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1、循环流化床锅炉及运行分析循环流化床锅炉及运行分析摘要：循环流化床燃烧技术对我国燃煤污染控制具有举足轻重的意义。我国自上世纪八十年代后采取引进和自我开发两条路线，完全掌握了中小型循环流化床锅炉设计制造技术，在大型循环流化床燃烧技术上已经完成了首台300MWe超高压再热循环流化床锅炉的示范工程。燃煤循环流化床锅炉已在中国中小热电和发电厂得到大面积推广使用。中国积累的设计运行经验对世界上循环流化床燃烧技术的发展做出了重要贡献。超临界循环流化床锅炉是今后循环流化床燃烧技术发展极为重要的方向，是大型燃煤电站污染控制最具竞争力的技术。所以我们很有必要去学习研究300Mwe循环流化床锅炉。关键词：流化，设备

2、，磨损 Abstract: The circulation fluid bed combustion technology burns coal the contamination control to our country to have the pivotal significance. Our country after the 1980s adopts the introduction and the self-development two political lines, has mastered the middle and small scale circulation fl

3、uid bed boiler design technique of manufacture completely, had already completed the first 300MWe ultrahigh voltage reheat cycle fluid bed boilers demonstration project in the large-scale circulation fluid bed combustion technology. The coal-burning circulation fluid bed boiler already the small the

4、rmoelectricity and the power plant obtains the big area promotion use in China. China accumulates the design service experience circulated the fluid bed combustion technology development to the world to make the significant contributions. The supercritical circulation fluid bed boiler will be the pr

5、esent circulates the fluid bed combustion technological development great importance the direction, will be the large-scale coal-burning power plant contamination control most competitive technology. Therefore we have the necessity to study very much study the 300Mwe circulation fluid bed boiler. Ke

6、y word: Fluidization, equipment, Attrition 第一章 前言能源与环境是当今社会发展的两大问题。我国是缺油，但煤炭资源相对丰富大国。石油天然气对我国是战略资源，要尽量减少直接燃用。目前一次能源消耗中煤炭占65%，在可预见的若干年内还会维持这个趋势。表1给出了2050年以前中国一次能源构成的预测情况。中国煤炭一次占能源结构比例年份煤炭石油天然气水能核能20007019.5462205060705561020表一但是煤炭面临着诸多新的挑战。一是我国加入WTO后，资源将是现在全球范围内的有效配置，这对煤炭工业构成新的冲击；二是煤炭工业既是我国的基础工业，又是传统

7、工业，对国民经济的发展起着重要的支撑作用；三是煤炭作为我国未来的主要能源，由于它的开发和利用，产生的二氧化硫和二氧化碳排放引起国际与国内的环境问题，使其发展中将受到不同因素的制约。能源利用领域带来的环境问题有酸雨污染，粉尘污染和温室效应气体引起全球气温变暖问题。而且我国很大一部分电站锅炉和工业锅炉存在热效率偏低的问题，并且由于脱硫、脱硝的设备价格昂贵，很多锅炉机组没有配备相应的脱硫脱硝装置，给环境方面带来了相当的负担，随着经济的快速发展，由于能源的过度开发与消费累计的效应，产生了制约经济发展和影响人类生存的环境污染问题。煤炭在开发、运输和燃烧过程中，如果不采取妥善的处理措施，会产生大量的灰渣、

8、粉尘、废水、SO2等污染物带来严重的环境污染问题，经过50多年的建设，我国的能源工业取得了快速发展，基本形成了规模庞大、门类齐全、技术较为先进的能源生产和消费体系，但能源结构很不合理，煤炭在一次能源生产和消费中的比重均达72，大量的燃煤使二氧化硫，氮氧化物，烟尘和二氧化碳排放量逐年增加。一些地区的酸雨危害日益严重。大气环境不断恶化，给人累得生活造成很大影响。我国二氧化碳排放量已经超过美国成为世界第一，另外我国煤储量中有相当一部分是高硫份，高灰份，低热值的劣质煤。由于缺乏有效地污染物排放控制，某地区的硫酸问题已不容忽视。2002年我国二氧化硫排放量达到1995万吨，比1999年增长7.4。在我国

9、由于二氧化硫的排放，导致酸雨面积扩大到占地面积的30，成为全球三大酸雨区之一，PH值低于5.6的城市占70.6，其中最低的PH值为3.98，许多地区的酸雨问题已不容忽视，而且局部还在恶化。我国多数大城市的空气总量悬浮颗粒浓度超过世界卫生组织标准的十几倍甚至几十倍.可见发展高效、低污染的清洁燃煤技术是当今亟待解决的问题。而循环流化床是近年来在国际上发展起来的新一代高效、低污染清洁燃烧技术，具有许多其它燃烧方式所没有的优点：1.由于循环流化床属于低温燃烧，因此氮氧化物排放远低于煤粉炉，仅为120ppm左右。并可实现燃烧中直接脱硫，脱硫效率高且技术设备简单和经济，其脱硫的初投资及运行费用远低于煤粉炉

10、加FGD，是目前我国在经济上可承受的燃煤污染控制技术；2. 燃料适应性广且燃烧效率高，特别适合于低热值劣质煤；3. 排出的灰渣活性好，易于实现综合利用。4. 负荷调节范围大，负荷可降到满负荷的30%左右。因此，在我国目前环保要求日益严格，煤种变化较大和电厂负荷调节范围较大的情况下，循环流化床成为发电厂和热电厂优选的技术之一。我国的循环流化床燃烧技术的来自于自主开发、国外引进、引进技术的消化吸收三个主要来源。上世纪八十年代以来，我国循环流化床锅炉数量和单台容量逐年增加。据不完全统计，现有近千台35460t/h 循环流化床蒸汽锅炉和热水锅炉在运行、安装、制造或订货；平均单机容量从37.41t/h上

11、升至106.78t/h，见图1；参数从中压、次高压、高压发展到超高压，单台容量已经发展到670t/h，见图2。截至2003年，投运台数已有700多台。单炉最大容量为465t/h，发电量150MWE。近三年，我国循环流化床锅炉发展迅速：在国家“十五”发展规划期间，通过白马300MW亚临界示范机组的建设，三大锅炉厂联合引进了ALSTOM公司300MW CFB锅炉设备的许可证技术，并接受了技术转让培训。同时，秦皇岛、小龙潭、开远等一批300MW亚临界机组工程相继启动，标志着CFB锅炉的单机容量正由100MW150MW逐渐向200MW300MW过渡，这与国家对135MW150MW CFB锅炉既不鼓励，

12、也不限制，而大力推广200MW及以上CFB机组的政策是相适应的。可见300MW CFB锅炉的春天已经到来。 对于国内的循环流化床锅炉研发制造单位而言，这既是一个机遇，也是挑战，政策导向、CFB锅炉的推广应用等因素都表明，彻底摆脱对国外技术的依赖，对300MW循环流化床锅炉进行完全自主开发势在必行。 从政策导向上看，国家的“十一五”规划指出，在“十一五”期间必须提高自主创新能力，要大力开发具有自主知识产权的关键技术和核心技术，努力提高原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新的能力，其中特别提到了能源领域。这为300MW CFB锅炉的自主开发研制工作提供了宏观的政策导向。图一 图二但其又存在以下几方

13、面的问题：1.耐磨材料和受热面的磨损问题。大量高温度，高速度的搭客里物料在循环流化床锅炉的炉膛，分离器，返料装置里面循环往复，在进行内循环和外循环时强烈冲刷和撞击耐磨材料和受热面，增加了耐磨材料和受热面的受磨程度。2.循环流化床锅炉设备复杂，厂用电率高。循环流化床锅炉增加了返料装置和分离装置，为了克服布风板及各段烟风阻力增加了各种专用风机，增加了通风电耗。另外还需要专门配备排渣装置，石灰石系统等设备。3.循环流化床锅炉密封较差。长时间的炉膛正压燃烧，很多膨胀节由于磨损，较高的系统风压等，易导致一些部位出现颗粒向外泄露。4.循环流化床锅炉NO排放较高。5.飞灰含量较高。主要原因是颗粒较大，燃尽率

14、低。基于以上原因，大容量高参数的循环流化床锅炉的研究势在必行，所以本课题主要任务就是对300MW CFB锅炉运行原理设备及其运行分析。第二章 流化床的工作原理第一节 流化床锅炉的工作原理当炉排上的燃料燃烧所需的空气，以较低的速度从炉排进入燃料层，由于气流的吹托力小于燃料颗粒的重力，燃料在炉排上静止不动，进入燃料层的空气只能从燃料颗粒间的缝隙中穿过，燃料层的高度没有变化，称为固定床。采用这种燃烧方式的锅炉称为层燃炉。煤粉炉没有炉排，煤粉的颗粒很细，输送煤粉的空气和烟气速度很高，气流的吹托力大于煤粉颗粒的重力，煤粉随空气或烟气一起流动，这种状态称为“气力输送”，采用这种燃烧方式的锅炉称为室燃炉。如

15、果燃料的颗粒大小介于层燃炉和煤粉炉燃料之间，气流的吹托力与燃料颗粒在空气中的浮力之和大于或等于燃料颗粒的重力时，燃料颗粒可以漂浮起来，燃料颗粒间的距离扩大，并能在一定高度的范围内作一定程度的移动。随着气流速度的提高，燃料层的高度增加，燃料颗粒运动加剧，燃料颗粒上下翻滚，好像液体在沸点时的沸腾现象。燃料在这种状态下燃烧称为流化床（也称为沸腾床或鼓泡床）。流化床锅炉通常燃用粒径在以下的煤末，燃料在锅炉内进入流化状态后，燃料中粒径小于的细粉被气流吹出流化段，进入流化段上部的悬浮段，并在那里进行悬浮燃烧；其余大部分粒径较大的燃料则留在流化段内，在流化运动状态下进行燃烧。循环流化床锅炉是在流化床锅炉的基

16、础上改进和发展起来的一种新型锅炉。通常将流化床锅炉称为第一代流化床锅炉，而循环流化床锅炉称为第二代流化床锅炉。循环流化床锅炉床料处于流化状态与流化床锅炉是相同的，前者的流化速度较高，炉膛出口烟气中物料的浓度很高，大量的物料被炉膛出口的物料分离器分离后返回炉膛，即有大量物料在炉膛和物料分离器之间循环。在讨论流化床燃烧技术时，经常使用如下一些专业名词：流态化临界速度Wo ：气流对燃料颗粒的吹托力刚好等于燃料颗粒的重力，布风板上的燃料开始流态化的速度。由于临界速度与燃料颗粒的组成、密度、形状和气流的物理性质等多种因素有关，还不能通过理论计算求出流态化临界速度，通常由试验测定。对于采用粒径不大于8煤末

17、的流化床锅炉，其流态化临界速度为0.71.1m/s。极限速度W”0 ：料颗粒开始被气流带走，转为气力输送时的气流速度。极限速度也难于通过理论计算求出，通常由试验测定。极限速度通常为临界速度的67倍。临界速度和极限速度是冷态下的空截面速度，即不是布风板上风帽小孔的风速，也不是燃料颗粒间的实际速度，而是假定流化段上没有燃料的空截面的气流速度。燃料层一旦开始流化，继续增加风量，燃料层不断膨胀，燃料颗粒间的间隙随之增大，风量增加和流化床的流通截面的增大成正比，而气流的实际速度始终不变，所以流化床的阻力也保持基本不变。可利用燃料层压降不变的特性来判断燃料层是否进入流化状态。物料循环倍率K ：将由物料分离

18、器分离出来返送回炉膛的物料量与进入炉膛内的燃料量及脱硫剂石灰石量之比，称为流化床锅炉的物料循环倍率。为与水循环的循环倍率相区别，其物料循环倍率不宜简称为循环倍率。根据物料循环倍率的大小循环流化床锅炉可分为，低倍率循环流化床锅炉，其物料循环倍率K15；中倍率循环流化床锅炉，其物料循环倍率K=1540；高倍率循环流化床锅炉，其物料循环倍率K40。煤粉炉燃煤中的灰分约90%进入烟气成为飞灰，炉膛出口烟气中飞灰浓度，根据煤种的不同，约为0.0350.05kg/m3。但循环流化床锅炉炉膛出口烟气携带的物料不但数量大（38 kg/m3），而且除了煤中的灰分外，还有石灰石、煤粒和焦碳；根据炉膛出口单位标准体

19、积烟气携带物料的数量，循环流化床可分为，低携带率循环流化床锅炉，其携带率3 kg/m3；中携带率循环流化床锅炉，其携带率5 kg/m3；高携带率循环流化床锅炉，其携带率8kg/m3。第二节 循环流化床锅炉的工作流程煤和脱硫剂被送到炉膛后，迅速被炉膛内存在的大量惰性高温物料包围，着火燃烧，发生脱硫反应，并在上升烟气流作用下向炉膛上部运动，对水冷壁及其他受热面放热，粗大粒子在被上升气流带入悬浮区后，在重力和其它外力作用下，不断减速偏离主气流，并最终形成附壁下降的粒子流。被夹带出炉膛的的粒子气固混合物进入高温分离器。大量的固体物料包括煤粒和脱硫剂，被分离的极细粒子随烟气进入尾部烟道，进一步对受热面、

20、空气预热器等放热冷却，经除尘器由引风机送入烟囱排入大气。循环流化床锅炉工作原理图图三第三章 物料循环燃烧系统循环流化床锅炉物循环燃烧系统由布风装置、燃烧室、气固分离器、回料装置、点火装置等设备组成。其中燃烧室、分离器及回料装置被称为循环流化床锅炉的颗粒循环回路，又称主回路，是其结构上能够区别于其它锅炉的明显特征，是循环流化床炉独具特色的系统。对于300MW的大型流化床锅炉外置式换热器也成了必须。循环流化床锅炉简图图四第一节 炉膛及布风装置燃烧室也叫炉膛，是供应燃料的地方。它是由炉墙和水冷壁围成的空间，燃料在这种特定的空间呈流化状态燃烧。循环流化床的炉膛结构及其参数包括一下几个方面：炉膛的结构尺

21、寸，包括炉膛的截面尺寸，炉膛高度等；炉膛内受热面的布置；炉膛内各种开口的结构及位置；布风装置等。1.炉膛的形状及结构尺寸目前最常见的炉膛结构是立式方型炉膛，其横截面形状通常为矩形，这种布置特点在于可以方便的在炉膛中布置水冷壁受热面，另外制造工艺简单，在大型锅炉中普遍应用。炉膛的横截面积决定了运行风速的大小和锅炉低负荷运行的下限。一般循环流化床锅炉都要求在30负荷时能不投油稳定燃烧，因此在30负荷时，炉内实际运行风速应确保炉膛地部区域处于良好鼓泡流化状态。若炉膛截面积太大，则在低负荷时，为维持炉内流化状态的最小流化风量仍很大，使床温不易稳定在800以上；若过小，则在正常运行时，由于风速过高，床层

22、阻力较大，风机电耗增大。一般来说，300MW级循环流化床锅炉，炉膛上部烟气流速大约在56 m/s的范围内。炉膛的高度是循环流化床设计的一个关键参数，炉膛越高，炉膛的钢架就越高，炉膛的造价也就越高。因此，在满足锅炉和炉膛的要求的情况下，应尽可能的降低炉膛高度。一般来说，循环流化床锅炉的炉膛高度与一下因素有关：(1)分离器不能搜集的细分在炉膛内一次通过时的燃尽率；(2)炉内能否布置下全部蒸发受热面；(3)返料机构料腿一侧能否建立足够的静压头;(4)脱硫所需最短气体停留时间；(5)循环流化床锅炉尾部烟道是否有足够高度布置全部对流受热面；(6)炉内蒸发受热面能否产生足够的自然水循环动力。循环流化床锅炉

23、的炉膛高度通常是根据常规媒粉炉的炉膛高度确定一个数值，看布置受热面是否足够，然后考虑分离器的切割直径，再跟据上述（1）的要求考虑固体颗粒的燃尽和其他条件。大型循环流化床锅炉的炉膛高度（从布风板到炉膛顶棚管）一般在3035米左右，以保证烟气在炉内停留时间大于5s。2.炉膛受热面布置在循环流化床锅炉炉膛上二次风口以上至出口烟窗，属于炉膛上部区域这一区域中主要是布置各种受热面，炉膛面积不再发生变化。这一区域中布置的受热面一共有三种：第一、膜式水冷壁。它是循环流化床锅炉的炉膛内的主要蒸发受热面。采用膜式水冷壁有两大好处：一是保证炉膛密封，防止炉膛内正压烟气漏出；二是减轻炉膛重量，便于悬吊。第二、翼墙受

24、热面，它布置在炉墙内。在锅炉增加容量时蒸汽的压力和温度也随之升高，给水温度也升高。，此时给水加热和蒸汽过热的吸热比例上升，蒸发吸热比例下降。如不设置外置式热交换器，则炉膛内只布置蒸发受热面已无法维持炉膛温度（炉膛会超温），因此也需要将部分过热器布置在炉膛内。翼墙管一般布置在炉膛出口烟窗的对面水冷壁炉墙上，以避免烟气横向冲刷带来的剧烈磨损。第三、管受热面才前后墙横穿水冷壁，重量由前、后墙水冷壁承担。3. 炉膛开孔炉膛上有各种功能的门孔,如给煤口,回料口,排渣口,二次风口,炉膛烟气出口,检修人孔,有的锅炉还有油枪口,石灰石给入口,冷渣器回风口等,总开孔数少的有十几个,多的达几十个.因为流化床炉膛在

25、运行时呈正压状态,所以密封要求较高,否则会导致物料和烟气外冒,污染厂区环境,并且威胁人身安全.因此流化床锅炉炉膛上开口数量应尽可能少,而且运行时要求各门孔关闭严密.4.为了减轻水冷壁受热面的磨损,在炉膛下部密相区水冷壁内侧衬有耐磨耐火材料,厚度一般小于500mm,高度根据炉膛大小和流化状态来确定,一般在26m范围内.5.布风装置布风装置是炉膛底部支撑物料并分配一次风的装置.目前硫化床锅炉采用的布风装置主要是风帽式的,由风室,花板,风帽和隔热层组成.工作过程:由风机送入的空气从位于布风板下部的风室通过底部的通道,从风帽上部径向分布的小孔流出,由于小孔的总截面积远小于布风板面积.因此气流在小孔出口

26、处取得远大于按布风板面积计算的空塔气流速度.从风帽小孔中喷出的气流具有较高的速度和动能,进入床层底部,使风帽周围和风帽顶部产生强烈扰动,并形成气垫层,使床料中煤粒与空气均匀混合,强化了气固间热质交换过程,延长了煤粒在床内的停留时间,建立了良好的流化状态.布风装置的结构设计,布风形式及风帽分布对锅炉燃烧,物料掺混,炉内传热都起着重要作用.因此,对布风装置的要求是:能均匀密集的分配气流，避免在布风板上面形成滞留区。能使布风板上的床料与空气产生强烈的混合和扰动，要求风貌小孔出口气流具有较大动能空气通过布风板的阻力损失不能太大，但又需要一定阻力，以消除床料流化时的不稳定性。具有足够的强度和刚度，能支撑

27、自身和床料的重量，压火时防止风板受热变形，风帽不烧损，并考虑到修理清渣方便。具有一定的防磨能力，并有效防止床料倒流进入风室.布风装置结构及组成：1.风帽循环流化床锅炉的风帽是燃烧系统中的重要附件。风帽安装在布风板上，它的主要作用是将流化燃料所需要的风均匀地送入炉膛，如果风帽磨损或风帽堵孔后过热，就会使风帽损坏，造成布风不均匀，正常流化状态被破坏，风室严重积渣，风帽，炉膛磨损严重，流化床结焦等事故，危及运行的安全，同时也会导致厂用电升高，炉膛效率下降，影响经济运行。随着循环流化床锅炉的发展，出现了多种结构形式流化风帽。如小孔风帽，导向风帽，猪尾形风帽，T形风帽，钟罩式风帽2.布风板布风板的作用。

28、流化床锅炉燃烧室下部的炉箕被称为布风板。 1）支撑炉内燃料，形成封闭炉膛，防止物料漏出； 2）给通过布风板的气流以一定风流化物料，使在布风板上具有均匀的气流速度分布，合理分配一次风，使通过布风板及风帽的一次风流化物料，使之达到良好的流化状态。布风板结构及形式。风帽式布风板是否进行冷却分为两大类：非水冷式布风板和水冷式布分板。3.风室与风道为了使布风板上方的气流速度能够分布均匀，为均匀稳定的流化床层具有一定的阻力。气流阻力的大小是与布风板下风室中的气流分布不均匀性成正比的，因此应使风室中的气流能够在出口有较好的分布，以便在一定的布风板压降下使布风板上的气流分布更为均匀。风室的布置就是围绕上述目的

29、而进行的，一般要求满足下述三点：(1)具有一定的强度，刚度及严密行，在运行条件下不变形，不漏风：(2)具有一定的容积使之具有一定的稳压作用。消除进口风速对气流速度分布不均匀性的影响；(3)具有一定的导流作用，尽可能的避免形成死角与涡流区。4.小孔风速与布风板开孔率 从风帽小孔喷出的空气速度称为小孔风速，是布风装置设计的一个重要参数。小孔风速越大，气流对床层底部颗粒的冲击越大，扰动就越强烈，从而有利于粗颗粒的流化，热交换就越好，冷渣含碳量就可以降低，且在低负荷时仍可稳定运行，负荷调节范围较大。但风帽小孔风速越大，风帽阻力增加，所需风机压头增大，将使风机电耗增加。反之，小孔风速过低，容易造成粗颗粒

30、沉积，底部流化不良，冷渣含碳量增大，尤其当负荷降时，往往不能稳定运行，造成结渣灭火。所以，小孔风速的选择，应根据燃煤特性，颗粒分特性，负荷调节范围和风机电耗等全面终合考虑。根据经验，对粒度为010mm的燃煤，一般取小孔风速为3540m/s；而对于粒度为08mm的燃煤，一般小孔风速为3035m/s; 对相对密度的煤种取高限，相对密度小的取低限。第二节 点火装置流化床中从点火燃底料到正常燃烧是一个动态过程，燃用的通常又是难以着火的劣质煤，因此流化床的点燃要比煤粉的点燃或层燃炉；对大面积流化床采用分床结构，以便于点火床均匀地布风并加热底料；使用严密的快速风门和调节特性较好的调节门，以利于风量控制等。

31、掌握了它们的制约关系，就可以在每次点火中煤块的点燃困难得多。流化床锅炉点火方式与煤粉炉锅炉不同。它是先将床料加热至燃料所需的最低温度以上，然后用床料加热给入的燃料，使燃料稳定燃烧。在流化床结构设计时就要考虑有利于点火操作，例如采用合适的布风结构使整个床面布风均匀启动时针对具体情况采取相应措施，使点火成功，一般点火启动过程可分成三个阶段： 1.床料加热。用外来燃料作热源，床料从室温加热到投煤可以燃烧的温度。2.试投燃料。床料达到一定温度后，试投燃料，观察是否着火，并用燃料燃烧放热进一步使床温上升。3.过度到正常运行。用风量控制床温，并适时给煤，调节好风煤比，逐步渡到正常运行参数。加热床料的方法有

32、固定床点火和流化床点火。循环流化床锅炉的点火方式主要是流态化点火，即燃料先不给入，启动风机，在流化的状态下将惰性床料加热到燃烧所需的最低温度，然后投入固体燃料，使燃料着火，燃烧。随着固体燃料的不断投入，床温不断增加，相应的减少启动燃烧器的燃油量，直至最后停止启动燃烧器的运行，并将床温稳定在850900C的范围内。流态化状态下被加热，效率高，加热均匀，不易结焦。流态化点火又分为床上点火和床下点火。所谓床上点火和床下点火，是以布风板为界，在布风板上部点火加热床料就为床上点火；在布风板下部点火，通过烟气加热床料为床下点火。此外还有一台锅炉同时具有床上点火装置和床下点火装置的联合启动方式。与三种点火方式相对应的燃烧器主要有三种不同的布置方式，既床上布置，床下布置，床上加床下布置。第三节 气固分离器气固分离器是CFB系统的核心部件之一。其之所以关键，从运行机理