流化床锅炉20080219.

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1、流化床锅炉 一、概述 我国研究开发沸腾燃烧锅炉始于 六十年代，至今已有三十年的发 展历史，研制沸腾锅炉有两个主 要目的，一是能向炉内添加脱硫 剂进行脱硫和吹加二次风进行富 氧燃烧，有效地降低烟气中SOX 和NOX的排放，具有显著的环保 效益，二是沸腾床燃烧的燃料是 适用性极好的，可以燃用常规锅 炉所不能燃烧的劣质燃料，为充 分利用低值能源开辟了新的途径 ，具有显著的节能效益。 二、流化床燃烧 （一）流态化原理 流态化经历的几种不同状 态，是以不同流化速度（ 指床层中的空截面流速） 下的床层阻力特性为特征 的。当床层中的空截面流 速（流化速度）大于临界 流化速度时，床层膨胀， 空隙率增加，所以单

2、位床 层高度的压降呈下降趋势 。 （二）各种流态化状态的特征 1. 鼓泡床状态 流化速度大于临界流化速度时，床层膨胀，床面高度和空隙率都 明显增大。床内颗粒运动已不限于局部地区，而在整个床内循环翻 腾，床内形成由气泡相（含颗粒很少）和乳化相（充满颗粒的密相 ）组成的两相状态。此时，有明显的床层分界面，但界面有波动。 一般，保证鼓泡床内良好流化状态的流化速度约为临界流化速度的 3.54.5倍，床层高度与静止料层高度之比约为2。 2. 腾涌床状态 这是一种不正常的流态化状态，应避免。其特征在于气泡聚合长 大，甚至占据床层中的整个截面而形成大气泡层，把颗粒推到床层 表面上。到某一位置时，由于压力下降

3、，气泡层破裂崩溃。循环重 复，造成床面波动起伏十分剧烈，床层压降极不稳定。一般在床径 小，床层厚的鼓泡床中，当流化速度增加时容易出现腾涌状态。 3. 湍流床状态 当流化速度增大到足够高时，腾涌状态结束，床层压力波动减小并趋于 比较平稳，流化床进入湍流床状态。其主要特征在于，床层中气泡相的尺 寸不再随气速的增加而聚合长大，只是不断增多气泡的数量和分布密度。 床层界面模糊，炉内形成上部颗粒浓度小的稀相区和下部颗粒浓度大的密 相区。湍流床和鼓泡床状态下，其流化速度都处临界流化速度和颗粒带出 速度的范围内。 4. 快速床状态 当流化速度大于颗粒带出速度后，大量颗粒被带出燃烧室，并随着气流 速度的增加，

4、颗粒带出量增大，可以说颗粒和气流全部充满了整个炉膛空 间。流化床中已不存在定型的气泡相，只是部分颗粒均匀分布在气流中形 成稀的连续相，其余颗粒呈絮团状悬浮在连续的稀相中，炉膛上部和下部 的颗粒浓度差别显著减少。上部为浓度均匀的稀相区，下部为密相区，密 相区中心部分为气固两相垂直向上流动，四周环形区为向下反流。为了维 持快速床状态，必须把带出的颗粒收集起来，再送回快速床内循环运动， 这就是循环流化床。在循环流化床锅炉中，把单位时间内循环颗粒的质量 与燃料消耗量的比值称为循环倍率。 三、流化床结构 流化床锅炉燃烧设备主 要由炉膛、布风装置和风 室组成，对循环床锅炉， 还有分离器和回料装置两 大部分

5、。 1. 炉膛 中国流化床锅炉的炉膛 结构形状主要有倒锥型和 柱体型两种。见下图。 2. 布风装置 中国流化床锅炉采用布 风装置有风帽型和密孔板 型两种，其中采用最多的 是风帽型。 见下图。 （a）带有帽头的大风帽； （b）带有帽头的小风帽； （c）无帽头的大风帽； （d）无帽头的小风帽 （a） （b） （c） （d） 3. 风室 风室的作用使气流均匀和压力稳定。常见有四种风室形式（前三 种均流和稳压效果均不太理想，且阻力较大。用的最多的是等压风 室。 （a） 带大风帽的底部进风风室；（b） 带导流板的底部进风风室； （c） 带分配管的侧面进风风室；（d） 等压风室 布风板、风帽、隔热层和风室

6、组合结构 四、循环流化床结构及特性 循环流化床锅炉燃烧设备 主要由炉膛、布风装置、风 室、分离器和回料装置组成 。 1. 基本型式 （a） 带外置式鼓泡床冷灰 器的循环床锅炉（MSFB型 ） （b） 无外置式鼓泡床冷灰 器，带高温分离器的循环床 锅炉 （c） 无外置式鼓泡床冷灰 器，带中温分离器的循环床 锅炉（Circofluid型） （d） 压力循环流化床锅炉 1 炉膛；2 高温分离器；3 中温分离器；4 回料器； 5 受热面；6 外置式鼓泡床冷灰器；7 立管（料腿）； 8 屏式受热面；9 高温过滤器 2. 回料装置 回料装置中最重要的部 件是回料阀，有四种基本 型式，回料装置的任务是 把分

7、离器收集下来的飞灰 颗粒送入炉膛循环燃烧， 同时要防止炉膛的烟气经 回料装置短路进入分离器 。 A、 L阀回料器 B、 J阀回料器 C、 U阀回料器 D、 流化床式阀 各种阀见右图 （a）L阀回料器；（b）J阀回料器； （c）U阀回料器；（d）流化床式阀 a 流化空气； b 回料进入燃烧室； C 来自分离器的颗粒； t 输送风； L 料脚主管 3. 分离器 循环床锅炉中的分离器可以布置在锅炉出口，其烟温为800左右 ，所以称为高温分离器。也可以布置在过热器后，此时分离器入口 烟温约为350500，称中温分离器。前者处于高温区，在分离器 内由于强烈湍动，可能有一些未燃尽炭粒继续燃烧，因此高温分离

8、 器工作条件比较恶劣，对灰熔点不高的煤可能在分离器内出现结渣 ，。但是分离器设在高温区，对对流受热面的飞灰磨损有较好的保 护作用，常用于2540的高倍率循环炉上。中温分离器的温度较低， 工作条件改善，但其前面的对流受热面磨损严重，用于低循环倍率 （小于20）的循环锅炉上。 目前最常用的分离器是旋风分离器，旋风筒有圆形和矩形两种， 排气口常设在旋风筒体上部，也有设置在下部的下排气口结构。 （a）圆筒形旋风分离器；（b）矩形筒旋风分离器；（c）下排气口旋风分离器 1 气固两相流进口； 2 上排气口； 3 园筒体； 4 矩形断面筒体； 5 下排气口； 6 排灰口 五、流化床锅炉受热面 燃煤电站锅炉烟

9、、风、汽水系统图 (a)光管； (b)鳍片管焊成的膜式水冷壁；(c) 用边钢焊 成的膜式水冷壁 炉膛水冷壁管的型式 蒸发受热面循环回路示意图 自 然 循 环 锅 炉 蒸 发 受 热 面 水 冷 壁 六、循环流化床锅炉的工作原理 循环流化床锅炉工作原理 煤和脱硫剂被送入炉膛后，迅速被炉膛内存在的大量惰性高温物 料（床料）包围，着火燃烧。燃烧所需的一次风和二次风通过鼓风 机吹入空气预热器换热，出来后分别从炉膛的底部和侧墙送入炉膛 ，物料在炉膛内呈流态化沸腾燃烧。在上升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。大颗粒物料被上 升气流带入悬浮区后，在重力及其他外力作用下不断减速

10、偏离主气 流，并最终形成附壁下降粒子流，被气流夹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循环燃烧直至燃尽 。未被分离的极细粒子随烟气进入尾部烟道，进一步对受热面、空 气预热器等放热冷却，经除尘器后，由引风机送入烟囱排入大气。 燃料燃烧、气固流体对受热面放热、再循环灰与补充物料及排渣 的热量带入与带出，形成热平衡，使炉膛温度维持在一定温度水平 上。大量的循环灰的存在，较好的维持了炉膛的温度均化性，增大 了传热。而燃料成灰、脱硫与补充物料以及粗渣排除维持了炉膛的 物料平衡。 煤质变化或加入石灰石均会改变炉内热平衡，故燃用不同煤种的 循环流化床锅炉在设计及运行方面都有不同程度

11、的差异。循环流化 床锅炉在煤种变化时，会对运行调节带来影响。试验表明，各种煤 种的燃尽率差别极大，在更换煤种时，必须重新调节分段送风和床 温，使燃烧室适应新的煤种。 加入石灰石的目的，是为了在炉内进行脱硫。石灰石的主要化学 成份是CaO,而煤粉燃烧后产生的SO2、SO3等，若直接通过烟囱排 入大气层，必然会造成污染。加入石灰石后，石灰石中的CaO与烟 气中的SO2、SO3等起化学反应，生成固态的CaSO3 、CaSO4（即 石膏），从而减少了空气中的硫酸类的酸性气体的污染。另外，由 于流化床锅炉的燃烧温度被控制在800900范围内，煤粉燃烧后 产生的NOx气体也会大大减少硝酸类酸性气体。 七、

12、循环流化床的特点 1. 循环流化床和鼓 泡床的主要区别是在 炉膛出口处安装一个 高效分离器，将被气 流带出炉膛的颗粒分 离出来，通过回料装 置再将其送回至炉膛 底部，以提高燃烧效 率，并保持炉内床料 总量不变。 2. 由于粒子团的沉 降和边壁效应，循环 流化床中气固流动形 成近炉壁处很浓的粒 子团以旋 循环流化床锅炉系统图 转状向下运动，炉子中心则是相对较 稀的气固相向上流动，产生一 个强烈的炉内循环运动，大大强化了炉内的传热 和传质过 程，并使 温度场分布均匀。 3. 在循环流化床内布置的水冷壁恰好处于固体粒子团向下运动的 区域，颗粒浓度高但流动速度较慢，传热 仍然很强却又可减轻水冷 壁的磨

13、损。 4. 固体颗粒的聚集和团聚作用，是循环流化床内颗粒运动的一个 特点。 八、常见故障处理 （一）燃烧室结焦 燃烧室结焦是循环流化床锅炉最常见的故障之一。结焦的原因较 多，如何及早发现，及时进行处理，是确保锅炉正常运行的关键。 1. 现象 a）流化室所有温度指标超过1000，炉膛中、上部烟温及烟道烟 温均大幅上升； b）在风机风门开度未变情况下，风室压力增高，一次风机电流指 示大幅摆动，然后骤然降低到正常时的3040%，一次风量指示 降低50以上； c）引风机电流减少； d）从流化室观察孔看到，炉内流化情况恶劣，局部或大面积火焰 呈白色；在未增加给煤量时，负荷却骤然增加。氧量指示降低，甚 至

14、降为0，炉膛压差消失； e）分离器及返料器温度均升至1000以上； f）放灰、渣困难，甚至排不出渣； g）结焦严重时，风道及风室明显振动。 2. 原因 a）一次风机故障，风量骤然减少，造成煤在燃烧室中无法充分沸 腾，流化不良或完全不流化； b）加入煤过多，而给风量较小，风煤比例不当； c）给煤机超速，造成给煤过多； d）风帽损坏造成局部物料不流化，结焦面积扩大； e）给煤颗粒太大，燃烧室内流化困难，炉床存在局部死区； f）料层太厚，未及时放灰。 3. 处理 a）停止引风机运行，切断风系统，使燃烧室物料处于缺氧状态， 防止床温继续上升； b）如发现较早，可以在切断风系统15min后，打开燃烧室门

15、，将结焦 块状物清除，将循环灰全部放掉； c）若物料层全部结焦，热工状态下清焦困难，应待锅炉充分冷却后进 入流化室人工清焦，并对返料器全面检查清理后方可再次点火启动。 （二）炉膛负压产生困难 由于流化床锅炉运行时，燃煤需处于沸腾状态，燃烧充分的优点才 能得以实现，所以需要鼓风把煤吹起来，鼓风形成正压，引风形成负 压。锅炉运行中，引风、鼓风、给煤的调节需保持动态的平衡，炉膛 顶部负压需控制在0一1kPa之间。 1. 现象 a）运行时，炉膛负压指示偏小，甚至为0或正压； b）炉膛负压严重不良时，烟尘从炉墙缝隙喷出； c）在鼓风关闭的情况下，增大或减小引风控制门开度，炉膛负压指示 变化不明显或根本没有变化。 2. 原因 a）引风电机故障，转速不够； b）引风机控制门叶片脱落，或控制门电动执行器故障； c）由于锅炉采用水膜除尘，除尘塔进口烟尘容易堆积造成严重堵塞； d）烟囱清灰不及时造成堵塞；引风机故障；炉墙开裂密封性较差。 3. 处理 a）设备故障引起的炉膛负压不良，判断比较直观，有针对性的处理即