循环流化床锅炉结构和工作原理介绍

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1、安徽海螺川崎工程有限公司 循环流化床锅炉结构及工作原理介绍 工程部 二零一三年八月二十四日 安徽海螺川崎工程有限公司 工程部-南加海螺自备电站项目组 循环流化床锅炉结构及工作原理介绍 一前言 二循环流化床锅炉的结构 三循环流化床锅炉的工作原理 四循环流化床锅炉的特点 五自备电站项目设计注意事项 安徽海螺川崎工程有限公司 工程部-南加海螺自备电站项目组 一、前言 循环流化床燃烧技术是二十世纪七十年代末发展起 来的高效低污染清洁煤燃烧技术。循环流化床锅炉具 有燃料适应性广、添加石灰石在炉内低成本脱硫、低 温燃烧和分级送风有效降低氮的氧化物生成、低温燃 烧形成的灰渣便于综合利用的优点，几十年来得到迅

2、 速发展。 安徽海螺川崎工程有限公司 工程部-南加海螺自备电站项目组 二、循环流化床锅炉的结构 循环流化床锅炉大致可分成两个部分。第一部分 由炉膛（流化床燃烧室）、气固体分离设备（分离器 ）、固体物料再循环设备（回料器）等构成，上述形 成一个固体物料循环回路；第二部分则为尾部对流烟 道，布置有过热器/再热器、省煤器、空气预热器等， 与常规煤粉炉相近。 安徽海螺川崎工程有限公司 工程部-南加海螺自备电站项目组 循环流化床锅炉的基本结构 安徽海螺川崎工程有限公司 工程部-南加海螺自备电站项目组 典型循环流化床锅炉结构如上图所示，其基本流 程为：燃烧所需要的一次风和二次风分别由炉膛的底 部和侧墙送入

3、，燃料的燃烧主要在炉膛中完成。煤和 脱硫剂送入炉膛后，迅速被大量惰性高温物料包围， 着火燃烧，同时进行脱硫反应，并在上升烟气流的作 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。粗大粒子进入悬浮区域后在重力及外力作 用下偏离主气流，从而贴壁下流。 安徽海螺川崎工程有限公司 工程部-南加海螺自备电站项目组 气固混合物离开炉膛后进入高温旋风分离器，炉 膛出口水平烟道内装有多级烟灰分离器，分离出的高 温灰落入灰斗，由气流带出炉膛的大量固体颗粒（煤 粒、脱硫剂）被分离和收集，通过返料装置（回料器 ）送入炉膛，进行循环燃烧。未被分离出来的细粒子 随烟气进入尾部烟道，以加热过热器、省煤器和空气

4、 预热器，经除尘器排至大气。飞灰通过分离器经尾部 烟道受热面进入除尘器经灰沟冲到沉灰池，床体下部 已燃尽的灰渣定期排放。 安徽海螺川崎工程有限公司 工程部-南加海螺自备电站项目组 典型循环流化床锅炉燃烧示意图 安徽海螺川崎工程有限公司 工程部-南加海螺自备电站项目组 典型的循环流化床锅炉系统 安徽海螺川崎工程有限公司 工程部-南加海螺自备电站项目组 循环流化床锅炉的结构 1 炉膛 2 分离器 3 返料器 4 尾部受热面 5 辅助设备 1）排渣系统 2）点火系统 3）布风装置 安徽海螺川崎工程有限公司 工程部-南加海螺自备电站项目组 1、炉膛 炉膛的燃烧以二次风入口为界分为两个区域，二次 风入口

5、以下为大粒子 还原气氛燃烧区，二次风入口以 上为小粒子氧化气氛燃烧区，燃料的燃烧过程、脱硫 过程、NOx和N2O的生成及分解过程主要在燃烧室内完成 。燃烧室内布置有受热面，它完成大约50%燃料释放热 量的传递过程。流化床燃烧室既是一个燃烧设备，也 是一个热交换器、脱硫、脱氮装置，集流化过程、燃 烧传热与脱硫、脱硝反应于一体，所以流化床燃烧室 是流化床燃烧系统的主体。 安徽海螺川崎工程有限公司 工程部-南加海螺自备电站项目组 2、分离器 循环流化床分离器是循环流化床燃烧系统的关键 部件之一。它的形式决定了燃烧系统和锅炉整体的形 式和紧凑性，它的性能对燃烧室的空气动力特性、传 热特性、物料循环、燃

6、烧效率、锅炉出力和蒸汽参数 、对石灰石的脱硫效率和利用率、对负荷的调节范围 和锅炉启动所需时间以及散热损失和维修费用均有重 要影响。 国内外普遍采用的分离器有高温耐火材料内砌的 绝热旋风分离器、水冷或汽冷旋风分离器、各种形式 的惯性分离器和方形分离器等。 安徽海螺川崎工程有限公司 工程部-南加海螺自备电站项目组 南加海螺采用的是旋风分离器 旋风分离器 的组成：分离器 进口烟道；旋风 筒；中心筒；锥 体；分离器出口 烟道。 安徽海螺川崎工程有限公司 工程部-南加海螺自备电站项目组 3、返料装置 返料装置是循环流化床锅炉的重要部件之一。它的正 常运行对燃烧过程的可控性、对锅炉负荷调节性能起决定 性

7、作用。 返料装置的作用是将分离器收集下来的物料送回流化 床循环燃烧，并保证流化床内的高温烟气不经过返料装置 短路流入分离器。返料装置既是一个物料回送器，也是一 个锁气器，如果这两个作用失常，物料的循环燃烧过程建 立不起来，锅炉的燃烧效率将大大降低，燃烧室内的燃烧 工况变差，锅炉将达不到设计蒸发量。 安徽海螺川崎工程有限公司 工程部-南加海螺自备电站项目组 3、返料装置 流化床燃烧系统中常用的返料装置是非机械式的。设计 中采用的返料器主要有两种类型：一种是自动调整型返料 器，如流化密封返料器；别一种是阀型返料器，如“U”阀 等。自动调整型返料器能随锅炉负荷的变化，自动改变返 料量，不需调整返料风

8、量。阀型返料器要改变返料量则必 须调整返料风量，也就是随锅炉负荷的变化必须调整返料 风量。 安徽海螺川崎工程有限公司 工程部-南加海螺自备电站项目组 南加海螺采用的返料装置 形式：U形回料器 作用：回料器是确保旋风分离器分离效果的重要部 件，它的基本任务是将分离器分离出来的高温固体 颗粒稳定地输送回压力较高的燃烧室内，并以一定 的料位压差形成灰墙，确保气体反窜进入分离器的 量最小，保证大量的固体颗粒经过分离器和回料器 再进入炉膛的良性稳定的物料流动，是循环流化床 锅炉正常运行的一个重要保证。 组成：直管、流化室、回料腿 安徽海螺川崎工程有限公司 工程部-南加海螺自备电站项目组 4、尾部受热面

9、循环流化床锅炉尾部受热面布置在垂直烟道里， 主要由高温过热器、喷水减温装置、低温过热器、省 煤器、空气预热器组成。工作原理如同余热发电系统 的AQC锅炉，其中增加了空气预热器，用于加热锅炉 一次风、二次风，降低排烟温度，提高锅炉热效率。 安徽海螺川崎工程有限公司 工程部-南加海螺自备电站项目组 5、循环流化床锅炉辅助系统 循环流化床锅炉辅助系统包括煤与石灰石制备与 输送系统、烟风系统、灰渣处理系统、锅炉控制系 统、点火系统等。 安徽海螺川崎工程有限公司 工程部-南加海螺自备电站项目组 （1）灰渣处理系统 CFB锅炉灰渣处理系统包括底渣处理系统和飞灰处 理系统。 CFB底渣处理系统主要包括冷渣机

10、、机械式（也有 少量气力方式）输渣设备以及渣仓等。其中冷渣机是系 统的关键设备，用来将锅炉燃烧后从炉膛底部排出的高 温底渣进行冷却回收热量，并满足灰渣后续处理的需要 。由于底渣具有粒度较粗、流动性差、温度高并可能含 有许多大颗粒异物的特点，开发性能优异的冷渣设备成 为CFB锅炉的一大难题。目前常见的两种冷渣机形式包 括流化床式冷渣机和滚筒式冷渣机。 安徽海螺川崎工程有限公司 工程部-南加海螺自备电站项目组 （1）灰渣处理系统 流化床式冷渣机采用流态化原理利用风水联合对底 渣进行冷却，具有传热系数高、冷却能力强的突出优点 ，热量也可便利地回收利用，但对底渣粒度的适应性较 差，从而导致其可用率下降

11、。该冷渣机从原理来看适用 于底渣量较大的场合，提高对底渣的粒度适应性是该技 术的关键。滚筒式冷渣机对灰渣粒度的适应性强，系统 结构简单，但传热系数低、冷却能力差、机械转动部件 故障率高，适用于底渣量较小的场合，提高其冷却能力 、降低机械转动部件故障率是该技术的关键。 安徽海螺川崎工程有限公司 工程部-南加海螺自备电站项目组 南加海螺采用的冷渣机 滚筒式 冷渣机 安徽海螺川崎工程有限公司 工程部-南加海螺自备电站项目组 （2）CFB的点火系统 循环流化床点火，就是通过外部热源使最初加入床层上的物料温度 提高到煤着火所需的最低水平上，从而使投入的煤迅速着火，并自保持 床层温度在煤自身着火点的水平上

12、，实现锅炉正常稳定运行。 循环流化床锅炉的点火分上部点火、下部点火、混合点火三种。 点火装置主要分油系统、点火系统、燃烧风系统、启燃室系统。 点火系统主要由：点火器、推动机构、高压发生器等组成。 油系统主要由：油泵、油量控制装置、雾化装置（分机械雾化和雾 化风雾化）。 燃烧风系统由：风量控制装置（风门）、风道组成（一般为热风） 。 启燃室系统为高温耐热材料构筑的燃烧空间，用于油的燃烧产生高 温烟气（上部点火则不需要）。 安徽海螺川崎工程有限公司 工程部-南加海螺自备电站项目组 南加海螺采用的点火系统 CFB锅炉一般采用柴油点火，点火过程中，点火系统会自动运行炉 膛吹扫、点火、火焰检测、点火油枪

13、退缩冷却等程序。南加海螺自备电 站采用的点火系统为风道燃烧器点火： 风道燃烧器点火（俗称床下点火）。点火时，风道燃烧器内燃油产 生的高温烟气与流化空气混合成900左右的热烟气进入水冷风室，在 经过布风板进入炉膛加热床料，使床温达到投煤点火温度。采用床下点 火方式，热烟气穿过整个床层，对床料加热比较均匀，热量的利用率也 较高，节省点火用油。但点火时系统阻力大，同时，点火时需要对风道 燃烧器系统进行细致监控以防止烧坏燃烧器及风室、布风板，其系统布 置也较复杂。 安徽海螺川崎工程有限公司 工程部-南加海螺自备电站项目组 （3）布风装置的结构、作用和种类 流化床布风装置主要由布风板、风帽和风室等组成。

14、布风装置的主 要作用有： 1）支承床料 2）使空气均匀地分布在整个炉膛的横截面上，并提供足够的动压 头，使床料和物料均匀地流化，避免勾流、腾涌、气泡尺寸过大、流化 死区等不良现象的出现。 3）那些已基本烧透、流化性能差、有在布风板上沉积倾向的大颗 粒及时排除，避免流化分层，保证正常流化状态下被破坏，维持安全生 产。 安徽海螺川崎工程有限公司 工程部-南加海螺自备电站项目组 布风板 流化床锅炉燃烧室下部的炉篦 称作布风板，布风板的主要作用有 ： （1）支撑炉内物料 （2）合理分配一二次风，使通 过布风板及风帽的一次风流化物料 ，使之达到良好的流化状态。 布风板的结构设计、布置形式 及风帽分布对锅

15、炉燃烧、物料掺混 、炉内传热都起着重要作用。对布 风板的要求是：在保证布风均匀的 条件下，布风板压降越低越好。 安徽海螺川崎工程有限公司 工程部-南加海螺自备电站项目组 风帽 风帽的作用在于使进入流化床 的空气产生第二次分流并具有一定 动能，以减少初始气泡的生成和使 底部粗颗粒产生强烈的扰动，壁面 粗颗粒的沉积，减少冷渣含碳量损 失。风帽还有产生足够的压降、均 匀布风的作用。 尽管风帽是循环流化床锅炉的 一个小元件，但它直接影响炉床的 布风，炉内气固两相流的动力特 性以及锅炉安全经济运行。 安徽海螺川崎工程有限公司 工程部-南加海螺自备电站项目组 风室 风室连接在布风板底下，起着稳压和均流的作

16、用，使从风管进入 的气体降低流速，将动压转变为静压。对风室的要求是： （1）具有一定的强度和较好的气密性，在工作条件下不变形、不 漏风； （2）具有较好的稳压和均流作用； （3）结构简单，便于维护检修，且风室应设有检修门和放渣门。 流化床的风室主要有两种类型：分流式风室和等压风室。分流式 风室借助于分流罩或导流板把进入风室的气流均分为多股气流，使接 近于正方形的风室截面获取均匀的布风。分流式风室结构较复杂，且 只适用于正方形截面的流化床锅炉，因而只在小型流化床锅炉上得到 应用。 等压风室的结构特点是具有倾斜的底面，这样能使风室内的静压 延深度保持不变，有利于提高布风的均匀性。 安徽海螺川崎工程有限公司 工程部-南加海螺自备电站项目组 三、循环流化床锅炉的工作原理 1、循环流化床一些基本名称术语 2、循环流化床锅炉的相关概念 3、循环流化床锅炉的工作原理流化过程 4、循环流化床锅炉的燃烧技术特点 各种燃烧方式的主要特性 5、循环流化床锅炉的燃烧特性 安徽海螺川崎工程有限公司 工程部-南加海螺自备电站项目组 1、循环流化床一些基本名称术语（一） （1）床料 锅炉运