循环流化床锅炉的特点.docx

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循环流化床锅炉的特点

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循环流化床锅炉的特点

循环流化床锅炉的特点

循环流化床锅炉是近十几年发展起来的一项高效、低污染清洁燃烧技术。

因其具有燃烧效率高、煤种适应性广、烟气中有害气体排放浓度低、负荷调节范围大、灰渣可综合利用等优点，在当今日益严峻的能源紧缺和环境保护要求下，在国内外得到了迅速的发展，并已商品化，正在向大型化发展。

1.1独特的燃烧机理

固体粒子经与气体或液体接触而转变为类似流体状态的过程，称为流化过程。

流化过程用于燃料燃烧，即为流化燃烧，其炉子称为流化床锅炉。

流化理论用于燃烧始于上世纪20年代，40年代以后主要用于石油化工和冶金工业。

流化燃烧是一种介于层状燃烧与悬浮燃烧之间的燃烧方式。

煤预先经破碎加工成一定大小的颗粒（一般为＜8mm）而置于布风板上，其厚度约在350～500mm左右，空气则通过布风板由下向上吹送。

当空气以较低的气流速度通过料层时，煤粒在布风板上静止不动，料层厚度不变，这一阶段称为固定床。

这正是煤在层燃炉中的状态，气流的推力小于煤粒重力，气流穿过煤粒间隙，煤粒之间无相对运动。

当气流速度增大并达到某一较高值时，气流对煤粒的推力恰好等于煤粒的重力，煤粒开始飘浮移动，料层高度略有增长。

如气流速度继续增大，煤粒间的空隙加大，料层膨胀增高，所有的煤粒、灰渣纷乱混杂，上下翻腾不已，颗粒和气流之间的相对运动十分强烈。

这种处于沸腾状态的料床，称为流化床。

这种燃烧方式即为流化燃烧。

当风速继续增大并超过一定限度时，稳定的沸腾工况就被破坏，颗粒将全部随气流飞走。

物料的这种运动形式叫做气力输送，这正是煤粉在煤粉炉中随气流悬浮燃烧的情景。

1.2锅炉热效率较高

由于循环床内气—固间有强烈的炉内循环扰动，强化了炉内传热和传质过程，使刚进入床内的新鲜燃料颗粒在瞬间即被加热到炉膛温度（≈850℃），并且燃烧和传热过程沿炉膛高度基本可在恒温下进行，因而延长了燃烧反应时间。

燃料通过分离器多次循环回到炉内，更延长了颗粒的停留和反应时间，减少了固体不完全燃烧损失，从而使循环床锅炉可以达到88～95％的燃烧效率，可与煤粉锅炉相媲美。

1.3运行稳定，操作简单

循环流化床锅炉的给煤粒度一般小于10mm，因此与煤粉锅炉相比，燃料的制备破碎系统大为简化。

循环流化床锅炉燃料系统的转动设备少，主要有给煤机、冷渣器和风机，较煤粉炉省去了复杂的制粉、送粉等系统设备，较链条炉省去了故障频繁的炉排部分，给燃烧系统稳定运行创

1.7床内不布置埋管受热面

循环流化床锅炉的床内不布置埋管受热面，因而不存在鼓泡流化床锅炉的埋管受热面易磨损的问题。

此外，由于床内没有埋管受热面，启动、停炉、结焦处理时间短，可以长时间压火等。

1.前言

中国是目前世界上经济发展最快的国家之一。

在过去30年里，我国经济一直保持9.7%年平均增长率.未来几十年内，我国经济仍将保持高速上升的发展势头。

而这种发展势头却给我们带来了严重的环境污染问题。

目前我国化石燃料的利用现状是今后很长一段时间仍会以煤炭为主,据专家预测到2050年,我国的一次能源仍将以煤炭为主.而且环境污染严重且用能效率较低.为了解决这个矛盾,使能源生产利用与环境相协调，实现可持续发展战略，响应党中央提出的建设环保节约型社会的号召,我们必须发展清洁煤燃烧技术.而循环流化床燃煤技术正是清洁煤利用技术的重要形式。

本文主要针对循环流化床锅炉的特点和发展趋势做了综合阐述。

2循环流化床锅炉特点

2.1循环硫化床锅炉的工作原理

循环流化床燃烧技术是20世纪70年代发展起来的一项新型燃烧技术。

循环流化床燃烧特点有三,其一,是一种低温的动力控制燃烧;其二,是一种高浓度、高速度、高通量的固体液态化循环过程;其三,是一种高强度的热量、质量和动量传递过程.这种燃烧方式是炉内燃料在一种特殊的类似液体流动的状态下，炉膛内部分较细颗粒被烟气携带通过炉膛，部分固体颗粒产生回流，被携带出的颗粒经气固分离器再回送炉内反复燃烧，多次循环。

由于循环流化床中燃料及脱硫剂多次循环，反复燃烧和反应，且炉内紊流运动强烈，因而能达到相当高的脱硫效率和燃烧效率。

2.2循环流化床锅炉的优点

循环流化床锅炉具有如下优点【1】【2】【3】：

2.2.1对燃料适应性广

在循环流化床锅炉中按质量百分比计，燃料仅占床料的1%～3%，其余为灼热的床料，循环流化床内的特殊气固流动

特性使得气—固相和固—固相混合得非常好，因此，即使是很难着火的燃料，进入炉膛后也能很快与灼热的床料混合，被迅速加热至着火温度以上，而床层温度没有明显的降低.上述特点可以使得流化床既可以然用有质煤,也可以使得循环流化床锅炉几乎可以很容易地燃用各种劣质燃料。

2.2.2脱硫效率高，污染物排放率低

和是煤燃烧中产生的主要污染性气体，这两种气体对环境和人类的健康都能产生严重危害。

由于炉内温度对脱硫有利，且脱硫剂多次循环，炉内扰动很大，与烟接触时间长，故可以在较低的Ca/S比下，达到较高的脱硫效率。

另外循环流化床锅炉采用较低的床温790℃至900℃），可以获得较高的脱硫效率（在850℃床温下脱硫效率最高）.经验表明,循环流化床锅炉的排放范围为50~150ppm.循环流化床锅炉排放低是有以下两个原因:

一是低温燃烧,此时空气中的氮很难转化为;二是分段燃烧,抑制燃料中的氮转化为,并使部分已生成的得到还原.

2.2.3燃料预处理系统简单

循环流化床锅炉的给煤粒度一般小于12mm,与一般的煤粉炉相比,燃料的制备破碎系统都大为简化.此外,即便是燃用高水分煤,也不需要专门的处理系统.

2.2.4燃烧强度高,炉膛截面积小

炉膛单位截面积的热负荷高是循环流化床的主要有点之一.循环流化床锅炉的截面热负荷约为3.5~4.5MW/m2,接近或高于煤粉炉.同样热负荷鼓泡流化床需要的炉膛截面积要2~3倍于循环流化床锅炉.

2.2.5燃烧效率高

在循环流化床锅炉中，燃烧区域扩展到整个炉膛乃至气固分离器，携带出炉膛的颗粒被气固分离器捕集，并直接送回燃烧室下部循环再燃烧，使燃料可以在炉膛停留较长的时间有利于充分燃烧;在某些循环流化床锅炉中，从分离器逃逸的细颗粒在尾部烟道被安装在那里的回收设备所收集，并回送到燃烧室燃烧进一步降低了不完全燃烧损失，提高了燃烧效率。

目前国内循环流化床锅炉中,高循环倍率循环流化床锅炉（循环倍率在20上）占主流地位,而循环倍率的提高将极大的提高炉膛燃烧效率.因而循环流化床锅炉的燃烧效率可以达到煤粉炉的水平.

2.2.6负荷调节范围大,负荷调节快

当负荷变化时,只需调节给煤量、空气量和物料循环量,不必像鼓泡流化床那样采用分床压火技术.一般而言,循环流化床锅炉的负荷调节比可达（3~4）:

1.另外循环流化床锅炉由于截面风速高和吸热控制容易，所以负荷调节很迅速,负荷调节速度可达5%～10%/min。

当循环流化床锅炉用作电站锅炉时,电站供电负荷是个随时间变化的实时变量,要求锅炉的负荷能迅速调节相适应.而循环流化床锅炉上述特点可以有效的满足电站负荷实

时变化的需求.

2.2.7炉内不布置埋管受热面

循环流化床锅炉一般不在下部固体浓度较大的密相区布置埋管受热面，而是采用水冷壁和上部对流辐射受热面或者外置换热器来吸收气固混合物的热量，因此可相对降低对受热面的磨损。

此外,由于炉内没有埋管受热面,启动、停炉、结焦处理时间短,同时长时间压火后可直接启动.

2.2.8投资及运行费用低

由于炉内运行温度一般低于灰的熔点，因此大大降低了炉内结渣和积灰的概率。

与煤粉炉相比,循环流化床锅炉可以方便的在炉膛内实现石灰石脱硫,不必配备价格昂贵的脱硫设备,虽然流化床锅炉的投资和运行费用略高于常规煤粉炉,但比起配置脱硫设备的煤粉炉要低15%~20%.

由于循环流化床锅炉具有以上这些特点，在有效利用煤炭资源的同时又有效经济地解决环保问题，从而使得循环流化床技术被认为是煤炭燃烧技术重大革新，在国内外都有极为光明的应用前景。

3.循环流化床锅炉的分类

随着循环流化床锅炉的发展.出现了一系列具有不同结构特点和运行参数的循环流化床锅炉,分类标准有以下多种标准:

3.1按分离器的工作温度分类

分离器是循环流化床的重要部件,其作用是保证将大量的固体物料从热烟气中分离出来,再送回炉膛以维持循环流化床锅炉炉膛的循环流化床燃烧工况.依照分离器工作温度的高低,可将循环流化床锅炉分为采用高温分离器的循环流化床锅炉、用中温分离器的循环流化床锅炉和采用低温分离器的循环流化床锅炉.具体来说:

高温分离器的工作温度范围为850~900℃,与炉膛温度基本相同;中温分离器的工作温度范围为400~600℃,这种锅炉的一般通过在炉膛中部布置屏式受热面和蒸发受热面来吸热使得炉膛出口烟温降到约400℃,显著改善了分离器的工作条件.低温分离器的工作温度为200~300℃.

3.2按分离器的结构分类

循环流化床锅炉中应用的分离器形式多样,如按所用分理器的形式分类,可分以下几类:

采用旋风分离器的循环流化床锅炉;采用惯性分离器的循环流化床锅炉;采用组合分离系统的循环流化床锅炉和采用涡旋燃烧分离器的循环流化床锅炉.这里重点谈谈采用旋风分离器的循环流化床锅炉.

3.2.1采用旋风分离器的循环流化床锅炉

旋风分离器无论在理论上和实践上均较成熟,分离效率高,已在循环流化床锅炉中得到广泛应用.从有无冷却的角度来分,又可分为绝热式旋风分离器、水冷式旋风分离器和汽冷式旋风分离器.例如:

广西百色资源综合利用电厂（田阳火电厂）150MW等级480蒸吨超高压自然循环流化床锅炉,该型锅炉型号为DGJ480/13.73-II5,物料循环倍率为25~35.这种锅炉是由四川自贡东锅从美国F

osterWheeler公司引进技术,自主研发的电站循环流化床锅炉,其最大的特点之一就是每台锅炉配置两个汽冷式旋风分离器,实测表明该型锅炉运行状况良好.该锅炉的另一个最大特点就是尾部烟道由包墙分隔，在锅炉深度方向形成双烟道结构，前烟道布置了两组低温再热器，后烟道从上到下依次布置有高温过热器、低温过热器，向下前后烟道合成一个,而每个烟道都有烟道挡板调节烟道中烟气流量,以此达到调节过热汽温和再热汽温的作用.下图为该锅炉汽冷式旋风分离器图片和锅炉三维模型图.

3.3按工质压力分类【4】

按工质压力可分为低压（蒸汽压力小于1.275MPa）、中压（压力约为3.825MPa）、高压（压力约为9.8MPa）、超高压（压力约为13.8MPa）、亚临界（压力为16.67MPa）循环流化床锅炉和超临界（压力大于22.13MPa）循环流化床锅炉.

3.4按物料循环倍率分类【5】

物料循环倍率定义有多种,一般的定义是指由单位时间内由回料机构送回炉膛的循环物料质量与单位时间内加入炉膛的燃料质量的比值.不管物料循环倍率采用那种定义,其实质是一样的,是表示循环流化床锅炉灰循环的强度的一个指标.循环倍率是循环流化床锅炉很关键的一个指标,它的大小对循环流化床锅炉的燃烧特性、流体动力特性和传热特性等影响显著.根据循环流化床锅炉物料循环倍率的大小可将循环流化床锅炉分为高循环倍率、中循环倍率和低循环倍率锅炉.循环倍率为1~5之间的称为低循环倍率锅炉;循环倍率为6~20之间的称为中循环倍率锅炉20以上的称为高循环倍率锅炉;上面提到的田阳电厂的东锅制造的循环流化床锅炉就是个典型的高循环倍率循环流化床锅炉.

3.5按其它方式分类

按炉膛压力分为常压、增压循环流化床锅炉;按水循环方式分为自然循环和强制循环循环流化床锅炉;按固体物料循环方式分为内循环和外循环循环流化床锅炉;还有按有无外置式换热器的分类方式,这里不再详述.

4.循环流化床锅炉总的发展趋势

随着世界工业的迅速发展,人口膨胀和生活水平的提高,资源枯竭和环境恶化问题日益突出.而解决这一问题的最重要的一个方面就是高效清洁的利用化石能源进行发电.具体包括三个方面:

提高电站锅炉的参数、采用循环流化床燃烧方式和采用蒸汽-燃气联合循环发电机组.由此可见,循环流化床锅炉的发展趋势必然是大型化、高蒸汽参数和增压循环流化床锅炉（应用与蒸汽-燃气联合循环发电机组）的方向发展.另外,热电联产也是提高化石燃料能量利用率的一种有效方法.下面分别论述.