台国产50MW50MW循环流化床锅炉投运以来循环流化床锅炉投运以来, ,在短短的在短短的1010年内年内, ,中国完成了从高压、超高压到亚临界循环流化床技术中国完成了从高压、超高压到亚临

48、界循环流化床技术的过渡的过渡, ,随着四川白马、云南开远等一批随着四川白马、云南开远等一批300MW CFB300MW CFB锅炉的成锅炉的成功投运功投运, ,标志着中国的大型循环流化床锅炉技术已经和世界标志着中国的大型循环流化床锅炉技术已经和世界接轨。接轨。 中国的流化床锅炉技术发展中国的流化床锅炉技术发展, ,可分为可分为技术合作、技术引技术合作、技术引进和自主开发进和自主开发这三个过程。这三个过程。 与国外制造商的技术合作与国外制造商的技术合作 中国首台高压等级循环流化床锅炉是由中国首台高压等级循环流化床锅炉是由FOSTERWHEELFOSTERWHEEL公司公司生产设计的。东方锅炉厂、

49、西南电力设计院、国电热工研究生产设计的。东方锅炉厂、西南电力设计院、国电热工研究院和四川电科院等单位参与了该项技术的消化和吸收工作院和四川电科院等单位参与了该项技术的消化和吸收工作, ,为为我国大型循环流化床的发展做出了突出贡献。我国大型循环流化床的发展做出了突出贡献。 九十年代初九十年代初, , 哈尔滨锅炉厂采用与美国哈尔滨锅炉厂采用与美国PPC(PPC(原芬兰原芬兰AhlstromCFBAhlstromCFB技术技术) )合作合作, ,为大连化学工业公司热电厂提供两台为大连化学工业公司热电厂提供两台220t/h CFB220t/h CFB锅炉锅炉, ,合作方式合作方式: :美国美国PPCP

50、PC从事锅炉岛及锅炉本体的从事锅炉岛及锅炉本体的初步设计和技术设计初步设计和技术设计, ,并且负责性能；哈尔滨锅炉厂与东北电并且负责性能；哈尔滨锅炉厂与东北电力设计院分别从事相应的施工设计力设计院分别从事相应的施工设计, ,并且提供设备和设备配套。并且提供设备和设备配套。 该项目是第一个由我国工程技术人员参与设计的高压等该项目是第一个由我国工程技术人员参与设计的高压等级循环流化床锅炉项目级循环流化床锅炉项目, ,并于并于19951995年顺利投入商业运行。年顺利投入商业运行。 采用技术合作方式虽然能得到成熟的产品采用技术合作方式虽然能得到成熟的产品, ,却得不到循却得不到循环流化床锅炉的核心技

51、术。为了缩短开发周期环流化床锅炉的核心技术。为了缩短开发周期, ,降低开发成降低开发成本和风险本和风险, ,使我国的循环流化床技术尽快与国际接轨使我国的循环流化床技术尽快与国际接轨, ,我国的我国的几个主要锅炉制造商均采用了技术引进的方式来发展自己的几个主要锅炉制造商均采用了技术引进的方式来发展自己的循环流化床锅炉技术。循环流化床锅炉技术。 技术引进情况技术引进情况 50135MW50135MW等级中等容量循环流化床锅炉等级中等容量循环流化床锅炉 哈尔滨锅炉厂哈尔滨锅炉厂19991999年年7 7月月, , 引进了引进了Alstom(Alstom(原德国原德国EVT)EVT)公司公司22041

52、0 t/h220410 t/h级级( (包括中间再热包括中间再热) )循环流化床锅炉技术。并于循环流化床锅炉技术。并于20012001年签订了国内第一个年签订了国内第一个135MW135MW等级再热循环流化床锅炉合等级再热循环流化床锅炉合同同( (河南新乡、开封工程河南新乡、开封工程), 2003), 2003年相继投入了商业运行。新年相继投入了商业运行。新乡开封工程的成功投运乡开封工程的成功投运, ,大大的推动了我国循环流化床锅炉大大的推动了我国循环流化床锅炉技术的发展。技术的发展。 技术引进情况技术引进情况 50135MW50135MW等级中等容量循环流化床锅炉等级中等容量循环流化床锅炉

53、哈尔滨锅炉厂哈尔滨锅炉厂CFBCFB的技术特点是的技术特点是: :1)1)采用传统的采用传统的ALHSLOMALHSLOM炉型炉型2)2)采用高温分离器或汽冷分离器采用高温分离器或汽冷分离器, ,分离器采用入口烟道下倾、分离器采用入口烟道下倾、中心筒偏置、旋风筒呈圆形的结构中心筒偏置、旋风筒呈圆形的结构, ,使旋风筒的分离效率提高使旋风筒的分离效率提高3)3)采用钟罩式风帽采用钟罩式风帽, ,每个风帽由较小直径的内管和较大直径的每个风帽由较小直径的内管和较大直径的外罩组成外罩组成, ,外罩与内管之间用螺纹连接外罩与内管之间用螺纹连接, ,这种风帽具有流化均匀、这种风帽具有流化均匀、不堵塞、不磨

54、损、安装、维修方便的优点不堵塞、不磨损、安装、维修方便的优点4)4)床上床下联合启动方式床上床下联合启动方式东方锅炉厂东方锅炉厂9494年与美国年与美国FWFW公司签订公司签订50MW50MW、100MW100MW容量等级的容量等级的CFBCFB锅炉技术转让合同锅炉技术转让合同, ,技术引进范围包括整个锅炉岛系统及技术引进范围包括整个锅炉岛系统及锅炉本体。锅炉本体。9797年为浙江宁波中华纸业有限公司生产的两台年为浙江宁波中华纸业有限公司生产的两台220t/h220t/h高压高压CFBCFB锅炉先后成功投运锅炉先后成功投运, ,并取得了良好的运行业绩。并取得了良好的运行业绩。作为第一批由我国企

55、业掌握全套设计、制造技术的大型作为第一批由我国企业掌握全套设计、制造技术的大型CFBCFB锅锅炉炉, ,投运后经短期调试即表现出良好的运行性能投运后经短期调试即表现出良好的运行性能, ,使我国使我国CFBCFB锅锅炉大型化进程有了一个良好的开端。炉大型化进程有了一个良好的开端。 东方锅炉厂东方锅炉厂CFBCFB的主要技术特点是的主要技术特点是: :1)1)采用前墙给煤技术采用前墙给煤技术;2);2)汽冷分离器汽冷分离器; ;3)3)定向式风帽定向式风帽;4);4)床下启动技术。床下启动技术。 上海锅炉厂上海锅炉厂与与ALSTOMALSTOM公司于公司于20012001年年8 8月签订了月签订了

56、CFBCFB锅炉技术锅炉技术转让合同转让合同, ,并相继生产了多台并相继生产了多台440t/h440t/h等级循环流化床锅炉。等级循环流化床锅炉。 上海锅炉厂的结构特点是上海锅炉厂的结构特点是:1):1)水冷布风装置水冷布风装置, ,风帽为大口径风帽为大口径T T型风帽型风帽;2);2)采用绝热式上排气旋风分离器采用绝热式上排气旋风分离器;3);3)采用自平衡采用自平衡U U型型回料阀回料阀;4);4)采用密封性能好的管式空预器采用密封性能好的管式空预器;5);5)再热器采用双烟再热器采用双烟道挡板调温道挡板调温;6);6)前墙给煤。前墙给煤。 武汉锅炉厂武汉锅炉厂也引进了也引进了ALSTOM

57、ALSTOM公司的中等容量的循环流化床公司的中等容量的循环流化床锅炉技术锅炉技术 200350MW 200350MW等级等级CFBCFB锅炉技术引进情况锅炉技术引进情况 20032003年年4 4月份月份, ,在国家发改委组织下在国家发改委组织下, ,我国正式与我国正式与ALSTOMALSTOM公公司签订了司签订了200350MW200350MW大型循环流化床锅炉技术引进合同。主大型循环流化床锅炉技术引进合同。主要承担技术引进工作的单位为国内的三大锅炉厂要承担技术引进工作的单位为国内的三大锅炉厂( (哈尔滨锅哈尔滨锅炉厂、东方锅炉厂、上海锅炉厂炉厂、东方锅炉厂、上海锅炉厂) )和国内的六大设计

58、院和国内的六大设计院( (东北东北院、西北院、中南院、华中院、华东院和西南院院、西北院、中南院、华中院、华东院和西南院),),技术引进技术引进工作于工作于20032003年年1212月份正式开始月份正式开始, ,于于20042004年年6 6月份全面结束。到月份全面结束。到目前为止目前为止, ,我国已有我国已有8 8台引进型台引进型300MW CFB300MW CFB锅炉投入了商业运锅炉投入了商业运行。行。 自主研发自主研发 在积极消化吸收国外技术的同时在积极消化吸收国外技术的同时, ,国内各高校、科研院所及国内各高校、科研院所及制造厂也在积极开发国产大容量的制造厂也在积极开发国产大容量的CF

59、BCFB锅炉技术。九五期间锅炉技术。九五期间, ,就就成功开发了成功开发了125MW125MW国产化超高压循环流化床锅炉技术国产化超高压循环流化床锅炉技术, ,这些都为这些都为300MW300MW亚临界亚临界CFBCFB锅炉技术引进奠定了坚实的基础。在大型循化锅炉技术引进奠定了坚实的基础。在大型循化流化床锅炉技术的自主开发方面流化床锅炉技术的自主开发方面, ,我国也取得了优异的成绩。我国也取得了优异的成绩。 20002000年年, ,哈尔滨锅炉厂与国电热工研究院哈尔滨锅炉厂与国电热工研究院合作合作, ,为江西分宜为江西分宜电厂成功开发出首台具有自主知识产权的国产化电厂成功开发出首台具有自主知识

60、产权的国产化410t/h CFB410t/h CFB锅锅炉。炉。20062006年，两单位再次合作年，两单位再次合作, ,为分宜电厂成功开发的首台国为分宜电厂成功开发的首台国产型产型200MW CFB200MW CFB锅炉，正式投入了商业运行。锅炉，正式投入了商业运行。20082008年，两单位年，两单位联合开发的联合开发的330MW CFB330MW CFB锅炉投入商业运行。锅炉投入商业运行。 清华大学清华大学是国内从事大型循环流化床锅炉技术开发的主是国内从事大型循环流化床锅炉技术开发的主要高校之一要高校之一, ,在在“九五九五”期间与哈尔滨锅炉厂、国电热工研期间与哈尔滨锅炉厂、国电热工研究