1、第五章第五章 循环流化床循环流化床(CFB)燃煤锅炉燃煤锅炉5.1 CFB锅炉的基本原理和特点锅炉的基本原理和特点5.2 CFB锅炉的构成和类型锅炉的构成和类型5.3 CFB燃烧与污染控制燃烧与污染控制5.4 CFB锅炉的传热锅炉的传热5.5 CFB锅炉燃烧产物和热效率计算锅炉燃烧产物和热效率计算5.6 CFB锅炉的设计特点锅炉的设计特点5.7 CFB锅炉的运行控制特点锅炉的运行控制特点5.8 CFB锅炉的主要辅机设备及其特点锅炉的主要辅机设备及其特点5.9 CFB锅炉脱硫灰渣的特性和综合利用锅炉脱硫灰渣的特性和综合利用补充：补充：循环流化床锅炉发展现状循环流化床锅炉发展现状5.1 CFB锅炉
2、的基本原理和特点锅炉的基本原理和特点一、一、流态化描述及其性质流态化描述及其性质二、二、循环流化床燃烧原理循环流化床燃烧原理三、三、循环流化床锅炉的主要优点循环流化床锅炉的主要优点四、四、循环流化床锅炉的存在问题循环流化床锅炉的存在问题返回返回一、流态化描述及其性质一、流态化描述及其性质n当气体自下而上穿过固体颗粒组成的床层时，床层将依气体流速当气体自下而上穿过固体颗粒组成的床层时，床层将依气体流速的不断增大，依次经历的不断增大，依次经历固定床固定床、鼓泡流态化鼓泡流态化、湍流流态化湍流流态化、快速快速流态化流态化及及气力输送气力输送状态。状态。返回返回（一）最小流化速度和鼓泡流化床阶段（一）
3、最小流化速度和鼓泡流化床阶段n最小流化速度也叫最小流化速度也叫临界流化速度临界流化速度，是床层从固定床转变到流化床的，是床层从固定床转变到流化床的气体流速。此时，流体流过床层的压降与单位床截面上床层颗粒质气体流速。此时，流体流过床层的压降与单位床截面上床层颗粒质量相等，即床层颗粒全部由向上流过的气体的升举力所承托。量相等，即床层颗粒全部由向上流过的气体的升举力所承托。n处于流态化的床层可以像流体一样具有流动性。处于流态化的床层可以像流体一样具有流动性。n最小流化速度可以根据有关理论公式计算，也可根据实际测量得到最小流化速度可以根据有关理论公式计算，也可根据实际测量得到n公式方法有多种，最常用的
4、是根据公式方法有多种，最常用的是根据Ergun公式公式来确定：来确定：Ergun根据根据大量实验得出了固定床压降经验关联式，在由固定床向流化床转变大量实验得出了固定床压降经验关联式，在由固定床向流化床转变的临界点，该公式仍然适用。另外，在临界流化状态时根据受力分的临界点，该公式仍然适用。另外，在临界流化状态时根据受力分析床层压降应该等于床层重量，两式联立可以解出临界流化速度。析床层压降应该等于床层重量，两式联立可以解出临界流化速度。gHppmfmf)(1(pmfmfmfpmfmfmfmfduduHp222321)1(75.1150n在公式中需要确定床层的临界孔隙率，该值可通过实验方法确定。在公
5、式中需要确定床层的临界孔隙率，该值可通过实验方法确定。n对于宽筛分颗粒，在公式中的粒径采用平均粒径。对于宽筛分颗粒，在公式中的粒径采用平均粒径。n如由实验方法确定，需要做出固定床压降与气体流速的关系。对如由实验方法确定，需要做出固定床压降与气体流速的关系。对于单一粒径颗粒组成的床层，其最小流化速度的确定如图所示于单一粒径颗粒组成的床层，其最小流化速度的确定如图所示n对于宽筛分颗粒组成的床层，床层压降随气体流速的变化关系与对于宽筛分颗粒组成的床层，床层压降随气体流速的变化关系与单一粒径颗粒时有所差别，此时临界流化速度确定方法见图。单一粒径颗粒时有所差别，此时临界流化速度确定方法见图。n当气体流速
6、大于最小流化速度时，床层进入鼓泡当气体流速大于最小流化速度时，床层进入鼓泡流态化阶段。床内有流态化阶段。床内有气泡相气泡相和和乳化相乳化相两种形态。两种形态。高于最小流化的那部分气体以气泡的形式通过床高于最小流化的那部分气体以气泡的形式通过床层，床层的平均孔隙率增大。气速越高，气泡造层，床层的平均孔隙率增大。气速越高，气泡造成的床层扰动也越强烈，床层压降波动加剧，床成的床层扰动也越强烈，床层压降波动加剧，床层表面起伏明显。层表面起伏明显。n在鼓泡流化床状态中，在鼓泡流化床状态中，气泡的存在对床内的气固气泡的存在对床内的气固两相流体动力学特性、传热传质特性以及化学反两相流体动力学特性、传热传质特
7、性以及化学反应特性具有直接的影响应特性具有直接的影响。研究气泡的形状、尺寸、。研究气泡的形状、尺寸、上升速度、气泡的生成速度以及稳定性等对研究上升速度、气泡的生成速度以及稳定性等对研究流化床反应装置的工作特性具有非常重要的意义。流化床反应装置的工作特性具有非常重要的意义。n鼓泡流化床锅炉、循环流化床锅炉中的外置式换鼓泡流化床锅炉、循环流化床锅炉中的外置式换热器均工作在鼓泡流化床状态下。热器均工作在鼓泡流化床状态下。返回返回（二）湍流流化床阶段（二）湍流流化床阶段n在床层进入鼓泡流化床状态后，如果继续增加气体流速到某一值在床层进入鼓泡流化床状态后，如果继续增加气体流速到某一值后，床层进入湍流流态
8、化阶段。此时，床内气泡直径较小，数量后，床层进入湍流流态化阶段。此时，床内气泡直径较小，数量较多，气泡边界较为模糊或不规则。较多，气泡边界较为模糊或不规则。n在湍流流态化阶段，气固混合与接触比鼓泡流化床更强烈，流化在湍流流态化阶段，气固混合与接触比鼓泡流化床更强烈，流化质量更好，床层表面起伏较小。质量更好，床层表面起伏较小。n鼓泡流化床与湍流流化床的界限划分并不是很明确。鼓泡流化床与湍流流化床的界限划分并不是很明确。返回返回（三）快速流化床阶段（三）快速流化床阶段n对于细颗粒流化床（颗粒均径在对于细颗粒流化床（颗粒均径在20-100微米，气固密度差小于微米，气固密度差小于1400kg/m3），
9、当气速继续增加到颗粒终端（沉降）速度后，湍流流），当气速继续增加到颗粒终端（沉降）速度后，湍流流态化会进一步发展进入快速流态化阶段。态化会进一步发展进入快速流态化阶段。n颗粒在静止流体中以初速度为颗粒在静止流体中以初速度为0做自由下落，当下落速度增至某一数值做自由下落，当下落速度增至某一数值时，颗粒所受重力、阻力和浮力之间达到平衡，此后颗粒以允速向下运时，颗粒所受重力、阻力和浮力之间达到平衡，此后颗粒以允速向下运动，该速度便称为动，该速度便称为颗粒沉降速度颗粒沉降速度。n若颗粒处于垂直向上气流中，当流速等于颗粒沉降速度时颗粒处于悬浮若颗粒处于垂直向上气流中，当流速等于颗粒沉降速度时颗粒处于悬浮
10、状态，若流速大于颗粒沉降速度，颗粒将被气流携带向上运动。状态，若流速大于颗粒沉降速度，颗粒将被气流携带向上运动。n颗粒沉降速度可通过实验或经验公式确定。颗粒沉降速度可通过实验或经验公式确定。n在快速流态化阶段，颗粒带出量大增，必须连续不断地向床层底部在快速流态化阶段，颗粒带出量大增，必须连续不断地向床层底部补充与带出速率相同质量的颗粒，才能形成稳定的快速流态化状态。补充与带出速率相同质量的颗粒，才能形成稳定的快速流态化状态。n在快速流态化状态，密相区与稀相区床层界面不再明晰。由鼓泡床在快速流态化状态，密相区与稀相区床层界面不再明晰。由鼓泡床中的固相为连续相、气泡为离散相变为气相为连续相，以絮状
11、结构中的固相为连续相、气泡为离散相变为气相为连续相，以絮状结构存在的颗粒团为离散相。存在的颗粒团为离散相。n快速流态化中床上部的固体颗粒浓度相比鼓泡床大大增加，快速流态化中床上部的固体颗粒浓度相比鼓泡床大大增加，因此提高了上部空间的利用效率，对反应装置的大型化带来因此提高了上部空间的利用效率，对反应装置的大型化带来了很大的优势。处于快速流态化状态下的流化床也称循环流了很大的优势。处于快速流态化状态下的流化床也称循环流化床。化床。n实现快速流态化必须满足实现快速流态化必须满足三个条件三个条件：运行风速大于颗粒的终：运行风速大于颗粒的终端沉降速度；有足够大的颗粒循环速率；有合适的颗粒物性端沉降速度
12、；有足够大的颗粒循环速率；有合适的颗粒物性和床层结构。和床层结构。返回返回（四）气力输送阶段（四）气力输送阶段n气力输送状态的产生条件从气流速度上与快速流态化状态没有本质的气力输送状态的产生条件从气流速度上与快速流态化状态没有本质的差别，都是大于颗粒的终端沉降速度。两者产生条件的差别在于床层差别，都是大于颗粒的终端沉降速度。两者产生条件的差别在于床层底部的颗粒存料量及物料循环量。如果颗粒底部的存料量较多、物料底部的颗粒存料量及物料循环量。如果颗粒底部的存料量较多、物料循环量较大，则处于快速流态化状态；如果没有存料量、物料循环量循环量较大，则处于快速流态化状态；如果没有存料量、物料循环量较小，进
13、入床层的颗粒全部被带走，则处于气力输送状态。较小，进入床层的颗粒全部被带走，则处于气力输送状态。n但颗粒在床内的运动状态，两者截然不同。快速流态化中，絮状颗粒但颗粒在床内的运动状态，两者截然不同。快速流态化中，絮状颗粒团不断的在生成和破坏，颗粒的返混量很大，气固之间有很高的气固团不断的在生成和破坏，颗粒的返混量很大，气固之间有很高的气固滑移速度；气力输送状态时，颗粒几乎没有返混，气固之间的两相滑滑移速度；气力输送状态时，颗粒几乎没有返混，气固之间的两相滑移速度也几乎为零。移速度也几乎为零。返回返回二、循环流化床燃烧原理二、循环流化床燃烧原理n燃料在处于循环流化床状燃料在处于循环流化床状态下的燃
14、烧称为态下的燃烧称为循环流化循环流化床燃烧床燃烧，其主要特征为携，其主要特征为携带燃料的大量高温固体颗带燃料的大量高温固体颗粒物料边循环流动边燃烧。粒物料边循环流动边燃烧。n采用循环流化床燃烧方式采用循环流化床燃烧方式的锅炉称为的锅炉称为循环流化床锅循环流化床锅炉炉，其燃烧系统结构如图，其燃烧系统结构如图所示。所示。n主要由惰性固体颗粒组成的物主要由惰性固体颗粒组成的物料在气流的作用下在炉膛内处料在气流的作用下在炉膛内处于快速流态化状态，并进行燃于快速流态化状态，并进行燃烧；烧；n被带出炉膛的颗粒绝大部分被被带出炉膛的颗粒绝大部分被分离器分离下来，经由回料机分离器分离下来，经由回料机构返回炉膛
15、底部，其中的可燃构返回炉膛底部，其中的可燃部分继续燃烧；部分继续燃烧；n烟气从分离器出来后进入尾部烟气从分离器出来后进入尾部对流换热面对流换热面返回返回三、循环流化床锅炉的主要优点三、循环流化床锅炉的主要优点CFB 锅炉的主要优点包括锅炉的主要优点包括燃料适应性好燃料适应性好、燃烧效率高燃烧效率高、流化床内的传热过程强度高流化床内的传热过程强度高、容易实现低污染燃烧容易实现低污染燃烧、锅锅炉设备占地面积少炉设备占地面积少、负荷调节性能好负荷调节性能好、灰渣综合利用性灰渣综合利用性能好能好等。等。返回返回1）燃料适应性好。燃料适应性好。炉料中炉料中95%左右为惰性颗粒，如灰渣或石英砂，只有左右为
16、惰性颗粒，如灰渣或石英砂，只有5%左右为可燃的燃料。因此，炉膛蓄热量大，燃料左右为可燃的燃料。因此，炉膛蓄热量大，燃料的燃烧条件好，对燃料种类的适应性好。的燃烧条件好，对燃料种类的适应性好。可以使用劣质煤、煤矸石、油页岩、石油焦、生物质可以使用劣质煤、煤矸石、油页岩、石油焦、生物质以及各种垃圾等燃料。以及各种垃圾等燃料。循环流化床锅炉燃料适应性好的特点是相对的。根据循环流化床锅炉燃料适应性好的特点是相对的。根据某一特定燃料设计的锅炉也并不能高效地去燃用其它某一特定燃料设计的锅炉也并不能高效地去燃用其它性质相差较大的燃料。性质相差较大的燃料。返回返回2）燃烧效率高。燃烧效率高。大量高温惰性床料再
17、加上一次未燃尽燃料的循环燃烧，大量高温惰性床料再加上一次未燃尽燃料的循环燃烧，使得锅炉燃烧效率很高，可达使得锅炉燃烧效率很高，可达99%以上。与煤粉炉相以上。与煤粉炉相当，高于鼓泡床锅炉。当，高于鼓泡床锅炉。返回返回（3）流化床内的传热过程强度较高流化床内的传热过程强度较高。一般在一般在150-450w/(m2.K)范围内，这使得炉内的传范围内，这使得炉内的传热面积可以减少。但由于磨损的问题，一般受热面的热面积可以减少。但由于磨损的问题，一般受热面的金属消耗量并不比同容量的煤粉锅炉低，甚至还要略金属消耗量并不比同容量的煤粉锅炉低，甚至还要略高。高。返回返回（4）容易实现低污染燃烧。容易实现低污
18、染燃烧。炉内燃烧温度一般为炉内燃烧温度一般为850-950度左右，处于低温燃烧度左右，处于低温燃烧状态，因此有利于燃烧污染物的控制。相比传统煤粉状态，因此有利于燃烧污染物的控制。相比传统煤粉炉的高温燃烧，较低的燃烧温度加上分级燃烧的组织炉的高温燃烧，较低的燃烧温度加上分级燃烧的组织可以减少氮氧化物排放的一半以上。可以减少氮氧化物排放的一半以上。低温燃烧的条件适合直接在炉内添加石灰石脱硫剂，低温燃烧的条件适合直接在炉内添加石灰石脱硫剂，从而实现了燃烧过程中的脱硫。相比煤粉炉的尾部烟从而实现了燃烧过程中的脱硫。相比煤粉炉的尾部烟气脱硫，设备投资、运行费用及运行管理等都要好的气脱硫，设备投资、运行费
19、用及运行管理等都要好的多。多。返回返回（5）锅炉设备占地面积少。锅炉设备占地面积少。由于流化床锅炉对燃料粒径的要求为由于流化床锅炉对燃料粒径的要求为0-13mm范围，范围，因此不需要煤粉炉那样庞大的制粉系统。另外也不需因此不需要煤粉炉那样庞大的制粉系统。另外也不需要单独的脱硫系统，因此占地面积相对较少。要单独的脱硫系统，因此占地面积相对较少。返回返回（6）负荷变化范围大，锅炉调节特性好。负荷变化范围大，锅炉调节特性好。由于炉内具有很大的蓄热量，因此锅炉可以通过调整由于炉内具有很大的蓄热量，因此锅炉可以通过调整燃煤量、送风量、飞灰循环量和床层厚度等措施在较燃煤量、送风量、飞灰循环量和床层厚度等措
20、施在较低的负荷下实现稳定的运行。低的负荷下实现稳定的运行。返回返回（7）流化床锅炉的灰渣综合利用性能好。流化床锅炉的灰渣综合利用性能好。因为该炉渣是低温烧透得到的，炉渣活性好，可以用因为该炉渣是低温烧透得到的，炉渣活性好，可以用来做建筑材料。来做建筑材料。返回返回四、循环流化床锅炉的存在问题四、循环流化床锅炉的存在问题（1）飞灰含碳量仍比煤粉炉要高。）飞灰含碳量仍比煤粉炉要高。（2）对固体颗粒分离设备的效率、耐高温以及耐磨性能要求较高）对固体颗粒分离设备的效率、耐高温以及耐磨性能要求较高（3）锅炉系统烟风阻力较大，一次风的压头要求较高，需要采用高）锅炉系统烟风阻力较大，一次风的压头要求较高，需
21、要采用高压风机，因此厂用电消耗量较高。压风机，因此厂用电消耗量较高。（4）锅炉受热面磨损严重，影响了锅炉运行的安全性和可靠性。）锅炉受热面磨损严重，影响了锅炉运行的安全性和可靠性。（5）燃烧控制系统比较复杂，运行技术也与煤粉炉有很大的差别。）燃烧控制系统比较复杂，运行技术也与煤粉炉有很大的差别。（6）燃烧过程中的）燃烧过程中的N2O生成量较高。生成量较高。返回返回5.2 CFB锅炉的构成和类型锅炉的构成和类型一、一、循环流化床锅炉的构成循环流化床锅炉的构成二、二、循环流化床锅炉的类型循环流化床锅炉的类型返回返回一、循环流化床锅炉的构成一、循环流化床锅炉的构成n典型的带外置换热器的循环流化床锅炉
22、系统构成如图所示。循环流化床典型的带外置换热器的循环流化床锅炉系统构成如图所示。循环流化床锅炉与常规煤粉炉相比，差别在于燃烧系统部分，尾部对流受热面部分锅炉与常规煤粉炉相比，差别在于燃烧系统部分，尾部对流受热面部分基本相同。基本相同。n循环流化床锅炉的燃烧系统包括循环流化床锅炉的燃烧系统包括炉膛炉膛、布风板布风板、气固分离装置气固分离装置、飞灰回飞灰回送装置送装置等，有的炉型还包括等，有的炉型还包括外部流化床换热器外部流化床换热器。返回返回1、燃烧室（炉膛）、燃烧室（炉膛）n燃烧室是燃料燃烧的主要区域，该空间按照物料浓度高低可分为燃烧室是燃料燃烧的主要区域，该空间按照物料浓度高低可分为两部分，
23、下部分为颗粒浓度较高的两部分，下部分为颗粒浓度较高的密相区密相区，上部分为颗粒浓度较，上部分为颗粒浓度较低的低的稀相区稀相区。n密相区区域设置密相区区域设置飞灰回送返料口飞灰回送返料口、给煤口给煤口、排渣口排渣口等，同时也布等，同时也布置置部分受热面部分受热面。n稀相区区域布置有稀相区区域布置有二次风口二次风口、炉膛出口炉膛出口等，同时主要布置等，同时主要布置水冷壁水冷壁受热面受热面以及屏式以及屏式过热蒸汽受热面过热蒸汽受热面。返回返回2、布风板、布风板n布风板位于燃烧室的底部，将下部的风室与炉膛隔开。目前一般布风板位于燃烧室的底部，将下部的风室与炉膛隔开。目前一般布风板均采用布风板均采用水冷
24、布风板水冷布风板。n布风板的作用主要有两个：一是对固体颗粒物料起支撑作用；二布风板的作用主要有两个：一是对固体颗粒物料起支撑作用；二是通过它所具有的阻力来均布进入炉膛的一次风，从而使得床内是通过它所具有的阻力来均布进入炉膛的一次风，从而使得床内的固体颗粒能得到均匀的流化。的固体颗粒能得到均匀的流化。返回返回3、飞灰分离器、飞灰分离器n飞灰分离器是实现循环流化床燃烧的关键部件，可以将炉膛出口飞灰分离器是实现循环流化床燃烧的关键部件，可以将炉膛出口烟气流携带的固体颗粒中的绝大部分（烟气流携带的固体颗粒中的绝大部分（95%）分离下来，再通）分离下来，再通过返料器回送回炉膛内。过返料器回送回炉膛内。n
25、常用的是常用的是旋风分离器旋风分离器，其它还有，其它还有U型槽型槽以及以及百叶窗百叶窗等类型惯性分等类型惯性分离器。离器。返回返回4、飞灰回送装置、飞灰回送装置n也叫也叫返料器返料器，需要将分离下来的固体颗粒从压力较低的分离器出，需要将分离下来的固体颗粒从压力较低的分离器出口送回压力较高的炉膛内，并且同时防止燃烧室内的烟气反串进口送回压力较高的炉膛内，并且同时防止燃烧室内的烟气反串进入分离器中，这主要靠料腿内足够高度的物料来实现。另外返料入分离器中，这主要靠料腿内足够高度的物料来实现。另外返料器还需要能根据需要调整进入床内的返料量。器还需要能根据需要调整进入床内的返料量。n为了保证返料阀能在高
26、温下正常工作，一般均采用非机械阀，靠为了保证返料阀能在高温下正常工作，一般均采用非机械阀，靠松动风和流化空气来实现物料的回送和流量调整。常用的是松动风和流化空气来实现物料的回送和流量调整。常用的是流化流化密封阀密封阀，其它还有，其它还有L阀、阀、J阀等。阀等。返回返回5、外部流化床热交换器、外部流化床热交换器(EHE)n对于对于Lurgi炉型，一般都带有外置式换热器，主要作用是控制回炉型，一般都带有外置式换热器，主要作用是控制回送入燃烧室内物料的温度，因此实现控制炉膛温度的作用。送入燃烧室内物料的温度，因此实现控制炉膛温度的作用。n外置式换热器本质上是一个鼓泡流化床热交换器，可以通过控制外置式
27、换热器本质上是一个鼓泡流化床热交换器，可以通过控制进入外置换热器的物料的流量来控制床温。进入外置换热器的物料的流量来控制床温。返回返回二、循环流化床锅炉的类型二、循环流化床锅炉的类型1、按所采用的分离器类型分类按所采用的分离器类型分类2、按分离器的工作温度分类按分离器的工作温度分类3、按有无外置式换热器分类按有无外置式换热器分类4、按固体颗粒物料的循环倍率分类按固体颗粒物料的循环倍率分类返回返回1、按所采用的分离器类型分类、按所采用的分离器类型分类1）旋风分离型循环流化床锅炉）旋风分离型循环流化床锅炉2）惯性分离型循环流化床锅炉）惯性分离型循环流化床锅炉3）炉内卧式分离型循环流化床锅炉）炉内卧
28、式分离型循环流化床锅炉4）炉内漩涡性分离型循环流化床锅炉）炉内漩涡性分离型循环流化床锅炉5）组合分离型循环流化床锅炉）组合分离型循环流化床锅炉n目前目前得到广泛应用的主要是前两种类型及组合分离型得到广泛应用的主要是前两种类型及组合分离型返回返回2、按分离器的工作温度分类、按分离器的工作温度分类1）高温分离型循环流化床锅炉）高温分离型循环流化床锅炉2）中温分离型循环流化床锅炉）中温分离型循环流化床锅炉3）低温分离型循环流化床锅炉（适合鼓泡床）低温分离型循环流化床锅炉（适合鼓泡床）4）组合分离型循环流化床锅炉（两级分离）组合分离型循环流化床锅炉（两级分离）n目前一般采用的是高温分离型目前一般采用的
29、是高温分离型，如，如Lurgi公司产品，公司产品，Ahltrom公公司的司的pyroflow型锅炉。德国型锅炉。德国Babcock公司的公司的Circofluid型为中温型为中温分离型锅炉，分离器出口温度为分离型锅炉，分离器出口温度为450度左右。度左右。德国德国Babcock公司的公司的 Circofluid型为中温分离型锅炉型为中温分离型锅炉返回返回3、按有无外置式换热器分类、按有无外置式换热器分类1）有外置式换热器循环流化床锅炉）有外置式换热器循环流化床锅炉2）无外置式换热器循环流化床锅炉）无外置式换热器循环流化床锅炉返回返回4、按固体颗粒物料的循环倍率分类、按固体颗粒物料的循环倍率分类
30、1）低倍率循环流化床锅炉，物料循环倍率为）低倍率循环流化床锅炉，物料循环倍率为1-52）中倍率循环流化床锅炉，物料循环倍率为）中倍率循环流化床锅炉，物料循环倍率为6-203）高倍率循环流化床锅炉，物料循环倍率为）高倍率循环流化床锅炉，物料循环倍率为20-40投煤量循环物料量csFFR物料循环倍率定义为：物料循环倍率定义为：n对循环流化床锅炉，随循环倍率的增加，燃烧和脱硫效率会增加。对循环流化床锅炉，随循环倍率的增加，燃烧和脱硫效率会增加。但同时锅炉动力消耗及磨损也随之增加。但同时锅炉动力消耗及磨损也随之增加。n国外循环流化床锅炉一般采用较高循环倍率，主要和使用的燃料国外循环流化床锅炉一般采用较
31、高循环倍率，主要和使用的燃料性质及提高脱硫效率有关。性质及提高脱硫效率有关。返回返回5.3 CFB燃烧与污染控制燃烧与污染控制一、一、循环流化床燃烧的特点循环流化床燃烧的特点二、二、循环流化床中煤的燃烧机理循环流化床中煤的燃烧机理三、三、影响流化床内煤燃烧过程的因素影响流化床内煤燃烧过程的因素四、四、流化床锅炉燃烧的污染物控制流化床锅炉燃烧的污染物控制返回返回一、循环流化床燃烧的特点一、循环流化床燃烧的特点n在循环流化床锅炉中，对带高温分离器的炉型，煤的燃烧发生在在循环流化床锅炉中，对带高温分离器的炉型，煤的燃烧发生在密相区、稀相区以及高温分离器中。密相区、稀相区以及高温分离器中。n其中密相区
32、由于一次风量一般仅占总风量的其中密相区由于一次风量一般仅占总风量的40-80%，进行的是，进行的是还原燃烧还原燃烧；n在稀相区氧气比较充分，处于在稀相区氧气比较充分，处于氧化燃烧阶段氧化燃烧阶段；n在高温气固分离器内，由于氧气浓度较低，因此只是部分可燃性在高温气固分离器内，由于氧气浓度较低，因此只是部分可燃性气体和分离下来的细灰中的可燃物在此燃烧，燃烧份额通常较小。气体和分离下来的细灰中的可燃物在此燃烧，燃烧份额通常较小。n相比煤粉炉的燃烧，循环流化床锅炉的燃烧具有相比煤粉炉的燃烧，循环流化床锅炉的燃烧具有强化燃烧强化燃烧、循环循环燃烧燃烧和和低温低污染燃烧低温低污染燃烧的特点。的特点。返回返
33、回二、循环流化床中煤的燃烧机理二、循环流化床中煤的燃烧机理n煤颗粒的燃烧一般要经过煤颗粒的燃烧一般要经过加热升温加热升温、释放水分释放水分、挥发分析出及燃挥发分析出及燃烧烧、焦炭颗粒的燃烧焦炭颗粒的燃烧等过程。等过程。n在流化床锅炉中，由于物料的返混非常强烈，因此，煤颗粒燃烧在流化床锅炉中，由于物料的返混非常强烈，因此，煤颗粒燃烧的各个阶段在燃烧室内各处交替进行，同时发生。不像煤粉炉或的各个阶段在燃烧室内各处交替进行，同时发生。不像煤粉炉或层燃炉那样能划分出比较明显的不同反应区域。层燃炉那样能划分出比较明显的不同反应区域。返回返回三、影响流化床内煤燃烧过程的因素三、影响流化床内煤燃烧过程的因素
34、1、床温。床温。理论上床温越高，煤的燃烧反应速度越快。但床温太高会影响理论上床温越高，煤的燃烧反应速度越快。但床温太高会影响脱硫剂的脱硫反应效果，增加热力型氮氧化物生成，并且也会使灰分脱硫剂的脱硫反应效果，增加热力型氮氧化物生成，并且也会使灰分发生软化，从而增加床层结渣的危险。因此，一般流化床燃烧温度选发生软化，从而增加床层结渣的危险。因此，一般流化床燃烧温度选定为定为850-900度左右。度左右。2、通过控制锅炉、通过控制锅炉一二次风的比例一二次风的比例，不但可以控制炉膛内高度上温度的均，不但可以控制炉膛内高度上温度的均匀程度，而且也可以降低氮氧化物的生成量。匀程度，而且也可以降低氮氧化物的
35、生成量。3、停留时间停留时间。炉膛高度的增加对延长停留时间是有利的。另外，循环流。炉膛高度的增加对延长停留时间是有利的。另外，循环流化床锅炉通过实现循环燃烧增加了颗粒的停留时间，也提高了燃烧效化床锅炉通过实现循环燃烧增加了颗粒的停留时间，也提高了燃烧效率。率。4、流化床锅炉对燃煤颗粒的、流化床锅炉对燃煤颗粒的粒径分布粒径分布具有一定的要求，一般在具有一定的要求，一般在0-8mm范围内，具体要求和煤种及锅炉设计有关。颗粒太细或太粗都不好。范围内，具体要求和煤种及锅炉设计有关。颗粒太细或太粗都不好。5、另外，、另外，流化风速流化风速与与循环倍率循环倍率、煤的特性煤的特性、锅炉负荷锅炉负荷、床料中、
36、床料中惰性粒子惰性粒子的尺寸的尺寸、布风装置的设计布风装置的设计和和流化质量流化质量、给煤方式给煤方式等都将会对流化床的等都将会对流化床的燃烧产生影响。燃烧产生影响。返回返回四、流化床锅炉燃烧的污染物控制四、流化床锅炉燃烧的污染物控制23COCaOCaCO4222/1CaSOOSOCaO影响脱硫效率的因素主要包括影响脱硫效率的因素主要包括钙硫摩尔比钙硫摩尔比（Ca/S)、床层温度床层温度、脱硫剂的性能脱硫剂的性能及及石灰石颗粒的粒径石灰石颗粒的粒径等。等。影响脱氮效率的因素主要包括影响脱氮效率的因素主要包括床温床温及及燃烧过程的组织燃烧过程的组织等来实现等来实现返回返回5.4 CFB锅炉的传热
37、锅炉的传热一、一、流化床内传热的基本形式流化床内传热的基本形式二、二、鼓泡流化床层与受热面间传热的机理模型鼓泡流化床层与受热面间传热的机理模型三、三、影响鼓泡流化床床层与受热面传热的因素影响鼓泡流化床床层与受热面传热的因素四、四、影响循环流化床传热的因素影响循环流化床传热的因素返回返回一、流化床内传热的基本形式一、流化床内传热的基本形式n流化床内存在三种基本的传热方式：流化床内存在三种基本的传热方式：n流化床层间的有效传热流化床层间的有效传热。该传热过程非常强烈，比银的导热系数。该传热过程非常强烈，比银的导热系数还要高两个数量级，因此流化床层各部分间温度差别非常小。还要高两个数量级，因此流化床
38、层各部分间温度差别非常小。n颗粒与气体间的传热。颗粒与气体间的传热。该种传热主要是对流传热，在计算煤颗粒该种传热主要是对流传热，在计算煤颗粒在流化床中的着火燃烧过程时需要考虑。在流化床中的着火燃烧过程时需要考虑。n流化床层与受热面间的对流换热。流化床层与受热面间的对流换热。流化床锅炉设计的一个主要内流化床锅炉设计的一个主要内容就是确定炉内的受热面积，因此该种换热是流化床传热研究的容就是确定炉内的受热面积，因此该种换热是流化床传热研究的重点。重点。n流化床层与受热面间的传热规律非常复杂，目前有关理论也并不流化床层与受热面间的传热规律非常复杂，目前有关理论也并不成熟。下面将简要介绍流化床层与受热面
39、间的传热机理及主要影成熟。下面将简要介绍流化床层与受热面间的传热机理及主要影响因素。响因素。返回返回二、鼓泡流化床层与受热面间传热的机理模型二、鼓泡流化床层与受热面间传热的机理模型n流化床（密相区）内气固两相流与受热面间的换热过程包括三个流化床（密相区）内气固两相流与受热面间的换热过程包括三个子换热过程：子换热过程：固体颗粒团与换热面的换热过程，气体与换热面的固体颗粒团与换热面的换热过程，气体与换热面的换热过程，两相流与换热面的辐射换热换热过程，两相流与换热面的辐射换热。n总的换热量可以认为是这三个过程换热量相加得到。总换热系数总的换热量可以认为是这三个过程换热量相加得到。总换热系数可以表示为
40、：可以表示为：h=hpc+hgc+hrn各部分在不同条件下所占分额不同，辐射换热仅在床温高于各部分在不同条件下所占分额不同，辐射换热仅在床温高于800度时才考虑，一般情况下，由于流化床内颗粒浓度较高，颗粒团度时才考虑，一般情况下，由于流化床内颗粒浓度较高，颗粒团的对流换热系数较大，气体对流换热系数较小。的对流换热系数较大，气体对流换热系数较小。n气体对流换热系数和辐射换热系数的研究气体对流换热系数和辐射换热系数的研究相对比较简单，可按有关单相对流换热公相对比较简单，可按有关单相对流换热公式和有关辐射换热公式计算。式和有关辐射换热公式计算。n目前有关的研究重点是颗粒团对流换热系目前有关的研究重点
41、是颗粒团对流换热系数。比较公认的颗粒对流换热模型是数。比较公认的颗粒对流换热模型是颗粒颗粒团更新模型团更新模型，认为颗粒团与换热面换热后，认为颗粒团与换热面换热后又被新的颗粒团代替。但该模型中包含有又被新的颗粒团代替。但该模型中包含有一些难于确定的参数，仍然是一种机理模一些难于确定的参数，仍然是一种机理模型。型。返回返回三、影响鼓泡流化床与受热面传热的因素三、影响鼓泡流化床与受热面传热的因素n鼓泡流化床密相区与受热面间的传热系数与鼓泡流化床密相区与受热面间的传热系数与固体颗粒的粒径固体颗粒的粒径、颗颗粒及气体的热物性粒及气体的热物性、流化速度流化速度、床层温度床层温度和和受热面表面温度受热面表
42、面温度、受受热面的布置方式热面的布置方式等有关。等有关。返回返回四、影响循环流化床传热的因素四、影响循环流化床传热的因素n除了鼓泡床中的那些因素外，除了鼓泡床中的那些因素外，固体颗粒浓度固体颗粒浓度对循环流化床炉膛中对循环流化床炉膛中炉内对受热面的传热影响很大，两者基本成线性关系炉内对受热面的传热影响很大，两者基本成线性关系。返回返回5.5 CFB锅炉的燃烧产物和热效率计算锅炉的燃烧产物和热效率计算一、燃烧产物的计算一、燃烧产物的计算二、流化床锅炉的热效率二、流化床锅炉的热效率与煤粉炉不同的是，在锅炉各项热损失中，与煤粉炉不同的是，在锅炉各项热损失中，q6一般要比煤粉一般要比煤粉炉大的多，不能
43、忽略。炉大的多，不能忽略。)(10065432qqqqqb返回返回5.6 CFB锅炉的设计特点锅炉的设计特点一、一、循环流化床锅炉主要设计参数的选取循环流化床锅炉主要设计参数的选取二、二、炉膛内受热面布置及床层温度控制炉膛内受热面布置及床层温度控制三、三、气固分离器及其布置气固分离器及其布置四、四、返料装置返料装置五、五、布风装置的设计布风装置的设计返回返回一、循环流化床锅炉主要设计参数的选取一、循环流化床锅炉主要设计参数的选取n包括包括床温床温、锅炉截面热负荷锅炉截面热负荷和和流化风速流化风速、炉膛内的燃烧份额分布炉膛内的燃烧份额分布、炉膛和尾部对流受热面之间的热负荷分配炉膛和尾部对流受热面
44、之间的热负荷分配、一二次风的配比一二次风的配比、一一二次风温二次风温、锅炉排烟温度锅炉排烟温度、锅炉的通风平衡设计锅炉的通风平衡设计、循环倍率及分循环倍率及分离器效率离器效率、煤种煤种、脱硫剂粒径要求脱硫剂粒径要求和和脱硫反应对锅炉设计的影响脱硫反应对锅炉设计的影响。返回返回1、床层温度床层温度一般在一般在850-950度之间。原因？度之间。原因？返回返回2、锅炉截面热负荷和流化风速锅炉截面热负荷和流化风速锅炉截面热负荷可以根据有关经验值来选取，见表。锅炉截面热负荷可以根据有关经验值来选取，见表。然后，可根据选取的截面热负荷来计算流化风速，并然后，可根据选取的截面热负荷来计算流化风速，并根据流
45、化状态来进行调整。根据流化状态来进行调整。返回返回3、炉膛内的燃烧份额分布炉膛内的燃烧份额分布炉膛燃烧份额分布是循环流化床锅炉设计的最重要参炉膛燃烧份额分布是循环流化床锅炉设计的最重要参数之一，它决定了一次风速的大小及稀相区换热面设数之一，它决定了一次风速的大小及稀相区换热面设置的大小。置的大小。一般取密相区的燃烧份额为一般取密相区的燃烧份额为0.4-0.7之间。一次风速越之间。一次风速越大，密相区燃烧份额越小，稀相区燃烧份额越大，因大，密相区燃烧份额越小，稀相区燃烧份额越大，因此，稀相区的换热面应当较多，而密相区应当减小。此，稀相区的换热面应当较多，而密相区应当减小。返回返回4、炉膛和尾部受
46、热面之间的热量分配炉膛和尾部受热面之间的热量分配对于发热量较低，灰分和水分含量较高煤种，其单位对于发热量较低，灰分和水分含量较高煤种，其单位热量产生的烟气量较大，并且炉膛温度较低。因此，热量产生的烟气量较大，并且炉膛温度较低。因此，炉膛辐射传热量较小，而烟气对流传热量较大，应当炉膛辐射传热量较小，而烟气对流传热量较大，应当在尾部多布置对流受热面，而在炉内少布置辐射受热在尾部多布置对流受热面，而在炉内少布置辐射受热面。面。返回返回5、一二次风的分配一二次风的分配一次风主要是起流化床层和提供密相区燃烧氧气的作一次风主要是起流化床层和提供密相区燃烧氧气的作用，约占全部风量用，约占全部风量40-70%
47、；二次风主要是提供稀相；二次风主要是提供稀相区燃料充分燃烧的作用，约占全部风量的区燃料充分燃烧的作用，约占全部风量的30-60%。另外，两者配合还可以组织分级燃烧，降低炉膛氮氧另外，两者配合还可以组织分级燃烧，降低炉膛氮氧化物的生成量。化物的生成量。返回返回6、一二次风温度一二次风温度由于流化床锅炉没有对煤干燥的要求，并且燃料在进由于流化床锅炉没有对煤干燥的要求，并且燃料在进入炉膛后的着火和燃烧条件非常优越，因此对一次风入炉膛后的着火和燃烧条件非常优越，因此对一次风温没有太高的要求，通常设计的热风温度为温没有太高的要求，通常设计的热风温度为150-200度左右。对小型流化床锅炉可以直接采用不经
48、过预热度左右。对小型流化床锅炉可以直接采用不经过预热的空气来作为一二次风。的空气来作为一二次风。返回返回7、锅炉排烟温度锅炉排烟温度如果在炉内添加了脱硫剂，并且床层温度控制在合适如果在炉内添加了脱硫剂，并且床层温度控制在合适的范围，锅炉烟气中的硫氧化物含量会大大减少，烟的范围，锅炉烟气中的硫氧化物含量会大大减少，烟气的酸露点会降低，因此锅炉排烟温度也可以适当降气的酸露点会降低，因此锅炉排烟温度也可以适当降低。低。返回返回8、锅炉的通风平衡设计锅炉的通风平衡设计一般流化床锅炉的炉膛为微正压，与煤粉炉不同。因一般流化床锅炉的炉膛为微正压，与煤粉炉不同。因此，流化床锅炉的通风压力平衡点要适当后移。即
49、送此，流化床锅炉的通风压力平衡点要适当后移。即送风机的压头要较高，而引风机的压头较低风机的压头要较高，而引风机的压头较低返回返回9、循环倍率循环倍率循环倍率提高后，燃烧效率、脱硫效率以及炉膛内稀循环倍率提高后，燃烧效率、脱硫效率以及炉膛内稀相区空间的利用率均能得到改善，但同时动力消耗以相区空间的利用率均能得到改善，但同时动力消耗以及表面磨损等也将恶化。因此循环倍率的选取应综合及表面磨损等也将恶化。因此循环倍率的选取应综合上述各种考虑来选择，一般在上述各种考虑来选择，一般在40以内，常用为以内，常用为5-20之之间。间。返回返回10、煤种煤种理论上，流化床锅炉几乎可以燃烧全部的煤种，无烟理论上，
50、流化床锅炉几乎可以燃烧全部的煤种，无烟煤、烟煤、贫煤、褐煤，甚至于煤矸石以及固体和液煤、烟煤、贫煤、褐煤，甚至于煤矸石以及固体和液体废弃物。体废弃物。但在已经针对某种特定燃料设计好锅炉以后，由于不但在已经针对某种特定燃料设计好锅炉以后，由于不同燃料对锅炉换热面大小的要求是不一样的，锅炉的同燃料对锅炉换热面大小的要求是不一样的，锅炉的煤种适应性是有限的。煤种适应性是有限的。返回返回11、脱硫剂粒径和对锅炉燃烧设计的影响脱硫剂粒径和对锅炉燃烧设计的影响脱硫剂粒径一般要求小于脱硫剂粒径一般要求小于1mm。另外，由于脱硫反应。另外，由于脱硫反应会对炉温以及燃烧产生烟气量和灰量有影响，因此脱会对炉温以及
