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1、循环流化床锅炉简介,报告人：曲旋 2007.08.20,第一章 CFB锅炉发展历史及趋势,第二章 CFB锅炉基本知识,第三章 煤粒在CFB锅炉中燃烧过程以及CFB锅炉的热平衡、质量平衡,第四章 CFB锅炉床内流动特性,主要内容,第五章 CFB锅炉燃烧过程中有害物质的形成及其影响因素,第一章 CFB发展历史及趋势,国外的研究状况,芬兰的Alstrom公司、美国的Foster Wheeler公司、Tampella Power公司、Combustion Power公司、德国的Lurgi公司、BabcockWilcox公司、法国的Stein Industrie公司和日本的Mitsui公司。,主要制造厂
2、商,20世纪60年代末，芬兰Ahlstrom公司对鼓泡流化床锅炉燃用泥煤性能的改进，采用旋风分离器实现了固体物料循环;,发展历程,1979年，第一台商用CFB锅炉在芬兰Pihiava投运 ，燃用泥煤，热功率15MW;,1985 年 11 月 Lurgi 公司和Babcock 公司研究开发出当时世界上最大的270t/h循环流化床锅炉，由此引发出了全世界循环流化床的开发热潮。,2003年，Poland电厂与FW/Ahlstrom公司签约的世界上最大的CFB锅炉（超临界锅炉，460MWe），正在制造过程中；与此同时， FW/Ahlstrom公司由France电厂获得了一份600MWe超临界CFB锅炉
3、合同，目前，该锅炉的设计方案已经完成。,目前世界上在运行的最大容量循环流化床锅炉为美国佛罗里达300MWe燃用石油焦的循环流化床锅炉。,循环流化床锅炉检验规程和安全规程已经列入美国的ASME标准，这是该技术成熟及标准化的重要标志。,1995 年 11月，250MW 的 CFB 在法国 Provence 电厂投运，标志了 300MW 以下级的 CFB 技术的成熟。,第一章 CFB发展历史及趋势,国外的研究状况,第一章 CFB发展历史及趋势,为了解决燃用劣质煤的问题，20世纪60年代后期开始了流化床（鼓泡）的研究， CFB锅炉的研究和开发始于80年代,发展历程,浙江大学、清华大学、中科院工程热物理
4、所、哈尔滨锅炉厂、东方锅炉厂、上海锅炉厂、济南锅炉厂、无锡锅炉厂、四川锅炉厂、武汉锅炉厂、杭州锅炉厂、南通锅炉厂,研发单位,技术来源,自主开发、国外引进、引进技术的消化吸收,国内的研究状况,第一章 CFB发展历史及趋势,1995年左右，我国已投运的75t/h的CFB锅炉已有约200台；,20世纪90年代中期开始，我国进入了中容量的CFB锅炉开发时期。上海锅炉厂、中科院工程热物理研究所与日本的三井造船株式会社合作，开发的130t/h的中温中压CFB已投运了10台，并完成了中温中压到高温高压系列产品设计；,20世纪90年代中后期，我国从Alstrom公司引进了一台410t/h(高温高压100MWe
5、）CFB锅炉，在四川白马电厂成功投运。2002年第一台中国制造的410t/h CFB锅炉在江西分宜电厂成功投产。,国内的研究状况,1984年，中科院工程热物理研究所建成了热功率2.8MWe的CFB燃烧试验装置，将我国CFB燃烧锅炉引入了热态试验研究阶段,第一章 CFB发展历史及趋势,CFB锅炉的发展趋势：大型化、高蒸汽参数和增压循环流化床,在哈尔滨锅炉厂、中科院工程热物理研究所等的合作下，200MWeCFB锅炉正在哈尔滨锅炉厂制造，准备在江西分宜电厂安装调试。,国家发改委组织引进了法国阿尔斯通 300MWe（1025-1065t/h）CFB锅炉2006年4月17日在我国四川内江发电总厂白马电厂
6、投产。,国内的研究状况,清华大学与哈尔滨锅炉厂刚刚完成的十五攻关国产化440t/h 再热超高压循环流化床锅炉（135MWe）示范工程于2003年七月通过了科技部验收。,第二章 CFB锅炉的基本知识,2.2 CFB锅炉各部件的作用,2.3 CFB锅炉的特点,2.4 CFB锅炉的主要类型,2.1 CFB锅炉的基本结构和工作原理,2.1 CFB锅炉的基本结构和工作原理,1-Coal bunker 2-Limestone bunker 3-Coal crusher 4-CFB combustor 5-Cyclone 6-Convective pass 7-Air-Preheater 8-Electro
7、static Filter 9-Stack 13-Primary air 10-Fluided bed heat exchanger 11-Turbo-generator 12-district heating 14-Secondary air 15-Bottom ash 17-Blowers 16-Fluided bed heat exchanger air 18-Feed water 19-drum,2.1 CFB锅炉的基本结构和工作原理,2.1 CFB锅炉的基本结构和工作原理,1. 燃料的燃烧过程 高温烟气 给煤斗 燃料（煤） 燃烧室 除渣板（入灰渣斗） 空气 在一定的燃烧设备内，正常燃
8、烧应具备的条件： 高温环境 必需的空气量及空气与燃料的良好混合 燃料的供应机灰渣和烟气的排放,2.1 CFB锅炉的基本结构和工作原理,2. 烟气向水(汽等工质)的传热过程 辐射 辐射+对流 对流 高温烟气 水冷壁 过热器（凝渣管） 对流管束 对流 尾部受热面(省、空) 除尘 引风机 烟囱 3. 工质(水)的加热和汽化过程蒸汽的生产过程 1）给水：水 省煤器 汽锅 2）水循环：汽锅 下降管 下集箱 水冷壁 3）汽水分离,2.2 CFB锅炉各部件的主要作用,布风板的作用：支撑固体物料保证固体颗粒的均匀流化 分离器的作用：将炉膛出口烟气中的固体颗粒分离下来 。根据原理不同分为：旋风分离器、惯性分离器
9、 回料装置作用：将分离下来的固体颗粒由压力较低的分离器出口送回压力较高的燃烧室，并防止燃烧室的烟气反串进入分离器。一般是由立管和回料阀组成。,CFB锅炉的燃烧系统,2.2 CFB锅炉各部件的主要作用,汽水系统,汽包的作用：连接；汽水分离；储水和储气,过热器的作用：将汽包来的干饱和蒸汽进一步加热使之成为过热蒸汽；降低烟气温度，回收烟气的热量，提高锅炉效率。,省煤器的作用：提高给水温度；降低烟气温度，回收烟气的热量，提高锅炉效率。,再热器作用：将汽轮机中做功后的蒸汽重新加热到符合要求的过热蒸汽,空气预热器：提高燃烧空气温度，减少燃料的热损失；回收烟气热量，提高锅炉效率,2.3 CFB锅炉的特点,炉
10、膛内大量炽热床料；炉内燃烧强烈内循环和炉外外循环,可燃用的燃料范围宽,燃烧效率高,燃烧速率快；停留时间长,脱硫效果好,最佳脱硫温度；停留时间长,氮氧化物排放量低,分级燃烧；低温燃烧,炉膛界面热负荷高有利于发展大容量锅炉,炉膛内气速高；炉内混合强、传热快,锅炉出力调节范围广，调节速度快,CFB锅炉的优点,调节给煤量和流化速度；改变进入外置式换热器的循环量,2.3 CFB锅炉的特点,CFB锅炉的缺点,烟风系统阻力较高，风机用电量大,自动化水平要求较高,磨损严重,炉膛内的物料浓度高，物料剧烈的冲刷撞击使耐火材料、埋管等磨损很快,对辅助设备要求较高,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
11、的正常安全运行。,大型化的理论和技术问题,对燃料粒径要求较一般锅炉较高,2.4 CFB锅炉的主要类型,按用途不同： 电站锅炉在火电厂，蒸汽驱动汽轮机组发电 工业锅炉用于工业及采暖 动力锅炉驱动蒸汽动力装置 按载热工质不同：蒸汽锅炉、热水锅炉 按能源不同：燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉、废热锅炉 按分离器的结构型式：旋风分离器、惯性分离器、组合分离系统、旋涡分离器 按锅炉水循环方式：自然循环型、强制循环型（直流型）,2.4 CFB锅炉的主要类型,按分离器的工作温度：高温分离器（850-900）、中温分离器（400-600）、低温分离器（200-300） 按物料的循环倍率：高循环倍率（20）、中循环
12、倍率（6-20）、低循环倍率（1-5） 按炉膛压力：常压（炉膛压力与大气压力相近，炉膛顶部保持20-30Pa的负压）、增压（炉膛压力可以高达0.8-1.6MPa) 按工质蒸汽压力：低压（1.275MPa）、中压（3.825MPa）、高压（9.8MPa)、超高压（13.8MPa）、亚临界压力（16.67MPa）、超临界压力（22.13MPa),第三章 煤粒在CFB锅炉中燃烧过程以及CFB锅炉的热平衡、质量平衡,3.1 煤粒在CFB锅炉中的燃烧过程,3. 2 CFB锅炉的燃烧特性,3.4 CFB锅炉中的质量平衡,3. 3 CFB锅炉的热平衡,3.1煤粒在CFB锅炉中的燃烧过程,煤粒在CFB内的燃烧
13、过程包括： 煤粒的干燥和加热； 挥发分的析出和燃烧； 焦炭的燃烧 CFB锅炉的燃煤粒径（10mm），在燃烧过程中粒径不断变化的。主要受两方面的影响： 磨蚀作用（煤粒与物料或炉壁的机械摩擦）； 破碎作用（大颗粒煤粒在加热过程中内外温差引起的热 应力或挥发分析出时的压力引起煤粒的快速破裂）,研究发现：大颗粒煤燃烧过程中，破碎作用比磨蚀作用大的多。,3.2 CFB锅炉的燃烧特性,CFB锅炉的基本运行参数,循环倍率 床温 流化速度,CFB锅炉的燃烧效率随循环倍率的增大而增大-大颗粒煤在炉膛内的停留时间增加,CFB锅炉的燃烧效率随床温的升高而增大（床温升高100，燃烧效率提高4%）-温度升高，燃烧化学反
14、应速度加快,CFB锅炉燃烧效率随流化速度的增大，有很小下降趋势（流化速度由6m/s提高到9m/s，燃烧效率下降1%）-颗粒在流化床内停留时间减小,3.3 CFB锅炉的热平衡,在CFB锅炉燃烧过程中，送入锅炉的热量与输出锅炉的热量存在平衡。通过热平衡分析和计算可以确定锅炉效率和燃料消耗量。,锅炉热平衡的公式可写为：,kJkg (3-la),Qr燃料带入锅炉的热量，kJ/kg；,Q1锅炉有效利用热量kJ/kg；,Q2排出烟气带走的热量，称为锅炉排烟热损失，kJ/kg,Q3未燃完可燃气体所带走的热量，称为气体不完全燃烧热损失（化学不完全烧热损失），kJ/kg；,Q4未燃完的固体燃料所带走的热量，称为
15、固体不完全燃烧热损失（机械不完全燃烧热损失），kJ/kg；,Q5锅炉散热损失，kJ/kg；,Q6灰渣物理热损失，kJ/kg。,Q7脱硫剂煅烧吸热的热损失，KJ/Kg,Q8硫盐化放出的热量，KJ/Kg,3.3 CFB锅炉的热平衡,如果在等式(3-la)两边分别除以Qr，则锅炉热平衡就以带入热量的百分数来表示，即：,锅炉热效率表示锅炉中有效利用热量占锅炉总输入热量的百分比,= Q1 / Qr=q1,燃料带入锅炉的热量计算,QarL燃料的收到基低位发热量； ir燃料的物理显热； iq加入炉膛的脱硫剂的物理显热,3.3 CFB锅炉的热平衡,锅炉总的有效利用热量计算 锅炉总的有效利用热量等于工质的总吸热量,3.3 CFB锅炉的热平衡,锅炉排烟热损失的计算,锅炉排烟热损失是由于锅炉排烟温度（130）高于送入锅炉的冷空气（30）而造成的热损失。可按下式进行计算,锅炉排烟处的过量空气系数,排烟的焓值，kJ/kg,进入锅炉的冷空气焓值，kJ/kg,考虑机械不完全燃烧损失所作的修正,锅炉气体未完全燃烧的热损失的计算,由于燃烧产物中存在未燃尽的可燃气体CO、H2、CH4等而造成的热损失，它一般很小，约为0-0.5%。,3.3 CFB锅炉的热平衡,锅炉的固体未完全燃烧的热损失的计算,由于燃料中未燃尽炭随锅炉灰排出锅炉引起的热损失，一般为0.5-2%。,锅炉的散热
