循環(huán)流化床鍋爐概述和特點詳解

1、循環(huán)流化床鍋爐概述和特點詳解CFBB發(fā)展動因良好的環(huán)保特性燃燒劣質(zhì)燃料循環(huán)流化床原理什么是循環(huán)流化床主要特點主要爐型什么是循環(huán)流化床鍋爐循環(huán)流化床鍋爐是一種燃用化石燃料來生產(chǎn)蒸汽的裝置。鍋爐的爐膛運行在一種特殊的流體動力特性下：細顆粒被以超過平均粒徑顆粒終端速度的氣速輸送通過爐膛，同時又有足夠的顆粒返混以保證爐膛內(nèi)的溫度分布均勻。循環(huán)流化床原理示意圖煤和石灰石二次風一次風返料風密相區(qū)稀相區(qū)旋風分離器返料器料腿去外置換熱器位置 流態(tài)二次風口下-湍流床/鼓泡床二次風口上-快速床旋風分離器-旋渦運動返料器料腿-移動床返料器/外置床-鼓泡床尾部煙道-氣力輸送循環(huán)流化床鍋爐的優(yōu)點燃料適應(yīng)性廣：高硫分，高

2、灰分，高水分，低揮發(fā)分環(huán)保品質(zhì)好。NOx50-150ppm, 脫硫效率90%（鈣硫比1.5-2.5)燃燒效率高。97.5-99.5% 氣固混合好,飛灰再循環(huán),過?？諝庀禂?shù)小負荷調(diào)節(jié)性好.在20-100%負荷范圍內(nèi)，燃燒穩(wěn)定,負荷調(diào)節(jié)速率4%/分鐘熱強度高 投資略小、灰渣利用率高流化態(tài)定義定義：使細顆粒通過與氣體或液體的接觸而轉(zhuǎn)變成類似流體的一種運行狀態(tài)。表觀特征：單位床截面內(nèi)固體顆粒的重量。2.無論床層如何傾斜，床面水平，床層為容器形狀。3.床內(nèi)固體顆粒會從側(cè)面或底部流出。4.密度高于床層表觀密度的物體會下沉，低的會浮出表面。5.床內(nèi)顆?；旌狭己?，床溫均勻。流態(tài)化示意圖在上行氣流中單個顆粒的受

3、力浮力重力曳力氣體鋼球羽毛球氣體氣體流態(tài)變化過程床層密度氣流速度固定床鼓泡床節(jié)涌湍流床快速床氣力輸送UmfUtpu臨界風速輸運速度不同流化床的截面熱負荷0302010605040常壓流化床增壓流化床鼓泡床鼓泡床循環(huán)床循環(huán)床截面熱負荷，MW/M2循環(huán)流化床鍋爐特殊部件布 風 板作用：支持靜止料層形成均勻的氣體流速分布維持料層穩(wěn)定常見形式：風帽式和密孔板式布風板結(jié)構(gòu)示意圖風 帽隔熱層花 板風 室風 道(a)布風板(b)布風板上的風帽循環(huán)流化床鍋爐特殊部件氣 固 分 離 器作用：將大量高溫固體顆粒從氣流中分離出來要求：高溫下長期運行；能分離極高濃度氣流；低阻力；分離效率高分慣性分離和旋風分離兩種旋風

4、分離器又分高溫（800-900） 主要有絕熱型，水冷型，汽冷型中溫（400-600）固體物料回送裝置作用：將分離器分離的高溫固體顆粒穩(wěn)定地送回壓力較高的燃燒室，并保證氣體反竄量最小。分兩部分：立管防止氣體反竄，閥起調(diào)節(jié)和控制閥有三種： 可控閥 L，J，H，V型等，能調(diào)節(jié)顆粒流量通流閥 經(jīng)一壓力屏障，將顆粒從低壓送到高壓區(qū)，調(diào)節(jié)作用很小。閥和立管依壓力平衡關(guān)系自動平衡顆粒流量氣力輸送閥循環(huán)流化床鍋爐特殊部件四種可控型非機械閥示意圖充氣L 閥流化氣體流化氣體V 閥換向密封閥J 閥V 閥流化床通流孔充氣充氣通流型非機械閥充氣流化氣體充氣流化氣體密閉輸送閥流動密封閥AHLSTROM的回料裝置高壓風風室

5、爐膛煤&風循環(huán)物料三種主要爐型LURGI型CFBBPYROFLOW型CFBBFW型CFBB850C絕熱型分離器FBHE爐膛850C850C絕熱型分離器爐膛850C850C汽冷分離器爐膛850CQ管屏INTREX床溫850-900C M/S煤粒5-15MM 循環(huán)倍率30-40床溫800-900CM/S燃料粒徑0-10MM分離器出口煙溫900C循環(huán)倍率40-50床溫850-900CM/S燃料粒徑0-10MM分離器出口煙溫850-900C循環(huán)倍率30-40CIRCOFLUID型CFBB典型布置圖 1234561-一次風室2-濃相區(qū)3-懸浮段4-蒸發(fā)管5-過熱器6-高溫省煤器78910117-低溫省煤

6、器8-空氣預(yù)熱器9-旋風分離器10-灰回送裝置11-灰冷卻器運行參數(shù)床溫850-900CM/S分離器內(nèi)溫度400C循環(huán)倍率10-20東方鍋爐廠410T/H結(jié)構(gòu)二次風機一次風機一次風返料風除塵器石灰石細煤飛灰再循環(huán)風機J閥風機播煤增壓風機石灰石送粉風機引風機風道點火增壓風機過熱器過熱器過熱器過熱器空預(yù)器空預(yù)器空預(yù)器循環(huán)流化床的控制燃燒和傳熱分析閉環(huán)控制聯(lián)鎖保護煤燃燒的階段干燥和加熱 揮發(fā)分析出和燃燒 膨脹和一次破碎 焦炭燃燒 二次破碎和磨損時間秒溫度 200100080060040012003520012341.干燥和加熱焦炭燃燒磨損細粒不同粒徑煤在循環(huán)流化床鍋爐中的燃燒方式1000100123

7、0102030m/s床溫: 850度m過量氧: 7% (體積)顆粒在懸浮段停留時間分離器臨界直徑煙煤燃盡時間褐煤燃盡時間顆粒沉降速度循環(huán)倍率循環(huán)倍率顆粒沉降速度顆粒直徑1-煤粒一次通過爐膛后就實現(xiàn)燃盡; 2-煤粒經(jīng)過多次循環(huán)后實現(xiàn)燃進; 3-煤粒留在床內(nèi)燃燒; Dopt 一次通過燃盡顆粒; Dmax 一次通過實現(xiàn)燃盡的最大顆粒DmaxDopt影響燃燒的因素時間、溫度、湍流度是組織良好燃燒過程的關(guān)鍵二次風口下：新鮮燃料的揮發(fā)份析出、分離器來的未燃燼焦炭燃燒，還原性氣氛。二次風口以上：大部分焦炭燃燒，富氧狀態(tài)。高溫氣固分離器：少量焦炭燃燒，氧濃度很底。床溫：床溫高燃燼率高，但影響環(huán)保，一般800-

8、900C煤粒在鍋爐內(nèi)的平均停留時間： Hs-靜止料層高度Ad-布風板面積 p-料層堆積密B-燃料消耗量影響床層向壁面?zhèn)鳠岬囊蛩貞腋∥餄舛龋簜鳠嵯禂?shù)與懸浮物密度的平方根成正比從爐底到爐定的傳熱系數(shù)是變化的，受氣流量、固體循環(huán)率、爐內(nèi)固體顆粒量、顆粒粒徑分布和溫度分布影響。可通過改變一、二次風比來控制爐膛上部的懸浮物密度流化速度：與鼓泡流化床不同，在快速床中除影響懸浮物密度外，對傳熱系數(shù)無較大的直接影響傳熱表面垂直長度的影響：傳熱系數(shù)隨垂直長度增加而減少，在一定長度后，趨向于一漸近值。床溫：在一定懸浮物密度下，總傳熱系數(shù)隨床溫的增加而增加流化床各參量之間的耦合關(guān)系A(chǔ)HLSTROM CFBB 控制策

9、略Circ CFBB 閉 環(huán) 控 制循環(huán)流化床鍋爐的控制特點 顆 粒 燃 料 的 燃 燒 經(jīng) 歷 多 次 反 復(fù) 循 環(huán) 為 建 立 流 化 一 次 風 量, 風 速 有 最 大, 最 小 值 為 降 低Nox 排 放, 一 二 次 風 配 比 有 嚴 格 要 求 布 風, 燃 料, 石 灰 石 播 灑 應(yīng) 均 勻 為 除 硫 增 加 石 灰 石 粉 碎 與 添 加 系 統(tǒng) 為 優(yōu) 化 除 硫 床 溫 控 制 在 850-900 C 為 安 全 連 續(xù) 運 行, 熱 料 再 循 環(huán) 要 嚴 格 調(diào) 試 測點布置合理、可靠 鍋 爐 啟 停 有 特 定 循 序 鍋 爐 安 全 保 護 有 特 殊

10、要 求 循環(huán)流化床鍋爐在結(jié)構(gòu)及燃燒方式上均與普通煤粉爐不同,因此其控制要求及控制方案與普通煤粉爐也有一定差異。 由于循環(huán)流化床鍋爐采用布風板上床層流化燃燒方式,其燃燒控制方案與煤粉爐完全不一樣。 由于流化床鍋爐要在爐內(nèi)進行石灰石脫硫,故循環(huán)流化床鍋爐必須增加石灰石料控制系統(tǒng)。 另外，循環(huán)流化床鍋爐煙氣中的未燃粒子經(jīng)過旋風分離器后要由返料裝置送回爐床繼續(xù)燃燒，所以循環(huán)流化床鍋爐必須具有返料控制系統(tǒng)。 循環(huán)流化床鍋爐正常燃燒時需要控制一定的床層厚度，而床層厚度由排渣系統(tǒng)進行控制，所以循環(huán)流化術(shù)鍋爐必須具有排渣控制（床層高度控制）系統(tǒng)。 除此之外，循環(huán)流化床鍋爐的其它控制系統(tǒng)與常規(guī)煤粉的控制要求及控

11、制方案基本相同，包括給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)，一次風控制系統(tǒng)，二次風控制系統(tǒng)，主汽溫控制系統(tǒng)及引風控制系統(tǒng)等。 循環(huán)流化床鍋爐控制與普通煤粉爐的區(qū)別 循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)是一個大滯后，強耦合的非線性系統(tǒng)，各個變量之間相互影響。有的被調(diào)參數(shù)同時受到幾個調(diào)節(jié)參數(shù)的共同影響，如床層溫度要受到給煤量，石灰石供給量、一次風量及返料量等多個參數(shù)控制。同時，有的調(diào)節(jié)參數(shù)又影響多個被調(diào)參數(shù)，如給煤量不僅影響主汽壓力，還影響床溫，爐膛溫度，過量空氣系統(tǒng)及SO2含量等參數(shù)。因此，在構(gòu)造循環(huán)流化床鍋爐控制方案時只有抓住主要因素，同時兼顧各個因素，才能構(gòu)造出滿足系統(tǒng)要求的控制策略。 循環(huán)流化床鍋爐控制與普通煤粉爐的區(qū)別 由于C

12、FB爐內(nèi)流態(tài)化工況，燃燒過程復(fù)雜，加之有飛灰物料循環(huán)，結(jié)合對循環(huán)回路動態(tài)模型的分析，可見CFBB在燃燒制上主要有以下特點和難點: 1.保持循環(huán)流化床狀態(tài)，在正常狀態(tài)下，自控規(guī)律正常發(fā)揮作用.非正常狀態(tài)下，只能實現(xiàn)安全措施，維持安全運行狀態(tài)(不熄火，不結(jié)焦)。負荷問題，熱效率問題可能夠不上。 2.主要擾動兩個.一是負荷擾動，二是煤質(zhì)擾動， 原則上，負荷靠煤質(zhì)控制(風相當變化)，但煤量影響，若用煤量控制床溫與負荷控制發(fā)生矛盾。一個控制量證兩個狀態(tài)同時穩(wěn)定在一個值上是不可能的.故允許床溫波動(在一定范圍內(nèi)) 燃燒控制的特點和難點 當煤增加進快時，有個吸熱過程，可能使床溫有下降趨勢.簡單閉環(huán)控制可能出

13、現(xiàn)反調(diào)節(jié).煤堆積過多在后期會出現(xiàn)失控現(xiàn)象，床溫持續(xù)升高，會結(jié)焦。一次風增加會降床溫。但當床層較厚、積煤過多時，增加一次風可能升溫，在不同階段，有不同的響應(yīng)。 4. 設(shè)備不過關(guān)，如堵煤，冷汽機不靈等。 5. 過程滯后大。 6. 多變量之間禍合嚴重?？傦L量影響煙氧量，但同時影響床溫。二次風影響循環(huán)倍率，影響碰撞換熱效率，并影響床溫。對調(diào)節(jié)床溫來說，煤、一次風、二次風、床溫均有影響.同時變化必須解耦，否則出現(xiàn)推挽不確定現(xiàn)象。系統(tǒng)穩(wěn)定不下來。 7.運行人員要接受先進控制方法，往往很困難。 燃燒控制的特點和難點循環(huán)流化床鍋爐的控制項目 鍋爐主控 汽包水位控制 風量控制 過熱汽溫控制 燃料和石灰石控制 床

14、壓控制 床溫控制 啟?？刂棋仩t主控 調(diào) 節(jié) 鍋 爐 負 荷 以 適 應(yīng) 外 界 需 要 單 元 制 鍋 爐 與 汽 機 組 成 單 元 機 組一 切 在 單 元 機 組 行 之 有 效 的 各 種 協(xié) 調(diào) 控 系 統(tǒng) 均 可 適 用 于 循 環(huán) 流 化 床 鍋 爐 母 管 制 設(shè) 壓 力 調(diào) 節(jié) 單 元, 保 持 母 管 壓 力 恒 定:在 鍋 爐 之 間 分 配 負 荷鍋爐主控風量控制 按負荷需要配以足夠的總風量保證經(jīng)濟燃燒 按 工 藝 要 求 保 持 各 種 風 量 之 間 的 配 比關(guān) 系 1 設(shè) 風 量 總 控 單 元 按 鍋 爐 主 控 要 求 配 總 風 量 各 種 參 加 燃 燒

15、 的 風 量 都 應(yīng) 計 入 2 設(shè) 各 類 風 量 調(diào) 節(jié) 單 元 一 次 風 二 次 風 噴 嘴 一 次 風 播 煤 風風量控制Circofluid CFBB 輸入信號輸入信號輸入信號100%100%100%一次風控制二次風控制燃料和石灰石控制床 溫 控 制1 利用外置換熱器，控制流過的固體物料量 有外置換熱器2 控制通過L閥的固體物料循環(huán)率，改變床層密度 有固體物料儲倉3 調(diào)節(jié)氣速來控制床層密度分布床 溫 控 制影 響 床 溫 的 因 素給 煤 量, 石 灰 石 量, 循 環(huán) 灰 量, 灰 溫, 一 二 次 風 比 例控 制 方 案:Lurgi 調(diào) 冷 熱 灰 量 比 Circoflui

16、d 調(diào) 冷 灰 回 爐 量 Pyroflow 調(diào) 一 二 次 風 比 例 Circofluid CFBB床 溫 控 制床 壓 控 制汽包水位調(diào)節(jié) 三 沖 量 OPOPDI VALVE 汽包水位 主汽流量Slot 22Kx Slot 20 P I DOPTIT C IO PFFCI P I DOPTIT C IO PFFCISlot 25Slot 24Slot 23Slot 26ALARMSPcdabDOSlot 21 給水流量abcd主蒸汽溫度調(diào)節(jié) 串 級 調(diào) 節(jié) 過熱汽溫減溫器后汽溫OPOPDI VALVEKx+b Slot 10P I DOPTIT C IO PFFCIP I DOPTIT C IO PFFCISlot 13Slot 12Slot 11Slot 14ALARMSPababDOSlot 15Kx+b 熱電聯(lián)產(chǎn)汽輪機的控制 熱 電 聯(lián) 產(chǎn) 的 優(yōu) 點 提 高 能 源 的 利 用 率優(yōu) 化 能 源 結(jié) 構(gòu)減 少 重 復(fù) 建 設(shè), 壓 縮 基 建 投 資集 中 管 理, 省 人 增 效 熱 電 聯(lián) 產(chǎn) 汽 機 控 制 的 要 求以 熱 定 電 方 針 的 貫 徹熱 電 負 荷 相 互 干 擾 的 防 止保 證 汽 機 工 作 在 安 全 區(qū) 內(nèi) 的 方 法 熱電聯(lián)產(chǎn)機爐協(xié)調(diào)