西安循環(huán)流化床培訓班

1、循環(huán)流化床基礎理論循環(huán)流化床基礎理論清華大學清華大學 熱能工程系熱能工程系楊海瑞楊海瑞內容內容n背景背景n循環(huán)流化床鍋爐技術比較循環(huán)流化床鍋爐技術比較n循環(huán)流化床鍋爐設計理念循環(huán)流化床鍋爐設計理念循環(huán)流化床燃燒技術發(fā)展n流化床技術最早應用于化工領域n1942年美國出現流化床煤燃燒技術(鼓泡床）n60年代在世界范圍發(fā)展，中國64年開始 主要原因是流化床燃燒具有低sox， nox排放；世界最大容量160mw(1988)，中國130t/h，n循環(huán)流化床燃燒技術（cfbc）出現在1978年，lugi公司270t/h cfbc鍋爐。 解決了fbc存在的脫硫效率低，燃燒效率低，磨損大，不易放大等缺點，保留

2、了煤種適應性強，燃劣質煤的優(yōu)點背景背景 循環(huán)流化床燃煤燃燒技術在近三十年內得到了長足的發(fā)展和進步。到今天，世界上單機組容量達為460mwe的超臨界循環(huán)流化床鍋爐已經制造。 我國運行的循環(huán)床達2000臺。135mwe容量的循環(huán)流化床鍋爐投運臺數已經超過30臺，訂貨量近百臺。引進300mwe循環(huán)流化床鍋爐進入設計制造階段，訂貨量達15臺。超臨界循環(huán)床研發(fā)提上日程。循環(huán)流化床鍋爐技術比較循環(huán)流化床鍋爐技術比較(1)(1)三大技術流派、三代技術三大技術流派、三代技術n1、芬蘭奧斯隆、芬蘭奧斯隆(ahlstrom)采用高循環(huán)倍率，高溫旋風分離器，在爐膛內可布置少量受熱面但不設外置流化床熱交換器。最大容量

3、是裝在美國賓夕法尼亞州約克郡的783t/h(配250mw) 亞臨界壓力循流化床鍋爐 該 鍋 爐 已 于1997年上半年投入 商 業(yè) 運 行 。四川高壩發(fā)電廠四川高壩發(fā)電廠410t/h pyroflow410t/h pyroflow型型cfbcfb鍋爐鍋爐n2、德國魯齊、德國魯齊 采用高循環(huán)倍率高溫旋風分離器和外置流化床熱交換器。床溫調節(jié)更加簡便，過熱器/再熱器的布置更為靈活。 最大容量的鍋爐是法國阿爾斯通斯登工業(yè)公司制造的，裝在普羅 旺 斯 電 廠 配250mw機組的700t/h亞臨界壓力循環(huán)流化床鍋爐。該鍋爐已于1996年4月投入商業(yè)運行。法國普羅旺斯配法國普羅旺斯配250mw機組的機組的7

4、00t/h亞臨界壓力循環(huán)流化床鍋爐亞臨界壓力循環(huán)流化床鍋爐n3、德國巴高克（德國巴高克（circofluid）1 下降管下降管2 省煤器省煤器 3 過熱器過熱器 4 煤煤 倉倉 5 加料口加料口 6 爐爐 膛膛 7 返料裝置返料裝置 8 引風機引風機 9 除塵器除塵器 10空氣預熱器空氣預熱器 11旋風分離器旋風分離器特點是采用低循環(huán)倍率和中溫(400-500oc)旋風分離。爐膛上方布置過熱器和部分省煤器受熱面。再熱器的布置有一定困難。目前最大容量的這種鍋爐是裝在捷克的燃褐煤的350t/h高壓電站鍋爐。 循環(huán)流化床鍋爐技術比較循環(huán)流化床鍋爐技術比較(2)(2)三大技術流派、三代技術三大技術流派

5、、三代技術n第一代技術應當是最初開發(fā)的高溫旋風筒技術.n由于高溫旋風筒的熱穩(wěn)定性差，fw公司開發(fā)了蒸汽冷卻圓形旋風筒，即為第二代技術n1992年以后，水冷方形分離器循環(huán)床n在三大技術的發(fā)展中，著眼于緊湊設計和進一步提高可靠在三大技術的發(fā)展中，著眼于緊湊設計和進一步提高可靠性，技術已發(fā)展到第三代技術性，技術已發(fā)展到第三代技術: :絕熱絕熱旋風筒旋風筒cfb鍋爐鍋爐lugi cfb鍋爐鍋爐 turrow電廠電廠1，2，3號鍋爐剖號鍋爐剖面圖面圖第二代技術 由于高溫旋風筒的熱穩(wěn)定性差，fw公司開發(fā)了蒸汽冷卻圓形旋風筒，即為第二代技術，第二代技術在循環(huán)床鍋爐的可靠性方面是一個突出的進步第一代技術高溫旋

6、風筒技術（右）和第一代技術高溫旋風筒技術（右）和第二代蒸汽冷卻圓形旋風筒技術（左第二代蒸汽冷卻圓形旋風筒技術（左）fwdgjea-300mwe現場組裝的汽冷旋風筒第三代技術n第二代技術在循環(huán)床鍋爐的可靠性方面是一個突出的進步；但是，未解決結構緊湊設計和生產成本高等問題.n1992年以后，水冷方形分離器循環(huán)床開發(fā)一舉解決了分離器可靠性、制造成本和緊湊設計等問題，因此該技術出現后市場占有率迅速提高。這是世界上最先進的循環(huán)床技術，國際上稱為第三代循環(huán)床技術。 世界上容量最大的460mwe超臨界循環(huán)流化床直流鍋爐就是采用這種技術.第三代方形冷卻旋風筒緊湊型第三代方形冷卻旋風筒緊湊型循環(huán)流化床技術循環(huán)流

7、化床技術方形分離器緊湊型是方形分離器緊湊型是一項突破性的設計一項突破性的設計方形緊湊型分離器方形緊湊型分離器 = = 改進了的設計改進了的設計n矩形分離器室矩形分離器室n水水/ /蒸汽冷卻膜式壁蒸汽冷卻膜式壁n薄層耐火材料襯里薄層耐火材料襯里n與爐膛水冷壁組成一個整體與爐膛水冷壁組成一個整體n較少較少/ /較小的膨脹節(jié)較小的膨脹節(jié)緊湊型循環(huán)流化床緊湊型循環(huán)流化床具有許多優(yōu)點具有許多優(yōu)點占地最小占地最小重量最輕重量最輕耐火材料的維護最少耐火材料的維護最少膨脹節(jié)的維護最少膨脹節(jié)的維護最少燃料費用最低燃料費用最低方形分離器緊湊型循環(huán)流化床方形分離器緊湊型循環(huán)流化床迅速在國際市場被接受迅速在國際市場被

8、接受 至今在國際市場上（不包括中國）已售至今在國際市場上（不包括中國）已售 約約4040臺以上臺以上 已投入運行的方形分離器緊湊型循環(huán)流化床鍋爐的最大容量為265mwe 正在設計之中最大容量的方形分離器緊湊型循環(huán)流化床鍋爐為460mwe超臨界直流鍋爐，它將安裝在波蘭，計劃2006年投入運行泰國thatoom 的150mwe 緊湊型cfb鍋爐turow 260mwe 緊湊型再熱緊湊型再熱cfb 4，5，6鍋爐鍋爐 460mwe460mwe方形分離器緊湊型方形分離器緊湊型超臨界超臨界循環(huán)流化床直流鍋爐循環(huán)流化床直流鍋爐n建于波蘭建于波蘭lagiszalagisza的的pekpek電廠電廠, ,將于

9、將于20052005年底進行調試并于年底進行調試并于20062006年投入商業(yè)運行年投入商業(yè)運行n蒸汽流量蒸汽流量:1300/1109 t/h:1300/1109 t/h, , 蒸汽參數蒸汽參數:285.6/51.3 bar:285.6/51.3 bar， 563/582 563/582 o oc c 循環(huán)流化床循環(huán)流化床燃燒裝置設計的理念燃燒裝置設計的理念循環(huán)流化床燃燒裝置設計理念的構成循環(huán)流化床燃燒裝置設計理念的構成 基本理論層次：基本理論層次： 1 1 循環(huán)床氣固兩項流理論循環(huán)床氣固兩項流理論 2 2 循環(huán)床燃燒理論循環(huán)床燃燒理論 3 3 循環(huán)床傳熱理論循環(huán)床傳熱理論 4 4 循環(huán)床污染

10、排放理論循環(huán)床污染排放理論 設計理論層次（設計理論層次（概念設計）概念設計） 1 1 狀態(tài)設計定態(tài)設計理論狀態(tài)設計定態(tài)設計理論 2 2 熱力計算，煙風阻力計算，水動力學計算，脫硫熱力計算，煙風阻力計算，水動力學計算，脫硫計算計算 3 3 設計導則設計導則 施工設計層次施工設計層次： 1 1 部件設計規(guī)范部件設計規(guī)范循環(huán)流化床燃燒裝置定態(tài)設計理論循環(huán)流化床燃燒裝置定態(tài)設計理論 什么是定態(tài)設計什么是定態(tài)設計 在設計循環(huán)流化床時均確定了一個流化狀態(tài)作為滿負荷計算的在設計循環(huán)流化床時均確定了一個流化狀態(tài)作為滿負荷計算的參考。即在滿負荷條件下的物料質量（指平均粒度參考。即在滿負荷條件下的物料質量（指平均

11、粒度d ds s），循環(huán)），循環(huán)量，物料沿床高濃度分布是確定量。相應傳熱系數沿床高的分量，物料沿床高濃度分布是確定量。相應傳熱系數沿床高的分布也是確定的。這就是所謂的定態(tài)設計原則。布也是確定的。這就是所謂的定態(tài)設計原則。 能采取定態(tài)設計的基本理論根據在于，循環(huán)流化床內有一個能采取定態(tài)設計的基本理論根據在于，循環(huán)流化床內有一個人為可調量即床存量，可以在循環(huán)量或物料濃度發(fā)生漂移時人為可調量即床存量，可以在循環(huán)量或物料濃度發(fā)生漂移時調整床存量而把流化狀態(tài)調整回到設計態(tài)。調整床存量而把流化狀態(tài)調整回到設計態(tài)。 決定流態(tài)的關鍵參數是燃燒室截面煙氣速度決定流態(tài)的關鍵參數是燃燒室截面煙氣速度vgvg和燃燒室

12、上部和燃燒室上部單位截面的物料攜帶率單位截面的物料攜帶率gsgs，它取決于系統(tǒng)物料平衡能力和床存，它取決于系統(tǒng)物料平衡能力和床存量。量。 床存量是非獨立變量，但又是由操作者控制的可調參數。在床存量是非獨立變量，但又是由操作者控制的可調參數。在確定煙速下，由確定煙速下，由 于其它因素擾動影響了物料濃度分布偏離設于其它因素擾動影響了物料濃度分布偏離設計值時可以調整床存量計值時可以調整床存量以恢復設計狀態(tài)。以恢復設計狀態(tài)。定態(tài)設計的準則定態(tài)設計的準則u uf f燃燒室截面煙氣速度燃燒室截面煙氣速度。最小不能低于物料的。最小不能低于物料的飽和夾帶速度飽和夾帶速度 ucuc。取大可以增加鍋爐截面熱。取大

13、可以增加鍋爐截面熱負荷，但是要保證垂直受熱面不磨損。負荷，但是要保證垂直受熱面不磨損。g gs s燃燒室上部單位截面的物料攜帶率燃燒室上部單位截面的物料攜帶率。最小不。最小不能小于最小加料率最小循環(huán)量能小于最小加料率最小循環(huán)量r rminmin。最大受。最大受到系統(tǒng)物料平衡限制，應小于系統(tǒng)最大平衡循到系統(tǒng)物料平衡限制，應小于系統(tǒng)最大平衡循環(huán)量。最近的研究證明還要考慮氣體混合的限環(huán)量。最近的研究證明還要考慮氣體混合的限制。制。定態(tài)設計，變工況運行任何流派的循環(huán)床均是按照在滿負荷為某一個確定的快速床流態(tài)設計的滿負荷運行的循環(huán)床應當是在設計的狀態(tài)下有確定的流化風速和確定的循環(huán)量，并達到上下均勻的設計溫度。部分負荷運行時，隨著流化風速的降低，循環(huán)量降低。啟動狀態(tài)的循環(huán)床循環(huán)環(huán)量小于形成快速床的最低循環(huán)量，因此應當是鼓泡床狀態(tài)。清華大學的循環(huán)流化床設計軟件包清華大學的循環(huán)流化床設計軟件包 清華過對一系列工業(yè)規(guī)模循環(huán)床的熱態(tài)測試工作清華過對一系列工業(yè)規(guī)模循環(huán)床的