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1、武汉凯迪运营公司员工培训培训内容：循环流化床锅炉基础知识,授课人：张西永 2008年9月20日,第一章 循环流化床锅炉概述,第一节 循环流化床锅炉的原理 第二节 循环流化床锅炉炉型和结构简介 第三节 循环流化床锅炉的发展概况 第四节 DG 460/13.7-II4型循环流化床锅 炉综述,第一节 循环流化床锅炉的原理,一、循环流化床的工作原理,(一) 流态化过程 流态化：一种状态。即当流速增加到某一速度之后，颗粒不再由分布板所支持，而全部由流体的摩擦力所承托。此时，对于单个颗粒来讲，它不再依靠与其他邻近颗粒的接触而维持它的空间位置，相反地，失去了以前的机械支承后，每个颗粒可在床层中自由运动；就整

2、个床层而言，具有了许多类似流体的性质。 临界流化速度:颗粒床层从静止状态转变为流态化时的最低速度。,流化床类似流体的性质主要有以下几点： (1) 在任一高度的静压近似于此高度以上单位床截面内固体颗粒的重量； (2) 无论床层如何倾斜，床表面总是保持水平，床层的形状也保持容器的形状； (3) 床内固体颗粒可以像流体一样从底部或侧面的孔口中排出； (4) 密度高于床层表观密度的物体在床内会下沉，密度小的物体会浮在床面上； (5) 床内颗粒混合良好，因此，当加热床层时，整个床层的温度基本均匀。,“散式”流态化：一般的液-固流态化，颗粒均匀地分散于床层中。 “聚式”流态化：一般的气-固流态化，气体并不

3、均匀地流过颗粒床层，一部分气体形成气泡经床层短路逸出，颗粒则被分成群体作湍流运动，床层中的空隙率随位置和时间的不同而变化。煤的燃烧过程是一个气-固反应过程。,图1-1示出了不同气流速度下固体颗粒床层的流动状态。随着气流速度的增加，固体颗粒分别是呈现固定床、鼓泡流化床、湍流流化床、快速流化床和气力输送状态。,(二) 循环流化床的原理和特点,图1-1 不同气流速度下固体颗粒床层的流动状态,循环流化床的特点归纳如下:,(1) 不再有鼓泡流化床那样清晰的界面，固体颗 粒充满整个上升段空间； (2) 有强烈的物料返混，颗粒团不断形成和解 体，并且向各个方向运动； (3) 颗粒与气体之间的相对速度大，且与

4、床层空 隙率和颗粒循环流量有关； (4) 运行流化速度为鼓泡流化床的23倍； (5) 床层压降随流化速度和颗粒的质量流量而变 化；,(6) 颗粒横向混合良好； (7) 强烈的颗粒返混、颗粒的外部循环和良好的 横向混合，使得整个上升段内温度分布匀； (8) 通过改变上升段内的存料量，固体物料在床 内的停留时间可在几分钟到数小时范围内调 节； (9) 流化气体的整体性状呈塞状流； (10) 流化气体根据需要可在反应器的不同高度 加入。,二、流化床燃烧设备的主要类型,流化床燃烧设备按流体动力特性可分为： 鼓泡流化床锅炉； 循环流化床锅炉 流化床燃烧锅炉按工作条件可分为： 常压流化床锅炉； 增压流化床

5、锅炉 流化床燃烧锅炉按流动特性和工作压力可分为： 常压鼓泡流化床； 常压循环流化床锅炉 增压鼓泡流化床锅炉；增压循环流化床锅炉。其中前三类已得到工业应用，增压循环流化床锅炉正在工业示范阶段。,图1-2 流化床锅炉的主要类型(a) 常压鼓泡流化床锅炉 (b) 常压循环流化床锅炉(c) 增压鼓泡流化床锅炉 (d) 增压循环流化床锅炉,随着燃煤联合循环发电技术的迅速发展，煤气化也得到人们的高度重视， 三种主要气化装置： 流化床煤气化装置 固定床气化装置 夹带流气化装置 流化床煤气化装置按流动特性和工作压力也可分为： 常压鼓泡流化床煤气化装置 常压循环流化床煤气化装置 增压鼓泡流化床煤气化装置 增压循

6、环流化床煤气化装置,三、循环流化床锅炉的特点,(一) 循环流化床锅炉的主要工作条件,表1-1 循环流化床锅炉的工作条件,(二) 循环流化床锅炉的特点,循环流化床锅炉可分为两个部分。第一部分由炉膛、气固物料分离设备、固体物料再循环设备和外置热交换器等组成。第二部分为对流烟道，布置有过热器、再热器、省煤器和空气预热器等。 图1-3为典型循环流化床锅炉燃烧系统的示意图。,图1-3 典型的循环流化床锅炉燃烧系统示意图,图1-4 循环流化床锅炉立体图,循环流化床燃烧锅炉的基本特点：,1、低温的动力控制燃烧 优点：炉内结渣及碱金属析出均比煤粉炉中要改善很多，对灰特性的敏感性减低，也无须很大空间去使高温灰冷

7、却下来，氮氧化物生成量低，可在炉内组织廉价而高效的脱硫工艺；循环流化床锅炉内燃料的燃尽度很高，通常，性能良好的循环流化床锅炉燃烧效率可达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外循环和内循环两种循环运动。整个燃烧过程以及脱硫过程都是在这两种形式的循环运动的动态过程中逐步完成的。 3、高强度的热量、质量和动量传递过程,四、循环流化床锅炉与其他锅炉型的比较,(一) 燃烧过程的比较 固体燃料的燃烧可分为层燃、流化床燃烧和悬浮燃烧。表1-2 综合了层燃、流化床燃烧和悬浮燃烧三种基本燃烧方式的特点 及比较。,表1-2 气固燃烧过程的主要特性比较

8、,(二) 脱硫过程的比较,1、与煤粉锅炉喷钙脱硫的比较 相同点：脱硫剂进人循环流化床锅炉后首先煅烧形成氧 化钙，氧化钙再与二氧化硫气体反应。 不同点： 煤粉锅炉的喷钙脱硫：最佳喷入温度为1100左右，在Ca/S比为3时脱硫效率约为50%。石灰石粒度在8-10m之间脱硫效率较佳，脱硫剂的利用率一般在20%以下。 循环流化床锅炉的燃烧脱硫：整个循环流化床锅炉的主循环回路运行在脱硫的最佳温度范围内(850-900)。脱硫剂在炉内的停留时间大大延长，通常平均停留时间可达数十分钟。在Ca/S比为1.52.5时，脱硫效率通常可达90%。循环流化床锅炉实施燃烧脱硫时，脱硫剂粒径通常为0.10.3mm，脱硫剂

9、的利用率可达50%以上。,2、与鼓泡流化床锅炉燃烧脱硫的比较,鼓泡流化床锅炉燃烧脱硫过程与循环流化床锅炉中的燃烧脱硫过程相似，只是由于两者的结构及运行条件不同，脱硫效果有些差别。 一般情况下，当Ca/S摩尔比为2时，循环流化床锅炉的脱硫效率可达90%以上，而鼓泡流化床锅炉的脱硫效率仅为80%左右。,图1-5给出了鼓泡流化床锅炉和循环流化床锅炉的脱硫效率实测结果的比较。 试验结果表明，循环流化床锅炉的脱硫效率要大大高于鼓泡流化床锅炉。在Ca/S摩尔比为2时，循环流化床锅炉的脱硫效率可达90%以上，而鼓泡流化床锅炉的脱硫效率仅略高于70%。达到90%脱硫效率时，循环流化床锅炉所需的Ca/S摩尔比为

10、1.7左右，而鼓泡流化床锅炉则需Ca/S摩尔比高达5左右。,图1-5 鼓泡流化床锅炉和循环流化床锅炉脱硫效率的比较,(三) 氮氧化物排放的比较,氮氧化物的危害性如下： 形成光化学烟雾，降低可见度，对人体的视觉器官和呼吸道有强烈刺激作用； 易与动物血液中血色素结合，使血液缺氧，引起中枢神经麻痹症，同时对人体的心脏、肝脏、肾脏和造血组织等都有损害； 破坏平流层(同温层)中的臭氧层，使之失去了对紫外光福射的屏蔽作用，对地面生物造成危害； NOx和SO2和粉尘共存，可生成毒性更大的硝酸或硝酸盐气溶胶，形成酸雨。,NOx的分类（按照NOx生成的机理）:, 热力型NOx为燃烧用空气中的N2在高温下氧化而生

11、成的氮氧化物；热力型NOx生成量主要与温度、氧浓度和高温区停留时间有关； 快速型NOx碳化氢系燃料在燃烧时分解，其分解的中间产物的N2反应生成的氮氧化物； 燃料型NOx燃料中的有机氮化合物在燃烧过程中氧化生成的氮氧化物。燃料型NOx生成量则主要与燃料含氮量、温度和过量空气系数有关。,图1-6在不同燃烧温度下炉内NOx的生成情况。 通常热力型NOx占NOx总生成量的比例在25%50%范围内。尽管可以通过改进燃烧技术(如采用低氧燃烧、分级燃烧、浓淡偏差燃烧、烟气再循环和低NOx燃烧器等)来降低NOx的生成和排放，但NOx排放水平还是相当高的，煤粉锅炉的NOx排放浓度一般为400-600ppm。还可

12、采用在烟气中注人含氮化合物(氨、尿素等)的选择性非催化还原(SNCR)和选择性催化还原(SCR)技术等。,图l-6 锅炉炉内NOx的生成,燃煤所生成的NOx主要是燃料型NOx，热力型NOx生成很少，通常为NOx总排放量的10%以下。 循环流化床锅炉燃烧所需的空气一般均采用分段给人的方法，如此形成的分段燃烧对控制燃料型NOx的排放也十分有效，不仅可以抑制燃料NOx的形成，更可以通过分段燃烧的组织使已生成的NOx得到还原。对于挥发分含量高的煤种，分段燃烧对降低循环流化床锅炉NOx排放效果更为显著。 循环流化床锅炉炉内的焦炭浓度较高，对已生成的NOx的还原也十分有利。 循环流化床锅炉的NOx排放一般

13、为50200ppm(烟气中氧浓度为6%)，可以满足发达国家的一般环保法规的要求。,循环流化床氮氧化物排放：,(四) 各种型式锅炉的比较,表1-3 5种35t/h中压锅炉比较,表1-4 循环流化床锅炉与其他型式锅炉的比较,五、循环流化床锅炉的优点及尚需进一步研究的问题,(一) 循环流化床锅炉的优点 1、燃料适应性广 2、燃烧效率高 3、高效脱硫 4、氮氧化物(NOx)排放低 5、其他污染物排放低 6、燃烧强度高，炉膛截面积小 7、给煤点少 8、燃料预处理系统简单 9、易于实现灰渣综合利用 10、负荷调节范围大，负荷调节快 11、床内不布置埋管受热面 12、投资和运行费用适中,(二) 循环流化床锅

14、炉尚待进一步研究的问题,1、循环物料的分离 2、循环流化床内固体颗粒的浓度选取 3、炉内受热面布置和温度控制 4、运行风速(或截面热负荷)的确定 5、返料机构 6、循环流化床锅炉部件的磨损 7、低污染燃烧 8、炉内传热 9、尾部受热面的设计 10、除尘,第二节 循环流化床锅炉炉型和结构简介,循环流化床锅炉炉型,若按流速(流型)或飞灰携带率可分为：高携带率(炉膛出口每千克烟气携带的飞灰千克质量即携带率不低于5kg/kg)，中携带率(携带率为15kg/kg)和低携带率(携带率低于1kg/kg)三大类。 按冷灰床采用与否及其布置位置可分为：外置冷灰床、内置冷灰床及不带冷灰床三大类。 按分离器的型式可

15、分为：旋风分离、惯性分离和两级或多级分离三大类。 按分离器的布置位置可分为：内分离、外分离及内外分离三大类。 按分离器的工作温度可分为：高温、中温和低温三大类。,循环流化床锅炉结构,目前从循环床锅炉设计结构特点上可分为三大流派(参见图1-7)，即LLB公司的Lurgi(鲁奇)型循环床锅炉、FW公司Pyroflow(百炉宝)型循环床锅炉、LLB公司的Cricofluid型循环床锅炉。除此之外，Battelle研究中心的MSFB型循环床锅炉、FW公司的Intrex式循环床锅炉也颇具特色。采用Lurgi技术、ABB-CE公司的Flextech式循环床锅炉和Stein公司的循环床锅炉在大型化方面发展迅

16、速。,图1-7 三种类型循环床锅炉(a) Lurgi型；(b) Pyroflow型；(c) Circofluid型,第三节 循环流化床锅炉 的发展概况,一、循环流化床的发展简史,第一台成功运行的流化床是德国人温克勒(Friz winkler)于1921年12月发明的。 快速流化床则是由麻省理工学院的刘易斯(Warren K. Lewis)和吉里兰(Edwin R.Gilliland)在1938年12月最早发明的。 循环流化床真正成为具有工业实用价值的新技术是在五六十年代。 1971年，Reh提出了一个循环流化床的流态图，并描述了循环流态化的基本特征。1976年，Yerushalmi等首次提出了

17、快速流态化的概念，从而引起了人们对循环流化床技术研究的日益重视，并从80年代开始形成了一个循环流化床基础研究的高峰期。 我国对循环流化床的研究是从50年代末在中科院化学冶金研究所开始的。,二、循环流化床锅炉的发展概况,(一) 国外循环流化床锅炉发展概况 循环流化床锅炉发展到现在已有许多不同的流派和型式，其中较有代表性的是芬兰奥斯龙(Ahlstrom)公司的Pyroflow循环流化床锅炉、德国鲁奇(Lurgi)公司的循环流化床锅炉、美国巴特利(Battelle)的多固体循环流化床锅炉及德国Babcock公司的Circofluid循环流化床锅炉等。,1、奥斯龙公司的Pyroflow循环流化床锅炉,

18、芬兰的奥斯龙公司对于循环流化床锅炉的开发是从上世纪60年代末期对鼓泡流化床锅炉的发展而开始的。 床料：一般采用天然砂子、石灰石等，在启动时应有足够量的床料。燃用生物质燃料时需要补充床衬，床料粒度一般为0.2-0.3mm。 燃用的燃料种类： 高品位燃料，如烟煤； 低品位燃料，如泥煤、树皮和锯末等； 高灰分或低挥发分燃料，如褐煤、无烟煤、油页岩； 特殊燃料，如造纸废液等。 特点：无外置换热器，固体物料循环回路中的吸热靠膜式水冷壁和分隔墙受热面来保证。,该锅炉一、二次风各占50%，二次风可分二个或三个不同高度进入，少量高压气供入返料机构以保证正常运行，对流受热面的设计与常规锅炉相同，在循环流化床锅炉

19、底部装有底部除灰装置以平衡床料和除去大颗粒灰。,图1-8 奥斯龙公司的Pyromflow循环流化床锅炉,结构和运行指标：,表1-5 Pyroflow循环流化床锅炉的运行指标,2、鲁奇公司的循环流化床锅炉,鲁奇循环流化床锅炉典型的燃料颗粒尺寸为0-7mm左右，脱硫用石灰石的粒径为100-200m，床料的平均粒径为50-300m。 鲁奇循环流化床锅炉能够燃用多种不同的燃料，当燃料性质变化过大时，可改变下述参数： 燃料室温度和过剩空气量； 空气和烟气流量等。该类型锅炉的控制由改变下列参数达到： 锅炉负荷通过调节外置换热器的固体颗粒流量来达到； NOx排放量通过调节一、二次风比例来达到。 优点： 床温

20、控制仅需调节进入流化床换热器与直接返回燃烧室的固体物料比例即可，比较灵活，无需改变循环倍率等其他因素； 将燃烧与传热基本分离，可使两者均达到最佳状态； 将再热器或过热器布置在流化床外置换热器中，调节汽温非常灵活，甚至无需喷水调节，但该方案的缺点是增加了设备及运行复杂性。,该炉型与Pyroflow循环床最主要的区别：设置了流化床外置换热器，分离器捕集的固体颗粒可以直接返回燃烧室或进入外置换热器然后再返回燃烧室，通过调节进入这个换热器的物料量来调节床温。,图1-9 鲁奇公司的循环流化床锅炉,结构和运行指标：,表1-6 鲁奇循环流化床锅炉运行参数及指标,3、巴特利的多固体循环流化床锅炉,多固体循环流

21、化床是美国巴特利实验室在上世纪70年代发展起来的一种循环流化床，Riley Stoker公司利用该技术制造这种类型的锅炉。 该类型锅炉的运行参数及指标可参见表1-7。,表1-7 多固体循环流化床锅炉的运行参数及指标,与鲁奇公司的循环流化床锅炉相似。主要的区别在于流化床外置换器和床料。第二个主要的区别是燃烧室内使用了高密度床料组成的密相床。,结构：,图1-10 多固体循环流床锅炉,4、德国Babcock公司的Circofluid循环流化床锅炉,Circofluid循环流化床方案，目的是发挥循环流化床锅炉燃烧效率高和燃料适应性广的优点，同时避免采用结构复杂、能耗较大的高温旋风分离器，并克服床内流速

22、较高而引起磨损及能耗大的缺点。 优点：工作条件改善，烟气体积较小，因而分离器尺寸也较小，能耗也低一些。此外，由于采用了较低的循环倍率，悬浮段中固体颗粒浓度也较低，这样可减小阻力损失。 运行参数及主要指标参见表1-8。,表1-8 Circofluid循环流化床锅炉的主要运行参数及指标,特点：炉子的下部呈湍流流化床，其中不布置埋管受热面，但在二次风口以上布置了屏式过热器、管式过热器、蒸发受热面和省煤器。分离器可采用钢结构。燃烧用空气分一、二次风送入。,结构：,图1-11 Circofluid循环流化床锅炉,5、瑞典Studsvik公司的循环流化床锅炉,该炉型的锅炉具有运行可靠、灵活等优点，燃煤粒度

23、为0-25mm时，燃烧效率可达97%-99.7%，NOx排放低于200ppm。 Studsvik公司还在试验炉上对燃料的突变进行了试验。 先进性: 由于不采用高温旋风分离器，则不需要很厚的保温层，分离器四周可布置受热面，使设备更加紧凑，且启动时间大大缩短； 由于床内存料量可以控制，故可燃用多种燃料； 采用独创的分离器使锅炉受热面基本上保持传统的紧凑布置方案，有利于大型化。,结构：,其主要结构与Pyroflow循环流化床锅炉相差不大。 特点：不采用旋风分离器而采用迷宫式的惯性分离器，该分离器由许多错列布置的、悬挂的U形合金钢柱子组成，在固定颗粒浓度较高的情况下，可获得很高的分离效率，而流阻很低。

24、,图1-12 Studsvik公司的循环流化床锅炉1给料系统；2炉膛；3惯性分离器；4对流受热面；5颗粒储存室；6一次风道；7布风板,1987年通过研究论证，提出建立我国100MW锅炉示范电站的建议，并决定该引进示范工程建在我国重点高硫煤地区之一的四川省，100MW CFB锅炉发电机组安装在四川内江发电总厂高坝发电厂。 在四川内江白马镇建立一个单机容量为300MW的循环流化床示范电站，该工程是目前世界上单机容量最大的一座在建循环流化床电站。 目前我国还较多集中于中型CFB的研制和开发，并已开始在引进技术的基础上对大型CFB的研制和开发工作，且已完全商业化。 在本世纪前十年应加快大容量循环流化床

25、锅炉生产技术的引进、消化和创新，以生产更多的适合不同燃料的大型循环流化床锅炉来满足电站发展和环境保护的需要。,(二) 国内循环流化床锅炉发展概况,Ahlstrom Pyropower公司认为本世纪初循环流化床锅炉应达到以下技术指标： (1) 燃烧效率等于100%； (2) 电厂效率大于40%； (3) SO2排放小于100ppm； (4) NOx排放小于30ppm。,(三) 循环流化床锅炉的发展目标,三、循环流化床锅炉的一些基本名词述语, 空塔速度U,式中，为床层截面面积，; 为总风量，。, 床内固体物料浓度或床层密度SP,式中, 为体积()里所含颗粒的总重量, Kg； 为床层空隙率, 0为颗

26、粒堆积时的空隙率 ；固体颗粒 的颗粒密度S ；堆积密度c 。, 断面固体流率S,其中为固体物料质量流率, kgs; 为床层截面积, 。, 固气比,其中：S为断面固体流率，kg（）；为气 体密度，kg3；U0为气体流速s；为固体物料质 量流率，kgs，为气体质量流率，kgs。,推得：,第四节 DG 460/13.7-II4型循环流化床锅炉综述,一锅炉主要规范及燃烧系统, 锅炉的主要规范,表1-9 锅炉主要规范, 循环流化床锅炉燃烧系统, 煤源 煤质分析。攀枝花发电厂燃煤煤质分析如下表1-10：,表1-10 煤质分析, 燃煤的灰份特性 灰熔点, 灰的成份,表1-12 灰的成份,表1-11 灰熔点,

27、 锅炉耗煤量, 筛碎设备及燃煤粒度 筛碎设备 燃煤粒度（见图1-14） 给煤系统 启动锅炉、点火油系统,表1-13 攀枝花发电厂锅炉耗煤量,图1-14 入炉煤粒粒度分布图, 烟风系统, 烟风系统 本工程烟风系统采用平衡通风系统, 每台锅炉设置了一次风机、二次风机、引风机、高压流化风机、冷渣器流化风机、播煤增压风机及点火增压风机。空气系统采用两级分段送风。 每台锅炉配2台50容量的一次风机和二次风机。 每台锅炉配2台100容量的高压流化风机和冷渣器流化风机，一台运行，一台备用。, 烟风系统管道尺寸选择,表1-14 锅炉燃烧系统主要烟、风道断面或管径及流速的计算成果,二 主要辅助设备的选型, 一次

28、风机选型参数,表1-15 一次风机选型参数,表1-16 二次风机选型参数, 二次风机选型参数, 引风机选型参数,表1-17 引风机选型参数, 高压流化风机选型参数,表1-18 高压流化风机选型参数, 冷渣器流化风机选型参数,表1-19 冷渣器流化风机选型参数,表1-20 单位时间锅炉排出的的灰渣量,三 除灰除渣系统, 锅炉的灰渣量,DG 460/13.7-II4型循环流化床锅炉的冷渣器为选择性风水冷渣器,每台锅炉设置四台冷渣器, 布置在水冷风室外两侧下部, 单台冷渣器设计最大排渣量为20t/h，单台冷渣器正常运行冷渣量(B-ECR)为810t/h，冷渣器冷却水量为80t/h，冷却水水压为1.45Mpa, 冷却水水温为30。 冷渣器采用连续排渣。冷渣器分为四个仓，沿渣走向分别为选择仓和三个冷却仓。 冷渣器中设有自动喷水系统，用于紧急情况下灰的冷却