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1、循环流化床基础理论循环流化床基础理论清华大学清华大学 热能工程系热能工程系杨海瑞杨海瑞内容内容n背景背景n循环流化床锅炉技术比较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
2、了煤种适应性强，燃劣质煤的优点背景背景 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循环流化床锅炉技术比较(1)(1)三大技术流派、三代技术三大技术流派、三代技术n1、芬兰奥斯隆、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
3、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 业 运 行 。四川高坝发电厂四川高坝发电厂410t/h Pyroflow410t/h Pyroflow型型CFBCFB锅炉锅炉n2、德国鲁齐、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。法国普罗旺斯配法国普罗旺斯配250
4、MW机组的机组的700t/h亚临界压力循环流化床锅炉亚临界压力循环流化床锅炉n3、德国巴高克（德国巴高克（CIRCOFLUID）1 下降管下降管2 省煤器省煤器 3 过热器过热器 4 煤煤 仓仓 5 加料口加料口 6 炉炉 膛膛 7 返料装置返料装置 8 引风机引风机 9 除尘器除尘器 10空气预热器空气预热器 11旋风分离器旋风分离器特点是采用低循环倍率和中温 ( 4 0 0 -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循环流化床锅炉技术比较(2)(2)
5、三大技术流派、三代技术三大技术流派、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性，技术已发展到第三代技术: :绝热绝热旋风筒旋风筒CFB锅炉锅炉Lugi CFB锅炉锅炉 Turrow电厂电厂1，2，3号锅炉剖号锅炉剖面图面图第二代技术 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
6、面是一个突出的进步第一代技术高温旋风筒技术（右）和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）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第三代方形
7、冷却旋风筒紧凑型循环流化床技术循环流化床技术方形分离器紧凑型是方形分离器紧凑型是一项突破性的设计一项突破性的设计方形紧凑型分离器方形紧凑型分离器 = = 改进了的设计改进了的设计n矩形分离器室矩形分离器室n水水/ /蒸汽冷却膜式壁蒸汽冷却膜式壁n薄层耐火材料衬里薄层耐火材料衬里n与炉膛水冷壁组成一个整体与炉膛水冷壁组成一个整体n较少较少/ /较小的膨胀节较小的膨胀节紧凑型循环流化床紧凑型循环流化床具有许多优点具有许多优点占地最小占地最小重量最轻重量最轻耐火材料的维护最少耐火材料的维护最少膨胀节的维护最少膨胀节的维护最少燃料费用最低燃料费用最低方形分离器紧凑型循环流化床方形分离器紧凑型循环流化床
8、迅速在国际市场被接受迅速在国际市场被接受 至今在国际市场上（不包括中国）已售至今在国际市场上（不包括中国）已售 约约4040台以上台以上 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 紧凑型再热紧凑型再热CFB 4，5，6锅炉锅炉 460MWe460MWe方形分离器紧凑型超临界方形分离器紧凑型超临界循环流化床直流锅炉循环流化床直流锅炉n建于波兰建于波兰LagiszaLagisz
9、a的的PEKPEK电厂电厂, ,将于将于20052005年底进行调试并于年底进行调试并于20062006年投入商业运行年投入商业运行n蒸汽流量蒸汽流量:1300/1109 t/h, :1300/1109 t/h, 蒸汽参数蒸汽参数:285.6/51.3 bar:285.6/51.3 bar， 563/582 563/582 o oC C 循环流化床循环流化床燃烧装置设计的理念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循环流化床燃烧装置设计理念的构成 基本理论层次：基本理论层次： 1 1 循环床气固两项流理论循环床气固两项流理论 2 2 循环床燃烧理论循环床燃烧理论 3 3 循环床传热理
10、论循环床传热理论 4 4 循环床污染排放理论循环床污染排放理论 设计理论层次（设计理论层次（概念设计）概念设计） 1 1 状态设计定态设计理论状态设计定态设计理论 2 2 热力计算，烟风阻力计算，水动力学计算，脱硫热力计算，烟风阻力计算，水动力学计算，脱硫计算计算 3 3 设计导则设计导则 施工设计层次施工设计层次： 1 1 部件设计规范部件设计规范循环流化床燃烧装置定态设计理论循环流化床燃烧装置定态设计理论 什么是定态设计什么是定态设计 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（指平均粒度参考
11、。即在满负荷条件下的物料质量（指平均粒度d ds s），循环），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。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。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决定流态的关键参数
12、是燃烧室截面烟气速度VgVg和燃烧室上部和燃烧室上部单位截面的物料携带率单位截面的物料携带率GsGs，它取决于系统物料平衡能力和床存，它取决于系统物料平衡能力和床存量。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值时可以调整床存量以恢复设计状态。以恢复设计状态。定态设计的准则定态设计的准则u uf f燃烧室截面烟气速度燃烧室截面烟气速度。最小不能低于物料的。最小不能低于物料的饱和夹带速度饱和夹带速度 U
13、c Uc。取大可以增加锅炉截面热。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。负荷，但是要保证垂直受热面不磨损。G Gs s燃烧室上部单位截面的物料携带率燃烧室上部单位截面的物料携带率。最小不。最小不能小于最小加料率最小循环量能小于最小加料率最小循环量R Rminmin。最大受。最大受到系统物料平衡限制，应小于系统最大平衡循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环量。最近的研究证明还要考虑气体混合的限制。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
14、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炉设计上得到应用. .本软件计算结果与国外提供的本软件计算结果与国外提供的性能数据比较误差小于性能数据比较误差小于1 1. . 谢谢
