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1、循环流化床锅炉本体,海盗船制作,本课程讲解的内容,一 前言 二 循环流化床锅炉的结构 三 循环流化床锅炉的工作原理 四 循环流化床锅炉的特点 五 循环流化床机组的展望,一 前言,循环流化床燃烧技术是二十世纪七十年代末发展起来的高效低污染清洁煤燃烧技术。循环流化床锅炉具有燃料适应性广、添加石灰石在炉内低成本脱硫、低温燃烧和分级送风有效降低氮的氧化物生成、低温燃烧形成的灰渣便于综合利用的优点，二十年来得到迅速发展。,我国的电力工业是国民经济发展的基础产业。在我国，电力生产主要以燃煤火力发电为主，由于燃煤发电的直接污染较大，特别是SO2、NOX的排放。SO2的排放是造成酸雨的主要原因。为了通过炉内燃
2、烧技术的改进，降低SO2、NOX排放量，我国从60年代开始对循环流化床锅炉进行研究。80年代中期，中科院工程热物理研究所、清华大学、浙江大学以及东北电力学院等高校、科研院所联合国内锅炉厂家研制出多种型号循环流化床燃烧工业锅炉。90年代后，哈锅、东锅、上锅等国内大锅炉厂家通过引进、消化和吸收国外商业电厂用循环流化床锅炉基础上，现具有自主知识产权的循环流化床锅炉最大可做到670t/h工业循环流化床锅炉得到了快速发展。并在90年代以后和外国公司联合研究并取得了较大有发展，现在循环流化床锅炉已发展成熟并在全国广泛应用。流化床燃烧设备按流体动力特性分为鼓泡流化床和循环流化床，按工作条件分为常压和增压式流
3、化床。,现在大型循环流化床锅炉的主要炉型有三大流派，分别为：以德国Lurgi公司为代表的鲁奇型和以美国的Foster Wheeler、芬兰的Alstorm公司（两者兼并）为代表的FW Pyroflow型和德国Babcock公司的Circofluid型。我国东方锅炉厂采用的是FW公司的Pyroflow型的改进型循环流化床锅炉。北京BW锅炉厂采用的是德国Babcock公司的架构和技术。哈尔滨锅炉厂有限责任公司(HBC)与美国PPC(奥斯龙技术)以及国内的科研单位合作也开发了自己的大型循环流化床锅炉。上海锅炉厂引进美国技术、消化吸收自行设计制造了自己的循环流化床锅。由于国内各大锅炉厂商的参与，我国的
4、大型循环流化床技术已趋于成熟。,二 循环流化床锅炉的结构,循环流化床锅炉大致可分成两个部分。第一部分由炉膛（流化床燃烧室）、气固体分离设备（分离器）、固体物料再循环设备（回料器）等构成，上述形成一个固体物料循环回路；第二部分则为尾部对流烟道，布置有过热器、再热器、省煤器、空气预热器等，与常规煤粉炉相近。 典型循环流化床锅炉结构如图所示，其基本流程为：燃烧所需要的一次风和二次风分别由炉膛的底部和侧墙送入，燃料的燃烧主要在炉膛中完成。煤和脱硫剂送入炉膛后，迅速被大量惰性高温物料包围，着火燃烧，同时进行脱硫反应，并在上升烟气流的作用下向炉膛上部运动，对水冷壁和炉内布置的其他受热面放热。粗大粒子进入悬
5、浮区域后在重力及外力作用下偏离主气流，从而贴壁下流。气固混合物离开炉膛后进入高温旋风分离器，炉膛出口水平烟道内装有多级烟灰分离器，分离出的高温灰落入灰斗，由气流带出炉膛的大量固体颗粒（煤粒、脱硫剂）被分离和收集，通过返料装置（回料器）送入炉膛，进行循环燃烧。未被分离出来的细粒子随烟气进入尾部烟道，以加热过热器、省煤器和空气预热器，经除尘器排至大气。飞灰通过分离器经尾部烟道受热面进入除尘器经灰沟冲到沉灰池，床体下部已燃尽的灰渣定期排放。,循环流化床锅炉的基本结构,典型循环流化床锅炉燃烧示意图,典型的CFB锅炉系统,300MW CFB锅炉工艺简图,循环流化床锅炉的结构,1 炉膛 2 分离器 3 返
6、料器 4 外置换热器 5 辅助设备 1）排渣系统 2）点火系统 3）布风装置,循环流化床锅炉动画演示,1、炉膛,炉膛的燃烧以二次风入口为界分为两个区域，二次风入口以下为大粒子 还原气氛燃烧区，二次风入口以上为小粒子氧化气氛燃烧区，燃料的燃烧过程、脱硫过程、NOx和N2O的生成及分解过程主要在燃烧室内完成。燃烧室内布置有受热面，它完成大约50%燃料释放热量的传递过程。流化床燃烧室既是一个燃烧设备，也是一个热交换器、脱硫、脱氮装置，集流化过程、燃烧传热与脱硫、脱硝反应于一体，所以流化床燃烧室是流化床燃烧系统的主体。,2、分离器,循环流化床分离器是循环流化床燃烧系统的关键部件之一。它的形式决定了燃烧
7、系统和锅炉整体的形式和紧凑性，它的性能对燃烧室的空气动力特性、传热特性、物料循环、燃烧效率、锅炉出力和蒸汽参数、对石灰石的脱硫效率和利用率、对负荷的调节范围和锅炉启动所需时间以及散热损失和维修费用均有重要影响。 国内外普遍采用的分离器有高温耐火材料内砌的绝热旋风分离器、水冷或汽冷旋风分离器、各种形式的惯性分离器和方形分离器等。,案例：我船用的是旋风分离器,形式：采用绝热式钢板式分离器 作用：旋风分离器是循环流化床锅炉的关键部件，我船采用了Alstom公司成熟先进的技术，分离效率高达99.5%以上，能高效地把高温固体物料从回旋的气流中分离出来，通过回料器送回炉膛，以维持炉内较高的颗粒浓度，确保较
8、大的受热面传热系数，减少受热面积和炉膛高度，降低锅炉造价和运行费用，保证燃料和脱硫剂在多次循环中较完全的燃烬和化学反应，是对循环流化床高效、清洁燃烧技术的真正体现。 旋风分离器的组成：分离器进口烟道；旋风筒；中心筒；锥体；分离器出口烟道。,旋风分离器,3、返料装置,返料装置是循环流化床锅炉的重要部件之一。它的正常运行对燃烧过程的可控性、对锅炉负荷调节性能起决定性作用。 返料装置的作用是将分离器收集下来的物料送回流化床循环燃烧，并保证流化床内的高温烟气不经过返料装置短路流入分离器。返料装置既是一个物料回送器，也是一个锁气器，如果这两个作用失常，物料的循环燃烧过程建立不起来，锅炉的燃烧效率将大大降
9、低，燃烧室内的燃烧工况变差，锅炉将达不到设计蒸发量。 流化床燃烧系统中常用的返料装置是非机械式的设计中采用的返料器主要有两种类型：一种是自动调整型返料器，如流化密封返料器；别一种是阀型返料器，如“L”阀 等，自动调整型返料器能随锅炉负荷的变化，自动改变返料量，不需调整返料风量。阀型返料器要改变返料量则必须调整返料风量，也就是，随锅炉负荷的变化必须调整返料风量。,案例：我公船二期用的是U形回料器,形式：U形回料器 作用：回料器是确保旋风分离器分离效果的重要部件，它的基本任务是将分离器分离出来的高温固体颗粒稳定地输送回压力较高的燃烧室内，并以一定的料位压差形成灰墙，确保气体反窜进入分离器的量最小，
10、保证大量的固体颗粒经过分离器和回料器再进入炉膛的良性稳定的物料流动，是循环流化床锅炉正常运行的一个重要保证。 组成：直管、流化室、回料腿,4、外置换热器（外置床）,部分循环流化床采用外置床换热器。外置换热器的作用是，使分离下来的物料部分或全部（取决于锅炉 运行工况或蒸汽参数）通过它，并将其冷却到500左右，然后通过返料器送至床内再燃烧。外置换热器可布置省煤器、蒸发器、过热器、再热器等受热面。 外置式换热器的实质是一个细粒子鼓泡流化床热交换器，流化速度是0.30.45m/s，它具有传热系数高磨损小的优点。采用外置式换热器的优点如下：1.可解决大型循环流化床锅炉床内受热面布置不下的困难。2.为过热
11、蒸汽和再热蒸汽温度的调节提供了很好的手段；3.增加循环流化床锅炉负荷调节范围；4.增加同一台锅炉对燃料的适应性；5.节约锅炉受热面金属消耗量。 其缺点是它的采用使燃烧系统、设备及锅炉整体布置方式比较复杂。,我船期1060t/h锅炉布置有4个外置床，其中两个布置高温再热器和低温过热器（高再低过外置床），其它两个布置一级中温过热器和二级中温过热器受热面（中过外置床），锅炉在运行过程中，通过调节进入一级中温过热器和二级中温过热器外置床的循环灰量来控制和调节炉膛的燃烧温度，使炉膛处于脱硫、NOX排放和高的燃烧效率等一个综合性能优良的温度区间。通过调节再热器外置床循环灰的流量，可以直接控制再热蒸汽出口温
12、度。,5、循环流化床锅炉辅助系统,循环流化床锅炉辅助系统包括煤与石灰石制备与输送系统、烟风系统、灰渣处理系统、锅炉控制系统、点火系统等。,（1）灰渣处理系统,CFB锅炉灰渣处理系统包括底渣处理系统和飞灰处理系统。 CFB底渣处理系统主要包括冷渣器、机械式（也有少量气力方式）输渣设备以及渣仓等。其中冷渣器是系统的关键设备，用来将锅炉燃烧后从炉膛底部排出的高温底渣进行冷却回收热量，并满足灰渣后续处理的需要。由于底渣具有粒度较粗、流动性差、温度高并可能含有许多大颗粒异物的特点，开发性能优异的冷渣设备成为CFB锅炉的一大难题。目前常见的两种冷渣器形式包括流化床式冷渣器和滚筒式冷渣器。,流化床式冷渣器采
13、用流态化原理利用风水联合对底渣进行冷却，具有传热系数高、冷却能力强的突出优点，热量也可便利地回收利用，但对底渣粒度的适应性较差，从而导致其可用率下降。该冷渣器从原理来看适用于底渣量较大的场合，而提高对底渣的粒度适应性是该技术的关键。滚筒式冷渣器对灰渣粒度的适应性强，系统结构简单，蛋传热系数低、冷却能力差、机械转动部件故障率高，适用于底渣里昂较小的场合，二提高其冷却能力、降低机械转动部件故障率是该技术的关键。,滚筒冷渣器,（2）CFBB的点火系统,循环流化床点火，就是通过外部热源使最初加入床层上的物料温度提高煤着火所需的最低水平上，从而使投入的煤迅速着火，并自保持床层温度在煤自身着火点的水平上，
14、实现锅炉正常稳定运行。 循环流化床锅炉的点火分上部点火、下部点火、混合点火三种。 点火装置主要分油系统、点火系统、燃烧风系统、启燃室系统。 点火系统主要由：点火器、推动机构、高压发生器等组成。 油系统主要由：油泵、油量控制装置、雾化装置（分机械雾化和雾化风雾化）。 燃烧风系统由：风量控制装置（风门）、风道组成（一般为热风）。 启燃室系统为高温耐热材料构筑的燃烧空间，用于油的燃烧产生高温烟气（上部点火则不需要）。,CFB锅炉一般采用柴油点火，点火过程中，点火系统会自动运行炉膛吹扫、点火、火焰检测、点火油枪退缩冷却等程序。主要有以下三种点火方式： 1）风道燃烧器点火（俗称床下点火）。点火时，风道燃
15、烧器内燃油产生的高温烟气与流化空气混合成900左右的热烟气进入水冷风室，在经过布风板进入炉膛加热床料，使床温达到投煤点火温度。采用床下点火方式，热烟气穿过整个床层，对床料加热比较均匀，热量的利用率也较高，节省点火用油。但点火时系统阻力大，同时，点火时需要对风道燃烧器系统进行细致监控以防止烧坏燃烧器及风室、布风板，其系统布置也较复杂。 2）床上启动燃烧器点火（俗称床上点火）。在炉内布风板以上二次风口附近布置多个燃油启动燃烧器，当床料流化起来之后，投运启动燃烧器，使床温升高到投煤温度。床上点火方式系统布置简单，运行操作简便，但点火热量的有效利用率低，点火用油量大。 3）同时采用以上两种方式点火（俗
16、称床下、床上联合点火）。床下、床上联合点火可以减少床下风道燃烧器系统的出力设计，辅之以床上油枪助燃。点火时首先开启床下燃烧器，床温升高到一定温度后，再投入床上油枪。床上油枪还可以在低负荷时做稳燃油枪使用。300MW级大型CFB锅炉基本均采用这种方式点火。,（3）布风装置的结构、作用和种类,流化床布风装置主要由布风板、风帽和风室等组成。布风装置的主要作用有： 1）支承床料 2）使空气均匀地分布在整个炉膛的横截面上，并提供足够的动压头，使床料和物料均匀地流化，避免勾流、腾涌、气泡尺寸过大、流化死区等不良现象的出现。 3）那些已基本烧透、流化性能差、有在布风板上沉积倾向的大颗粒及时排除，避免流化分层，保证正常流化状态下被破坏，维持安全生产。,布风板,流化床锅炉燃烧室下部的炉篦（b）称作布风板，布风板的主要作用有： （1）支撑炉内物料 （2）合理分配一二次风，使通过布风板及风帽的一次风流化物料，使之达到良好的流化状态。 布风板的结构设计、布置形式及风帽分布对锅炉燃烧、物料掺混、炉内传热都起着重要作用。对布风板的要求是：在保证布风均匀的条件下，布风
