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1、循环流化床锅炉设备及运行,安徽省特种设备检测院培训中心,杨新建 2011年3月,第1讲 绪论,一、传统燃煤方式带来的环境问题,四、第二代流化床锅炉循环流化床锅炉,循环流化床锅炉概述,三、第一代流化床锅炉鼓泡床锅炉,二、洁净煤技术的兴起,五、循环流化床锅炉应用现状及发展前景,学习目的,了解循环流化床锅炉的来龙去脉； 掌握流化床锅炉的基本概念、基本原理及其在环保方面存在巨大优势的机理； 了解循环流化床锅炉蓬勃发展的现状及巨大的发展潜力； 激发学习和掌握循环流化床锅炉技术的热情和积极性，增强其环保意识，坚定其投身能源与环保事业的决心。,近年来，在火力发电领域，一个新名词越来越多地被人们听到，这就是“
2、循环流化床”。 “循环流化床”似乎与环保脱硫有关，还经常与“清洁燃烧”联系在一起。,那么，“循环流化床”到底是什么？,电站锅炉领域的“循环流化床”指的就是锅炉家族的后起之秀循环流化床锅炉。概括地说，它是一种环保锅炉。,我国电力工业现状: 装机及发电总量居世界第二，仅次于美国。,燃煤机组在电力生产中的地位,2004年,最近几年电力建设超常规发展,中国是仅次于美国的世界第二大电力生产国，其电力生产正以前所未有的速度增长。 2002年底发电装机容量3.6亿千瓦； 2005年全国电力装机新增6500万千瓦，总量已突破5亿千瓦， 2007年底发电装机容量7.1329亿千瓦。,从2002年的3.6亿千万增
3、加到2007年的7.13亿千瓦,平均年增长速度14.8%.,火力发电在电力生产中的地位 (占全国总装机容量的74%),火电装机中,绝大部分是燃煤机组,由此带来严重的环境问题.,一、传统煤燃烧方式带来的环境问题,燃煤锅炉的三种典型燃烧方式,1、煤粉炉 2、链条炉 3、流化床（沸腾炉、循环流化床）,燃煤锅炉三种典型燃烧方式的转变,链条炉,流化床,煤粉炉,电站锅炉的传统煤燃烧方式,鼓风,存在问题： 1.不能充分利用劣质燃料（如煤矸石、焦碳、垃圾等） 2.不易控制污染物排放（SO2、NOx） 3.灰渣综合利用受限制,固定床燃烧 悬浮燃烧,酸雨 大气污染 灰场污染 矸石山污染,燃煤带来的环境问题,酸 雨
4、,燃煤产生的酸性排放物进入空气中，经过一系列作用就形成了酸雨（pH5.6)。,我国87%的SO2排放来自煤燃烧,酸雨使森林退化，湖泊酸化，鱼类死亡，水生生物种群减少，农田土壤酸化、贫瘠，有毒重金属污染增强，粮食、蔬菜、瓜果大面积减产，使建筑物和桥梁损坏，文物面目皆非。,酸 雨,中国酸雨问题,中国是燃煤大国，煤炭在能源消耗中占了70%，因而我国的大气污染主要是燃煤造成的。我国生产的煤炭，平均含硫份约为1.1%。由于一直未加以严格控制，致使我国在工业化水平还不算高的现在就形成了 严重的大气污染状况。目前我国二氧化硫排放量已达1800多万吨。二氧化硫排放引起的酸雨污染不断扩大，已从80年代初期的西南
5、局部地区扩展到长江以南大部分城市和乡村，并向北方发展。,SO2、NOx、飘尘 光化学烟雾,光化学烟雾：氮氧化物等污染物漂浮在空气中，在强烈阳光的照射下发生物理化学反应，产生了有毒的浅蓝色烟雾，造成人们眼睛红肿、咽炎、呼吸道疾病恶化乃至思维紊乱，肺水肿等疾病。,1. 比利时马斯河谷烟雾事件,2. 美国洛杉矶光化学烟雾事件,3.美国多诺拉烟雾事件,4.英国伦敦烟雾事件,大气污染,历史上的 大气污染事件,1. 比利时马斯河谷烟雾事件 1930年12月，发生在比利时马斯河谷工业区。位于狭窄河谷内的这个工业区，分布有大量的炼油厂、金属厂、玻璃厂等重污染工厂。这些工厂排放出大量的有害废气和工业粉尘，严重影
6、响了当地人们的健康。从12月1-5日，由于天气的影响，河谷内出现静风，空气污染物扩散不出去。同时，也出现了逆温层，污染物难以扩散到高空，只能在低空中聚集，污染物浓度迅速上升。结果造成60多人在一周内死亡，市民中心脏病、肺病患者的死亡率增高，家畜死亡率也大大增高。,2. 美国洛杉矶光化学烟雾事件 40、50和70年代，发生在美国的洛杉矶市。40年代时，洛杉矶市的汽车保有量就达到了250万辆，每天需要消耗汽油1000多吨。汽车尾气中的碳氢化合物、氮氧化物等污染物就漂浮在街道上的空气中，在强烈阳光的照射下发生物理化学反应，产生了有毒的浅蓝色烟雾，造成大量市民眼睛红肿、咽炎、呼吸道疾病恶化乃至思维紊乱
7、，肺水肿等疾病。1955年发生的光化学烟雾事件导致400多人因中毒、呼吸衰竭死亡，1970年发生的事件使3/4的市民患病。,3.美国多诺拉烟雾事件 1984年10月，发生在美国宾西法尼亚洲的多诺拉镇。该镇是个重工业重镇，许多大型炼铁厂、炼锌厂和硫酸厂聚集于此。工厂排放的废气中含有工业粉尘和有害气体二氧化硫等。10月26日，由于受反气旋和逆温层的控制，该地区出现静风，空气中的污染物既不能向高空扩散，也不能向周围地区扩散，导致空气中污染物浓度迅速升高。全镇14000 人中有6000人出现眼痛、喉咙痛、头痛、胸闷、呕吐、腹泻等症状，其中17人因此死亡。,4.英国伦敦烟雾事件 1952年12月5-8日
8、，发生在英国首都伦敦市。由于冬季烧煤（高硫煤）取暖，伦敦空气中二氧化硫和烟尘的含量很高。12月5-8日，伦敦出现了静风和逆温天气，下起了大雾，污染物难以扩散出去，近地空气中污染物浓度迅速上升。导致4000多人在4天内死亡，两个月后又有8000多人死亡。以后，伦敦又发生过12次较大的烟雾事件。此后，伦敦吸取教训，积极改善空气环境，现在已经很清洁了。,我国发电供热用煤占全国煤炭生产总量的50%左右。全国大约90%的SO2排放由煤电产生，80%的CO2排放量由煤电排放。,二、洁净煤技术的兴起,日益严峻的环境问题迫使我们采取必要措施 但以煤为主的一次能源格局在相当长时期内不会改变； 为了人类生存的环境
9、，应设法使煤“清洁”利用。 由此在国际上掀起“洁净煤技术”研究热潮。,“洁净煤技术” 使煤清洁利用的技术,燃烧前可采取的措施 煤的洗选 煤的加工（水煤浆） 煤的转化（气化、液化） 燃烧中可采取的措施 清洁燃烧 燃烧后可采取的措施 烟气脱硫,流化床燃烧是目前商业化最好的清洁燃烧技术之一 被称为“二十一世纪的燃烧技术”,清洁燃烧 燃烧中脱硫、脱氮,我国发展循环流化床锅炉的目的,解决劣质燃料利用问题； 减少有害气体（NOx、SOx)排放，减轻环境压力。,流化床1921年最早出现于德国，应用于粉煤气化 二战期间应用于石油催化裂化 后广泛应用于石油、化工、冶炼、粮食、医药等部门,三、第一代流化床锅炉 鼓
10、泡床锅炉,二十世纪50年代，“能源危机”使西方发达国家重新认识煤在一次能源中的重要地位，开始寻求先进的燃煤技术。,能源危机出现后，当人们的目光从石油又转向煤炭时，历史好像划了一个圈，又回到了原点。 但这不是一个简单的循环。历史在前进，科技在进步，这是一种螺旋式上升的过程。,人们认识到,我们要烧煤； 我们要把煤烧好； 我们不仅要烧优质煤，还要烧劣质煤； 我们在烧煤的同时，还要保护环境。,“流化床锅炉”燃料在流化状态下进行燃烧的锅炉叫流化床锅炉。,从此流化床燃烧、固定床燃烧、悬浮燃烧共同构成煤的三种主要燃烧方式。,我国早期设计的鼓泡床锅炉,于是流化床开始应用于煤的燃烧。二十世纪60年代初，出现了“
11、流化床锅炉”。,鼓泡床实验演示,此时的流化床锅炉特点：,-燃料颗粒大，流化风速低 -床层中有明显的气泡 -气固两相类似沸腾的水 -被称为鼓泡床锅炉或沸腾炉,鼓泡床锅炉的工作原理 沸腾燃烧 燃烧温度：850-950 oC,鼓泡床锅炉的主要部件： 布风板 风室 埋管受热面 冷渣口与溢流口,1 燃料适应性广 可以燃烧各种煤、煤矸石、焦碳、油页岩、垃圾等（劣质燃料） 原因：下部密相区提供了燃料着火和燃烧的最佳条件： 1、充足的热源 2、混合强烈，热质传递快 3、适当高浓度的氧 床层物料中含碳低（2-5%），只供热而不争夺氧,鼓泡床燃烧有以下优点,2 清洁燃烧 1）高效、廉价脱硫 脱硫率达90% 脱硫反
12、应 1 CaO + SO2 + O2=CaSO4 2 （煤粉炉炉内喷钙脱硫，钙停留时间短，脱硫剂利用率不到20%） 炉膛温度为最佳脱硫反应温度850 oC 脱硫最佳温度：850-870 oC； （但煤粉炉在此温度下不能稳定燃烧，所以其脱硫不能保持在最佳反应温度下进行。）,2）减少NOx排放 燃煤NOx 的主要来源： 燃料型：挥发分中的有机氮、固定碳中的碳基氮被氧化； 氧化性气氛中容易生成 热力型：空气中的氮在高温下被氧化。 高温下容易生成 流化床NOx生成量为煤粉燃烧的1/31/4,a.低温燃烧，减少热力型NOx生成 1200 oC以下时，热力型NOx生成不明显； （煤粉炉因燃烧温度高，热力型
13、NOx占总NOx生成量的25%-30%）,b.分级燃烧，减少燃料型NOx生成 空气分级供入，浓相区处于还原性气氛，抑制燃料型NOx生成,分级燃烧是抑制NOX生成非常有效的手段。一次空气从底部给入，它供应燃烧所需氧量的5060，二次风在离一次风有一定距离的炉膛上方给入。在二次风给入的水平，炉膛气氛由还原性转变成氧化性。燃料挥发分逸出和着火发生在贫氧区，因此NOX总体排放量降低。,低NOx排放的原因:,3.负荷调节性能好 低负荷下仍可保持燃烧稳定； 负荷调节比达4：1，甚至可以压火备用。 4.灰渣综合利用性能好 低温燃烧后的灰渣没有经历烧结过程，活性好，非常适合做水泥填料,鼓泡床锅炉的缺点： 1.
14、燃烧损失大 燃料宽筛分（0-10mm)，未燃尽细颗粒飞出量大 2.埋管磨损严重 为了控制密相区床温，密相区布置有埋管，但其磨损问题不易解决 3.大型化受到限制 截面热负荷低，为煤粉炉的1/4，如一台400t/h的鼓泡床截面积约200m2 4.脱硫剂利用效率低 脱硫剂颗粒大(细颗粒易飞出），利用率低,这些问题的存在使流化床煤燃烧技术的发展一度受到挑战； 但其固有的优点如燃料适应性广、清洁燃烧特性使得人们不忍放弃它； 那么，能否有一个解决问题的良方呢,生产实践的需要是推动技术进步的动力。 人类的智慧是无穷的，最终总能找到打开难题的钥匙。,？,四、第二代流化床锅炉 循环流化床锅炉,循环流化床锅炉在保
15、留沸腾床锅炉的优点的基础上，克服了其不足，从而显示出强大的生命力。,“循环”的概念飞出炉膛的物料被气固分离器收集，返回炉膛，循环燃烧和利用。,二十世纪80年代初，国外研制出第二代流化床锅炉 循环流化床锅炉,循环流化床锅炉的结构特点,循环流化床锅炉示意图,循环流化床锅炉的组成,循环流化床锅炉主要由燃烧系统、物料分离循环系统、对流烟道三部分组成。其中燃烧系统包括风室、布风板、燃烧室、炉膛、启动燃烧器、给煤系统等几部分；物料分离循环系统包括物料分离装置和返料装置两部分；对流烟道包括过热器、省煤器、空气预热器等几部分。,循环流化床锅炉三大核心部件 燃烧室、分离器、回料阀,循环流化床锅炉的工作过程,煤仓
16、,石灰石仓,燃烧室,旋 风 分 离 器,风帽,放渣管,空气预热器,省煤器,汽 包,尾 部 烟 道,流化风机,循环床内流化状态,与鼓泡床相比： 颗粒细 风速高 颗粒空间浓度高 颗粒呈条带状 颗粒贴壁回流,循环床,鼓泡床,循环流化床实验演示 及 与鼓泡床的对比,循环床,鼓泡床,与鼓泡床相比，循环流化床锅炉有以下优势,1、燃烧效率提高（可达97.5-99%) 炉膛沿高度基本恒温（850 oC ），延长了燃烧时间； 物料通过分离器多次循环回炉内，延长了燃烧时间； 2、没有埋管，彻底解决埋管磨损问题 密相区燃烧份额小，不需埋管即可控制床温,3、为大型化提供了可能 燃烧、传热不仅仅局限于浓相区，炉膛截面热负荷提高2-3倍，更易实现大型化； 4、脱硫剂利用率提高 脱硫剂颗粒变细（0.1-0.3mm），利用率提高； SO2气体在燃烧区停留时间延长； 鼓泡床1-2s，
