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1、4-5 洁净煤发电技术与常压循环流化床l我国的我国的SO2排放量居世界第一排放量居世界第一l酸雨区域已经蔓延到酸雨区域已经蔓延到40%的国土面积的国土面积l10空气最差的城市一个印度九个中国。空气最差的城市一个印度九个中国。1 煤清洁燃烧和循环流化床技术l整体煤气化联合循环整体煤气化联合循环(IGCC)(IGCC)l增压流化床燃烧联合循环增压流化床燃烧联合循环(PFBC)(PFBC)l常压循环流化床燃烧常压循环流化床燃烧(CFBC)(CFBC)l超超临临界界煤煤粉粉炉炉+ +烟烟气气净净化化(SCPC-FGD-(SCPC-FGD-SCR) SCR) 流化床燃烧流态化现象流态化现象 流型气速 流
2、态及其转变l膨胀床膨胀床l初始流化或临界流化状态初始流化或临界流化状态l鼓泡流化床鼓泡流化床l湍流床湍流床l快速床l输送床、稀相或贫相流化床 理想流化床的压降、空隙率与流速的关系颗粒分类流化床的特点 v颗粒的流动平稳，类似于液体。颗粒的流动平稳，类似于液体。v固体颗粒混合迅速均匀。固体颗粒混合迅速均匀。v气体与固体颗粒之间的传热和传质速率高。气体与固体颗粒之间的传热和传质速率高。v流化床与浸入表面间的传热系数较大。流化床与浸入表面间的传热系数较大。v由于颗粒浓度高、体积大，可低温运行由于颗粒浓度高、体积大，可低温运行v气体流动状态难以描述气体流动状态难以描述v颗粒的停留时间不均匀颗粒的停留时间
3、不均匀v磨耗需要经常补料。磨耗需要经常补料。v床内埋件表面和床四周壁面磨损严重。床内埋件表面和床四周壁面磨损严重。v能耗较高。能耗较高。 临界流化速度的实测方法 散式流态化和鼓泡流态化夹带和扬析是两个不同的概念夹带和扬析是两个不同的概念TDH 鼓泡床鼓泡床鼓泡床鼓泡床- -拉拉长拉拉长l燃料适应性较广燃料适应性较广l低低NOx；l燃烧中低成本降燃烧中低成本降SO2；l灰渣综合利用；灰渣综合利用；l密相区埋管密相区埋管-磨损；磨损；l颗粒未燃尽颗粒未燃尽-燃烧效率；燃烧效率；l停留时间较短；停留时间较短；l稀相区受热面利用效率；稀相区受热面利用效率；l截面热负荷较低截面热负荷较低鼓泡流化床燃烧技
4、术特点 l燃燃料料适适应应性性较较广广，高高灰灰份低热值的煤种；份低热值的煤种；l采采用用分分级级送送风风和和低低温温燃燃烧，控制烧，控制NOx；l燃燃烧烧过过程程中中加加石石灰灰石石脱脱硫，低成本降低硫，低成本降低SO2；l燃燃烧烧温温度度低低，灰灰渣渣有有利利于综合利用；于综合利用；l密密相相床床床床内内气气固固混混合合充充分。分。 l密密相相区区必必须须布布置置埋埋管管以以降低床温降低床温-埋管的磨损；埋管的磨损；l未未燃燃尽尽细细颗颗粒粒大大-固固体体未未完完全全燃燃烧烧热热损损失失-燃燃烧烧效效率；率；l停停留留时时间间较较短短,混混合合程程度度较弱较弱-脱硫效率低；脱硫效率低；l稀
5、稀相相区区受受热热面面的的使使用用效效率低；率低；l截截面面热热负负荷荷较较低低-床床截截面面积较大积较大 循环流化床锅炉不但具有上述鼓泡床的优点而且其自身的特点使得循环床克服了鼓泡床所固有的缺点。循环流化床燃烧技术优点l煤的适应性好煤的适应性好l燃烧效率高燃烧效率高l燃烧强度高燃烧强度高l石灰石脱硫效果好石灰石脱硫效果好lNOX的生成量减少的生成量减少 l负荷变化范围大负荷变化范围大l调节特性好调节特性好l无埋管磨损无埋管磨损l启动、停炉时间短启动、停炉时间短l 燃料制备系统简化燃料制备系统简化lCO的排放较小的排放较小典型循环流化床锅炉发电系统 典型循环流化床燃烧技术v发展历史发展历史v七
6、十年代，七十年代，Lurgi第一个循环流化床的专利权第一个循环流化床的专利权v270 t/h85.9.1杜易斯杜易斯-一年多完善改造一年多完善改造vABB-CE160MW,德州德州Waco，90.9/91.10vALSTROLM市场份额达市场份额达40%左右左右vFW 92年上半年正式签订了年上半年正式签订了250MW合同合同v法国的普理旺斯电站法国的普理旺斯电站250MWe 循环床锅炉与其他锅炉比较 循环流化床气固两相流动循循环环流流化化床床是是一一个个床床加加一一个个循循环环闭闭路路，是一个是一个装置系统装置系统鼓鼓泡泡床床、湍湍流流床床和和快快速速床床是是气气固固两两相相流流动的动的流态
7、流态循循环环流流化化床床中中的的气气固固两两相相流流动动状状态态可可以以是是鼓鼓泡泡流流态态化化，也也可可以以是是湍湍流流流流态态化化，甚至快速流态化甚至快速流态化湍流床和快速床必须是循环流化床。湍流床和快速床必须是循环流化床。 循环流化床锅炉的构成初始快速流态化速度初始快速流态化速度Uc关，关， Uc=(3.54.0)Ut最小循环量最小循环量返料的流动型式和料封能力返料的流动型式和料封能力达到快速床的条件 气固两相流中的气固分离 颗粒尺寸与分离器颗粒尺寸与分离器切割粒径切割粒径分级分离效率分级分离效率总分离效率总分离效率粒径分布粒径分布8.1循环流化床锅炉原理 l鼓泡流化床或湍流床鼓泡流化床
8、或湍流床和气力输送叠加的燃和气力输送叠加的燃烧技术烧技术l处于鼓泡床和气力输处于鼓泡床和气力输送燃烧之间送燃烧之间 组成部分主循环回路主循环回路：l炉膛炉膛l气固分离器气固分离器l固体粒子回送装置固体粒子回送装置l外部热交换器。外部热交换器。尾部烟道：尾部烟道：l再热器再热器l过热器过热器l省煤器省煤器l 空气预热器空气预热器流化床的流动特性 气泡与颗粒循环气泡存在的客观性及必要性颗粒循环的动力wether 气泡形成循环流化床的内外循环 l外外加加床床料料，多多采采用用沙子或外加灰；沙子或外加灰；l少量的细粉燃料；少量的细粉燃料；l新新添添入入的的和和已已经经失失效的脱硫剂；效的脱硫剂；l煤里
9、自身的灰份。煤里自身的灰份。100-300m46m/s稀相区环核结构的流动示意图 循环流化床气固两相流性质l物料浓度分布物料浓度分布 贴壁流贴壁流l形成浓度分布是有条件的形成浓度分布是有条件的 分离器分离器 回送装置回送装置 物料来源物料来源l 浓度分布是有意义的浓度分布是有意义的循环床中的气固两相流动循化床中气循化床中气固两相流动固两相流动的宏观表现的宏观表现循环流化床锅炉的传热燃烧室受热面传热燃烧室受热面传热 物料浓度物料浓度-固体颗粒固体颗粒 燃烧室的温度燃烧室的温度 近壁区贴壁下降流近壁区贴壁下降流 粒径粒径 受热面的结构尺寸受热面的结构尺寸尾部对流受热面的传热尾部对流受热面的传热循环
10、流化床的传热过程与分区热平衡 l单颗粒燃烧过程l密相区燃烧行为l颗粒团燃烧行为l燃烧行为的宏观表现-燃烧份额3.3 循环流化床锅炉的燃烧过程分析单颗粒燃烧过程密相区燃烧行为分析CO O2并存并存颗粒团燃烧行为燃烧行为的宏观表现-燃烧份额循环流化床锅炉的燃烧效率l燃烧效率燃烧效率典型床温：典型床温：850900飞灰再循环飞灰再循环循环灰和煤粉炉飞灰SEM照片(a)循环灰I；(b)循环灰II；(c)循环灰III；（4）煤粉炉飞灰分离器的作用l有最低要求燃烧分布、传热、流动的需要l分离器与燃烧效率的关系不同于鼓泡床l循环流化床燃烧技术并非直接简单的循环燃烧l分离器有重要的意义但不宜过分强调l在循环系
11、统中，影响消耗量的因素不仅包括分离器，还依赖与其他部件、补充来料的性质“循环燃烧”的本质 循环流化床燃烧技循环流化床燃烧技术中术中“循环燃烧循环燃烧”的本质的本质岳光溪院士 循环流化床锅炉的脱硫脱硫反应脱硫反应的影响因素 l温度的影响温度的影响l脱硫剂粒径的影响脱硫剂粒径的影响l石灰石特性的影响石灰石特性的影响l脱硫剂颗粒在炉内的停留时间脱硫剂颗粒在炉内的停留时间l还原性气氛的影响还原性气氛的影响 l氧化氧化/还原交变气氛的影响还原交变气氛的影响 CFB中的NOX和N2O排放挥发份挥发份NOX的生成过程焦炭对NOX的还原 NOX排放 PC 燃烧温度 PC CFB CFB中床料含碳量l无烟煤 高
12、 高 低 高l烟煤 中 中 中 中l褐煤 低 低 高 低实际CFB锅炉中的NOX排放石灰石对NOx和N2O排放的影响 CFB谱图循环流化床锅炉系统设备与部件l布风板/风帽l炉膛与炉内受热面l回灰、给煤与点火装置l排渣与冷渣器l分离器l返料阀l换热床l尾部对流受热面整体布置la-形 b-横形 c-倒背锅形 d-半塔形 e-改良形 f-紧凑型 循环流化床锅炉的燃烧系统 布风板风帽1风帽2炉膛形状底部形状燃烧室 循环流化床锅炉燃烧室高度 炉内过热器回灰点给煤启动燃烧器床上点火启动燃烧器床下点火排渣与冷渣器气垫床 射流床 冷渣器冷渣器分离器1分离器德国循环床锅炉德国循环床锅炉的发展：从绝热的发展：从绝
13、热炉墙到冷却炉墙炉墙到冷却炉墙分离器缺点Circofluid的中温分离 l旋风筒体积庞大，占地较大旋风筒体积庞大，占地较大l钢耗较高，锅炉造价高，钢耗较高，锅炉造价高，l内衬厚、耐火料及砌筑要求高、费用高内衬厚、耐火料及砌筑要求高、费用高l启动时间长、运行中易出现故障启动时间长、运行中易出现故障l密封和膨胀系统复杂密封和膨胀系统复杂l强后燃性煤种时的超温结焦强后燃性煤种时的超温结焦 水(汽)冷分离循环床锅炉 Loopseal水冷方形分离器AlstrolmFWTsinghua165MW75/130/220 气固两相流中的气固分离 l颗粒尺寸与分离器颗粒尺寸与分离器l 切割粒径切割粒径l 分级分离
14、效率分级分离效率l 总分离效率总分离效率l 粒径分布粒径分布返料阀换热床循环流化床燃烧技术的典型实践l驱动力的差异：国外环保国内劣质燃料l容量差异：国外大容量国内小容量l数量差异：国外数量非常少，国内遍地开花高灞电厂循环流化床锅炉简图 lA=7.08214.122ml H=31mld=2X7ml v=5.04m/s。lNOX=64 mg/Nm3，lSO2=681mg/Nm3Turow230MWe Pyroflow技术l系统比较简单系统比较简单l调节一、二次风比进行床温控制调节一、二次风比进行床温控制l燃烧室内放置燃烧室内放置管构成的过热器管构成的过热器l采用高温旋风分离器采用高温旋风分离器/U
15、型料阀型料阀l添添加加石石灰灰石石或或其其他他物物料料可可燃燃用用多多种种燃燃料料l改变内储量和循环量调节负荷改变内储量和循环量调节负荷Provence/GardenneGEC Alsthom Stein。H=37m，A=14.8m11.5mv=5.5m/s，T=850 ,a=1.2。d=4X7.4mABB-CE-Tonghae-220MW 内江/红河/小龙潭/开远/秦皇岛JEA 循环流化床锅炉采用三个汽冷分离器 宾洲131kg/s6.4MPa488矸石 FW汽冷旋风筒循环流化床 l炉膛上下截面基本一致，炉膛上下截面基本一致，300400ml分级送风，二次风从过渡区送入。分级送风，二次风从过渡
16、区送入。l水冷布风板，定向单孔风帽水冷布风板，定向单孔风帽,床下点火床下点火l高温冷却圆形旋风分离器高温冷却圆形旋风分离器l带再超高压大容量锅炉设置带再超高压大容量锅炉设置Intrex。 Circofluid 循环流化床 l锅炉呈半塔式布置锅炉呈半塔式布置lv=3.54m/s。l400左右中温分离左右中温分离l循环流率低循环流率低NPS 150MWe 紧凑型再热循环流化床锅炉 Turow 260MWe 紧凑型再热循环流化床锅炉 中国循环流化床燃烧技术的实践l6MWe300MWel技术展览馆l引进与自主开发并重CFBCFB燃烧技术面临的挑战与发展方向l可用率问题l厂用电问题l发电效率问题l大型化
17、问题Lagisza电厂460MWe超临界循环流化床锅炉 项目项目单位单位过热蒸汽流量过热蒸汽流量kg/s361过热蒸汽压力过热蒸汽压力Mpa27.5过热蒸汽温度过热蒸汽温度oC560过再热蒸汽流量过再热蒸汽流量kg/s306再热蒸汽压力再热蒸汽压力Mpa5.48冷再热蒸汽温度冷再热蒸汽温度oC315热再热蒸汽温度热再热蒸汽温度oC580给水温度给水温度oC290Alstom 600MWe 超临界循环流化床锅炉 for Endesa 31MPa 604/61231MPa 604/612中国600MWe超临界CFB工程示范7 CFB在其他行业的应用l垃圾焚烧l材料焙烧l化工冶金l垃圾焚烧二恶英单烧煤垃圾燃烧率%单烧垃圾床负荷：3.24.6MW/m2空气过剩系数：1.521.64床温度：916956床负荷：3.24.6MW/m2空气过剩系数：1.521.64床温度：916956oC()内为脱硫效率(83%)(63%)(46%)(75%)(74%)(64%)(45%)(39%)(41%)(49%)纯 烧煤专烧垃圾流化床应用催化裂化两段气化炉Cogas 气化炉
