第七章循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)--尚

1、第四講第四講 循環(huán)流化床燃煤電站鍋爐循環(huán)流化床燃煤電站鍋爐第一節(jié) 概述第二節(jié) 循環(huán)流化床鍋爐的基本原理和特點第三節(jié) 循環(huán)流化床鍋爐的構(gòu)成與類型第四節(jié) 流化床傳熱、燃燒與污染控制第五節(jié) 循環(huán)流化床鍋爐的運行與控制參考科技書 流化床燃燒技術(shù)，劉德昌，閻維平， 中國電力出版社，1995。 循環(huán)流化床鍋爐理論、設(shè)計與運行，岑可法等，中國電力出版社，1998。 潔凈煤發(fā)電技術(shù)，2002.2，閻維平，中國電力出版社。 尚無可資利用的計算標(biāo)準(zhǔn)方法。第一節(jié) 概述一、 與常規(guī)煤粉爐的主要區(qū)別1.基于流態(tài)化原理的低溫燃燒與傳熱2.存在大量顆粒床料3.需要控制床料循環(huán)（分離、回送、排放）4.需要控制床溫5.一、二次

2、風(fēng)的概念與控制原理不同6.鍋爐和輔助設(shè)備的設(shè)計與運行控制顯著不同7.煤種適應(yīng)性廣，燃燒效率高8.氮氧化物排放很低，爐內(nèi)脫硫，環(huán)保效果好，9.易于向大容量化發(fā)展，目前最成熟的潔凈煤發(fā)電技術(shù)10. 優(yōu)點突出，尚存在問題二、發(fā)展歷史與現(xiàn)狀發(fā)展歷史與現(xiàn)狀 20世紀(jì)60年代開始出現(xiàn)鼓泡流化床鍋爐 80年代后期開始出現(xiàn)CFB 我國應(yīng)用最早和最多的潔凈煤發(fā)電技術(shù) 運行的CFB機組參數(shù)為亞臨界以下，尚無超臨界，主要注重環(huán)保 不同廠家的技術(shù)，結(jié)構(gòu)有所不同 國產(chǎn)化技術(shù)100MW、200MW與300MW亞臨界，最大已達300MW鍋爐 正在研制世界上最大的600MW超臨界CFB鍋爐第二節(jié) 循環(huán)流化床鍋爐的基本原理和特

3、點一、氣固流態(tài)化的描述：氣體自下而上地穿過隨意填充狀態(tài)的床層時，床層將隨流速增大而呈現(xiàn)完全不同的狀態(tài)，依此經(jīng)過：1.固定床固定床2.起始流態(tài)化起始流態(tài)化3.鼓泡流態(tài)化鼓泡流態(tài)化4.湍流流化湍流流化5.快速流化快速流化6.氣力輸送氣力輸送起始流化狀態(tài)與最小流化速度1.存在某一流速極限，稱為最?。ㄅR界）流化速度2.顆粒的受力狀態(tài)發(fā)生根本的變化3.床層空隙率發(fā)生變化4.床層的宏觀狀態(tài)發(fā)生整體的變化，出現(xiàn)流態(tài)化的最基本特征流體的特征5.氣體流過床層的壓力降將在相當(dāng)?shù)囊欢螀^(qū)段中維持不變1、鼓泡流化床的特點 以鼓泡為特征，早期流化床鍋爐和增壓流化床鍋爐的工作基礎(chǔ) 粗顆粒和細顆粒有所不同； 氣泡擾動強烈，混

4、合良好； 床層由氣泡相和密相（乳化相）組成； 主要優(yōu)點：良好混合，氣速不太高。幾種狀態(tài)的比較2、湍流流化床的特點 床內(nèi)氣泡減小，尺寸幾乎不隨氣流變化，氣泡數(shù)目增加； 混合更加強烈，氣固接觸大大改善； 顆粒攜帶增加； 兩相依然存在。3、快速流化床的特點循環(huán)流化床鍋爐的工作基礎(chǔ) 流化速度界于初始快速流化速度與氣力輸送速度之間 氣泡消失，不存在定形氣泡，分散的顆粒相充滿整個容器的空間 固體顆粒劇烈運動，返混量很大，氣固滑移速度很高 顆粒攜帶大增，可全部被吹空 可采用很大高徑比來增加顆粒停留時間 床層密度是固體顆粒加料率的函數(shù) 固體循環(huán)量應(yīng)大于最小循環(huán)量，以維持快速流化 不同于氣力輸送，固體顆粒循環(huán)量

5、小于最小循環(huán)量時，直接過渡到氣力輸送（顆粒濃度不再變化） 高效氣固流化床、易于放大二、循環(huán)流化床的工作原理1. 流化容器2. 布風(fēng)裝置3. 顆粒物料4. 分離器（循環(huán)床）5. 回料裝置（循環(huán)床）視頻三、循環(huán)流化床鍋爐的傳熱 流化床傳熱過程：顆粒與氣體間的傳熱 床層內(nèi)的有效傳熱 床層與受熱面間傳熱 牛頓冷卻定律：Q=hA(Tb-Tw） 影響傳熱的主要因素： 顆粒粒徑的影響 顆粒及氣體熱物性的影響 床層溫度和受熱面溫度四、循環(huán)流化床鍋爐的主要優(yōu)點1、低溫（850-900）流態(tài)化燃燒 蓄熱量極大，燃燒穩(wěn)定，燃料種類適應(yīng)性好 燃燒效率高，接近煤粉爐 燃燒強化，爐內(nèi)燃燒熱負(fù)荷較高，且不存在結(jié)渣 NOX排

6、放大大減少，污染較輕 加入石灰石，燃燒過程中脫硫，成本和運行費用比常規(guī)煤粉爐脫硫低得多2、流化床內(nèi)傳熱強烈 傳熱系數(shù)達到250300w/m2 目前，因磨損的原因，不得不采用較低的煙氣流速 并不能減少受熱面，金屬的耗量并不比同等容量的煤粉爐少 循環(huán)流化床鍋爐不在密相區(qū)布置受熱面，減輕磨損3、負(fù)荷調(diào)節(jié)的范圍大，調(diào)節(jié)性能好鼓泡床鍋爐：調(diào)節(jié)料層的厚度，調(diào)節(jié)范圍100-50%循環(huán)床鍋爐：改變料層厚度及循環(huán)灰量，調(diào)節(jié)范圍100-25%，負(fù)荷連續(xù)變化率5%-10% 原因：（1）水循環(huán)安全性大大提高；（2）燃燒穩(wěn)定；（3）汽溫特性好4、鍋爐設(shè)備占地面積少，燃燒設(shè)備大大簡化5、CFB鍋爐配套輔機6、循環(huán)流化床鍋

7、爐的投資和運行費用略高于常規(guī)煤粉爐，但比配置FGD煤粉爐低15%-20%7、有利于灰渣綜合利用低溫燃燒和添加石灰石，使?fàn)t渣具有與煤粉爐灰渣不同的特性，未經(jīng)高溫熔融過程，灰渣活性較好，可做建材的原料，脫硫灰渣還可以作為肥料土，可綜合利用 除燃燒無煙煤等難燃煤種外，其飛灰含碳量仍略高于煤粉爐； 對固體分離設(shè)備的要求更高； 鍋爐系統(tǒng)的煙風(fēng)阻力較大； 鍋爐受熱面的磨損嚴(yán)重； 燃燒控制系統(tǒng)較復(fù)雜； N2O濃度較高。五、循環(huán)流化床鍋爐尚存在的問題第三節(jié)第三節(jié) 循環(huán)流化床鍋爐的類型與構(gòu)成循環(huán)流化床鍋爐的類型與構(gòu)成一、流化床燃燒鍋爐的分類1.鼓泡流化床鍋爐（沸騰爐）2.循環(huán)流化床鍋爐（適合于大型化）3.增壓流

8、化床鍋爐（燃煤聯(lián)合循環(huán)發(fā)電）二、循環(huán)流化床鍋爐的主要類型1.帶外置鼓泡床換熱器的循環(huán)流化床鍋爐2.無外置鼓泡床換熱器的循環(huán)流化床鍋爐3.不同形式分離器的循環(huán)流化床鍋爐4.單、雙布風(fēng)板的循環(huán)流化床鍋爐5.常壓、增壓循環(huán)流化床鍋爐 低倍率循環(huán)流化床鍋爐（1-5） 中倍率循環(huán)流化床鍋爐（6-20） 高倍率循環(huán)流化床鍋爐（20）循環(huán)倍率：R=Fs/Fc三、循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計主要裝置:（1）燃燒室（2）布風(fēng)板（3）飛灰分離器（4）飛灰回送裝置（5）外部流化床熱交換器 布風(fēng)裝置1、作用 流化裝置的一個重要組成部分，與流化質(zhì)量密切相關(guān) 布風(fēng)裝置的壓降對流化性能有重要的影響，是設(shè)計的主要參數(shù)，是流化操作成敗

9、的關(guān)鍵2、布風(fēng)裝置的類型 多孔板 風(fēng)帽式 水冷式 水平布置或傾斜布置布風(fēng)裝置的類型 多孔板 風(fēng)帽式 水冷式 水平布置或傾斜布置3、對流化床布風(fēng)裝置的要求 必須具有均勻分布來流氣流的作用； 應(yīng)有助于產(chǎn)生均勻而平穩(wěn)的流態(tài)化； 能盡量減輕埋管被磨損及沖蝕的危險； 阻力損失比較合理。4、布風(fēng)裝置壓降對流化性能的影響 流化床布風(fēng)裝置與固定床布風(fēng)裝置的作用有根本區(qū)別 固定床僅用于克服來流不均勻 流化床需考慮由于氣泡存在而可能引起的不良流化 布風(fēng)板保證良好流化的作用體現(xiàn)在布風(fēng)板應(yīng)具有合理的阻力壓降特性 壓降要足夠的大，才能保證正常流化第四節(jié)第四節(jié) 循環(huán)流化床鍋爐的燃燒與循環(huán)流化床鍋爐的燃燒與污染物控制污染物

10、控制一、循環(huán)流化床燃燒的特點（一）3個爐內(nèi)燃燒區(qū)域 燃燒室下部燃燒區(qū)域 燃燒室上部燃燒區(qū)域 高溫氣固分離器（二）強化燃燒 床料中，95%以上是灼熱的惰性灰渣或石英砂，可燃物在5%以下； 本身成為儲熱量很大的熱源 物料摻混極為強烈 熱質(zhì)交換條件好 燃燒環(huán)境優(yōu)越 可用來燃燒各種不同性質(zhì)的煤種和燃料（三）循環(huán)燃燒 燃燒室內(nèi)顆粒物料多次循環(huán)，燃盡率高； 飛灰循環(huán)倍率變化可改變熱負(fù)荷分配特性： （1）煤質(zhì)好，加大飛灰循環(huán)倍量； （2）煤質(zhì)差，減少飛灰循環(huán)倍量。（四）低溫燃燒 燃燒溫度范圍850-950; 可防止結(jié)渣； 氮氧化物生成量??； 脫硫的最佳溫度范圍； 但是，N2O生成量較高。 根據(jù)煤質(zhì)、顆粒尺寸

11、和溫度條件的不同，揮發(fā)分析出時間不同； 包括化學(xué)反應(yīng)過程與氣體擴散過程； 氣體擴散率和傳熱率取決于煤粒的結(jié)構(gòu)； 在此階段會發(fā)生膨脹和一級破碎。二、循環(huán)流化床煤顆粒的燃燒機理（一）煤粒揮發(fā)分的析出與燃燒（二）炭粒的燃燒 燃燒反應(yīng)速率受擴散過程控制； 氣體動力學(xué)擴散特性符合兩相模型； 會發(fā)生二級破碎和進一步的磨損。1、煤質(zhì)：2、床溫：850-900 3、一二次風(fēng)的比例：4、停留時間：5、燃煤的粒度:1 ?（2）溫度：最佳溫度范圍800-870 870 （3）脫硫劑的性能： 應(yīng)選擇CaCO3含量高的石灰石； 煅燒后具有較好的孔結(jié)構(gòu)的石灰石； 易碎性； 水分含量不能過高，不高于3%。（4）石灰石顆粒的

12、粒徑：幾十微米1mm 粒徑太大，易發(fā)生孔堵塞； 粒徑太小，不易被分離器捕捉回爐內(nèi)，應(yīng)控制比例。（二）脫氮：（1）循環(huán)流化床鍋爐的低氮燃燒機理： 熱力型：低于1500，熱力型生成大幅減少； 燃料型：氮的氧化過程與還原過程同時進行，還原過程主要是指焦炭和中間氣體(NH3、CO、H2)的還原作用，但是N2O的生成量確實煤粉爐的40-50倍。 總體上，流化床燃燒氮氧化物的生成量較低。 200-400mg/m3（2）脫氮： NO的濃度分布規(guī)律； 從組織燃燒角度，進一步減低NO的排放，如：沿爐膛高度分級燃燒； 無需添加吸收劑。一、概述：其熱工控制系統(tǒng)是一個分布參數(shù)、非線性、干擾因素多、多輸入、單輸出、多變

13、量緊密耦合的控制對象，包括：床溫控制、床層高度控制、返料控制、汽包水位控制、過熱氣溫控制、主蒸汽壓力控制、爐膛負(fù)壓控制、煙氣含氧量控制、SO2脫除量控制等。第五節(jié)第五節(jié) 循環(huán)流化床鍋爐的運行與循環(huán)流化床鍋爐的運行與控制控制二、床溫控制和蒸汽壓力的調(diào)節(jié)1、床溫的調(diào)節(jié) 床溫是由若干支熱電偶測定的； 一般意義上的床溫指燃燒室密相區(qū)的溫度； 廣義的是指固體顆粒循環(huán)通道內(nèi)各段的溫度； 任何一段的溫度控制不當(dāng)，過高或過低，均可能造成運行不穩(wěn)定，甚至事故； 床溫一般控制在850-950之間，各段有區(qū)別； 負(fù)荷或給煤質(zhì)量變化時，調(diào)整給煤量或風(fēng)量，保持床溫 給煤粒徑發(fā)生變化時，調(diào)整一次風(fēng)量穩(wěn)定床溫； 床溫調(diào)節(jié)應(yīng)

14、分多次緩慢進行細致微調(diào)； 當(dāng)用一次風(fēng)應(yīng)保證床料處于流化狀態(tài)。2、床溫與蒸汽壓力間的耦合關(guān)系 對于有外置式換熱器的循環(huán)流化床鍋爐，二者之間沒有耦合關(guān)系：可通過變化風(fēng)煤比調(diào)節(jié)蒸汽壓力，通過外置式換熱器循環(huán)灰量調(diào)節(jié)床溫； 對于沒有外置式換熱器的循環(huán)流化床鍋爐，存在耦合關(guān)系：即床溫和蒸汽壓力均是通過風(fēng)煤比來調(diào)節(jié)的，是一個控制難題。3、蒸汽壓力的調(diào)節(jié) 定壓運行時，負(fù)荷變化率不大于5%/min； 負(fù)荷低于70%，可采用滑壓運行方式，其負(fù)荷變化率大于3%/min。（一）高負(fù)荷時（40%-100%）：三、鍋爐負(fù)荷變化時的調(diào)節(jié)特點 在較高負(fù)荷下，鍋爐在循環(huán)流化床狀態(tài)下運行；在較低負(fù)荷下，鍋爐在鼓泡流化床狀態(tài)下運

15、行。 1、給煤量和風(fēng)量的調(diào)節(jié)：帶外置式換熱器的CFB 不帶外置換熱器的CFB 2、一次風(fēng)送風(fēng)量的影響： 對于不帶外置式換熱器的CFB，需要考慮； 是兩個對床溫具有相反影響趨勢的對立因素； 800，增加一次風(fēng)量，降低床溫作用顯著； 3、二次風(fēng)風(fēng)量的調(diào)節(jié)： 為了滿足鍋爐總風(fēng)量的要求，調(diào)節(jié)依據(jù)：燃燒室后的煙氣含氧量，使得鍋爐的排煙損失和不完全燃燒損失之和最小為最佳； 一般將燃燒室后的煙氣含氧量控制在3-5%； 低負(fù)荷時，40%，無需送入二次風(fēng)。 4、返料溫度的調(diào)節(jié)作用： 采用高溫絕熱型分離器的CFB，返料溫度會高于爐內(nèi)料層溫度20-30，可起到調(diào)節(jié)燃燒的作用； 采用中低溫分離器的CFB，返料溫度低于爐內(nèi)料層溫度，改變返料量對控制床溫更有效。 5、返料量的調(diào)節(jié)作用： 改變返料量是從改變爐內(nèi)受熱面?zhèn)鳠崮芰Φ慕嵌葋磉m應(yīng)負(fù)荷的變化需要。（二）低負(fù)荷時（25-40%）： 處于鼓泡流化床狀態(tài)； 一般不用投入二次風(fēng)，僅需投入一次風(fēng)； 床溫調(diào)節(jié)以調(diào)節(jié)床層厚度和給煤量為主； 一次風(fēng)調(diào)節(jié)視燃燒所需氧量而定。四、床層厚度的控制五、蒸汽溫度的控制與調(diào)節(jié) 床層太厚，增加硫化阻力，壓住一次風(fēng)風(fēng)頭；床層太薄，熱容量減小； 高負(fù)荷時，