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1、循环流化床燃烧技术,东北电力大学,王 擎 博士、教授,一、循环流化床锅炉二、循环流化床运行中的重要参数,循环流化床(CFB)锅炉具有高脱硫效率、低NOx排放、高碳燃尽率、长燃料停留时间、强烈的颗粒返混、均匀的床温、燃料适应性广等优点，被公认为是一种最具发展前景的“洁净”煤燃烧技术。随着CFB锅炉燃烧技术的不断发展，CFB锅炉容量也在快速增大，大型化高参数已成为CFB 锅炉发展的主要方向。目前国外已完成600MW级及800MW级的超临界大型CFB锅炉设计，300 MW CFB 锅炉已进入商业化阶段。,一、循环流化床锅炉,一、循环流化床锅炉,循环流化床锅炉(CFBB)是一种在特殊的空气动力条件下通
2、过燃烧矿物质燃料进而产生蒸汽的一种装置。CFBB一般由循环流化床燃烧室、高(中)温分离器、固体物料循环系统、给料系统、尾部受热面等组成。,典型的CFB锅炉系统,一、循环流化床锅炉,一、循环流化床锅炉,一、循环流化床锅炉,二、循环流化床运行中的重要参数,燃烧份额：燃烧份额定义为每一区间燃烧量占总燃烧量的比例,它的分布是循环流化床锅炉设计和运行的一个重要环节。燃烧份额在CFB锅炉运行过程中是一个极为重要的概念。它的分布直接和循环流化床锅炉燃烧室内流动、燃烧和传热相关联。实际上，锅炉的调整优化运行时刻离不开燃烧份额的概念，也就是说，燃烧份额的调整才是CFB锅炉良好运行的核心问题。,一、燃烧份额,二、
3、循环流化床运行中的重要参数,CFB锅炉燃烧过程中，燃烧份额的分配不但与锅炉的热平衡有关，还与煤的种类、水分大小、灰分大小、煤的破碎程度、床温、一、二次风的比例、床压、脱硫剂数量等因素有关。因此说，CFB锅炉的调整实际上就是燃烧份额的调整。,一、燃烧份额,二、循环流化床运行中的重要参数,煤种的影响 煤的发热量低，密相区燃烧份额增加；煤的挥发份低，密相区燃烧份额增加；煤的水分大，密相区燃烧份额增加；,一、燃烧份额,影响燃烧份额的因素,由图可见，焦炭在密相区中的燃烧份额明显高于烟煤在密相区的燃烧份额，表明煤中的挥发分有很大一部分被带到了稀相区进行燃烧。,二、循环流化床运行中的重要参数,2.一二次风配
4、比对燃烧份额分布的影响,一、燃烧份额,影响燃烧份额的因素,一次风比例对燃烧份额分布的影响,当锅炉负荷增加时，密相区的燃烧份额下降，这是由于为了维持密相区的床层温度，在低负荷时必须增加密相区的燃烧份额，而在高负荷时为了防止床层超温，必须降低密相区的燃烧份额，为此一般通过调节一二次风配比来实现。,二、循环流化床运行中的重要参数,3.密相区床温对燃烧份额分布的影响,一、燃烧份额,影响燃烧份额的因素,床温对燃烧份额分布影响,密相区床温越高,床下部燃烧占的比重也就越大。这是由于床温越高，碳颗粒反应速率会加快，并且气体扩散速率也有所增加，这样有利于气体和固体的混合，因此密相区的燃烧份额会稍有上升。,二、循
5、环流化床运行中的重要参数,4.床压对燃烧份额的影响,一、燃烧份额,影响燃烧份额的因素,锅炉床压会影响到密相区、稀相区燃烧份额的分配，进而影响到床温。当锅炉运行在较低床压时，主要表现为气力输送的特征，物料循环量占总的床料量比例加大，也可认为参与循环的热量占床料总热量的比例较大，因此使锅炉稀相区燃烧份额增大，根据密相区热量平衡原理，床温必然降低。床压越低，稀相区的燃烧份额越大，床温越低。当锅炉床压逐渐升高即总的床料量增加时，由于循环物料空隙率的减小，会有更多物料被流化风带入稀相区燃烧，但相对总的床料量，循环物料比例却逐渐减小，即随着床压逐渐升高，稀相区燃烧份额将逐渐降低，床温会升高一定幅度。,二、
6、循环流化床运行中的重要参数,5.燃料粒度对燃烧份额的影响,一、燃烧份额,我国循环流化床锅炉用煤为宽筛分物料，一般要求为08mm，燃料粒度的大小会引起送风量、燃烧份额和飞灰浓度的变化，从而影响汽温的变化。如燃煤的粒度大于8-10mm 时，若维持在设计风量下运行有可能使粗颗粒沉积而引起事故(这是我国流化床锅炉不能长期稳定运行的主要原因之一)，为使粗颗粒流化，必需加大送风量，结果造成颗粒扬折率增加，密相区内的燃烧份额降低，稀相区内的燃烧份额增加，同时增大送风量又使过热器区域的烟温增加，使汽温上升，严重时还可能使部分细颗粒煤在过热器区域燃烧，而造成汽温超限。,二、循环流化床运行中的重要参数,5.燃料粒
7、度对燃烧份额的影响,一、燃烧份额,造成燃煤粒度不合要求的原因有以下几个方面，运行中应严格控制，保证锅炉的安全经济运行。（1）制煤系统不合适，原煤未先经过筛分就进行破碎，造成细粉煤含量过多。（2）筛子运行不正常，运行一段时间后特别当煤较湿时，筛孔发生部分堵塞，使煤的粒度越来越细。（3）输煤系统上无吸铁装置或其运行不正常，使铁钉、铁块等进入流化床中。（4）破碎机运行不正常，破碎效果不佳，破碎后煤不过筛，都将造成大颗粒煤大量进入床中。（5）筛子出现破损，使筛孔变大，造成粗颗粒煤大量进入床中。,二、循环流化床运行中几个重要参数,燃尽时间：由此可见：1.流化床碳粒子的燃尽时间与床温有关，床温越高，燃尽时
8、间缩短；2.燃尽时间与碳粒子直径的1.16次方成正比。粒子越大，燃尽时间越长。,二、燃尽时间和停留时间,二、循环流化床运行中几个重要参数,燃尽时间：一种烟煤在850下流化燃烧时不同煤粒的燃尽时间,二、燃尽时间和停留时间,二、循环流化床运行中几个重要参数,停留时间：Hb 静止床料高度，m Fb 布风板面积，m2 b 静止料层的堆积密度，kg/m3 B燃料消耗量，kg/h 浓相床内粗粒子份额，与燃料粒度分布和种类有关。,二、燃尽时间和停留时间,二、循环流化床运行中几个重要参数,停留时间：,二、燃尽时间和停留时间,不同热值煤种粗粒子在密相床内的停留时间（75t/hCFB锅炉）,二、循环流化床运行中的
9、重要参数,二、燃尽时间和停留时间,燃烧六种热值不同的煤的时粗粒子在密相床内的平均停留时间,燃烧热值低的煤，煤粒在密相区内停留时间短；烧高热值煤，煤粒在密相区内停留时间长；煤的热值为4180kJ/kg时，停留时间6.2min，而煤的热值为25080kJ/kg时，停留时间为29.76min。时间相差 5 倍。所以，为了延长烧低热值煤时煤粒子在燃烧室下部浓相床内的停留时间，使之与它们的燃尽时间相匹配，可采取运行过程中，在维持合理燃烧温度条件下，适当提高运行料层厚度,另外，可在综合考虑燃烧、传热、脱硫等前提下，适当提高温度是必要的。,二、循环流化床运行中几个重要参数,循环流化床锅炉的最大优点之一是对燃
10、料的适应性特别好。同一台循环流化床锅炉对燃煤的适应范围比其他任何一种形式的锅炉都要广得多。但是循环流化床锅炉对燃煤的粒度范围，平均粒径大小和粒度的分布有较为严格的要求，不同的炉型、不同的煤种对燃煤粒径有不同的要求。如果燃煤粒径变化大，对锅炉的流化工况、燃烧工况、带负荷的能力，对锅炉耐火衬里和受热面的磨损，对某些附属设备的运行，如冷渣器的运行都会带来很大的影响。保证煤的粒度分布是电厂燃煤制备系统运行必须解决的重要问题，必须引起电厂所有人员足够的重视。,三、煤的筛分特性,二、循环流化床运行中几个重要参数,1.煤的种类对燃煤粒径的影响(一)考虑挥发分欧美国家对燃煤粒度分布的要求 欧美国家考虑挥发分对
11、煤粒度分布的影响，按下式制备入炉煤粒度 Vdaf+A=85 90%Vdaf 煤的干燥无灰基挥发分，%;A 入炉煤中粒径1mm煤粒的份额，%从式中可以看出：对十燥无灰基挥发分高的煤，1mm粒径煤的份额可以小些；相反，对于干燥无灰基挥发分低的煤，1mm粒径煤的份额要求大些。(二)考虑挥发分我国对燃煤粒度分布的要求 Vdaf+A=60 75%比较国内和国外，我国入炉煤中粒径小于等于1mm煤粒所占的百分数比欧美的小。也就是说，在燃烧室内流化速度相同的情况下，我国循环流化床锅炉的飞灰循环倍率比欧美国家的低。,三、煤的筛分特性,二、循环流化床运行中几个重要参数,2.燃煤粒径变化对CFB锅炉运行的影响(一)
12、燃煤平均粒径对锅炉增发量的影响 燃煤平均粒径太大，在设计的流化速度下，吹出密相床的细颗粒就少，大量的粗颗粒在密相床内燃烧(燃烧份额增加)，释放出大量的热量。由于燃烧室下部受热面的布置是一定的，不能吸收过多的热量，造成床下部温度升高。结果是一方面加不上煤，另一方面是易发生床料高温结渣。(二)燃煤粒径对燃烧效率的影响求 锅炉燃烧热损失中较大的一项是固体不完全燃烧损失q4。对CFB，一般床底渣的含碳量2.0%，低于煤粉燃烧锅炉。但是，飞灰含碳量高于10%的偏多，高于煤粉炉，特别对燃煤中细颗粒偏多的情况，当燃煤热值较高、挥发分含量较低时(烟煤)，飞灰含碳量高达2030。严重影响了锅炉燃烧效率。,三、煤
13、的筛分特性,二、循环流化床运行中几个重要参数,2.燃煤粒径变化对CFB锅炉运行的影响(三)燃煤粒径分布对循环流化床锅炉受热面和耐火防磨内衬的影响 燃煤颗粒太粗，必然导致流化床锅炉粒子循环流量小，蒸发量达不到设计值，燃烧室下部温度偏高，上部温度偏低。为了解决这一问题，作为运行手段之一，常采用加大风量运行，使较大粒子能带到燃烧室上部燃烧，提高燃烧室上部温度，降低燃烧室下部温度，防止结渣，改善煤粒燃尽效果，提高蒸发量。而受热面和防磨耐火内衬的磨损量与气流速度的3次方成正比，大风量运行的结果，急剧加速了对锅炉的磨损。(四)燃煤粒径对锅炉灰渣比和冷渣器运行的影响 燃煤中粗细颗粒比率的变化影响锅炉床底渣和
14、飞灰的比率。燃煤中粗颗粒多，床底渣排放量大，影响冷渣器的运行。如果冷渣器不能满足渣量多和粒度大的要求，冷渣温度就达不到设计值。如采用流化床风水冷冷渣器，还会发生冷渣器渣堵塞和结渣的问题。因此，影响了锅炉带满负荷和连续运行的时间。,三、煤的筛分特性,二、循环流化床运行中几个重要参数,2.燃煤粒径变化对CFB锅炉运行的影响(五)加强燃煤制备设备的选择和管理 对燃煤粒度分布的具体 1)燃料的粒度分布。保证燃料粒度、保证在已确定的流化速度条件下，有足够的细颗粒吹入悬浮段，确保燃烧室上部(稀相区)的燃烧份额、保证形成足够的循环床料。2)燃料的粒度应具有可调整性。即能随煤种、循环倍率的不同而调整。3)入炉
15、燃料的粒度范围及颗粒度分布。根据炉型及燃煤特性，确定合理的颗粒度范围。,三、煤的筛分特性,二、循环流化床运行中几个重要参数,飞灰含碳量高是CFB锅炉燃烧效率低的主要原因，降低飞灰含碳量是提高燃烧效率的主要措施。而影响循环流化床锅炉飞灰含碳量的因素有许多。其中最主要的有床温，燃煤粒径合理分布，分离灰、除尘灰再循环燃烧和分离器的效率。1、合理选择燃烧温度 床温提高，碳粒子燃尽时间缩短，燃尽时间缩短有利于降低飞灰含碳量。为了防止床料结渣和控制NOX的生成量，对低硫无烟煤，燃烧温度选高一些，有利于降低飞灰含硫量，一般取950-980；对低硫烟煤燃烧温度取900-950；对高硫无烟煤和烟煤，考虑到脱硫效
16、果和减少石灰石消耗量，燃浇温度选低一些，一般取 840-890，烟煤取低值，无烟煤取高值。,四、飞灰含碳量,二、循环流化床运行中几个重要参数,2、制备粒度分布合理的燃煤 按不同的炉型、不同的煤种，制备粒度分布合理的燃煤。对燃煤粒径分布的总要求是“两头小，中间大”，即燃煤中大颗粒和过细颗粒占的百分比要小，中等尺寸颗粒占的百分比要大。这种分布有利于床料良好流化，有利于降低飞灰和床底渣的含碳量。正确地选择煤的破碎、筛分设备和合理的系统设计是燃煤粒度分布合理的根本保证。许多循环流化床锅炉的运行实践证明：燃煤粒度分布不合理是造成飞灰含碳量高、金属受热面和耐火防磨内衬磨损西重，以及流化床选择性风水联合冷渣
17、器不能正常运行的根源。,四、飞灰含碳量,二、循环流化床运行中几个重要参数,3、提高分离器的分离效率、选择合适的飞灰再循环倍率(l)直径为20m以下的焦炭粒子由于其燃尽时间小于粒子在燃烧室内一次通过的停留时间，这些粒子的燃尽度是很高的，它们对飞灰总含碳量的贡献可以不考虑；(2)对直径为50-100 m的焦炭粒子，分离器的收集效率不高，导致大部分焦炭粒子在燃烧室内的停留时间小于其燃尽时间，结果造成这些粒子的碳燃尽率低，飞灰含碳量最高，它们是飞灰总含碳量高的主要贡献者；(3)对直径为200 m左右的焦炭粒子，分离器可全部收回，实现其循环燃烧，其飞灰含炭量接近于零。从上述结论知：循环流化床锅炉飞灰含碳量高的原因主要是分离器收集不下来的细粒子不能实现在CFB内循环燃烧造成的。,四、飞灰含碳量,二、循环流化床运行中几个重要参数,4、除尘灰再循环燃烧 对烧难燃尽的无烟煤，采取分离灰循环燃烧之后，飞灰含碳量仍比较高。为了进一步降低飞灰含碳量，一个比较有效的措施是采取除尘灰再循环燃烧。,四、飞灰含碳量,从图中可以看出，除尘灰再循环燃烧对降低飞灰含碳量是十分有效的。除尘灰再循环倍率为0.3时，飞灰含碳量降低到了10左右。除尘灰再循环倍率为0.6时，飞灰含碳量从23%降到了4%，降低了19。,谢谢各位！,一、序 言,二、循环流化床的发展,
