《大型循环流化床关键技术分析综述》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大型循环流化床关键技术分析综述（28页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、内蒙古工业大学本科毕业论文29第一章 大型循环流化床简介与发展现状1.1 大型循环流化床技术简介1.1.1 大型循环流化床技术简介固体粒子与气体或液体接触而转变为类似流体状态的过程，称为流化过程。流化过程用于燃料燃烧，即为沸腾流化燃烧，其炉子称为流化床锅炉。循环流化床锅炉是在鼓泡流化床锅炉技术的基础上发展起来的新炉型，它与鼓泡床锅炉的最大区别在于炉内流化风速较高（一般为48m/s），在炉膛出口加装了气固物料分离器。被烟气携带排出炉膛的细小固体颗粒，经分离器分离后，再送回炉内循环燃烧。循环流化床锅炉可分为两个部分：第一部分由炉膛（快速流化床）、气固物料分离器、固体物料再循环设备和外置热交换器（有
2、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，与其它常规锅炉相近。循环流化床锅炉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壁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。1.1.2 循环流化床燃烧技术特点循环流化床燃烧（CFBC）技术作为一种新型成熟的高效低污染清洁煤技术，具有许多其它燃烧方式没有的优点。一、燃料效率高 由于大量灰粒子的稳定循环，新加入循环流化床锅炉的燃料(煤)将只占床料的很小份额
3、。由于循环流化床的特殊流体动力特性，使其中的质量和热量交换非常充分，这就为新加入燃料的预热、着火创造了十分有利的条件。而未燃尽的煤粒子通过多次循环既可增加其炉内停留时间又可多次参与床层中剧烈的质量和热量交换，十分有利于其燃尽。这就使循环流化床锅炉不仅可高效燃用烟煤、褐煤等易燃煤种，同样可高效燃用无烟煤等难燃煤种，还可高效燃用各种低热值、高灰分或高水分的矸石、固体垃圾等废弃物。在烧优质煤时，燃烧效率与煤粉锅炉的持平。烧劣质煤时，燃烧效率约比煤粉锅炉的高5%。二、对燃料适应性好在循环流化床锅炉中按质量百分比计，燃料仅占床料的1%3%，其余为灼热的床料。循环流化床的特殊流动动力特性使得气固和固固混合
4、得非常好。因此，即使是很难着火燃烧的燃料，进入炉膛后也能很快地与灼热的床料混合，被迅速加热至高于着火温度。实际上，许多循环流化床锅炉燃用的是灰分为40%60%的煤。三、截面热强度高 由于流化床中剧烈的质量和热量交换，不仅使燃烧过程能在较小截面内完成，还使炉膛内床层和烟气流与水冷壁之间的传热效率也大大增加。这就使循环流化床锅炉的炉膛截面和容积可小于同容量的链条炉，沸腾床锅炉甚至煤粉炉。 四、污染物排放少可利用脱硫剂进行炉内高效脱硫是循环流化床锅的突出优点。常用的脱硫剂是石灰石。通常循环流化床锅炉的床温保持在8001000之间，过高可能因床内产生焦、渣块而破坏正常流化工况，过低则难以保证必要的燃烧
5、温度。而这一区间正是脱硫反应效率最高的温度区间。因而在适当的钙硫比和石灰石粒度下，可获得高达80%90%的脱硫率。同样由于较低的燃烧温度，需加以分级送风，使循环流化床锅炉燃烧时产生的氮氧化物也远低于煤粉炉。这样，燃煤循环流化床锅炉的二氧化硫和氮氧化物排放量都远低于不加烟气脱硫的常规煤粉炉，可轻易地控制到低于标准排放量水平。 五、锅炉负荷适应性好 循环流化床锅炉中床料绝大部分是高温循环灰，这就为新加入燃料的迅速着火和燃烧提供了稳定的热源。因而循环流化床锅炉的负荷可以很低，如额定负荷的30%左右，无需辅助的油燃料，也不会发生煤粉炉难于保持正常燃烧甚至熄火的情况。由于同样原因，循环流化床锅炉能够适应
6、负荷的快速变化。 六、燃料制备系统相对简单 循环流化床锅炉无需煤粉炉的复杂的制粉系统，只需简单的干燥及破碎装置即可满足燃烧要求。七、投资及运行费用低 在综合考虑锅炉经济运行及沾染物排放控制(脱硫、脱氮及灰渣利用)时，循环流化床祸炉投资及运行费用均低于煤粉锅炉的。八、若干缺点或问题 循环流化床锅炉也有一些缺点或问题。主要是：第一，烟风系统阻力较高，风机用电量大。这是因为送风系统的布风板及床层远大于煤粉炉及链条炉的送风阻力，而烟气系统中又增加了气固分离器的阻力。第二，受热面磨损问题比较严重，可能成为影响锅炉长期连续运行的重要原因。这是因为烟气流中含尘浓度很高，因而可能对炉膛水冷壁和气固分离器造成严
7、重磨损。若分离器效率不高或运行不正常，还将引起对流受热面的严重磨损。第三，对辅助设备要求较高。某些辅助设备，如冷渣器或高压风机的性能或运行问题都可能严重影响锅炉的正常安全运行。1.2 国内外研究现状1.2.1 国外研究现状一、第一代循环流化床燃烧技术德国Lurgi公司较早地开发出了采用保温、耐火及防磨材料砌装成筒身的高温绝热式旋风分离器的循环流化床锅炉。分离器入口烟温在850左右。应用绝热旋风筒作为分离器的循环流化床锅炉称为第一代循环流化床锅炉，目前已经商业化。这种分离器具有相当好的分离性能，使用这种分离器的循环流化床锅炉具有较高的性能。这种分离器也存在一些问题，主要是旋风筒体积庞大，因而钢耗
8、较高，锅炉造价高，占地较大，旋风筒内衬厚、耐火材料及砌筑要求高、用量大、费用高；启动时间长、运行中易出现故障；密封和膨胀系统复杂；尤其是在燃用挥发份较低或活性较差的强后燃性煤种时，旋风筒内的燃烧导致分离后的物料温度上升，引起旋风筒内或回料腿回料阀内的超温结焦。这些问题在我国的实际生产条件下显得更为突出。1中温分离技术在一定程度上缓解了高温旋风筒的问题，炉膛上部布置了较多数量的受热面，降低了旋风筒入口处的烟气温度和体积，旋风筒的体积和重量有所减小，因此相当程度上克服了绝热旋风筒技术的缺陷，使其运行可靠性提高，但炉膛上部布置有过热器和高温省煤器等，需要采用塔式布置，炉膛比较高，钢耗量大，使锅炉造价
9、提高。同时，它的CO排放及检修问题在一定程度上限制了该技术的发展。二、第二代循环流化床燃烧技术为保持绝热旋风筒循环流化床锅炉的优点，同时有效地克服该炉型的缺陷，Foster Wheeler公司设计出了堪称典范的水(汽)冷旋风分离器。应用水(汽)冷分离器的循环流化床锅炉被称为第二代循环流化床锅炉。该分离器外壳由水冷或汽冷管弯制、焊装而成，取消绝热旋风筒的高温绝热层，代之以受热面制成的曲面及其内侧布满销钉涂一层较薄厚度的高温耐磨浇注料。壳外侧覆以一定厚度的保温层，内侧只敷设一薄层防磨材料。水(汽)冷旋风筒可吸收一部分热量，分离器内物料温度不会上升，甚至略有下降，较好地解决了旋风筒内侧防磨问题。该公
10、司投运的循环流化床锅炉从未发生回料系统结焦的问题，也未发生旋风筒内磨损问题，充分显示了其优越性。这样，高温绝热型旋风分离循环床的优点得以继续发挥，缺点则基本被克服。3同时该式水(汽)冷旋风分离器的问题是制造工艺复杂，生产成本过高，缺乏市场竞争力，这使其商业竞争力下降，通用性和推广价值受到了限制。三、水冷方形分离器为克服汽冷旋风筒制造成本高的问题，芬兰Ahlstrom公司创造性地提出了Pyroflow Compact设计构想Pyroflow Compact循环床锅炉采用其独特专利技术的方形分离器，分离器的分离机理与圆形旋风筒本质上无差别，壳体仍采用FW式水(汽)冷管壁式，但因筒体为平面结构而别具
11、一格。这就是第三代循环流化床锅炉。它与常规循环流化床锅炉的最大区别是采用了方形的气固分离装置，分离器的壁面作为炉膛壁面水循环系统的一部分，因此与炉膛之间免除热膨胀节。同时方形分离器可紧贴炉膛布置从而使整个循环床锅炉的体积大为减少，布置显得十分紧凑。此外，为防止磨损，方形分离器水冷表面敷设了一层薄的耐火层，这使得分离器起到传热表面的作用，并使锅炉启动和冷却速率加快。从国内许多已投入运行的流化床锅炉来看，普遍都存在有床内的燃烧工况组织不好、床温偏高以及旋风分离器内CO和残碳后燃造成数十度甚至上百度温升的现象，加上流化床中的结焦温度比较低，因此结焦的可能在运行中始终是一个很大的隐患。如果采用有冷却的
12、旋风筒，分离器内的温度就可以得到控制，从而消除了结焦的危险。1.2.2 国内研究现状我国与世界几乎同步于20世纪80年代初期开始研究和开发循环流化床锅炉技术。大体上我国的循环流化床燃烧技术发展可以分为四个阶段：19801990年为第一阶段，其间我国借用发展鼓泡床的经验开发了带有飞灰循环、取消了密相区埋管的改进型鼓泡床锅炉，容量在35t/h75t/h。由于没有认识到循环流化床锅炉与鼓泡床锅炉在流态上的差别，这批锅炉存在严重的负荷不足和磨损问题。19902000年为第二阶段，我国科技工作者开展了全面的循环流化床燃烧技术基础研究，基本上掌握了循环流化床流动、燃烧、传热的基本规律。应用到产品设计上，成
13、功开发了75t/h220t/h蒸发量的国产循环流化床锅炉，占据了我国热电市场。20002005年为第三阶段，其间为进入电力市场，通过四川高坝100MW等技术引进和自主开发，一大批135150MW超高压再热循环流化床锅炉投运。我国研究人员和工程界也通过实践形成了系统的循环流化床燃烧理论体系和设计导则，该设计理论达到了世界先进水平。2005年之后为第四阶段，其间发改委组织引进了法国阿尔斯通全套300MW亚临界循环流化床锅炉技术，第一个示范在四川白马(燃用无烟煤)取得了成功，随即，采用同样技术的云南红河电厂、国电开原电厂和巡检司电厂(燃用褐煤)以及秦皇岛电厂(燃用烟煤)均成功运行。由于我国已经形成了
14、坚实的循环流化床锅炉设计理论基础，对引进技术的消化和再创新速度很快，引进技术投运不久，就针对其缺点，开发出性能先进、适合中国煤种特点的国产化300MW亚临界循环流化床锅炉，而且由于国产技术的价格与性能优势，2008年后新订货的300MW循环流化床锅炉几乎均为国产技术。以哈锅、东锅和上锅为代表的锅炉制造企业也建立了大容量高参数循环流化床锅炉工装设备体系，制造经验达到世界一流。从100MW等级到300MW等级循环流化床锅炉设计制造水平上新台阶，运行水平大幅提高，设备可靠性大幅提升；节能环保性能大幅提升(供电煤耗降低10%，脱硫效率上升到90%以上)，资源综合利用水平大幅提高。同时技贸结合引进技术建
15、设白马1300MW循环流化床机组示范工程起了关键作用，在节能环保、资源综合利用和技术创新方面都起到了工程典范的作用。循环流化床燃烧技术已经证明在劣质煤利用和污染控制成本方面具有优势。然而进入电力市场后，其发电效率与我国迅速发展的大容量、超临界参数煤粉炉相比尚有不足。提高蒸汽参数是提高发电效率的最有效途径。资料表明，8.83MPa、535的高压电站供电效率为30.04%，12.7MPa、535，超高压电站供电效率为32.16%，16.3MPa、535/537，亚临界电站供电效率为37.12%，24.3MPa、540/560，超临界锅炉电站供电效率为40.95%。大型电厂普遍采用的煤粉燃烧锅炉即是
16、沿着中压高压超高压亚临界超临界这一条路发展的。因此容量向300MW以上、参数向超临界转化是循环流化床燃烧技术发展的必然趋势。超临界循环流化床锅炉作为下一代循环流化床锅炉技术，可以得到42%左右的较高的发电效率。总投资约为超临界煤粉炉+FGD+SCR的78%，运行成本为超临界煤粉炉+烟气脱硫+SCR的37%，且不需采取附加措施皆能满足NOx排放低于200mg/Nm3，因此被认为是一种适于在中国大量推广的清洁燃煤发电技术。特别应当指出的是，循环流化床锅炉中石灰石脱硫是炉内干法脱硫，与湿法烟气脱硫相比，可以节约大量水的消耗。这对我国水资源缺乏的现实，具有重要意义。6第二章 循环流化床工作原理与设备2.1 循环流化态的基本概念2.1.1 流态化现象及其特点一、流态化现象当气体或液体以一定的速度流过固体颗粒层时，固
