循环流化床锅炉设备及运行(01)教材课件

1、循环流化床锅炉设备及运行安徽省特种设备检测院培训中心杨新建 2011年3月第1讲 绪论一、传统燃煤方式带来的环境问题四、第二代流化床锅炉循环流化床锅炉 循环流化床锅炉概述三、第一代流化床锅炉鼓泡床锅炉二、洁净煤技术的兴起五、循环流化床锅炉应用现状及发展前景学习目的 了解循环流化床锅炉的来龙去脉； 掌握流化床锅炉的基本概念、基本原理及其在环保方面存在巨大优势的机理； 了解循环流化床锅炉蓬勃发展的现状及巨大的发展潜力； 激发学习和掌握循环流化床锅炉技术的热情和积极性，增强其环保意识，坚定其投身能源与环保事业的决心。 近年来，在火力发电领域，一个新名词越来越多地被人们听到，这就是“循环流化床”。 “

2、循环流化床”似乎与环保脱硫有关，还经常与“清洁燃烧”联系在一起。那么，“循环流化床”到底是什么？ 电站锅炉领域的“循环流化床”指的就是锅炉家族的后起之秀循环流化床锅炉。概括地说，它是一种环保锅炉。我国电力工业现状:装机及发电总量居世界第二，仅次于美国。 燃煤机组在电力生产中的地位2004年最近几年电力建设超常规发展中国是仅次于美国的世界第二大电力生产国，其电力生产正以前所未有的速度增长。 2002年底发电装机容量3.6亿千瓦；2005年全国电力装机新增6500万千瓦，总量已突破5亿千瓦，2007年底发电装机容量7.1329亿千瓦。 从2002年的3.6亿千万增加到2007年的7.13亿千瓦,平

3、均年增长速度14.8%.火力发电在电力生产中的地位(占全国总装机容量的74%)火电装机中,绝大部分是燃煤机组,由此带来严重的环境问题.一、传统煤燃烧方式带来的环境问题燃煤锅炉的三种典型燃烧方式1、煤粉炉2、链条炉3、流化床（沸腾炉、循环流化床）燃煤锅炉三种典型燃烧方式的转变链条炉流化床煤粉炉电站锅炉的传统煤燃烧方式鼓风存在问题： 1.不能充分利用劣质燃料（如煤矸石、焦碳、垃圾等） 2.不易控制污染物排放（SO2、NOx） 3.灰渣综合利用受限制 固定床燃烧 悬浮燃烧酸雨大气污染灰场污染矸石山污染燃煤带来的环境问题酸 雨H2SO4HNO3SO2NOx燃煤产生的酸性排放物进入空气中，经过一系列作用

4、就形成了酸雨（pH5.6)。我国87%的SO2排放来自煤燃烧 酸雨使森林退化，湖泊酸化，鱼类死亡，水生生物种群减少，农田土壤酸化、贫瘠，有毒重金属污染增强，粮食、蔬菜、瓜果大面积减产，使建筑物和桥梁损坏，文物面目皆非。酸 雨中国酸雨问题 中国是燃煤大国，煤炭在能源消耗中占了70%，因而我国的大气污染主要是燃煤造成的。我国生产的煤炭，平均含硫份约为1.1%。由于一直未加以严格控制，致使我国在工业化水平还不算高的现在就形成了 严重的大气污染状况。目前我国二氧化硫排放量已达1800多万吨。二氧化硫排放引起的酸雨污染不断扩大，已从80年代初期的西南局部地区扩展到长江以南大部分城市和乡村，并向北方发展。

5、 SO2、NOx、飘尘光化学烟雾光化学烟雾：氮氧化物等污染物漂浮在空气中，在强烈阳光的照射下发生物理化学反应，产生了有毒的浅蓝色烟雾，造成人们眼睛红肿、咽炎、呼吸道疾病恶化乃至思维紊乱，肺水肿等疾病。1. 比利时马斯河谷烟雾事件2. 美国洛杉矶光化学烟雾事件3.美国多诺拉烟雾事件4.英国伦敦烟雾事件大气污染历史上的大气污染事件1. 比利时马斯河谷烟雾事件1930年12月，发生在比利时马斯河谷工业区。位于狭窄河谷内的这个工业区，分布有大量的炼油厂、金属厂、玻璃厂等重污染工厂。这些工厂排放出大量的有害废气和工业粉尘，严重影响了当地人们的健康。从12月1-5日，由于天气的影响，河谷内出现静风，空气污

6、染物扩散不出去。同时，也出现了逆温层，污染物难以扩散到高空，只能在低空中聚集，污染物浓度迅速上升。结果造成60多人在一周内死亡，市民中心脏病、肺病患者的死亡率增高，家畜死亡率也大大增高。2. 美国洛杉矶光化学烟雾事件40、50和70年代，发生在美国的洛杉矶市。40年代时，洛杉矶市的汽车保有量就达到了250万辆，每天需要消耗汽油1000多吨。汽车尾气中的碳氢化合物、氮氧化物等污染物就漂浮在街道上的空气中，在强烈阳光的照射下发生物理化学反应，产生了有毒的浅蓝色烟雾，造成大量市民眼睛红肿、咽炎、呼吸道疾病恶化乃至思维紊乱，肺水肿等疾病。1955年发生的光化学烟雾事件导致400多人因中毒、呼吸衰竭死亡

7、，1970年发生的事件使3/4的市民患病。3.美国多诺拉烟雾事件1984年10月，发生在美国宾西法尼亚洲的多诺拉镇。该镇是个重工业重镇，许多大型炼铁厂、炼锌厂和硫酸厂聚集于此。工厂排放的废气中含有工业粉尘和有害气体二氧化硫等。10月26日，由于受反气旋和逆温层的控制，该地区出现静风，空气中的污染物既不能向高空扩散，也不能向周围地区扩散，导致空气中污染物浓度迅速升高。全镇14000 人中有6000人出现眼痛、喉咙痛、头痛、胸闷、呕吐、腹泻等症状，其中17人因此死亡。4.英国伦敦烟雾事件1952年12月5-8日，发生在英国首都伦敦市。由于冬季烧煤（高硫煤）取暖，伦敦空气中二氧化硫和烟尘的含量很高。

8、12月5-8日，伦敦出现了静风和逆温天气，下起了大雾，污染物难以扩散出去，近地空气中污染物浓度迅速上升。导致4000多人在4天内死亡，两个月后又有8000多人死亡。以后，伦敦又发生过12次较大的烟雾事件。此后，伦敦吸取教训，积极改善空气环境，现在已经很清洁了。 我国发电供热用煤占全国煤炭生产总量的50%左右。全国大约90%的SO2排放由煤电产生，80%的CO2排放量由煤电排放。 二、洁净煤技术的兴起 日益严峻的环境问题迫使我们采取必要措施 但以煤为主的一次能源格局在相当长时期内不会改变； 为了人类生存的环境，应设法使煤“清洁”利用。 由此在国际上掀起“洁净煤技术”研究热潮。“洁净煤技术” 使煤

9、清洁利用的技术燃烧前可采取的措施煤的洗选煤的加工（水煤浆）煤的转化（气化、液化）燃烧中可采取的措施清洁燃烧燃烧后可采取的措施烟气脱硫 流化床燃烧是目前商业化最好的清洁燃烧技术之一被称为“二十一世纪的燃烧技术”清洁燃烧 燃烧中脱硫、脱氮我国发展循环流化床锅炉的目的解决劣质燃料利用问题；减少有害气体（NOx、SOx)排放，减轻环境压力。 流化床1921年最早出现于德国，应用于粉煤气化二战期间应用于石油催化裂化后广泛应用于石油、化工、冶炼、粮食、医药等部门三、第一代流化床锅炉 鼓泡床锅炉 二十世纪50年代，“能源危机”使西方发达国家重新认识煤在一次能源中的重要地位，开始寻求先进的燃煤技术。 能源危机

10、出现后，当人们的目光从石油又转向煤炭时，历史好像划了一个圈，又回到了原点。 但这不是一个简单的循环。历史在前进，科技在进步，这是一种螺旋式上升的过程。人们认识到我们要烧煤；我们要把煤烧好；我们不仅要烧优质煤，还要烧劣质煤；我们在烧煤的同时，还要保护环境。 “流化床锅炉”燃料在流化状态下进行燃烧的锅炉叫流化床锅炉。 从此流化床燃烧、固定床燃烧、悬浮燃烧共同构成煤的三种主要燃烧方式。我国早期设计的鼓泡床锅炉 于是流化床开始应用于煤的燃烧。二十世纪60年代初，出现了“流化床锅炉”。鼓泡床实验演示此时的流化床锅炉特点： -燃料颗粒大，流化风速低-床层中有明显的气泡-气固两相类似沸腾的水-被称为鼓泡床锅

11、炉或沸腾炉鼓泡床锅炉的工作原理 沸腾燃烧 燃烧温度：850-950 oC鼓泡床锅炉的主要部件： 布风板 风室 埋管受热面 冷渣口与溢流口1 燃料适应性广可以燃烧各种煤、煤矸石、焦碳、油页岩、垃圾等（劣质燃料）原因：下部密相区提供了燃料着火和燃烧的最佳条件：1、充足的热源2、混合强烈，热质传递快3、适当高浓度的氧床层物料中含碳低（2-5%），只供热而不争夺氧鼓泡床燃烧有以下优点 2 清洁燃烧1）高效、廉价脱硫脱硫率达90%脱硫反应 1CaO + SO2 + O2=CaSO4 2（煤粉炉炉内喷钙脱硫，钙停留时间短，脱硫剂利用率不到20%）炉膛温度为最佳脱硫反应温度850 oC脱硫最佳温度：850-

12、870 oC；（但煤粉炉在此温度下不能稳定燃烧，所以其脱硫不能保持在最佳反应温度下进行。）2）减少NOx排放燃煤NOx 的主要来源：燃料型：挥发分中的有机氮、固定碳中的碳基氮被氧化；氧化性气氛中容易生成热力型：空气中的氮在高温下被氧化。高温下容易生成流化床NOx生成量为煤粉燃烧的1/31/4a.低温燃烧，减少热力型NOx生成 1200 oC以下时，热力型NOx生成不明显； （煤粉炉因燃烧温度高，热力型NOx占总NOx生成量的25%-30%）b.分级燃烧，减少燃料型NOx生成 空气分级供入，浓相区处于还原性气氛，抑制燃料型NOx生成 分级燃烧是抑制NOX生成非常有效的手段。一次空气从底部给入，它

13、供应燃烧所需氧量的5060，二次风在离一次风有一定距离的炉膛上方给入。在二次风给入的水平，炉膛气氛由还原性转变成氧化性。燃料挥发分逸出和着火发生在贫氧区，因此NOX总体排放量降低。低NOx排放的原因:3.负荷调节性能好低负荷下仍可保持燃烧稳定；负荷调节比达4：1，甚至可以压火备用。4.灰渣综合利用性能好低温燃烧后的灰渣没有经历烧结过程，活性好，非常适合做水泥填料鼓泡床锅炉的缺点：1.燃烧损失大燃料宽筛分（0-10mm)，未燃尽细颗粒飞出量大2.埋管磨损严重为了控制密相区床温，密相区布置有埋管，但其磨损问题不易解决3.大型化受到限制截面热负荷低，为煤粉炉的1/4，如一台400t/h的鼓泡床截面积

14、约200m24.脱硫剂利用效率低脱硫剂颗粒大(细颗粒易飞出），利用率低CaOCaSO4 这些问题的存在使流化床煤燃烧技术的发展一度受到挑战； 但其固有的优点如燃料适应性广、清洁燃烧特性使得人们不忍放弃它； 那么，能否有一个解决问题的良方呢 生产实践的需要是推动技术进步的动力。 人类的智慧是无穷的，最终总能找到打开难题的钥匙。？ 四、第二代流化床锅炉 循环流化床锅炉 循环流化床锅炉在保留沸腾床锅炉的优点的基础上，克服了其不足，从而显示出强大的生命力。 “循环”的概念飞出炉膛的物料被气固分离器收集，返回炉膛，循环燃烧和利用。 二十世纪80年代初，国外研制出第二代流化床锅炉循环流化床锅炉循环流化床锅

15、炉的结构特点煤高温旋风分离U型阀返料装置密相区一次风室CFBB炉膛料腿 一次风一次风二次风二次风二次风机一次风机引风机除尘器烟囱 尾部 受热面过热器过热器省煤器省煤器空预器空预器稀相区石灰石循环流化床锅炉示意图循环流化床锅炉的组成 循环流化床锅炉主要由燃烧系统、物料分离循环系统、对流烟道三部分组成。其中燃烧系统包括风室、布风板、燃烧室、炉膛、启动燃烧器、给煤系统等几部分；物料分离循环系统包括物料分离装置和返料装置两部分；对流烟道包括过热器、省煤器、空气预热器等几部分。循环流化床锅炉三大核心部件 燃烧室、分离器、回料阀燃烧室布风板旋风分离器回料阀循环流化床锅炉的工作过程煤仓石灰石仓燃烧室旋风分离

16、器风帽放渣管空气预热器省煤器汽包尾部烟道流化风机循环床内流化状态与鼓泡床相比：颗粒细风速高颗粒空间浓度高颗粒呈条带状颗粒贴壁回流循环床鼓泡床循环流化床实验演示 及 与鼓泡床的对比循环床鼓泡床与鼓泡床相比，循环流化床锅炉有以下优势1、燃烧效率提高（可达97.5-99%)炉膛沿高度基本恒温（850 oC ），延长了燃烧时间；物料通过分离器多次循环回炉内，延长了燃烧时间；2、没有埋管，彻底解决埋管磨损问题密相区燃烧份额小，不需埋管即可控制床温3、为大型化提供了可能燃烧、传热不仅仅局限于浓相区，炉膛截面热负荷提高2-3倍，更易实现大型化；4、脱硫剂利用率提高脱硫剂颗粒变细（0.1-0.3mm），利用率

17、提高；SO2气体在燃烧区停留时间延长；鼓泡床1-2s，循环流化床3-4s;脱硫剂循环利用，停留时间延长。 循环流化床锅炉是在鼓泡床锅炉基础上发展起来的，但却从根本上解决了鼓泡床存在的主要缺点，使流化床燃煤技术发展到一个新的阶段。评 价：五、循环流化床锅炉 -发展现状及前景 1922年12月26日，德国的温克勒发明了第一台流化床并成功运行； 1938年12月，麻省理工学院的刘易斯和吉里兰发明了快速流化床； 二十世纪60年代末，德国的鲁奇公司发展并运行了循环流化床反应器； 二十世纪70年代，循环流化床理论研究取得突破进展； 1979年，芬兰奥斯隆公司生产了20T/H循环流化床锅炉；国外循环流化床锅

18、炉的发展 1982年，德国的鲁奇公司第一台50T/H循环流化床锅炉投入运行，标志着循环流化床锅炉进入商业运营阶段； 1995年，250MW的循环流化床锅炉（700T/H、16.3MPa、565/565）在法国投运，标志着循环流化床锅炉进入大型化发展阶段。 我国循环流化床锅炉的发展 二十世纪40年代末，我国开始了流化床技术的研究，并一度处于世界领先地位； 二十世纪50年代末，中国科学院开始研究流化床； 二十世纪60年代中期，国产早期流化床锅炉（沸腾炉）投运；（即：1965年第一台14.5T/H燃用油母贝岩的沸腾炉在广东茂名投产成功） 1981年，国家计委下达“煤的流化床燃烧技术研究”课题，清华大

19、学和中国科学院分别率先开展循环流化床燃烧技术研究，标志着我国现代循环流化床研究和产品开发正式启动； 1988年，中科院和济南锅炉厂合作成功研制了35T/H循环流化床锅炉，并于1988年11月于山东明水热电厂投入商业运行；（第一台国产CFBB是中科院热研所与开封锅炉厂合作生产，1987年9月在开封中药厂点火成功、10T/H） 1991年11月，中科院和济南锅炉厂合作研制的75T/HCFBB在锦西热电厂投运，标志着热旋风筒分离CFBB跨越了一个容量等级；1992年中科院与杭州锅炉厂合作研制的二级分离CFBB在浙江嵊县投运； 1996年，清华大学和四川锅炉厂合作研发的水冷异形分离循环流化床锅炉投运，

20、为我国循环流化床锅炉技术发展提供了一种新炉型; 九五期间，国内三大锅炉制造集团（东方锅炉集团股份有限公司、哈尔滨锅炉厂、上海锅炉厂）分别与国内大专院校、科研单位合作，研发了具有自主知识产权的420T/H（125MW）级带中间再热的循环流化床电站锅炉； 2007年，具有自主知识产权，由西安热研院和哈锅联合开发的330MW循环流化床锅炉在江西分宜开工建设。引进、消化、吸收国外先进循环流化床技术： 1990年，北京锅炉厂采用德国Babcock公司技术，生产了一批中温分离循环流化床锅炉； 1992年，哈尔滨锅炉厂与美国PPC公司（奥斯龙技术）合作设计并生产了国内首台220T/H循环流化床锅炉；并于1999年与阿尔斯通（Alstom）公司签订引进220-410T/H循环流化床技术的协议； 1992年，东方锅炉集团股份公司参与引进内江高坝电厂410T/H循环流化床项目；并于1994年与美国FW公司签订50-100MW容量等级循环流化床锅炉许可证技术转让合同； 上海锅炉厂也与美国Alstom-GE公司开展了50-135MW循环流化床锅炉设计制造技术引进工作。 2006年，引进Alstom技术的300MW（1025T/H）循环流化床锅炉在四川白马电厂投运。江西分宜410t/h循环流化床锅炉75t/h循环流化床锅炉35t/h循环流化床锅炉 目前，国内循环流化床锅炉已进入快速发展和普及阶段，大