循環(huán)流化床鍋爐概述和特點(diǎn)詳解

1、循環(huán)流化床鍋爐概述和特點(diǎn)詳解CFBB發(fā)展動(dòng)因良好的環(huán)保特性燃燒劣質(zhì)燃料循環(huán)流化床原理什么是循環(huán)流化床主要特點(diǎn)主要爐型什么是循環(huán)流化床鍋爐循環(huán)流化床鍋爐是一種燃用化石燃料來(lái)生產(chǎn)蒸汽的裝置。鍋爐的爐膛運(yùn)行在一種特殊的流體動(dòng)力特性下：細(xì)顆粒被以超過(guò)平均粒徑顆粒終端速度的氣速輸送通過(guò)爐膛，同時(shí)又有足夠的顆粒返混以保證爐膛內(nèi)的溫度分布均勻。循環(huán)流化床原理示意圖煤和石灰石二次風(fēng)一次風(fēng)返料風(fēng)密相區(qū)稀相區(qū)旋風(fēng)分離器返料器料腿去外置換熱器位置 流態(tài)二次風(fēng)口下-湍流床/鼓泡床二次風(fēng)口上-快速床旋風(fēng)分離器-旋渦運(yùn)動(dòng)返料器料腿-移動(dòng)床返料器/外置床-鼓泡床尾部煙道-氣力輸送循環(huán)流化床鍋爐的優(yōu)點(diǎn)燃料適應(yīng)性廣：高硫分，高

2、灰分，高水分，低揮發(fā)分環(huán)保品質(zhì)好。NOx50-150ppm, 脫硫效率90%（鈣硫比1.5-2.5)燃燒效率高。97.5-99.5% 氣固混合好,飛灰再循環(huán),過(guò)?？諝庀禂?shù)小負(fù)荷調(diào)節(jié)性好.在20-100%負(fù)荷范圍內(nèi)，燃燒穩(wěn)定,負(fù)荷調(diào)節(jié)速率4%/分鐘熱強(qiáng)度高 投資略小、灰渣利用率高流化態(tài)定義定義：使細(xì)顆粒通過(guò)與氣體或液體的接觸而轉(zhuǎn)變成類似流體的一種運(yùn)行狀態(tài)。表觀特征：?jiǎn)挝淮步孛鎯?nèi)固體顆粒的重量。2.無(wú)論床層如何傾斜，床面水平，床層為容器形狀。3.床內(nèi)固體顆粒會(huì)從側(cè)面或底部流出。4.密度高于床層表觀密度的物體會(huì)下沉，低的會(huì)浮出表面。5.床內(nèi)顆粒混合良好，床溫均勻。流態(tài)化示意圖在上行氣流中單個(gè)顆粒的受

3、力浮力重力曳力氣體鋼球羽毛球氣體氣體流態(tài)變化過(guò)程床層密度氣流速度固定床鼓泡床節(jié)涌湍流床快速床氣力輸送UmfUtpu臨界風(fēng)速輸運(yùn)速度不同流化床的截面熱負(fù)荷0302010605040常壓流化床增壓流化床鼓泡床鼓泡床循環(huán)床循環(huán)床截面熱負(fù)荷，MW/M2循環(huán)流化床鍋爐特殊部件布 風(fēng) 板作用：支持靜止料層形成均勻的氣體流速分布維持料層穩(wěn)定常見形式：風(fēng)帽式和密孔板式布風(fēng)板結(jié)構(gòu)示意圖風(fēng) 帽隔熱層花 板風(fēng) 室風(fēng) 道(a)布風(fēng)板(b)布風(fēng)板上的風(fēng)帽循環(huán)流化床鍋爐特殊部件氣 固 分 離 器作用：將大量高溫固體顆粒從氣流中分離出來(lái)要求：高溫下長(zhǎng)期運(yùn)行；能分離極高濃度氣流；低阻力；分離效率高分慣性分離和旋風(fēng)分離兩種旋風(fēng)

4、分離器又分高溫（800-900） 主要有絕熱型，水冷型，汽冷型中溫（400-600）固體物料回送裝置作用：將分離器分離的高溫固體顆粒穩(wěn)定地送回壓力較高的燃燒室，并保證氣體反竄量最小。分兩部分：立管防止氣體反竄，閥起調(diào)節(jié)和控制閥有三種： 可控閥 L，J，H，V型等，能調(diào)節(jié)顆粒流量通流閥 經(jīng)一壓力屏障，將顆粒從低壓送到高壓區(qū)，調(diào)節(jié)作用很小。閥和立管依壓力平衡關(guān)系自動(dòng)平衡顆粒流量氣力輸送閥循環(huán)流化床鍋爐特殊部件四種可控型非機(jī)械閥示意圖充氣L 閥流化氣體流化氣體V 閥換向密封閥J 閥V 閥流化床通流孔充氣充氣通流型非機(jī)械閥充氣流化氣體充氣流化氣體密閉輸送閥流動(dòng)密封閥AHLSTROM的回料裝置高壓風(fēng)風(fēng)室

5、爐膛煤&風(fēng)循環(huán)物料三種主要爐型LURGI型CFBBPYROFLOW型CFBBFW型CFBB850C絕熱型分離器FBHE爐膛850C850C絕熱型分離器爐膛850C850C汽冷分離器爐膛850CQ管屏INTREX床溫850-900C M/S煤粒5-15MM 循環(huán)倍率30-40床溫800-900CM/S燃料粒徑0-10MM分離器出口煙溫900C循環(huán)倍率40-50床溫850-900CM/S燃料粒徑0-10MM分離器出口煙溫850-900C循環(huán)倍率30-40CIRCOFLUID型CFBB典型布置圖 1234561-一次風(fēng)室2-濃相區(qū)3-懸浮段4-蒸發(fā)管5-過(guò)熱器6-高溫省煤器78910117-低溫省煤

6、器8-空氣預(yù)熱器9-旋風(fēng)分離器10-灰回送裝置11-灰冷卻器運(yùn)行參數(shù)床溫850-900CM/S分離器內(nèi)溫度400C循環(huán)倍率10-20東方鍋爐廠410T/H結(jié)構(gòu)二次風(fēng)機(jī)一次風(fēng)機(jī)一次風(fēng)返料風(fēng)除塵器石灰石細(xì)煤飛灰再循環(huán)風(fēng)機(jī)J閥風(fēng)機(jī)播煤增壓風(fēng)機(jī)石灰石送粉風(fēng)機(jī)引風(fēng)機(jī)風(fēng)道點(diǎn)火增壓風(fēng)機(jī)過(guò)熱器過(guò)熱器過(guò)熱器過(guò)熱器空預(yù)器空預(yù)器空預(yù)器循環(huán)流化床的控制燃燒和傳熱分析閉環(huán)控制聯(lián)鎖保護(hù)煤燃燒的階段干燥和加熱 揮發(fā)分析出和燃燒 膨脹和一次破碎 焦炭燃燒 二次破碎和磨損時(shí)間秒溫度 200100080060040012003520012341.干燥和加熱焦炭燃燒磨損細(xì)粒不同粒徑煤在循環(huán)流化床鍋爐中的燃燒方式1000100123

7、0102030m/s床溫: 850度m過(guò)量氧: 7% (體積)顆粒在懸浮段停留時(shí)間分離器臨界直徑煙煤燃盡時(shí)間褐煤燃盡時(shí)間顆粒沉降速度循環(huán)倍率循環(huán)倍率顆粒沉降速度顆粒直徑1-煤粒一次通過(guò)爐膛后就實(shí)現(xiàn)燃盡; 2-煤粒經(jīng)過(guò)多次循環(huán)后實(shí)現(xiàn)燃進(jìn); 3-煤粒留在床內(nèi)燃燒; Dopt 一次通過(guò)燃盡顆粒; Dmax 一次通過(guò)實(shí)現(xiàn)燃盡的最大顆粒DmaxDopt影響燃燒的因素時(shí)間、溫度、湍流度是組織良好燃燒過(guò)程的關(guān)鍵二次風(fēng)口下：新鮮燃料的揮發(fā)份析出、分離器來(lái)的未燃燼焦炭燃燒，還原性氣氛。二次風(fēng)口以上：大部分焦炭燃燒，富氧狀態(tài)。高溫氣固分離器：少量焦炭燃燒，氧濃度很底。床溫：床溫高燃燼率高，但影響環(huán)保，一般800-

8、900C煤粒在鍋爐內(nèi)的平均停留時(shí)間： Hs-靜止料層高度Ad-布風(fēng)板面積 p-料層堆積密B-燃料消耗量影響床層向壁面?zhèn)鳠岬囊蛩貞腋∥餄舛龋簜鳠嵯禂?shù)與懸浮物密度的平方根成正比從爐底到爐定的傳熱系數(shù)是變化的，受氣流量、固體循環(huán)率、爐內(nèi)固體顆粒量、顆粒粒徑分布和溫度分布影響?？赏ㄟ^(guò)改變一、二次風(fēng)比來(lái)控制爐膛上部的懸浮物密度流化速度：與鼓泡流化床不同，在快速床中除影響懸浮物密度外，對(duì)傳熱系數(shù)無(wú)較大的直接影響傳熱表面垂直長(zhǎng)度的影響：傳熱系數(shù)隨垂直長(zhǎng)度增加而減少，在一定長(zhǎng)度后，趨向于一漸近值。床溫：在一定懸浮物密度下，總傳熱系數(shù)隨床溫的增加而增加流化床各參量之間的耦合關(guān)系A(chǔ)HLSTROM CFBB 控制策

9、略Circ CFBB 閉 環(huán) 控 制循環(huán)流化床鍋爐的控制特點(diǎn) 顆 粒 燃 料 的 燃 燒 經(jīng) 歷 多 次 反 復(fù) 循 環(huán) 為 建 立 流 化 一 次 風(fēng) 量, 風(fēng) 速 有 最 大, 最 小 值 為 降 低Nox 排 放, 一 二 次 風(fēng) 配 比 有 嚴(yán) 格 要 求 布 風(fēng), 燃 料, 石 灰 石 播 灑 應(yīng) 均 勻 為 除 硫 增 加 石 灰 石 粉 碎 與 添 加 系 統(tǒng) 為 優(yōu) 化 除 硫 床 溫 控 制 在 850-900 C 為 安 全 連 續(xù) 運(yùn) 行, 熱 料 再 循 環(huán) 要 嚴(yán) 格 調(diào) 試 測(cè)點(diǎn)布置合理、可靠 鍋 爐 啟 停 有 特 定 循 序 鍋 爐 安 全 保 護(hù) 有 特 殊

10、要 求 循環(huán)流化床鍋爐在結(jié)構(gòu)及燃燒方式上均與普通煤粉爐不同,因此其控制要求及控制方案與普通煤粉爐也有一定差異。 由于循環(huán)流化床鍋爐采用布風(fēng)板上床層流化燃燒方式,其燃燒控制方案與煤粉爐完全不一樣。 由于流化床鍋爐要在爐內(nèi)進(jìn)行石灰石脫硫,故循環(huán)流化床鍋爐必須增加石灰石料控制系統(tǒng)。 另外，循環(huán)流化床鍋爐煙氣中的未燃粒子經(jīng)過(guò)旋風(fēng)分離器后要由返料裝置送回爐床繼續(xù)燃燒，所以循環(huán)流化床鍋爐必須具有返料控制系統(tǒng)。 循環(huán)流化床鍋爐正常燃燒時(shí)需要控制一定的床層厚度，而床層厚度由排渣系統(tǒng)進(jìn)行控制，所以循環(huán)流化術(shù)鍋爐必須具有排渣控制（床層高度控制）系統(tǒng)。 除此之外，循環(huán)流化床鍋爐的其它控制系統(tǒng)與常規(guī)煤粉的控制要求及控

11、制方案基本相同，包括給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)，一次風(fēng)控制系統(tǒng)，二次風(fēng)控制系統(tǒng)，主汽溫控制系統(tǒng)及引風(fēng)控制系統(tǒng)等。 循環(huán)流化床鍋爐控制與普通煤粉爐的區(qū)別 循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)是一個(gè)大滯后，強(qiáng)耦合的非線性系統(tǒng)，各個(gè)變量之間相互影響。有的被調(diào)參數(shù)同時(shí)受到幾個(gè)調(diào)節(jié)參數(shù)的共同影響，如床層溫度要受到給煤量，石灰石供給量、一次風(fēng)量及返料量等多個(gè)參數(shù)控制。同時(shí)，有的調(diào)節(jié)參數(shù)又影響多個(gè)被調(diào)參數(shù)，如給煤量不僅影響主汽壓力，還影響床溫，爐膛溫度，過(guò)量空氣系統(tǒng)及SO2含量等參數(shù)。因此，在構(gòu)造循環(huán)流化床鍋爐控制方案時(shí)只有抓住主要因素，同時(shí)兼顧各個(gè)因素，才能構(gòu)造出滿足系統(tǒng)要求的控制策略。 循環(huán)流化床鍋爐控制與普通煤粉爐的區(qū)別 由于C

12、FB爐內(nèi)流態(tài)化工況，燃燒過(guò)程復(fù)雜，加之有飛灰物料循環(huán)，結(jié)合對(duì)循環(huán)回路動(dòng)態(tài)模型的分析，可見CFBB在燃燒制上主要有以下特點(diǎn)和難點(diǎn): 1.保持循環(huán)流化床狀態(tài)，在正常狀態(tài)下，自控規(guī)律正常發(fā)揮作用.非正常狀態(tài)下，只能實(shí)現(xiàn)安全措施，維持安全運(yùn)行狀態(tài)(不熄火，不結(jié)焦)。負(fù)荷問(wèn)題，熱效率問(wèn)題可能夠不上。 2.主要擾動(dòng)兩個(gè).一是負(fù)荷擾動(dòng)，二是煤質(zhì)擾動(dòng)， 原則上，負(fù)荷靠煤質(zhì)控制(風(fēng)相當(dāng)變化)，但煤量影響，若用煤量控制床溫與負(fù)荷控制發(fā)生矛盾。一個(gè)控制量證兩個(gè)狀態(tài)同時(shí)穩(wěn)定在一個(gè)值上是不可能的.故允許床溫波動(dòng)(在一定范圍內(nèi)) 燃燒控制的特點(diǎn)和難點(diǎn) 當(dāng)煤增加進(jìn)快時(shí)，有個(gè)吸熱過(guò)程，可能使床溫有下降趨勢(shì).簡(jiǎn)單閉環(huán)控制可能出

13、現(xiàn)反調(diào)節(jié).煤堆積過(guò)多在后期會(huì)出現(xiàn)失控現(xiàn)象，床溫持續(xù)升高，會(huì)結(jié)焦。一次風(fēng)增加會(huì)降床溫。但當(dāng)床層較厚、積煤過(guò)多時(shí)，增加一次風(fēng)可能升溫，在不同階段，有不同的響應(yīng)。 4. 設(shè)備不過(guò)關(guān)，如堵煤，冷汽機(jī)不靈等。 5. 過(guò)程滯后大。 6. 多變量之間禍合嚴(yán)重。總風(fēng)量影響煙氧量，但同時(shí)影響床溫。二次風(fēng)影響循環(huán)倍率，影響碰撞換熱效率，并影響床溫。對(duì)調(diào)節(jié)床溫來(lái)說(shuō)，煤、一次風(fēng)、二次風(fēng)、床溫均有影響.同時(shí)變化必須解耦，否則出現(xiàn)推挽不確定現(xiàn)象。系統(tǒng)穩(wěn)定不下來(lái)。 7.運(yùn)行人員要接受先進(jìn)控制方法，往往很困難。 燃燒控制的特點(diǎn)和難點(diǎn)循環(huán)流化床鍋爐的控制項(xiàng)目 鍋爐主控 汽包水位控制 風(fēng)量控制 過(guò)熱汽溫控制 燃料和石灰石控制 床

14、壓控制 床溫控制 啟?？刂棋仩t主控 調(diào) 節(jié) 鍋 爐 負(fù) 荷 以 適 應(yīng) 外 界 需 要 單 元 制 鍋 爐 與 汽 機(jī) 組 成 單 元 機(jī) 組一 切 在 單 元 機(jī) 組 行 之 有 效 的 各 種 協(xié) 調(diào) 控 系 統(tǒng) 均 可 適 用 于 循 環(huán) 流 化 床 鍋 爐 母 管 制 設(shè) 壓 力 調(diào) 節(jié) 單 元, 保 持 母 管 壓 力 恒 定:在 鍋 爐 之 間 分 配 負(fù) 荷鍋爐主控風(fēng)量控制 按負(fù)荷需要配以足夠的總風(fēng)量保證經(jīng)濟(jì)燃燒 按 工 藝 要 求 保 持 各 種 風(fēng) 量 之 間 的 配 比關(guān) 系 1 設(shè) 風(fēng) 量 總 控 單 元 按 鍋 爐 主 控 要 求 配 總 風(fēng) 量 各 種 參 加 燃 燒

15、 的 風(fēng) 量 都 應(yīng) 計(jì) 入 2 設(shè) 各 類 風(fēng) 量 調(diào) 節(jié) 單 元 一 次 風(fēng) 二 次 風(fēng) 噴 嘴 一 次 風(fēng) 播 煤 風(fēng)風(fēng)量控制Circofluid CFBB 輸入信號(hào)輸入信號(hào)輸入信號(hào)100%100%100%一次風(fēng)控制二次風(fēng)控制燃料和石灰石控制床 溫 控 制1 利用外置換熱器，控制流過(guò)的固體物料量 有外置換熱器2 控制通過(guò)L閥的固體物料循環(huán)率，改變床層密度 有固體物料儲(chǔ)倉(cāng)3 調(diào)節(jié)氣速來(lái)控制床層密度分布床 溫 控 制影 響 床 溫 的 因 素給 煤 量, 石 灰 石 量, 循 環(huán) 灰 量, 灰 溫, 一 二 次 風(fēng) 比 例控 制 方 案:Lurgi 調(diào) 冷 熱 灰 量 比 Circoflui

16、d 調(diào) 冷 灰 回 爐 量 Pyroflow 調(diào) 一 二 次 風(fēng) 比 例 Circofluid CFBB床 溫 控 制床 壓 控 制汽包水位調(diào)節(jié) 三 沖 量 OPOPDI VALVE 汽包水位 主汽流量Slot 22Kx Slot 20 P I DOPTIT C IO PFFCI P I DOPTIT C IO PFFCISlot 25Slot 24Slot 23Slot 26ALARMSPcdabDOSlot 21 給水流量abcd主蒸汽溫度調(diào)節(jié) 串 級(jí) 調(diào) 節(jié) 過(guò)熱汽溫減溫器后汽溫OPOPDI VALVEKx+b Slot 10P I DOPTIT C IO PFFCIP I DOPTIT C IO PFFCISlot 13Slot 12Slot 11Slot 14ALARMSPababDOSlot 15Kx+b 熱電聯(lián)產(chǎn)汽輪機(jī)的控制 熱 電 聯(lián) 產(chǎn) 的 優(yōu) 點(diǎn) 提 高 能 源 的 利 用 率優(yōu) 化 能 源 結(jié) 構(gòu)減 少 重 復(fù) 建 設(shè), 壓 縮 基 建 投 資集 中 管 理, 省 人 增 效 熱 電 聯(lián) 產(chǎn) 汽 機(jī) 控 制 的 要 求以 熱 定 電 方 針 的 貫 徹?zé)?電 負(fù) 荷 相 互 干 擾 的 防 止保 證 汽 機(jī) 工 作 在 安 全 區(qū) 內(nèi) 的 方 法 熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)爐協(xié)調(diào)