循环流化床锅炉讲义

300MWCFB锅炉讲义循环流化床锅炉专题介绍循环流化床锅炉技术探讨2内容提要4一、循环流化床锅炉专题介绍循环流化床锅炉生产过程：•中国是一个能源生产与消耗大国，能源的75％来自煤炭。煤炭燃烧产生动力，促进了国民经济的发展，同时带来对大气环境的污染。循环流化床燃烧技术是一种高性能、低污染、低成本的洁净煤发电技术，并且具有煤种适应性广、燃烧效率高、环境性能好、负荷调节范围大和灰渣综合利用等优点，与带有烟气脱硫系统的常规煤粉燃烧技术相比，具有极大的竞争优势。据统计，在脱硫效率基本接近的条件下，循环流化床锅炉电厂投资与带有烟气脱硫系统的同容量燃煤锅炉机组投资持平，而上网成本却较低。因此循环流化床燃烧技术在大型锅炉的应用与发展上得到高度重视和快速发展。中国大量引进法国ALSTOM公司和美国FosterWheeler公司循环流化床技术，100MW到300MW循环流化床锅炉已经得到商业应用。600MW超临界循环流化床锅炉已经投产。800MW超超临界循环流化床锅炉已经设计成型。可以预计未来流化床锅炉应用前景非常广阔。5一、循环流化床锅炉专题介绍循环流化床锅炉应用前景：第一代旋风筒分离器，桶壁由钢板外壳衬以厚度为300mm的耐火材料构成的，称为绝热型分离器。它的优点是初投资相对低，但运行维修费用高和冷态启动时间长。第二代旋风筒分离器，桶壁用汽冷、水冷膜式壁构成，称为汽冷或水冷型分离器。它的耐火材料厚度为25mm。它的优点是运行维修费用低廉，寿命长，可靠性高。但制造工艺复杂，造价高。6一、循环流化床锅炉专题介绍循环流化床锅炉旋风分离器发展：第三代紧凑型分离器，由FW公司在1992年开发，采用矩形膜式壁分离器结构。矩形分离器的膜式壁和炉膛膜式水冷壁构成一个整体，具有圆筒型旋风分离器的所有优点，减少锅炉的占地面积，减轻锅炉重量，减少耐火材料的维护费用，减少启动用燃料费用。可进行模块式设计，容易实现锅炉容量的放大。自1994年以来，己有近60台燃烧各种燃料的紧凑型锅炉的业绩。7一、循环流化床锅炉专题介绍循环流化床锅炉旋风分离器发展：2002年FW生产的容量为460MW、主汽压力压力为27.5MPa的超临界循环流化床直流锅炉。是循环流化床技术发展史上的一个重大里程碑，它标志着循环流化床技术从亚临界跨入超临界的一个起点。右图为第一台460MW锅炉8一、循环流化床锅炉专题介绍紧凑型整体式循环流化床锅炉：单布风板结构:100MW（无再热）亚临界单布风板结构:350MW以下亚临界双布风板结构:600MW以下亚临界/超临界9一、循环流化床锅炉专题介绍循环流化床锅炉布风板的发展：•国产容量600MW流量1905t/h，超临界压力CFB锅炉在四川白马内江电厂建成，主蒸汽汽压力25.4MPa，主汽温度571℃，再热汽温569℃。双布风板设计，六个旋风分离器，布置外置床换热器，采用回转式空气预热器，锅炉尾部烟道采用单竖井烟道。10一、循环流化床锅炉专题介绍600MW国产双布风板结构CFB锅炉：•根据FW公司的资料，800MW超超临界CFB直流锅炉技术的开发已经成功，制造的关键在于材料性能。•容量为800MW常规超超临界CFB直流锅炉，蒸汽参数为：•压力：30MPa•过热蒸汽温度：600ºC•再热蒸汽温度：620ºC•容量为800MW先进超超临界CFB直流锅炉，蒸汽参数为：•压力：35MPa•过热蒸汽温度：700ºC•再热蒸汽温度：720ºC11一、循环流化床锅炉专题介绍800MW超超临界CFB直流锅炉参数：12一、循环流化床锅炉专题介绍循环流化床锅炉蒸汽参数对循环热效率的影响：机组类型蒸汽参数再热次数（次）给水温度（oC)热效率(%)亚临界17MPa/540oC/540oC127535超临界24MPa/538oC/566oC127540超超临界25MPa/600oC/600oC127545超超临界35MPa/700oC/700oC127548.5超超临界30MPa/700oC/720oC/720oC231051超超临界35MPa/700oC/720oC/720oC232052.5超超临界37.5MPa/700oC/720oC/720oC23355313一、循环流化床锅炉专题介绍循环流化床锅炉原理动画图：循环流化床锅炉可分为两个部分。第一部分由炉膛、气固物料分离设备、固体物料再循环设备和外置热交换器等组成。第二部分为对流烟道，布置有过热器、再热器、省煤器和空气预热器等。流态化过程流态化：一种状态。即当颗粒流速增加到某一速度之后，颗粒不再由分布板所支持，而全部由流体的摩擦力所承托。此时，对于单个颗粒来讲，它不再依靠与其他邻近颗粒的接触而维持它的空间位置，相反地，失去了以前的机械支承后，每个颗粒可在床层中自由运动；就整个床层而言，具有了许多类似流体的性质。临界流化速度:颗粒床层从静止状态转变为流态化时的最低速度。流化床类似流体的性质主要有以下几点：•在任一高度的静压近似于此高度以上单位截面积内固体颗粒的重量；•无论床层如何倾斜，床表面总是保持水平，床层的形状也保持容器的形状；•床内固体颗粒可以像流体一样从底部或侧面的孔口中排出；14一、循环流化床锅炉专题介绍循环流化床锅炉关键术语：•密度高于床层表面密度的物体在床内会下沉，密度小的物体会浮在床面上；•床内颗粒混合良好，因此，当加热床层时，整个床层的温度基本均匀。“散式”流态化：一般的液-固流态化，颗粒均匀地分散于床层中。“聚式”流态化：一般的气-固流态化，气体并不均匀地流过颗粒床层，一部分气体形成气泡经床层短路逸出，颗粒则被分成群体作湍流运动，床层中的空隙率随位置和时间的不同而变化。煤的燃烧过程是一个气-固反应过程。宽筛分物料：物料粒度从大到小非常均匀。新床料：锅炉停炉后清理过床料，启动时新加的床料。旧床料：锅炉停炉后没有清理床料。15一、循环流化床锅炉专题介绍循环流化床锅炉关键术语：1）低温的动力控制燃烧优点：炉内结渣及碱金属析出均比煤粉炉中要改善很多，对灰特性的敏感性减低，也无须很大空间去使高温灰冷却下来，氮氧化物生成量低，可在炉内组织廉价而高效的脱硫工艺；循环流化床锅炉内燃料的燃尽度很高，通常，性能良好的循环流化床锅炉燃烧效率可达98%－99%以上。2）高速度、高浓度、高通量的固体物料流态化循环过程循环流化床锅炉内的物料参与了外循环和内循环两种循环运动。整个燃烧过程以及脱硫过程都是在这两种形式的循环运动的动态过程中逐步完成的。3）高强度的热量、质量和动量传递过程16一、循环流化床锅炉专题介绍循环流化床锅炉关键术语：右图：不同气流速度下固体颗粒床层的流动状态图中给出了不同气流速度下固体颗粒床层的流动状态。随着气流速度的增加，固体颗粒分别是呈现固定床、鼓泡流化床、湍流流化床、快速流化床和气力输送状态。17一、循环流化床锅炉专题介绍循环流化床锅炉特点：1.不再有鼓泡流化床那样清晰的界面，固体颗粒充满整个上升段空间；2.有强烈的物料返混，颗粒团不断形成和解体，并且向各个方向运动；3.颗粒与气体之间的相对速度大，且与床层空隙率和颗粒循环流量有关；4.运行流化速度为鼓泡流化床的2－3倍；5.床层压降随流化速度和颗粒的质量流量而变化；6.颗粒横向混合良好；7.强烈的颗粒返混、颗粒的外部循环和良好的横向混合，使得整个上升段内温度分布均匀；8.通过改变上升段内的存料量，固体物料在床内的停留时间可在几分钟到数小时范围内调节；18一、循环流化床锅炉专题介绍循环流化床锅炉特点：19一、循环流化床锅炉专题介绍循环流化床锅炉中单颗粒燃烧过程分析：20一、循环流化床锅炉专题介绍实验室内模拟炉内流动特性和温度分布：炉内流动特性原理图21一、循环流化床锅炉专题介绍循环流化床锅炉炉内流动特性原理图：22一、循环流化床锅炉专题介绍CFB锅炉炉内存在的燃烧方式：研究发现：由于床料粒径的宽筛分特性和流化风量过大的原因，CFB锅炉在实际燃烧时，炉内存在四种燃烧方式：1．层燃状态（超大颗粒），一般存在于炉膛下部浓相区，靠近布风板；2．鼓泡状态（较大颗粒），一般存在于炉膛下部浓相区，即锥段区域；3．循环流化床状态（设计尺寸），一般存在于炉膛上部稀相区域；4．气力输送状态（细颗粒，属于PC燃烧方式）一般存在于炉膛上部稀相区域；通过煤处理系统优化设计、布风系统、运行优化调整、设备完善改造，使快速流化床状态的份额趋于最大，同时减小其他燃烧方式的份额，这正是CFB锅炉制造、设计、使用和研究者的重要目标。23一、循环流化床锅炉专题介绍循环流化床锅炉汽包内部和外部图片：24一、循环流化床锅炉专题介绍安装中的汽包图：冷渣器：是将循环流化床锅炉燃烧后灼热的炉渣里大量的热能再利用的设备。链斗输送机：是将冷渣器排出的炉渣输送炉外的设备。每台炉设2台链斗输送机，必须满足150%BMCR工况下的锅炉设计煤种排渣量。斗式提升机：是将链斗输送机里的炉渣提升一定高度送人渣仓的设备。每台炉设2台斗式提升机，必须满足150%BMCR工况下的锅炉设计煤种排渣量。渣库：是存储炉渣的设备。能满足锅炉BMCR工况燃用设计煤质条件下储存1台炉26小时渣量。25一、循环流化床锅炉专题介绍循环流化床排渣设备介绍：26一、循环流化床锅炉专题介绍循环流化床锅炉冷渣器结构示意图：27一、循环流化床锅炉专题介绍单个未安装的冷渣器外观：28一、循环流化床锅炉专题介绍循环流化床锅炉冷渣器内部图：在循环流化床锅炉电厂中有电厂设计冷渣器冷却水加压泵，也有电厂没有设计冷渣器冷却水加压泵。并且设计这套系统的部分电厂已经割除，还有电厂正观察。目前这种设计是否合理还有待于进一步研究。29一、循环流化床锅炉专题介绍冷渣器冷却水加压泵：30一、循环流化床锅炉专题介绍链斗输渣机打开外壳图：31一、循环流化床锅炉专题介绍斗提机和渣仓：布风板：支撑静止床料。使水冷风室内热空气均匀地分布在炉膛横截面上，并提供足够的压力，使床料均匀流化。风帽：是循环流化床锅炉的布风装置，安装于布风板上，将一次风机送来的一次风高速均匀的送入炉膛，用以流化炉内床料。32一、循环流化床锅炉专题介绍布风板和风帽介绍：安装中的布风板和风帽：风帽数量外孔尺寸布风均匀性磨损特性防漏渣性能使用周期柱形风帽多小好较轻一般一般定向风帽多大较好较重弱较短箭形风帽少大较好较轻弱较短钟罩形风帽较少较大好轻好较长33一、循环流化床锅炉专题介绍CFB锅炉应用的几种风帽结构形式：利用惯性离心力的作用从气流中分离出尘粒的设备。工作原理是将炉膛出口来含有尘气体由圆筒上部的进气管切向进入，受器壁的约束向下作螺旋运动。在惯性离心力作用下，颗粒被抛向器壁而与气流分离，再沿壁面落至锥底的排灰口。净化后的气体在中心轴附近由下而上作螺旋运动，最后由顶部排气管排出。34一、循环流化床锅炉专题介绍旋风分离器介绍：35一、循环流化床锅炉专题介绍汽冷旋风分离器出口和入口图：36一、循环流化床锅炉专题介绍汽冷旋风分离器返料腿及下集箱：返料器：固体颗粒回送装置的基本任务是将分离器分离的高温颗粒稳定地送回压力较高的燃烧室内，并且保证无气体返窜。因此返料器在循环系统中起着相当大的作用：1）将循环灰由低压区（返料器）送入高压去（炉膛内）。2）起密封作用，保证料腿、返料器中的循环灰朝炉膛方向流动，避免炉膛烟气短路进入分离器，破坏物料循环。3）自动调节平衡循环灰的输送量，使锅炉出力适应负荷的需要。37一、循环流化床锅炉专题介绍旋风分离器返料腿介绍：38一、循环流化床锅炉专题介绍旋风分离器返料器特点：返料风压力高（60kPa），返料风流量低（减小对分离器的影响）；返料器的风室必须分离，一个风室流化风量（采用小流量）负责灰松动，另外一个风室流化风量（采用较大流量）负责灰的输送，具体参数这需要在运行中确定；循环流化床锅炉正常运行时，返料温度与床温接近，表明返料正常；如果返料温度低，表明返料不通畅，将造成炉膛上部差压低，循环倍率低，床温高，锅炉带负荷能力变差；如果返料发生顿挫、不连续时，及时降低一次风量和