循環(huán)流化床鍋爐設備及運行(01)教材課件

1、循環(huán)流化床鍋爐設備及運行安徽省特種設備檢測院培訓中心楊新建 2011年3月第1講 緒論一、傳統(tǒng)燃煤方式帶來的環(huán)境問題四、第二代流化床鍋爐循環(huán)流化床鍋爐 循環(huán)流化床鍋爐概述三、第一代流化床鍋爐鼓泡床鍋爐二、潔凈煤技術的興起五、循環(huán)流化床鍋爐應用現(xiàn)狀及發(fā)展前景學習目的 了解循環(huán)流化床鍋爐的來龍去脈； 掌握流化床鍋爐的基本概念、基本原理及其在環(huán)保方面存在巨大優(yōu)勢的機理； 了解循環(huán)流化床鍋爐蓬勃發(fā)展的現(xiàn)狀及巨大的發(fā)展?jié)摿Γ?激發(fā)學習和掌握循環(huán)流化床鍋爐技術的熱情和積極性，增強其環(huán)保意識，堅定其投身能源與環(huán)保事業(yè)的決心。 近年來，在火力發(fā)電領域，一個新名詞越來越多地被人們聽到，這就是“循環(huán)流化床”。 “

2、循環(huán)流化床”似乎與環(huán)保脫硫有關，還經(jīng)常與“清潔燃燒”聯(lián)系在一起。那么，“循環(huán)流化床”到底是什么？ 電站鍋爐領域的“循環(huán)流化床”指的就是鍋爐家族的后起之秀循環(huán)流化床鍋爐。概括地說，它是一種環(huán)保鍋爐。我國電力工業(yè)現(xiàn)狀:裝機及發(fā)電總量居世界第二，僅次于美國。 燃煤機組在電力生產(chǎn)中的地位2004年最近幾年電力建設超常規(guī)發(fā)展中國是僅次于美國的世界第二大電力生產(chǎn)國，其電力生產(chǎn)正以前所未有的速度增長。 2002年底發(fā)電裝機容量3.6億千瓦；2005年全國電力裝機新增6500萬千瓦，總量已突破5億千瓦，2007年底發(fā)電裝機容量7.1329億千瓦。 從2002年的3.6億千萬增加到2007年的7.13億千瓦,平

3、均年增長速度14.8%.火力發(fā)電在電力生產(chǎn)中的地位(占全國總裝機容量的74%)火電裝機中,絕大部分是燃煤機組,由此帶來嚴重的環(huán)境問題.一、傳統(tǒng)煤燃燒方式帶來的環(huán)境問題燃煤鍋爐的三種典型燃燒方式1、煤粉爐2、鏈條爐3、流化床（沸騰爐、循環(huán)流化床）燃煤鍋爐三種典型燃燒方式的轉變鏈條爐流化床煤粉爐電站鍋爐的傳統(tǒng)煤燃燒方式鼓風存在問題： 1.不能充分利用劣質燃料（如煤矸石、焦碳、垃圾等） 2.不易控制污染物排放（SO2、NOx） 3.灰渣綜合利用受限制 固定床燃燒 懸浮燃燒酸雨大氣污染灰場污染矸石山污染燃煤帶來的環(huán)境問題酸 雨H2SO4HNO3SO2NOx燃煤產(chǎn)生的酸性排放物進入空氣中，經(jīng)過一系列作用

4、就形成了酸雨（pH5.6)。我國87%的SO2排放來自煤燃燒 酸雨使森林退化，湖泊酸化，魚類死亡，水生生物種群減少，農田土壤酸化、貧瘠，有毒重金屬污染增強，糧食、蔬菜、瓜果大面積減產(chǎn)，使建筑物和橋梁損壞，文物面目皆非。酸 雨中國酸雨問題 中國是燃煤大國，煤炭在能源消耗中占了70%，因而我國的大氣污染主要是燃煤造成的。我國生產(chǎn)的煤炭，平均含硫份約為1.1%。由于一直未加以嚴格控制，致使我國在工業(yè)化水平還不算高的現(xiàn)在就形成了 嚴重的大氣污染狀況。目前我國二氧化硫排放量已達1800多萬噸。二氧化硫排放引起的酸雨污染不斷擴大，已從80年代初期的西南局部地區(qū)擴展到長江以南大部分城市和鄉(xiāng)村，并向北方發(fā)展。

5、 SO2、NOx、飄塵光化學煙霧光化學煙霧：氮氧化物等污染物漂浮在空氣中，在強烈陽光的照射下發(fā)生物理化學反應，產(chǎn)生了有毒的淺藍色煙霧，造成人們眼睛紅腫、咽炎、呼吸道疾病惡化乃至思維紊亂，肺水腫等疾病。1. 比利時馬斯河谷煙霧事件2. 美國洛杉磯光化學煙霧事件3.美國多諾拉煙霧事件4.英國倫敦煙霧事件大氣污染歷史上的大氣污染事件1. 比利時馬斯河谷煙霧事件1930年12月，發(fā)生在比利時馬斯河谷工業(yè)區(qū)。位于狹窄河谷內的這個工業(yè)區(qū)，分布有大量的煉油廠、金屬廠、玻璃廠等重污染工廠。這些工廠排放出大量的有害廢氣和工業(yè)粉塵，嚴重影響了當?shù)厝藗兊慕】?。?2月1-5日，由于天氣的影響，河谷內出現(xiàn)靜風，空氣污

6、染物擴散不出去。同時，也出現(xiàn)了逆溫層，污染物難以擴散到高空，只能在低空中聚集，污染物濃度迅速上升。結果造成60多人在一周內死亡，市民中心臟病、肺病患者的死亡率增高，家畜死亡率也大大增高。2. 美國洛杉磯光化學煙霧事件40、50和70年代，發(fā)生在美國的洛杉磯市。40年代時，洛杉磯市的汽車保有量就達到了250萬輛，每天需要消耗汽油1000多噸。汽車尾氣中的碳氫化合物、氮氧化物等污染物就漂浮在街道上的空氣中，在強烈陽光的照射下發(fā)生物理化學反應，產(chǎn)生了有毒的淺藍色煙霧，造成大量市民眼睛紅腫、咽炎、呼吸道疾病惡化乃至思維紊亂，肺水腫等疾病。1955年發(fā)生的光化學煙霧事件導致400多人因中毒、呼吸衰竭死亡

7、，1970年發(fā)生的事件使3/4的市民患病。3.美國多諾拉煙霧事件1984年10月，發(fā)生在美國賓西法尼亞洲的多諾拉鎮(zhèn)。該鎮(zhèn)是個重工業(yè)重鎮(zhèn)，許多大型煉鐵廠、煉鋅廠和硫酸廠聚集于此。工廠排放的廢氣中含有工業(yè)粉塵和有害氣體二氧化硫等。10月26日，由于受反氣旋和逆溫層的控制，該地區(qū)出現(xiàn)靜風，空氣中的污染物既不能向高空擴散，也不能向周圍地區(qū)擴散，導致空氣中污染物濃度迅速升高。全鎮(zhèn)14000 人中有6000人出現(xiàn)眼痛、喉嚨痛、頭痛、胸悶、嘔吐、腹瀉等癥狀，其中17人因此死亡。4.英國倫敦煙霧事件1952年12月5-8日，發(fā)生在英國首都倫敦市。由于冬季燒煤（高硫煤）取暖，倫敦空氣中二氧化硫和煙塵的含量很高。

8、12月5-8日，倫敦出現(xiàn)了靜風和逆溫天氣，下起了大霧，污染物難以擴散出去，近地空氣中污染物濃度迅速上升。導致4000多人在4天內死亡，兩個月后又有8000多人死亡。以后，倫敦又發(fā)生過12次較大的煙霧事件。此后，倫敦吸取教訓，積極改善空氣環(huán)境，現(xiàn)在已經(jīng)很清潔了。 我國發(fā)電供熱用煤占全國煤炭生產(chǎn)總量的50%左右。全國大約90%的SO2排放由煤電產(chǎn)生，80%的CO2排放量由煤電排放。 二、潔凈煤技術的興起 日益嚴峻的環(huán)境問題迫使我們采取必要措施 但以煤為主的一次能源格局在相當長時期內不會改變； 為了人類生存的環(huán)境，應設法使煤“清潔”利用。 由此在國際上掀起“潔凈煤技術”研究熱潮?！皾崈裘杭夹g” 使煤

9、清潔利用的技術燃燒前可采取的措施煤的洗選煤的加工（水煤漿）煤的轉化（氣化、液化）燃燒中可采取的措施清潔燃燒燃燒后可采取的措施煙氣脫硫 流化床燃燒是目前商業(yè)化最好的清潔燃燒技術之一被稱為“二十一世紀的燃燒技術”清潔燃燒 燃燒中脫硫、脫氮我國發(fā)展循環(huán)流化床鍋爐的目的解決劣質燃料利用問題；減少有害氣體（NOx、SOx)排放，減輕環(huán)境壓力。 流化床1921年最早出現(xiàn)于德國，應用于粉煤氣化二戰(zhàn)期間應用于石油催化裂化后廣泛應用于石油、化工、冶煉、糧食、醫(yī)藥等部門三、第一代流化床鍋爐 鼓泡床鍋爐 二十世紀50年代，“能源危機”使西方發(fā)達國家重新認識煤在一次能源中的重要地位，開始尋求先進的燃煤技術。 能源危機

10、出現(xiàn)后，當人們的目光從石油又轉向煤炭時，歷史好像劃了一個圈，又回到了原點。 但這不是一個簡單的循環(huán)。歷史在前進，科技在進步，這是一種螺旋式上升的過程。人們認識到我們要燒煤；我們要把煤燒好；我們不僅要燒優(yōu)質煤，還要燒劣質煤；我們在燒煤的同時，還要保護環(huán)境。 “流化床鍋爐”燃料在流化狀態(tài)下進行燃燒的鍋爐叫流化床鍋爐。 從此流化床燃燒、固定床燃燒、懸浮燃燒共同構成煤的三種主要燃燒方式。我國早期設計的鼓泡床鍋爐 于是流化床開始應用于煤的燃燒。二十世紀60年代初，出現(xiàn)了“流化床鍋爐”。鼓泡床實驗演示此時的流化床鍋爐特點： -燃料顆粒大，流化風速低-床層中有明顯的氣泡-氣固兩相類似沸騰的水-被稱為鼓泡床鍋

11、爐或沸騰爐鼓泡床鍋爐的工作原理 沸騰燃燒 燃燒溫度：850-950 oC鼓泡床鍋爐的主要部件： 布風板 風室 埋管受熱面 冷渣口與溢流口1 燃料適應性廣可以燃燒各種煤、煤矸石、焦碳、油頁巖、垃圾等（劣質燃料）原因：下部密相區(qū)提供了燃料著火和燃燒的最佳條件：1、充足的熱源2、混合強烈，熱質傳遞快3、適當高濃度的氧床層物料中含碳低（2-5%），只供熱而不爭奪氧鼓泡床燃燒有以下優(yōu)點 2 清潔燃燒1）高效、廉價脫硫脫硫率達90%脫硫反應 1CaO + SO2 + O2=CaSO4 2（煤粉爐爐內噴鈣脫硫，鈣停留時間短，脫硫劑利用率不到20%）爐膛溫度為最佳脫硫反應溫度850 oC脫硫最佳溫度：850-

12、870 oC；（但煤粉爐在此溫度下不能穩(wěn)定燃燒，所以其脫硫不能保持在最佳反應溫度下進行。）2）減少NOx排放燃煤NOx 的主要來源：燃料型：揮發(fā)分中的有機氮、固定碳中的碳基氮被氧化；氧化性氣氛中容易生成熱力型：空氣中的氮在高溫下被氧化。高溫下容易生成流化床NOx生成量為煤粉燃燒的1/31/4a.低溫燃燒，減少熱力型NOx生成 1200 oC以下時，熱力型NOx生成不明顯； （煤粉爐因燃燒溫度高，熱力型NOx占總NOx生成量的25%-30%）b.分級燃燒，減少燃料型NOx生成 空氣分級供入，濃相區(qū)處于還原性氣氛，抑制燃料型NOx生成 分級燃燒是抑制NOX生成非常有效的手段。一次空氣從底部給入，它

13、供應燃燒所需氧量的5060，二次風在離一次風有一定距離的爐膛上方給入。在二次風給入的水平，爐膛氣氛由還原性轉變成氧化性。燃料揮發(fā)分逸出和著火發(fā)生在貧氧區(qū)，因此NOX總體排放量降低。低NOx排放的原因:3.負荷調節(jié)性能好低負荷下仍可保持燃燒穩(wěn)定；負荷調節(jié)比達4：1，甚至可以壓火備用。4.灰渣綜合利用性能好低溫燃燒后的灰渣沒有經(jīng)歷燒結過程，活性好，非常適合做水泥填料鼓泡床鍋爐的缺點：1.燃燒損失大燃料寬篩分（0-10mm)，未燃盡細顆粒飛出量大2.埋管磨損嚴重為了控制密相區(qū)床溫，密相區(qū)布置有埋管，但其磨損問題不易解決3.大型化受到限制截面熱負荷低，為煤粉爐的1/4，如一臺400t/h的鼓泡床截面積

14、約200m24.脫硫劑利用效率低脫硫劑顆粒大(細顆粒易飛出），利用率低CaOCaSO4 這些問題的存在使流化床煤燃燒技術的發(fā)展一度受到挑戰(zhàn)； 但其固有的優(yōu)點如燃料適應性廣、清潔燃燒特性使得人們不忍放棄它； 那么，能否有一個解決問題的良方呢 生產(chǎn)實踐的需要是推動技術進步的動力。 人類的智慧是無窮的，最終總能找到打開難題的鑰匙。？ 四、第二代流化床鍋爐 循環(huán)流化床鍋爐 循環(huán)流化床鍋爐在保留沸騰床鍋爐的優(yōu)點的基礎上，克服了其不足，從而顯示出強大的生命力。 “循環(huán)”的概念飛出爐膛的物料被氣固分離器收集，返回爐膛，循環(huán)燃燒和利用。 二十世紀80年代初，國外研制出第二代流化床鍋爐循環(huán)流化床鍋爐循環(huán)流化床鍋

15、爐的結構特點煤高溫旋風分離U型閥返料裝置密相區(qū)一次風室CFBB爐膛料腿 一次風一次風二次風二次風二次風機一次風機引風機除塵器煙囪 尾部 受熱面過熱器過熱器省煤器省煤器空預器空預器稀相區(qū)石灰石循環(huán)流化床鍋爐示意圖循環(huán)流化床鍋爐的組成 循環(huán)流化床鍋爐主要由燃燒系統(tǒng)、物料分離循環(huán)系統(tǒng)、對流煙道三部分組成。其中燃燒系統(tǒng)包括風室、布風板、燃燒室、爐膛、啟動燃燒器、給煤系統(tǒng)等幾部分；物料分離循環(huán)系統(tǒng)包括物料分離裝置和返料裝置兩部分；對流煙道包括過熱器、省煤器、空氣預熱器等幾部分。循環(huán)流化床鍋爐三大核心部件 燃燒室、分離器、回料閥燃燒室布風板旋風分離器回料閥循環(huán)流化床鍋爐的工作過程煤倉石灰石倉燃燒室旋風分離

16、器風帽放渣管空氣預熱器省煤器汽包尾部煙道流化風機循環(huán)床內流化狀態(tài)與鼓泡床相比：顆粒細風速高顆?？臻g濃度高顆粒呈條帶狀顆粒貼壁回流循環(huán)床鼓泡床循環(huán)流化床實驗演示 及 與鼓泡床的對比循環(huán)床鼓泡床與鼓泡床相比，循環(huán)流化床鍋爐有以下優(yōu)勢1、燃燒效率提高（可達97.5-99%)爐膛沿高度基本恒溫（850 oC ），延長了燃燒時間；物料通過分離器多次循環(huán)回爐內，延長了燃燒時間；2、沒有埋管，徹底解決埋管磨損問題密相區(qū)燃燒份額小，不需埋管即可控制床溫3、為大型化提供了可能燃燒、傳熱不僅僅局限于濃相區(qū)，爐膛截面熱負荷提高2-3倍，更易實現(xiàn)大型化；4、脫硫劑利用率提高脫硫劑顆粒變細（0.1-0.3mm），利用率

17、提高；SO2氣體在燃燒區(qū)停留時間延長；鼓泡床1-2s，循環(huán)流化床3-4s;脫硫劑循環(huán)利用，停留時間延長。 循環(huán)流化床鍋爐是在鼓泡床鍋爐基礎上發(fā)展起來的，但卻從根本上解決了鼓泡床存在的主要缺點，使流化床燃煤技術發(fā)展到一個新的階段。評 價：五、循環(huán)流化床鍋爐 -發(fā)展現(xiàn)狀及前景 1922年12月26日，德國的溫克勒發(fā)明了第一臺流化床并成功運行； 1938年12月，麻省理工學院的劉易斯和吉里蘭發(fā)明了快速流化床； 二十世紀60年代末，德國的魯奇公司發(fā)展并運行了循環(huán)流化床反應器； 二十世紀70年代，循環(huán)流化床理論研究取得突破進展； 1979年，芬蘭奧斯隆公司生產(chǎn)了20T/H循環(huán)流化床鍋爐；國外循環(huán)流化床鍋

18、爐的發(fā)展 1982年，德國的魯奇公司第一臺50T/H循環(huán)流化床鍋爐投入運行，標志著循環(huán)流化床鍋爐進入商業(yè)運營階段； 1995年，250MW的循環(huán)流化床鍋爐（700T/H、16.3MPa、565/565）在法國投運，標志著循環(huán)流化床鍋爐進入大型化發(fā)展階段。 我國循環(huán)流化床鍋爐的發(fā)展 二十世紀40年代末，我國開始了流化床技術的研究，并一度處于世界領先地位； 二十世紀50年代末，中國科學院開始研究流化床； 二十世紀60年代中期，國產(chǎn)早期流化床鍋爐（沸騰爐）投運；（即：1965年第一臺14.5T/H燃用油母貝巖的沸騰爐在廣東茂名投產(chǎn)成功） 1981年，國家計委下達“煤的流化床燃燒技術研究”課題，清華大

19、學和中國科學院分別率先開展循環(huán)流化床燃燒技術研究，標志著我國現(xiàn)代循環(huán)流化床研究和產(chǎn)品開發(fā)正式啟動； 1988年，中科院和濟南鍋爐廠合作成功研制了35T/H循環(huán)流化床鍋爐，并于1988年11月于山東明水熱電廠投入商業(yè)運行；（第一臺國產(chǎn)CFBB是中科院熱研所與開封鍋爐廠合作生產(chǎn)，1987年9月在開封中藥廠點火成功、10T/H） 1991年11月，中科院和濟南鍋爐廠合作研制的75T/HCFBB在錦西熱電廠投運，標志著熱旋風筒分離CFBB跨越了一個容量等級；1992年中科院與杭州鍋爐廠合作研制的二級分離CFBB在浙江嵊縣投運； 1996年，清華大學和四川鍋爐廠合作研發(fā)的水冷異形分離循環(huán)流化床鍋爐投運，

20、為我國循環(huán)流化床鍋爐技術發(fā)展提供了一種新爐型; 九五期間，國內三大鍋爐制造集團（東方鍋爐集團股份有限公司、哈爾濱鍋爐廠、上海鍋爐廠）分別與國內大專院校、科研單位合作，研發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權的420T/H（125MW）級帶中間再熱的循環(huán)流化床電站鍋爐； 2007年，具有自主知識產(chǎn)權，由西安熱研院和哈鍋聯(lián)合開發(fā)的330MW循環(huán)流化床鍋爐在江西分宜開工建設。引進、消化、吸收國外先進循環(huán)流化床技術： 1990年，北京鍋爐廠采用德國Babcock公司技術，生產(chǎn)了一批中溫分離循環(huán)流化床鍋爐； 1992年，哈爾濱鍋爐廠與美國PPC公司（奧斯龍技術）合作設計并生產(chǎn)了國內首臺220T/H循環(huán)流化床鍋爐；并于1999年與阿爾斯通（Alstom）公司簽訂引進220-410T/H循環(huán)流化床技術的協(xié)議； 1992年，東方鍋爐集團股份公司參與引進內江高壩電廠410T/H循環(huán)流化床項目；并于1994年與美國FW公司簽訂50-100MW容量等級循環(huán)流化床鍋爐許可證技術轉讓合同； 上海鍋爐廠也與美國Alstom-GE公司開展了50-135MW循環(huán)流化床鍋爐設計制造技術引進工作。 2006年，引進Alstom技術的300MW（1025T/H）循環(huán)流化床鍋爐在四川白馬電廠投運。江西分宜410t/h循環(huán)流化床鍋爐75t/h循環(huán)流化床鍋爐35t/h循環(huán)流化床鍋爐 目前，國內循環(huán)流化床鍋爐已進入快速發(fā)展和普及階段，大