循环流化床培训教材

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1、前言1 第一章CFBB的起源和发展状况 3第一节 CFBB的起源3第二节循环流化床锅炉发展状况3一、流化床锅炉发展简况3二、国内CFB锅炉开发应用现状5第二章 CFBB的原理及特点7第一节 CFBB的原理7一、循环流化床的工作原理7二、循环流化床锅炉工作原理8第二节CFBB的特点910一、循环流化床燃烧锅炉的基本特点可概括如下:二、环流化床锅炉具有许多不替代的优点10第三章 CFBB的流体动力特性12第一节流态化原理12第二节流态化的各种状态12一、初始流态化12二、鼓泡流化床13三、节涌13四、湍流床13五、气力输送与快速床14第三节循环流化床的流态14第四章循环流化床的传热与传质16第一节

2、传热机理简介 16第二节影响传热的主要因素16一、床层密度 床层物料浓度）16二、流化速度17三、平均粒径17四、床温17第三节流化床内颗粒与流体的传质17第五章煤在循环流化床内的燃烧过程及燃烧特性 18第一节煤燃烧的各阶段 18第二节影响循环流化床燃烧的主要因素19一、床温19二、一二次风比例20三、停留时间20四、旋风分离器21五、燃煤粒度21六、流化风速和循环倍率21第三节循环流化床燃烧方式的优点22一、燃料适应性广22二、负荷调节比大和负荷调节快22第六章脱硫、脱氮机理及排放控制23第一节脱硫机理及排放机理23一、S02的生成23二、S02的固定23三、石灰石的有效利用24四、影响脱硫

3、效率的因素24第二节循环流化床中脱氮机理及排放控制25一、NOX的形成25二、影响NOx生成和排放的因素26第七章CFBB的结构、主要设备介绍27第一节布风板27第二节汽包27第三节水冷壁28第四节高温旋风分离器 28第五节固体物料回送装置 29第六节过热器、再热器及减温器29第七节减温器30第八节省煤器第九节空预器 第十节燃烧器 第十一节膨胀节 第十二节安全阀第八章第一节一次风机 第二节二次风机 第三节高压风机 第四节引风机 第五节除尘器3131313232C F B B3333333333的辅机 3 3第六节吹灰装置34第七节给煤设备34第八节给石灰石设备 35第九节排渣设备36第九章 C

4、FBB的启停及运行37第一节 CFBB的启动前检查及启动过程 37第二节锅炉停运41第三节 CFBB的运行42一、CFBB!行调整的主要任务42二、床温的控制与调整42三、床压的调整43四、燃烧的调整43五、分析炉内结焦及其影响因素44六、参数变化对CFBB运行的影响45第十章 CFBB控制与调节47第一节 DCS功能说明：47第二节控制回路简述 47一、锅炉主调节控制回路。47二、给水流量控制回路47三、蒸汽温度控制回路47四、风主控制回路48五、锅炉床温控制回路48六、燃料控制回路48七、床压控制回路48八、石灰石控制48九、燃烧管理系统vBM$ 48第三节调节控制特点 49第十一章CFB

5、金属件及耐火材料的磨损及预防第一节循环流化床锅炉防磨综述50第二节上述各部件防磨措施及设计51一、燃烧室的防磨结构设计51二、回料装置内部的防磨设计5151三、分离器的防磨设计51四、炉膛水冷壁、管屏及过热器的防爆防磨措施第十二章CFBB勺发展前景及灰渣的综合禾5用第一节 CFBB的发展前景53第二节循环流化床锅炉灰渣的处理53 第三节灰渣的综合利用 54、八 、亠刖言能源与环境是当今社会发展的两大问题。我国是产煤大国，也是用煤大国，目前一次能源消耗 中煤炭占76%在可见的今后若干年内还有上升的趋势，而这些煤炭中又有84%是直接用于燃烧的，其燃烧效率还不够高，燃烧所产生的大气污染物还没有得到有

6、效的控制，以致于我国每年排入 大气的87%SO和67%NO）均来源于煤的直接燃烧，可见发展高效、低污染清洁燃烧技术是当前亟待 解决的问题。循环流化床是近年来在国际上发展起来的新一代高效低污染清洁燃烧技术，其主要特点在于燃 料及脱硫剂经多次循环、反复地进行低温燃烧和脱硫反应，炉内湍流运动强烈，不但能达到低NOx排放，90%勺脱硫效率和与煤粉炉相近的燃烧效率，而且具有燃料适应性广、负荷调节性能好、灰 渣易于综合利用等优点，因此在国际上得到迅速的商业推广。我国近几年来也有100多台循环流化床锅炉投入运行或正在制造中，100MW级的循环流化床锅炉已有投运，而更大容量的电站循环流化床锅炉在国际上正在示范

7、运行，已被发电行业所接受和公认。可以预见，未来的几年将是CFBB技术飞速发展的一个重要时期。我厂2X 135MW机组技改项目正是顺应这一潮流，锅炉设备采用了哈锅生产的440t/h的循环流化床锅炉，匹配135MW气轮发电机组，采用一次中间再热，是国内目前正在安装即将投运的容量最 大的循环流化床锅炉。在机组投运前的生产准备工作中，我们通过各种学习途径，对循环流化床锅 炉有了一个较为全面的认识。在此基础上，为了更好地了解循环流化床锅炉，进一步熟悉设备为新 机投运打下良好的基础，同时也为循环流化床锅炉的理论培训工作做些有益的探索进行经验总结， 李孟军专工主持并编写了这本培训教材。结合我厂实际，在收集资

8、料和总结学习经验的基础上进行 编写，力求做到简洁实用。全书共分十二章，第一、二、三章分别讨论了循环流化床锅炉的起源和发展状况、原理及其流 体动力学特性，着重探讨了循环流化床锅炉的工作特点，从鼓泡床过渡到循环流化床的各种特性， 循环流化床内气固两相运动特性；第四章着重分析了循环流化床内的传热、传质特性；第五章探讨 了煤粒在循环床内的燃烧过程及燃烧特性；第六章分析了脱硫脱氮的机理及排放控制；第七章介绍 了循环流化床锅炉的结构及主要设备；第八章介绍了循环流化床锅炉的辅机，突出其特有性；第九 章专门讨论了循环流化床锅炉的点火启动及正常运行；第十章讨论了循环流化床锅炉的控制与调 节；第十一章探讨了循环流

9、化床锅炉的金属件及耐火材料的磨损及各种预防措施；第十二章探索和 分析了循环流化床锅炉的灰渣的综合利用及其发展前景。循环流化床燃烧技术作为一种新型的洁净燃烧技术，正处于发展和完善阶段。因为实验条件及 运行实践等因素的局限性，在理论上至今尚未形成一致结论。因为水平所限，其中缺点和错误难免，欢迎批评指正。2002年4月8日第一章 CFBB的起源和发展状况第一节CFBB的起源在谈循环流化床技术之前，首先要涉及到流态化技术，正如各种技术的形成一样，循环流化床 技术的问世，也是一个逐渐被发展和完善的过程。循环流化床技术是在最初被发现并应用的流态化 技术的基础上发展起来的。流态化技术最初来源于化工生产中的流

10、态化反应器。第一台成功运行的流化床是德国人温克勒 于1921年发明的，他将燃烧产生的烟气引入一装有焦炭颗粒的炉室的底部，然后观察到了固体颗 粒因受气体的阻力而被提升，整个颗粒系统看起来就像沸腾的液体，这也是工业应用的流化床的雏 形。此后流态化技术一直在化工领域被应用并发展，直到上个世纪五、六十年代，流态化技术才开 始在燃烧领域应用。流化床燃烧技术的应用最初是鼓泡床技术，其大概的工作过程就是，碾碎的小颗粒燃料通过给 煤口送入炉内，床内布置有埋管蒸发受热面，空气由风室通过床下布风板送入床层，将燃料颗粒吹 起。吹起的颗粒上升到一定高度，在重力作用下又落下，再由空气吹起上升，然后又落下，如此反 复上升

11、、落下，好像水在沸腾时的状态一样，固体颗粒层也膨胀起来，此时固体颗粒便进入流化状态，这便是最初的鼓泡床燃烧。从以上鼓泡床燃烧特点可以看出，其飞灰含碳量大，不完全燃烧 损失大。因为鼓泡床在燃烧宽筛分燃料尤其是劣质燃料时，固体未完全燃烧损失很大、加入石灰石 脱硫效率低、埋管受热面和炉墙磨损大以及大型化时床面积过大受热面难以布置等缺点的限制，因 为上述种种原因，人们便开始新的探索，力图在此基础上进行改进，克服其固有弱点，循环流化床 燃烧技术便应运而生。提到循环流化床燃烧技术，不得不提芬兰奥斯龙Ahlstrom ）公司。新一代循环流化床燃烧技术真正得到应用始于上世纪七十年代未八十年代初，奥斯龙公司对循

12、环流化床炉的开发是60年代未期在鼓泡流化床炉的基础上开始的。为提高燃烧效率，奥斯龙公司对运行风速为3m/s的鼓泡流化床采用高温旋风分离器来实现细粉的再循环进行了实验，结果表明燃烧效率得到提高。随后，奥 斯龙公司在芬兰建造了第一台商用循环流化床锅炉，该锅炉的热功率为15MW/在这个基础上，循环流化床燃烧技术不断被发展，并形成几大技术流派，在工业领域迅速的得到大面积应用。第二节循环流化床锅炉发展状况一、流化床锅炉发展简况自从第一台专门设计用于生产蒸汽的循环流化床炉投运以来，经过十多年技术开发和项目化的 应用与实践，CFBB发展到目前已产生许多不同的流派和炉型，技术上也渐趋成熟。其中较有代表性的是德

13、国鲁奇Lurgi ）公司的 CFBB芬兰奥斯龙的 FW型 CFBB以下将分别予以介绍。1、Lurgi 型 CFB 锅炉典型的Lurgi型CFBB由主床燃烧室、高温旋风分离器、外置流化床换热器EHE或FBHE简称外置床）、回料器及尾部对流烟道组成。燃料及石灰石脱硫剂）从主床密相区给入，在床内燃烧和反应；燃烧温度控制在850900C左右。在较高气流速度作用下，固体物料播散充斥整个炉膛，物料从炉顶部被携带出燃烧室。经高温旋风分离器分离后，一部分热物料被直接送回主床燃烧室； 另一部分送至外置床EHE。在外置床中热物料与埋管受热面和空气进行热交换，被冷却至400600C后，送回主床燃烧室或直接排出炉外。

14、由旋风分离器出口的高温烟气，经对流烟道受热 面传热后，经静电除尘器或布袋除尘器后排入烟囱。Lurgi型CFBB最主要技术特点是设置了外置流化床换热器。分离器分离后的固体颗粒可以直 接返回燃烧室，或进入外置换热器然后再返回燃烧室。通过调节进入外置换热器的物料量可以调节 循环床的运行温度。Lurgi型循环床锅炉燃用高灰、高硫煤时床温一般控制在900 C,以利于碳燃烬；燃用低灰份煤时床温控制在 850C，以加强石灰石的利用率。 Lurgi型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：1）燃烧室温度和过剩空气量： 2） 、二次风比例。Lurgi型CFB锅炉的燃料适应性较

15、广，有在一台炉上设计燃用多种燃料的业绩。当燃料品质变 动较大时，通常采用调节进入外置床的灰流量，一、二次风配比及风量等手段，来保证锅炉稳定及 较好的经济性能和环保性能。对于外置流化床换热器的作用，Lurgi公司认为具有三个优点 1）床温控制仅需调节进入外置流化床换热器与直接返回燃烧室的固体物料比例，比较灵活，无需改变循环倍率等其它因素；2）将燃烧与传热基本分离，可使二者均达到最佳状态；3）将再热器或过热器布置在流化床换热器中，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的投资和维护。2、Pyroflow 型 CFBB由芬兰FWEOY原Ahlstrom 公司开发的Pyroflo

16、w 型CFBB吉构及系统流程如图 1-2。Pyroflow 型CFB锅炉主要由燃烧室、高温旋风分离器、回料器、尾部对流烟道等组成。燃烧 室下部由水冷壁延伸部分、钢板外壳及耐火衬里组成；上部炉膛四周为膜式水冷壁，炉膛中部布置 型过热器或在炉膛上部布置翼墙过热器。炉膛出口烟气携带的固体颗粒绝大部分被高温旋风分离器 分离后，经回料器送回炉膛。旋风分离器可布置在锅炉前面、两侧或炉膛与对流烟道之间，布置自 由灵活。一次风从炉底的布风装置送入，约占总风量的6070) %二次风在布风板上方两个或三个不同高度送入。少量12) %高压空气经回料器送入炉膛。与Lurgi技术最大的不同在于Pyroflow不设外置换

17、热器EHE .高温旋风分离器容许最高入口烟温为900C, 般可达99%的分离效率，阻力约 1000Pa。其临界分离粒径约为 70 um,小于70um的飞灰进入对流烟道，经静电除尘器或袋式除尘器收集排除或部 分进行飞灰再循环。燃烧用风分别由三组压头不同的风机供给，一、二次风机和回料器送风机压头分别为20、15和 40Kpa。为了保证低负荷时床内有足够的烟气流速使物料良好流化，同时也作为控制床温的技术手段之一，Pyroflow型CFBB般还设有烟气再循环系统。Pyroflow 循环流化床锅炉的床料一般采用天然砂子、石灰石等。床料粒度一般为0.20.3mm。PyroflowCFBB的缺点是：对高参数

18、大容量机组，因为没有外置换热器，部分受热面必须布置在炉 内，而对受热面布置及防磨手段等构成难点。3、FW型CFB锅炉FW型 CFB锅炉 图1-3 ）的主要特点是采用蒸气冷却式旋风分离器，大型再热FW型CFBB还布置 INTREXVntegrated Recycle Heat Exchanger Bed）换热器。图1-3FI非再热CFB爾啲卿布置FW型 CFB锅炉主要运行参数如下：炉膛下部密相区流化风速4m/s5m/s炉膛上部稀相区运行风速55.5m/s运行床温850900C分离器内温度850900C图1-4所示为带有蒸汽冷却膜式壁的旋风分离器。分离器的汽冷膜式壁通过上下环形联箱与锅 炉的过热蒸

19、汽系统相连。在分离器内侧的膜式壁管子上焊有四片在车间预制并运到现场组装。它和 锅炉本体一样，采用悬吊支撑系统，在受热时和锅炉本体一起向下膨胀。二、国内CFB锅炉开发应用现状我国最早开始循环流化床燃烧技术的开发和应用是在八十年代初。与国外稍有不同的是，国外促使循环流化床燃烧技术发展的主要因素是其有利于环境保护污染排放低的优点，而国内促使循环流化床燃烧技术发展的因素主要是其能燃烧劣质燃料充分利用能源的优点。早期的开发研制主要由高等院校及科研单位与中小锅炉制造厂合作，至八十年代末九十年代初，已有一批35t/h、75t/h 各种型式的循环流化床锅炉先后投入运行。我国中小循环流化床燃烧技术虽然发展很快，

20、炉型较多，制造厂分布较广，但是缺乏基础研究工作，市场急需的大容量循环流化床锅炉开发力度不足。从应用角度看，我国小型循环流化床锅炉应用较多，大多分布在化工、纺织、热电等企业，均没有加石灰石脱硫，可见其发展并非环保因素。因为我国电力生产是以火力发电为主的国家，煤炭 资源分布极为不均衡，又多高硫劣质煤，随着我国经济的快速增长，能源需求的增加与防治环境污 染的矛盾将日益突出，而传统的煤粉炉尾气脱硫投资较高，所以循环流化床锅炉技术及产品将具有 巨大的市场潜力和良好的社会效益，其广阔的市场前景促进了大型骨干锅炉制造企业重视循环流化 床锅炉技术的发展。先后有哈尔滨锅炉有限责任公司、东方锅炉股份有限公司等采取

21、国际合作、技 术引进等不同方式为国内化工及发电行业提供数台220t/h高压无再热循环流化床锅炉。同时，国际上的循环流化床供货商普遍看好中国市场。至今已有石油、化工、电力等部门从国外购进一批的220t/h、410t/h循 环 流 化 床 锅 炉第二章 CFBB的原理及特点第一节CFBB的原理一、循环流化床的工作原理1、流态化过程流态化是一个很重要概念，流态化是流化床燃烧技术的基础，在具体运行实践中，在点火初始，物料的流态化具有重要的意义。当流体向上流过颗粒床层时，其运动状态是变化的。流速较低时，颗粒静止不动，流体只在颗 粒之间的缝隙中通过。当流速增加到某一速度后，颗粒不再由布风板所支持，而全部由

22、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，在失去了以前的机械支承后，每个颗粒可在床层中自由运动，就整个床层而言，具有了许多 类似流体的性质。这种状态就被称为流态化。颗粒床层从静止状态转变为流态化时的最低速度，称 为临界流化速度。流化床类似流体的性质主要有以下几点：在任一高度的静压近似于在此高度以上单位床截面内固体颗粒的重量；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；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；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； 床内颗粒混合良好，因此，

23、当加热床层时，整个床层的温度基本均匀。2、循环流化床的一些基本术语：为了便于对下面具体介绍循环流化床原理的理解，先简要介绍一些常用的基本名词术语。还有 一些重要的名词术语，为了理解方便，将在具体用到时再用到时再作解释：空塔速度：也称空塔流化速度、表观速度、空床速度。其定义为单位截面空气的名义流速。即： h| m/S，式中，A为床层截面面积，mf; Q为总风量，mi/s。因为实际运行时床内具有一定量的固体颗粒，且各个区域固体颗粒浓度各不相同，它们会占去部分的空气流通面积。因此，空气的实际流通面积小于床面积A且随时发生变化，空塔速度也小于气流穿过的实际速度。但是，引入这一假想的速度，对于定量表征床

24、内流动的强弱，对于不同流化 床流态的比较，仍然是非常方便和有效的。可以说空塔速度是流化床的特征速度。下文中没有特别说明的气流速度、流化风速等，均指空塔速度。空隙率1- )表示固相所占的体积份床层空隙率表示床层单位体积中气相所占的体积份额，则额，即：|其中v表示床层体积，m5； vs表示在乂内固体颗粒所占的体积，m。容易推得：* 其中P s为颗粒真实比重，kg/m3; P sp为床层密度，kg/m3。循环倍率定义为单位时间内循环流化床循环物料量与入炉煤量的比值，即：|其中：G表示循环物料的质量流率，kg/s ; B表示给煤的质量流率，kg/s.因为给煤量B是与锅炉容量成正比的，因此循环倍率表示了

25、循环流化床中循环物料量的相对大小，k值越大，表示物料在单位时间内在床内的循环次数越多。煤粒的燃尽与循环倍率有关，k值越大，越有利于煤的燃尽。但当K值增加到一定程度后，对改善煤的燃尽就没有什么显著作用了。相反，过高的循环倍率要求更高的风机电耗，并带来更大的磨损。因此，近年来，各种炉型的高温分离循环流化床锅炉的循环倍率纷纷从早期的6070定义为单位时间内通过单位床层截面的固体物料量，即：kg/(m 2* S2其中G为固体物料质量流率，kg/s ; A为床层截面积，m固气比M定义为通过单位床截面的固体质量流率与气体质量流率之比，即：3其中口为断面固体流率， 1； ! I.为气体密度，一:；Z为气体流

26、速，|二容易有:式中，G为固体颗粒质量流率，U ，口为气体质量流率，I沉降速度在研究颗料携带及颗粒分离的工作中，通常将最主要的几个影响因素，如颗粒粒径、密度和流 体物性，综合起来用沉降速度表示。颗粒在静止空气中以初速为零自由下落，当下落速度增至某一数值时，颗粒受到的阻力、重力 和浮力之间将出现平衡，颗粒则以匀速向下运动，这一临界速度称为沉降速度。若液体在垂直管中 向上流动，颗粒自由落下，当流速增至某一值时，颗粒挑起呈悬浮状态，流速再增大，颗粒即被带 出，这一速度称为带出速度。仅当管径远大于粒径时，带出速度与沉降速度数值相等。分离高度u的大颗粒在向上运动中逐渐减速，最后折回到床内；utu的小颗粒

27、则被气流携带向上运动，最终达到气力输送时的饱和携带状态。因而，床界面上的颗 粒浓度挑起随高度而下降，达到某一高度后，床中只存在utu的小颗粒，这段允许大颗粒从气流中得到分离的高度称为分离高度TDHF。当达到颗粒浓度不再下降时的高度则定义为输送分离高度 TDHC携带与扬析携带与扬析是两个不同的概念，应用的场合也不同。携带一般是指单一颗粒或多组分系统中气体从床层中带出颗粒的现象；扬析表示从混合物中分离和带走细颗粒的现象。在TDH以下的自由空间中，因为大量不能被带走的颗粒也被抛到自由空间，因而颗粒携带与扬析是同时发生的，但此时 的携带量大于扬析量。在TDH以上，只存在细颗粒的扬析或携带，二者相同。所

28、以，以可以说，TDH以下是携带所研究的范围，扬析仅仅在TDH以上才有意义。另外，扬析只与气力输送时的饱和携带能力有关，而与床内流体动力状况无关。携带则依赖于 流化床的性质。如在流化速度几乎超过床层中所有颗粒的沉降速度的情况下，似乎全部颗粒将被瞬 间携带出去，但因为气流中的大部分作为几乎不含颗粒的气泡流过床层，而床层中的大部分颗粒则 悬浮在速度很低的乳化相中，所以颗粒只是陆续地被气泡带出床层。可见，携带远比扬析复杂得 多。至今，大多数有关携带的研究是针对TDH以上的扬析，或针对某一特定装置，而涉及 TDH以下的携带规律的研究结果则寥寥无几。3、循环流化床的原理及特点在气流以不同速度通过固体颗粒床

29、层时，固体颗粒床层会呈现不同的流动状态。随着气流速度 的增加，固体颗粒分别呈现固定床、鼓泡流化床、湍流流化床、快速流化床和气力输送状态。循环 流化床的上升段通常运行在快速流化床状态下。快速流化流体动力特性的形成对循环流化床是至关 重要的，此时，固体物料被速度大于单颗物料的终端速度的气流所流化，以颗粒团的形式上下运 动，产生高度的返混。颗粒团向各个方向运动，且不断形成和解体。在这种流体状态下，气流还可 携带一定数量的大颗粒，尽管其终端速度远大于截面平均气速。这种气固运动方式中，存在较大的 气固两相速度差，即相对速度，循环流化床由快速流化床上升段），气固物料分离装置和固体物料回送装置组成。循环流化

30、床的特点可归纳如下：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； 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； 颗粒与气体之间的相对速度大，且与床层空隙率和颗粒循环流量有关； 运行流化速度为鼓泡床的 23倍；床层压降随流化速度和颗粒的质量流量而变化；颗粒横向混合良好；强烈的颗粒返混，颗粒的外部循环和良好的横向混合，使得整个升段内温度分布均匀；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； 流化气体的整体性状呈塞状流； 流化气体根据需要可在反应器的不同高度加入。二、循环流化床锅炉工作原理循环流化床锅炉是一种新型的燃用固体燃料 如煤

31、）的锅炉。固体颗粒 燃料、石灰石、砂粒、炉渣等）在炉膛内以一种特殊的气固流动方式流态化）运动，离开炉膛的颗粒又被分离并送回炉膛循环燃烧。炉膛内固体颗粒的浓度高，燃烧、传质、传热剧烈，温度分布均匀。图2-2 ）是循环流化床锅炉原理示意图。一次风 流化风）经过风室由炉膛底部穿过孔的底板布风板）送入炉膛，炉膛内是一些粒度为06m m甚至更大）的固体颗粒 燃料、石灰石、砂粒等），它们被流化风流化呈流体的特性并充满 整个炉膛；较细的颗粒被气流夹带飞出炉膛并由旋风分离器也可以是其它分离器）分离收集，并通过分离器下面的料腿与返料器送回炉膛循环燃烧；烟气和不被分离器捕集的细颗粒排入尾部烟 道，尾部烟道和除尘等

32、与常规煤粉炉相似。与其它煤燃烧方式相比，循环流化床锅炉特有的部件主要有布风板、分离器、返料器以及外置 热交换器等，下面分别作一简要介绍。布风板位于炉膛底部，将风室与炉膛隔开，它一方面保证一次风穿过布风板进入炉膛对颗粒均 匀流化，另一方面将固体颗粒限制在炉膛布风板上，并对固体颗粒床料）起支撑作用。图2-3是典型的布风板结构图。布风板基本结构为一平板上分布许多风帽，风帽上开有许多小孔。空气由风室经风帽小孔进入炉膛，同时特殊设计的风帽小孔保证颗粒不会由炉膛内回流进入风室。布风板设计的好坏直接影 响床内颗粒的流化情况，它应保证整个床面布风均匀，有效防止颗粒回流并且有一定的强度以支撑 固体物料。根据上述

33、原则，实际采用的风帽还有许多种形式，如猪尾巴型四川内江）、钟罩型 我厂）等，但它们的功能都是相同的。分离器是循环流化床锅炉的另一关键部件，而最典型应用最广性能也最可靠的是旋风分离器。 旋风分离器使含灰气流在筒内快速旋转，固体颗粒因为惯性大，逐渐贴近壁面并向下呈螺旋运动， 被分离下来；空气和无法分离下来的细小颗粒由中心筒排出。旋风分离器性能的好坏直接影响循环 流化床的燃烧与脱硫效率，好的旋风分离器，其分离效率在99鳩上。根据旋风分离器工作温度，可以将循环流化床锅炉分为高温分离型800900C左右）和中温分离型 400600C左右）；根据冷却方式，旋风分离器又有水冷、汽冷以及砌耐火衬里等多种型式。

34、除了旋风分离器以外，还有许多其它形式的分离装置，如U型槽、百页窗等，它们主要是利用惯性进行分离。与旋风分离器相比，这些分离器一般结构简单，布置容易，但分离效率较低。返料器也称作回料 控制）器、回料阀等，是将分离器分离下来的固体颗粒送回炉膛的装置。返料器的具体结构形式有许多种，如L型、U型、N型等，但最典型目前应用最广的是U型返料器U阀），其具体结构如图2-4所示。返料器相当于一小型鼓泡流化床，固体颗粒由料腿立管）进入返料器，返料风将固体颗粒流化并经返料斜管溢流进入炉膛，由分离器分离下来的固体颗粒不断 补充，这就构成了固体颗粒的循环回路。有些循环流化床锅炉带有外置热交换器，它是从返料器中将一部分

35、循环颗粒分流进入一内置受 热面的低速流化床中，冷却后的循环颗粒再送回炉膛。外置换热器主要用于控制床温，但它并非循 环流化床的必备部件。Lurgi型循环流化床锅炉和Ahlstrom型循环流化床锅炉的主要区别就在于Lurgi型带有外置热交换器，而Ahlstrom 则没有，其床温的控制通过调节给煤与供风以控制床内燃烧和颗粒浓度来实现。其它部件，如用于排放大颗粒底渣的循环流化床底渣排放系统包括冷渣器）、煤与石灰石制备系统等，都与常规煤粉炉有很大区别。此外，因为循环流化床烟风阻力增大，所需风机的压头也 比常规煤粉炉高很多。这些，在循环流化床大型化过程中，都需要进行认真的研究。第二节 CFBB的特点由前面

36、循环流化床锅炉工作原理可知，循环流化床锅炉可分为两部分。第一部分由炉膛快速流化床），气固物料分离设备，固体物料再循环设备和外置热交换器有些循环流化床锅炉没有该设备）等组成，上述部件形成了一个固体物料循环回路。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，与常规炉相似。见前面图2-1知，燃烧所需的一次风和二次风分别从炉膛的底部和侧墙送入，燃料的燃烧主要在炉膛中完成，炉膛四周布置有水冷管，用于吸收燃烧所产生的部分热量。由气流带出炉膛的固体物料在气固分离装置中被收集并通过返料装置送回炉膛。一、循环流化床燃烧锅炉的基本特点可概括如下：1、低温动力控制燃烧循环流化床燃烧是一种在炉内使

37、高速运动的烟气与其所携带的湍流扰动极强的固体颗粒密切接触，并且有大量颗粒返混的流态化燃烧反应过程，同时，在炉外将绝大部分高温的固体颗粒捕集， 并将它们送回炉内再次参与燃烧过程，反复循环地组织燃烧。显然，燃料在炉膛内燃烧的时间延长 了。在这种燃烧方式下，炉内温度水平因受脱硫最佳温度限制，一般850 C左右。这样的温度远低于普通煤粉炉中的温度水平，并低于一般煤的灰熔点，这就免去了灰熔化带来的种种烦恼。这种 低温燃烧 方式好处甚多，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，也无需很大空间去使高温灰冷却下来，氮氧化物生成量低，可于炉内组织廉价高效的脱硫工艺 等等。从燃烧反应动

38、力学角度看，循环流化床锅炉内的燃烧反应控制在动力燃烧区或过渡区）内。因为循环流化床锅炉内相对来说温度不高，并有大量固体颗粒的强烈混合，这种情况下的燃烧 速率主要取决于化学反应速率，也就是决定于温度水平，而物理因素不再是控制燃烧速率的主导因 素。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9899%以上。2、高速度、高浓度、高通量的固体物料流态化循环过程从图2-1中可看出，循环流化床锅炉的固体物料包括燃料、残炭、灰、脱硫剂和惰性床料等）经历了由炉膛、分离器和返料装置所组成的外循环。同时在前面介绍快速流态化的特点时，我 们也介绍了炉膛内固体物料的内循环，因此循环流化

39、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运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在循环流化床锅炉中，大量的固体物料在强烈湍流下通过炉膛，通过人为操作可改变物料循环量，并可改变炉内物料的分布规律，以适应不同的燃烧工况。在这种组织方式下，炉内的热量、质量和动量传递过程是十分强烈的，这就使整个炉膛高度的温度分布均匀。二、循环流化床锅炉具有许多不替代的优点除以上主要特点外，同其它燃烧方式相比循环流化床锅炉具有许多不替代的优点，主要表现在以下几个方面：首先，因为循环流化床采用低温燃烧850C900C），因此可以比较容易地控制

40、NOx的排放,方便高效地脱硫，炉内不存在结渣问题，如果燃烧组织好的话，灰渣可以综合利用等。其次，循环流化床锅炉能稳定燃烧多种劣质燃料，燃料适应性广，除烟煤外，还可燃用无烟煤、劣质烟煤、褐煤、石煤以至矸石等固体燃料，并且可以达到较高燃烧效率。与第一代流化床 的传热，以及对流烟道中烟气与受热面的传热。循环流化床炉内的传热过程又涉及固体颗粒与固体颗 粒，气体与颗粒之间，气体与受热面之间以及固体颗粒与受热面之间的热交换等换热过程。作为运 行应用的我们最关心的是循环流化床热介质与水冷壁及过热器等之间的传热。第一节传热机理简介正如在上一章流动特性中讲到的，在较高气速的作用下，循环流化床床内物料在运动中聚合

41、成 许多絮状颗粒团，它们时而变形，时而分解，时而重新组合，同时，还有许多分散的固体颗粒存 在。在快速床运行中，炉膛中心核心区是向上快速流动的低颗粒浓度的两相流体，而周围四壁是高 浓度固体颗粒缓慢下流的近壁区，这些流动特性对传热均产生很大的影响。循环流化床床内受热面由一层气膜覆盖，受热面直接与气膜进行热交换，同时，颗粒通过与气 膜接触，其热量以传导和辐射两种方式传给受热面；与此同时，被气膜隔开的颗粒团与受热面进行 着辐射换热。因此，将循环流化床床内热介质与受热面的传热系数h分解为三部分：颗粒团对流换热系数hpc、气相对流换热系数 hgc、以及辐射换热系数 hr、即：h= h pc+hgc+hr在

42、三个分量中，颗粒团对流放热系数hpc是主要部分，其值主要取决于床内悬浮颗粒的浓度 床层密度）和颗粒浓度；气相对流换热系数hgc远小于颗粒团对流换热系数hpc，因此常常被处理成单纯气体以空塔速度流过受热面时的对流换热系数；以及辐射换热系数hr依然服从四次方定律。因为利用公式计算换热系数困难且精度很差，通常对传热系数通过经验公式作为定值来处理。分别对密 相区和稀相区给定两个传热系数，并规定密相区高度为二次风喷口以下布风板以上的高度。在循环 流化床通常的运行工况下，床内平均放热系数大约在110170w/左右。第二节影响传热的主要因素一、床层密度 床层物料浓度）在快速床中，壁面上悬浮物浓度对于床层与壁

43、面之间的换热影响是最重要的，而壁面上悬浮 物浓度与整个床截面的床层密度成正比。因此随着床层密度的增加，传热系数增大，在循环流化床 密相区，因为颗粒浓度高，因此其总的传热系数也比稀相区高很多，粒子浓度随着床高而变化，在循环流化床锅炉的运行中，可通过调节一、二次风的比例来控制床内沿床高方向的颗粒浓度分布， 进而达到控制温度分布和传热系数以及负荷调节的目的。二、流化速度流化风速对传热系数的影响，在快速床中主要通过对床层密度影响从而产生间接影响。比如在 保持循环倍率一定时，随着流化风速的增加，床层密度下降，会引起传热系数下降，在保持床层密 度一定时，不同的流化速度下，传热系数的变化很小。流化速度对传热

44、没有明显的直接影响：这是因为若保持固体颗粒的循环量不变，当流化速度 增加时，床内的颗粒浓度就会减小，从而造成传热系数的下降。而与此同时，因为流化速度的增加 又会引起传热系数的上升，这两个相反趋势的共同作用使得当床层粒子浓度一定时传热系数在不同 流动速度下变化很小。三、平均粒径因为小颗粒具有较大的比表面积，因此在同样的床层密度条件下，小颗粒与受热面的接触面积 与频率都高于大颗粒。因此随颗粒平均粒径的增加传热系数下降。四、床温床温的增加一方面使颗粒团与受热面的辐射换热增强；另一方面温度升高导热系数也会升高， 因此循环流化床传热系数随床温的升高而上升。五、循环倍率在床层密度不变的情况下，不同的循环倍

45、率意味着不同的颗粒运行速度。研究表明，当循环倍 率增加100%时，传热系数的增加只有10%。因此，颗粒循环倍率对循环床传热性能的影响是不明显的。；第三节流化床内颗粒与流体的传质物质由高浓度向低浓度方向的转移过程称为传质，亦称质量传递。正如温度差是热量传递的推 动力那样，浓度差是质量传递的推动力。流化床内的传质是指流体流过壁面或液体表面时，如果主 流与界面间有浓度差，就引起传质。通常流化床内的传质是对流传质。它和热交换中的对流换热相 类似。循环流化床中的传质系数是较高的，它随着气体流速的增大而增大，但随着固体颗粒流速的增 大而减小，这主要是因为固体的屏蔽作用所致。随着固体颗粒粒径的增大其交换表面

46、积减小，和传 热系数一样，传质系数减小。另外，传质系数在床层入口附近随床高增加而增加，这说明因为颗粒 的聚集及强烈混合，大大强化了气固接触，当进一步增加床高时，因为颗粒聚集倾向减弱，故传质 系 数 随 床 高 而 减 小第五章煤在循环流化床内的燃烧过程及燃烧特性循环流化床锅炉气固两相流动的复杂性以及煤粉炉完全不同的气固两相流动带来循环流化床锅 炉燃烧方面与众不同的特点，其燃烧机理极为复杂。但是，传统煤燃烧理论所认为的燃烧的主要因 素：即燃烧时间、燃烧温度以及湍流度仍然是循环流化床组织良好燃烧的必要条件。循环流化床物 料循环的特点、沿床高 包括旋风分离器）足够高且均匀的温度分布、以及强烈湍流带来

47、的物料强 烈掺混，为循环流化床内煤颗粒创造了良好的燃烧环境。第一节煤燃烧的各阶段给入流化床的煤颗粒将依次经历如下过程：煤干燥与加热，挥发份析出和燃烧，煤颗粒的膨胀 和一次爆裂破碎，焦碳燃烧和二次爆裂、磨损。图示如下：新鲜的煤粒加入流化床后，被加热与干燥的过程是很快的，这主要是因为循环流化床床层内强 烈的掺混作用。在鼓泡床运行中因为气泡的运动，破裂，使得颗粒横向掺混非常剧烈。而循环床随 着床层流化速度的提高，这一掺混作用还将得到大大的加强，在23秒内就可能达到几 M宽度的床表面，同时，因为给煤一般由密相区加入，而密相区聚集着大量处于床温的燃烧着的颗粒 及惰性床料），而通常给煤量只占床料量的13%

48、这些灼热床料包围着新鲜的煤粒，使其被加热干燥。在我厂循环流化床中给煤与循环灰一起给入，因此，进到炉膛前煤颗粒就得到了加热。一般煤 颗粒在炉膛内的加热率在 100C/S至1000C/S的范围。挥发份的析出主要有两个稳定阶段：第一个稳定析出阶段在500600 C范围内，第二个稳定析出阶段在 8001000C范围内。析出的挥发份由多种C H化合物组成，煤种与挥发份的析出有很大的关系，煤的工业分析为挥发份的析出量提供了大致的范围，但挥发份的析出量与成份受许多 因素的影响，如：加热速率、初始温度和床温、停留时间、煤的粒度与种类、挥发份析出时的压力 等。焦碳燃烧通常是挥发份析出完成后开始的，有时与上述过程

49、也有重叠。在焦碳的燃烧中，氧气 扩散到焦碳表面并反应生成CO和CQ。因为焦碳是多孔颗粒，焦碳表面确切地说并不完全指碳的外表面，还包括其内孔面积，并且这些内孔面积要比焦碳表面积大好几个数量级。对燃烧过程起决定性作用的因素主要有两个：一个是燃烧反应本身的化学反应速度，在燃料性 质一定的条件下，主要受反应所处环境温度的影响，温度越高化学反应速度越快；另一个决定性的 因素是燃料所需的氧气的供应。氧气供应主要是指煤颗粒周围氧气到达反应物表面对燃烧反应所需 氧气进行补充的速度，如果氧气供应充分，燃烧反应能够得到足够的氧气补充，燃烧反应就进行的 剧烈。对氧气的供应起主要作用的是煤颗粒的表面积与环境中氧气的浓度。燃烧过程可分为扩散控 制和动力控制，所谓扩散控制，就是指对燃烧反应起决定性的因素是氧气向燃烧颗粒表面的扩散速 度，此时氧气一到达反应物表面即进行燃烧反应，氧气的扩散对燃烧反应的快慢起着决定性作用， 而温度对反应速度的影响不显著；动力控制反应与此相反，此时燃烧反应所需的氧气供给充分，燃 烧反应的速度由化学反应速度即主要