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流化床基本概念•“流化”——流态化•当流体（液体、气体）向上流过固体颗粒床层时，其速度增大到一定值后，颗粒被流体的摩擦力所承托，呈现飘浮状态，颗粒可以在床层中自由运动，这种状态称为“流态化”。•按流化介质的不同可分为液-固流态化、气-固流态化。•燃煤流化床属气固流态化范畴。•流化床具有流体的某些性质–任一高度静压等于此高度以上固体颗粒重量–大而轻的物体浮在床表面–床表面总保持水平–连通器作用•“床”——反应场所，支承物料（床形物：机床;车床;流化床;河床;苗床）流化床类似流体的性质：第一代流化床锅炉—鼓泡床锅炉“流化床锅炉”——燃料在流化状态下进行燃烧的锅炉叫流化床锅炉。早期的鼓泡床锅炉二十世纪60年代初，出现了“流化床锅炉”。•鼓泡床锅炉特点：•燃料颗粒大，流化风速低•床层中有明显的气泡•气固两相类似沸腾的水•被称为鼓泡床锅炉或沸腾炉鼓泡床实验演示鼓泡床锅炉的工作原理沸腾燃烧燃烧温度：850-950oC鼓泡床锅炉的主要部件：布风板风室埋管受热面冷渣口与溢流口•1燃料适应性广–可以燃烧各种煤、煤矸石、焦碳、油页岩、垃圾等（劣质燃料）•原因：下部密相区提供了燃料着火和燃烧的最佳条件：–1充足的热源–2混合强烈，热质传递快–3适当高浓度的氧床层物料中含碳低（2-5%），只供热而不争夺氧鼓泡床燃烧有以下优点•2清洁燃烧–1）高效、廉价脱硫•脱硫率达90%•脱硫反应1CaO+SO2+—O2==CaSO42（煤粉炉炉内喷钙脱硫，钙停留时间短，脱硫剂利用率不到20%）•炉膛温度为最佳脱硫反应温度850oC–脱硫最佳温度：850-870oC；（但煤粉炉在此温度下不能稳定燃烧，所以其脱硫不能保持在最佳反应温度下进行。）–2）减少NOx排放•燃煤NOx的主要来源：–燃料型：挥发分中的有机氮、固定碳中的碳基氮被氧化；»氧化性气氛中容易生成–热力型：空气中的氮在高温下被氧化。»高温下容易生成•流化床NOx生成量为煤粉燃烧的1/3—1/4a.低温燃烧，减少热力型NOx生成1200oC以下时，热力型NOx生成不明显；（煤粉炉因燃烧温度高，热力型NOx占总NOx生成量的25%-30%）b.分级燃烧，减少燃料型NOx生成空气分级供入，浓相区处于还原性气氛，抑制燃料型NOx生成分级燃烧是抑制NOX生成非常有效的手段。一次空气从底部给入，它供应燃烧所需氧量的50－60％，二次风在离一次风有一定距离的炉膛上方给入。在二次风给入的水平，炉膛气氛由还原性转变成氧化性。燃料挥发分逸出和着火发生在贫氧区，因此NOX总体排放量降低。低NOx排放的原因：•3.负荷调节性能好–低负荷下仍可保持燃烧稳定；–负荷调节比达4：1，甚至可以压火备用。•4.灰渣综合利用性能好–低温燃烧后的灰渣没有经历烧结过程，活性好，非常适合做水泥填料–鼓泡床锅炉的缺点：•1.燃烧损失大–燃料宽筛分（0-10mm)，未燃尽细颗粒飞出量大•2.埋管磨损严重–为了控制密相区床温，密相区布置有埋管，但其磨损问题不易解决•3.大型化受到限制–截面热负荷低，为煤粉炉的1/4，如一台400t/h的鼓泡床截面积约200m2•4.脱硫剂利用效率低–脱硫剂颗粒大(细颗粒易飞出），利用率低CaOCaSO4•这些问题的存在使流化床煤燃烧技术的发展一度受到限制；•但其固有的优点如燃料适应性广、清洁燃烧特性使得人们不忍放弃它；第二代流化床锅炉—循环流化床锅炉•循环流化床锅炉在保留沸腾床锅炉的优点的基础上，克服了其不足的方面。“循环”的概念——飞出炉膛的物料被气固分离器收集，返回炉膛，循环燃烧和利用。——循环流化床锅炉循环流化床锅炉的结构特点•1、炉膛•2、旋风分离器•3、过热器•4、外置式换热器•5、煤仓•6、返料装置•7、石灰石进料口•8、灰冷却器•9、省煤器•10、空气预热•11、除尘器•12、引风机•13、尾部烟道•14、汽包•我国大型循环流化床锅炉循环流化床锅炉三大核心部件—燃烧室、分离器、回料阀燃烧室布风板旋风分离器回料阀GotoLast一、燃烧室炉膛水冷风室燃烧室的组成•燃烧室由水冷壁前墙、后墙、两侧墙构成，分为风室水冷壁、水冷壁下部组件、水冷壁上部组件、水冷壁中部组件、水冷蒸发屏。1、锅炉炉膛•炉膛高度：»保证分离器不能捕集的细粉在炉膛内一次通过时全部燃烧尽；»炉膛高度应能够容纳全部或大部分蒸发受热面或过热受热面；»保证回料机构料腿一侧有足够的静压头，使返料能够连续均匀地进行；»保证锅炉在设计压力有足够的自然循环；»炉膛高度和循环流化床锅炉的尾部烟道内布置的对流受热面所需高度相一致；»应能保证脱硫所需最短气体停留时间2、水冷布风板水冷壁管拉稀成膜式板，折向后墙；焊接罩式风帽，共同构成水冷布风板；布风板的作用•作用有二：一是支撑物料；二是使布风板下方的风室起到匀压作用，让通过布风板的气流速度趋向均匀一致，以维持流化床层的稳定。布风板阻力的要求–布风板阻力越大，布风越均匀–布风板阻力应为床层阻力的25%—30%才可维持床层稳定运行3、风帽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，用以流化炉内床料风帽的种类•风帽作为循环流化床锅炉的重要部件之一,对锅炉的安全运行起着重要的作用。常用的风帽主要有：大直径T型风帽、大直径钟罩型风帽、小直径蘑茹状风帽、小直径柱状风帽、定向“7”字型风帽•T型风帽定向“7”字型风帽•定向风帽的基本用途：一是定向吹动，有利于大渣块的排出；二是增加床层底部料层的扰动。大直径钟罩型风帽•大直径钟罩型风帽大直径钟罩型风帽优点：布风均匀、风室不漏渣返料装置二、循环流化系统返料装置的分类•返料装置中的阀有机械阀和非机械阀两大类。机械阀靠机械构件的动作来达到控制和调节固体颗粒流量的目的。但由于循环流化床锅炉中的循环物料温度较高。机械阀的工作环境较为恶劣，所以现在循环流化床锅炉很少采用机械阀。•非机械阀无需任何外界机械力的作用，仅采用气体推动固体颗粒运动，高温工作条件下简单、可靠地输送固体物料。非机械阀的形式主要包括L阀、V阀、换向密封阀、J阀、H阀等返料装置工作示意图高压流化风工作过程小循环量大循环量返料装置布风板结构(三维动画)•J阀回料器的结构及工作过程•汽冷式旋风分离器分离的床料和灰向下流经衬有耐火材料的回料立管排出到“J”阀。“J”阀有两个关键功能，使再循环床料从旋风分离器连续稳定的回送到炉膛，提供旋风分离器的负压和下燃料室正压之间的密封。分离器的静压非常接近大气压，而燃料回料点由于一次风和二次风，压力非常高，故必须实现他们之间的密封，否则，燃烧室烟气将回流到分离器。“J”阀通过分离器底部出口的物料在立管中建立的料位差，来实现这个目的，物料返送的动力源于回料器上升段和下降段的不同配风，使上升段和下降段呈现不同的流态化回料阀内部三、分离器作用•分离器是循环流化床锅炉的核心部件之一。其主要作用是将大量的高温固体物料从炉膛出口的气流中分离出来。通过返料装置送回炉膛，以维持燃烧室快速流态化状态，燃料剂和脱硫剂多次循环，反复燃烧和反应。分离器的种类•（1）按分离原理分类–离心分离–惯性分离–组合分离•（2）按进口温度分类–高温分离–中温分离–低温分离•（3）按是否冷却分类–绝热式–水（汽）冷式•通常是以上分类的组合–离心式高温绝热分离器–高温水（汽）冷分离器–中温组合式分离器分类旋风分离器工作原理•基本原理：离心分离•高速旋转运动,密度大的颗粒被甩到筒壁面,实现了与密度小的气体的分离旋风分离器的旋流示意图旋风分离器•组成及结构特点–进口段–圆筒体–锥体–中心筒旋风分离器影响旋风分离器分离效率的因素•进口速度•筒体直径•颗粒浓度•颗粒大小旋风分离器•汽冷式旋风分离器相比较其它形式的分离器，具有以下的优点：•1、耐火材料的用量大大减少，不仅能缩短启停时间和承担一定的热负荷，也降低了维护检修的费用。•2、耐火材料用高密度销钉固定，不易脱落，运行安全可靠。•3、锅炉启动速度不受耐火材料升温速度的限制，负荷调节快捷，启动迅速，同时旋风分离器的蓄热量也大为降低，锅炉启动时节省燃料。•旋风分离器中心筒采用耐高温、耐腐蚀的奥氏体钢，可靠性较高。•与炉膛之间胀差小，结构简单，具有更可靠的密封性。•汽冷式旋风分离器外壁温度较低，锅炉散热损失减小，可提高锅炉效率，降低运行成本。•其缺点是结构复杂，工艺要求高，成本高，价格贵。蒸汽冷却的旋风分离器燃烧室、回料阀、分离器共同构成了循环流化床锅炉的——物料循环系统燃烧室分离器回料阀与鼓泡床相比，循环流化床锅炉有以下优势•1、燃烧效率提高（可达97.5-99%)–炉膛沿高度基本恒温（850oC），延长了燃烧时间；–物料通过分离器多次循环回炉内，延长了燃烧时间；•2、没有埋管，彻底解决埋管磨损问题–密相区燃烧份额小，不需埋管即可控制床温；•3、为大型化提供了可能–燃烧、传热不仅仅局限于浓相区，炉膛截面热负荷提高2-3倍，更易实现大型化；•4、脱硫剂利用率提高–脱硫剂颗粒变细（0.1-0.3mm），利用率提高；–SO2气体在燃烧区停留时间延长；•鼓泡床1-2s，循环流化床3-4s;–脱硫剂循环利用，停留时间延长。脱硫模拟演示与鼓泡床相比，循环流化床锅炉有以下优势循环流化床实验演示及与鼓泡床的对比循环床鼓泡床循环流化床锅炉的工作过程Flash动画演示