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1、循环流化床基础理论清华大学 热能工程系 杨海瑞内容n背景n循环流化床锅炉技术比较n循环流化床锅炉设计理念循环流化床燃烧技术发展n流化床技术最早应用于化工领域n1942年美国出现流化床煤燃烧技术(鼓泡床）n60年代在世界范围发展，中国64年开始主要原因是流化床燃烧具有低Sox， Nox排放；世界最大容量 160MW(1988)，中国130T/h，n循环流化床燃烧技术（CFBC）出现在1978年 ，Lugi公司270t/h CFBC锅炉。解决了FBC存在的脱硫效率低，燃烧效率低，磨损大，不易放大等 缺点，保留了煤种适应性强，燃劣质煤的优点背景 循环流化床燃煤燃烧技术在近三十年内 得到了长足的发展和
2、进步。到今天，世界上 单机组容量达为460MWe的超临界循环流化床 锅炉已经制造。 我国运行的循环床达2000台。135MWe容 量的循环流化床锅炉投运台数已经超过30台 ，订货量近百台。引进300MWe循环流化床锅 炉进入设计制造阶段，订货量达15台。超临 界循环床研发提上日程。循环流化床锅炉技术比较(1) 三大技术流派、三代技术n1、芬兰奥斯隆(Ahlstrom)采用高循环倍率 ，高温旋风分离 器，在炉膛内可 布置少量受热面 但不设外置流化 床热交换器。最 大容量是装在美 国宾夕法尼亚州 约克郡的783t/h( 配250MW) 亚临 界压力循流化床 锅炉该锅炉已于 1997年上半年投 入商
3、业运行。四川高坝发电厂410t/h Pyroflow型CFB锅炉n2、德国鲁齐采用高循环倍 率高温旋风分离 器和外置流化床 热交换器。床温 调节更加简便， 过热器/再热器的 布置更为灵活。最大容量的锅 炉是法国阿尔斯 通斯登工业公司 制造的，装在普 罗旺斯电厂配 250MW机组的 700t/h亚临界压力 循环流化床锅炉 。该锅炉已于 1996年4月投入商 业运行。法国普罗旺斯配250MW机组的 700t/h亚临界压力循环流化床锅炉n3、德国巴高克（CIRCOFLUID）1 下降管 2 省煤器 3 过热器 4 煤 仓 5 加料口 6 炉 膛 7 返料装置 8 引风机 9 除尘器 10空气预热器
4、11旋风分离器特点是采用低 循环倍率和中 温(400-500oC) 旋风分离。炉 膛上方布置过 热器和部分省 煤器受热面。 再热器的布置 有一定困难。 目前最大容量 的这种锅炉是 装在捷克的燃 褐煤的350t/h 高压电站锅炉 。 循环流化床锅炉技术比较(2) 三大技术流派、三代技术n第一代技术应当是最初开发的高温旋风筒技术.n由于高温旋风筒的热稳定性差，FW公司开发了蒸汽冷却圆 形旋风筒，即为第二代技术n1992年以后，水冷方形分离器循环床n在三大技术的发展中，着眼于紧凑设计和进一步提高可靠 性，技术已发展到第三代技术:绝热 旋风筒 CFB 锅炉Lugi CFB锅炉 Turrow电厂1，2，
5、3号锅炉剖 面图第二代技术由于高温旋风筒的热稳定性差，FW公 司开发了蒸汽冷却圆形旋风筒，即为 第二代技术，第二代技术在循环床锅 炉的可靠性方面是一个突出的进步第一代技术高温旋风筒技术（右）和 第二代蒸汽冷却圆形旋风筒技术（左 ）FWDGJEA- 300MWe现场组装的汽冷旋风筒第三代技术n第二代技术在循环床锅炉的可靠性方面是一个突 出的进步；但是，未解决结构紧凑设计和生产成 本高等问题.n1992年以后，水冷方形分离器循环床开发一举解 决了分离器可靠性、制造成本和紧凑设计等问题 ，因此该技术出现后市场占有率迅速提高。这是 世界上最先进的循环床技术，国际上称为第三代 循环床技术。 世界上容量最
6、大的460MWe超临界 循环流化床直流锅炉就是采用这种技术.第三代方形冷却旋风筒紧凑型 循环流化床技术方形分离器紧凑型是 一项突破性的设计方形紧凑型分离器 = 改进了的设计n矩形分离器室n水/蒸汽冷却膜式壁n薄层耐火材料衬里n与炉膛水冷壁组成一个整体n较少/较小的膨胀节紧凑型循环流化床 具有许多优点占地最小重量最轻耐火材料的维护最少膨胀节的维护最少燃料费用最低方形分离器紧凑型循环流化床 迅速在国际市场被接受至今在国际市场上（不包括中国）已售约40台以上 已投入运行的方形分离器紧凑型循环流化床 锅炉的最大容量为265MWe 正在设计之中最大容量的方形分离器紧凑型 循环流化床锅炉为460MWe超临
7、界直流锅炉，它 将安装在波兰，计划2006年投入运行泰国Thatoom 的150MWe 紧凑型 CFB锅炉Turow 260MWe 紧凑型再热 CFB 4，5，6锅炉 460MWe方形分离器紧凑型超临界 循环流化床直流锅炉n建于波兰Lagisza的PEK电 厂,将于2005年底进行调试 并于2006年投入商业运行n蒸汽流量:1300/1109 t/h, 蒸汽参数:285.6/51.3 bar ， 563/582 oC 循环流化床 燃烧装置设计的理念循环流化床燃烧装置设计理念的构成 基本理论层次：1 循环床气固两项流理论2 循环床燃烧理论3 循环床传热理论4 循环床污染排放理论 设计理论层次（概
8、念设计）1 状态设计定态设计理论2 热力计算，烟风阻力计算，水动力学计算，脱硫计 算3 设计导则 施工设计层次：1 部件设计规范循环流化床燃烧装置定态设计理论什么是定态设计 在设计循环流化床时均确定了一个流化状态作为满负荷计算 的参考。即在满负荷条件下的物料质量（指平均粒度ds）， 循环量，物料沿床高浓度分布是确定量。相应传热系数沿床 高的分布也是确定的。这就是所谓的定态设计原则。 能采取定态设计的基本理论根据在于，循环流化床内有一 个人为可调量即床存量，可以在循环量或物料浓度发生漂 移时调整床存量而把流化状态调整回到设计态。 决定流态的关键参数是燃烧室截面烟气速度Vg和燃烧室上 部单位截面的
9、物料携带率Gs，它取决于系统物料平衡能力和 床存量。 床存量是非独立变量，但又是由操作者控制的可调参数。 在确定烟速下，由 于其它因素扰动影响了物料浓度分布偏离 设计值时可以调整床存量以恢复设计状态。定态设计的准则uf燃烧室截面烟气速度。最小不能低于物料 的饱和夹带速度 Uc。取大可以增加锅炉截面 热负荷，但是要保证垂直受热面不磨损。Gs燃烧室上部单位截面的物料携带率。最小 不能小于最小加料率最小循环量Rmin。最大 受到系统物料平衡限制，应小于系统最大平 衡循环量。最近的研究证明还要考虑气体混 合的限制。定态设计，变工况运行任何流派的循环床均是按照在满 负荷为某一个确定的快速床流态 设计的满负荷运行的循环床应当是在设 计的状态下有确定的流化风速和 确定的循环量，并达到上下均匀 的设计温度。部分负荷运行时， 随着流化风速的降低，循环量降 低。启动状态的循环床循环环量 小于形成快速床的最低循环量， 因此应当是鼓泡床状态。清华大学的循环流化床设计软件包清华过对一系列工业规模循环床的热态测试工作 所取得的运行数据，及相关理论研究发展了我国 自己的循环流化床设计软件包。使该软件包可信 度和计算准确度达到工业应用水平。并在百余台 循环床炉设计上得到应用.本软件计算结果与国 外提供的性能数据比较误差小于1. 谢谢
