循环流化床锅炉 第三章 循环流化床锅炉基本原理
循环流化床锅炉原理
循环流化床锅炉原理
循环流化床锅炉是一种利用循环流化床燃烧技术的锅炉，其工作原理如下：
1. 燃料进料：燃料（如煤、生物质等）通过给料系统进入锅炉。
2. 燃烧反应：燃料在锅炉内被氧气气化和燃烧产生热能，生成的废气和灰分被释放到锅炉内。
3. 燃烧床层：锅炉内的燃料和空气混合物形成一个循环流化床，在床层中形成了固体燃料粒子的循环，同时也形成了气体和固体颗粒之间的循环流动。
4. 气固分离：床层中的气固两相分离，固体颗粒在床层循环，而燃烧生成的气体通过分离器进入锅炉的上部。
5. 固体回流：分离器中的固体颗粒被分离后，一部分被回流到床层继续燃烧，另一部分则通过排渣系统排出锅炉。
6. 热交换：燃烧生成的高温烟气在锅炉的热交换器中与水进行换热，产生蒸汽或热水。
7. 废气处理：通过合适的废气处理系统，对燃烧废气进行脱硫、脱硝和除尘等处理，降低废气对环境的污染。
总体来说，循环流化床锅炉通过循环流化床的形成，实现了燃料和空气的良好混合，提高了燃烧效率；同时通过固体的循环回流，在保持稳定燃烧的同时，降低了燃料的耗损和废渣产生量，提高了锅炉的可持续性和经济性。
循环流化床锅炉基本原理
炉膛单位截面积的热负荷高是循环流化床锅炉的另一主要优点。其截 面热负荷约为3.5～4.5MW/m2，接近或高于煤粉炉。同样热负荷下鼓泡流 化床锅炉需要的炉膛截面积要比循环流化床锅炉大2～3倍。
除尘器
脱硫塔
风帽
风室
旋风分离器
旋风分离器结构
流化床锅炉主要参数
上海锅炉厂 制造日期 额定蒸发量 t/h 50MW 1961~2001 220 125MW 1968~2001 300MW 1974~2001 600MW 1998~2001 2008 17..5/18..3
400/420/435/465 1025/1000/935 13．7 17.44
额 定 工 作 压 力 9．8 MPa 过热蒸汽温度 ℃ 数量 循环方式 540 97 自然 96 直流 1
540/555 188 自然 186 直流 2
540 86 自然 21 控制 42 直流 23
540 8 控制 8
3、脱硫效果好
由于飞灰的循环燃烧过程，床料中未发生脱硫反应而被吹出燃烧室的 石灰石、石灰能送回至床内再利用；另外，已发生脱硫反应部分，生成了 硫酸钙的大粒子，在循环燃烧过程中发生碰撞破裂，使新的氧化钙粒子表 面又暴露于硫化反应的气氛中。这样循环流化床燃烧与鼓泡流化床燃烧相 比脱硫性能大大改善。当钙硫比为1.5～2.0时，脱硫率可达85～90％。而 鼓泡流化床锅炉，脱硫效率要达到85～90％ ，钙硫比要达到3～4，钙的
烧即利用了这一现象。流化床燃烧的床料包括化石燃料、废物和各种生物质燃料。
如果把气流流速进一步加大，气体会在已经流化的床料中形成气泡，从已流化的固 体颗粒中上升，到流化的固体颗粒的界面时，气泡会穿过界面而破裂，就像水在沸
腾时汽泡穿过水面而破裂一样。因此这样的流化床又称为“沸腾床”、“鼓泡床”
循环流化床锅炉原理
五、给煤
• 给煤经过机械或气力输煤的方式送 入燃烧室，脱硫用的石灰石颗粒经 过单独的给料管采用气力输送的方 式或与给煤一起送入炉内，燃烧形 成的灰渣经过布风板上或炉壁上的 排渣口排处炉外。
谢谢欣赏！
典型的CFB锅炉系统
稀相
区 CFBB 炉膛
高温旋风分离 料腿
煤石 灰 石
二次风
密相区
一次风 室
U型阀返料装置 一次风
过热器 过热器 省煤器 省煤器 空预器 空预器
尾部 受热面
烟囱
除尘器 引风机
一次风机 二次风机
一次风
二次风
三、循环流化床优缺点
• 优点；高效、低污染清洁燃烧技术。具有 燃烧效率高、给煤点少。煤种适应性广<优 质，劣质煤。>、烟气中有害气体排放浓度 低、负荷调节范围大、灰渣可综合利用。 启动，停炉，结焦处理时间较短，长时间 压火之后可直接启动。
U形回料器
• 作用：回料器是确保旋风分离器分离效果的重要 部件，它的基本任务是将分离器分离出来的高温 固体颗粒稳定地输送回压力较高的燃烧室内，并 以一定的料位压差形成灰墙，确保气体反窜进入 分离器的量最小，保证大量的固体颗粒经过分离 器和回料器再进入炉膛的良性稳定的物料流动， 是循环流化床锅炉正常运行的一个重要保证。
旋风分离器的组成：分离器进口烟道；旋风筒；中心 筒；锥体；分离器出口烟道。
旋风分离器
3、返料装置
返料装置的作用是将分离器收集下来的物料送回流 化床循环燃烧，并保证流化床内的高温烟气不经 过返料装置短路流入分离器。返料装置既是一个 物料回送器，也是一个锁气器，如果这两个作用 失常，物料的循环燃烧过程建立不起来，锅炉的 燃烧效率将大大降低，燃烧室内的燃烧工况变差， 锅炉将达不到设计蒸发量。
循环流化床锅炉的工作原理
循环流化床锅炉的工作原理
循环流化床锅炉是一种高效的燃烧设备，其工作原理如下：
1. 初始状态：床层内填充了一定量的颗粒燃料（如煤粉），其中燃料颗粒的直径较小，通常为0.1-1mm，并与一定量的惰性矿物质颗粒（如石英砂）混合。
2. 启动循环：通过引风机将空气从底部进入锅炉，形成气流，同时也带动了燃料颗粒的上升。
在底部布置的燃料供给系统中，燃料被喷射到气流中，形成燃料与空气的混合物。
3. 燃烧反应：混合物在高温下发生燃烧反应，燃烧释放出的热能使床层温度升高，并引起床层中的矿物质颗粒变软，具有流动性。
4. 确保循环：通过底部的布置的反送风系统，将一部分床层颗粒物从锅炉底部循环回锅炉顶部，使得床层中的颗粒物能够保持一定的循环速度和流动状态。
5. 气固分离：在床层顶部设置的分离器中，气体和固体被高效地分离。
固体经过分离后，重新进入锅炉炉膛，继续参与燃烧反应。
6. 烟气排放：床层顶部的分离器中，未被捕捉的固体颗粒会随烟气一同排出废气通道，而废气中的固体颗粒会通过过滤等设备进行捕捉，从而减少对环境的污染。
通过上述工作原理，循环流化床锅炉可以实现燃料的高效燃烧和热能的充分利用，同时也能够降低氮氧化物的排放量，保护环境。
循环流化床锅炉原理说明
一、循环流化床锅炉及脱硫1、循环流化床锅炉工作原理煤和脱硫剂被送入炉膛后，迅速被炉膛内存在的大量惰性高温物料（床料）包围，着火燃烧所需的的一次风和二次风分别从炉膛的底部和侧墙送入，物料在炉膛内呈流态化沸腾燃烧。
在上升气流的作用下向炉膛上部运动，对水冷壁和炉内布置的其他受热面放热。
大颗粒物料被上升气流带入悬浮区后，在重力及其他外力作用下不断减速偏离主气流，并最终形成附壁下降粒子流，被气流夹带出炉膛的固体物料在气固分离装置中被收集并通过返料装置送回炉膛循环燃烧直至燃尽。
未被分离的极细粒子随烟气进入尾部烟道，进一步对受热面、空气预热器等放热冷却，经除尘器后，由引风机送入烟囱排入大气。
燃料燃烧、气固流体对受热面放热、再循环灰与补充物料及排渣的热量带入与带出，形成热平衡使炉膛温度维持在一定温度水平上。
大量的循环灰的存在，较好的维持了炉膛的温度均化性，增大了传热，而燃料成灰、脱硫与补充物料以及粗渣排除维持了炉膛的物料平衡。
煤质变化或加入石灰石均会改变炉内热平衡，故燃用不同煤种的循环流化床锅炉在设计及运行方面都有不同程度的差异。
循环流化床锅炉在煤种变化时，会对运行调节带来影响。
试验表明，各种煤种的燃尽率差别极大，在更换煤种时，必须重新调节分段送风和床温，使燃烧室适应新的煤种。
加入石灰石的目的，是为了在炉内进行脱硫。
石灰石的主要化学成份是CaO ．而煤粉燃烧后产生的SO2、SO3等，若直接通过烟囱排入大气层，必然会造成污染。
加入石灰石后，石灰石中的的Cao 与烟气中的SO2、SO3等起化学反应，生成固态的CaSO3 、CaSO4 （即石膏），从而减少了空气中的硫酸类的酸性气体的污染。
另外，由于流化床锅炉的燃烧温度被控制在800－900 ℃范围内，煤粉燃烧后产生的NOx 气体也会大大减少硝酸类酸性气体。
2、循环流化床锅炉的特点可燃烧劣质煤因循环流化床锅炉特有的飞灰再循环结构，飞灰再循环量的大小可改变床内（燃烧室）的吸收份额，即任何劣质煤均可充分燃烧，所以循环流化床锅炉对燃料的适应性特别好。
循环流化床锅炉的工作原理
循环流化床锅炉的工作原理
循环流化床锅炉是一种燃煤锅炉，主要用于发电、供热等能源领域。
其工作原理如下：
1. 燃烧室：煤炭被输送到燃烧室，并在空气的作用下进行燃烧。
燃烧过程产生的高温烟气从燃烧室顶部进入循环流化床。
2. 循环流化床：燃烧室内部设置有一层石英砂或沸石砂床，煤炭的燃烧产生的烟气通过这层床时，将砂床搅动形成类似于沸腾的状态，即床层内的固相颗粒呈现流化状态。
燃烧室烟气中的固体颗粒在空气的推动下在循环流化床中快速流动。
3. 固气分离：在循环流化床内，高温固体颗粒燃烧剩余物与床层内部的石英砂或沸石砂进行混合，然后流向循环下部的分离器。
分离器通过重力和离心力作用，将固态颗粒和烟气分开，使烟气通过废气排放管道排出，而固态颗粒留在床层内。
4. 回流装置：将分离器中的固态颗粒以一定速度通过回流装置输送回循环流化床内，与新添加的煤粉混合进行再次燃烧。
这种回流装置可保持循环流化床内的稳定燃烧状态。
5. 热水系统：在燃烧过程中，产生的高温烟气通过热交换器与锅炉水管中的水进行热交换，使水变为高温高压蒸汽。
这些蒸汽可用于发电或供热等用途。
通过循环流化床锅炉的工作原理，既可以实现高效燃烧，又可
以减少污染物的排放，提高能源利用率，具有较好的环保性能和经济性能。
循环流化床锅炉工作原理
循环流化床锅炉工作原理循环流化床锅炉是一种高效、清洁的燃烧设备，其工作原理主要包括燃料燃烧、热量传递和废气处理三个方面。
下面将从这三个方面详细介绍循环流化床锅炉的工作原理。
首先，循环流化床锅炉的燃料燃烧过程。
循环流化床锅炉采用流化床燃烧技术，燃料在高速空气流的作用下在锅炉内部形成流态化状态，燃烧效率高。
具体来说，燃料进入锅炉后首先经过预处理，然后在流化床内燃烧，燃烧产生的热量被传递给锅炉水，使其升温并产生蒸汽。
在这个过程中，燃料的燃烧需要一定的氧气，而流化床内的空气通过风机进行循环供给，保持燃烧的稳定性和高效性。
其次，循环流化床锅炉的热量传递过程。
燃烧产生的热量通过烟气和固体颗粒的热传导、对流和辐射等方式传递给锅炉水，使其升温并产生蒸汽。
在循环流化床锅炉中，热量传递效率高，能够充分利用燃料的热值，减少能源的浪费。
最后，循环流化床锅炉的废气处理过程。
燃料燃烧产生的烟气中含有大量的固体颗粒和有害气体，需要经过处理后排放到大气中。
循环流化床锅炉采用先进的除尘、脱硫、脱硝等设备对烟气进行处理，使排放的废气达到国家相关标准，减少对环境的污染。
总的来说，循环流化床锅炉通过流化床燃烧技术实现了燃料的高效燃烧和热量的高效利用，同时通过废气处理设备实现了废气的清洁排放。
这种锅炉工作原理不仅能够满足工业生产对热能的需求，还能够减少能源的浪费和环境的污染，是一种具有广阔应用前景的燃烧设备。
通过对循环流化床锅炉的工作原理进行了详细介绍，可以看出其具有高效、清洁的特点，对于工业生产和环境保护都具有重要意义。
希望本文能够帮助大家更好地了解循环流化床锅炉的工作原理，推动其在工程领域的应用和发展。
循环流化床锅炉原理
循环流化床锅炉原理循环流化床锅炉的基本原理可以简单地概括为燃料在床层中燃烧，生成高温高压的燃烧产物。
床层由燃料和惰性物质（如石英砂）组成，通过适当的风速和床层温度的控制，使得床层具有流化特性。
燃料通过与流化床底部风口喷入的气体混合，并受到床层中的高速气流的搅拌，形成类似于“沸腾”的状态，从而实现了燃料的高效燃烧。
1.高热效率：循环流化床锅炉采用了循环流化床技术，燃烧区域的温度均匀分布，燃料的燃烧速度快，热交换效率高。
同时，床层中的高速气流也能使燃料的燃烧更加完全，提高了热效率。
2.低污染排放：循环流化床锅炉通过在床层中加入石英砂等惰性物质，使得燃烧反应发生在一个稳定的环境中，减少了氮氧化物和二氧化硫等有害物质的生成。
此外，循环流化床锅炉的排烟温度较低，烟气中的颗粒物排放量也较小。
3.灵活性好：循环流化床锅炉适用于多种不同的燃料，包括煤炭、生物质和废弃物等。
同时，它还适用于不同的燃烧方式，如直接燃烧、气化和焚烧等。
这种灵活性使得循环流化床锅炉能够适应不同的能源需求和市场需求。
4.运行稳定：循环流化床锅炉床层气固两相的流态状态能够有效抑制燃烧过程中的爆炸和炸击现象，减少了锅炉的运行故障和事故的发生。
床层材料的循环和补给系统也能够保持床层的稳定和正常运行。
5.燃料利用率高：由于床层中燃料和惰性物质的混合均匀和燃烧反应的充分，循环流化床锅炉的燃料利用率较高。
床层中燃料的燃烧反应也能够利用燃料中的灰分和高温粉尘进行燃烧，最大限度地提高了燃料的利用效率。
总之，循环流化床锅炉通过流化床技术实现了燃料的高效燃烧和废气治理，并具有热效率高、污染排放少、灵活性好、运行稳定和燃料利用率高等优点。
随着环保要求的不断提高和能源需求的增加，循环流化床锅炉将在未来得到更广泛的应用。
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允许变化范围
通过率 ％
40.00% 30.00% 20.00%
10.00%
1.00%
10
100
石灰石粒度 μ m
1000
10000
宽筛分与窄筛分
7
4.燃料粒比度 燃煤的颗粒特性、颗粒特性曲线 5.堆积密度与颗粒密度 无约束，真实密度 ρd kg/m3 6.空隙率 堆积与流化并不相同。确定流化状态 7.流化速度 空床速度，控制流化状态
小孔射流
连通效应 静压强特性 良好混合特性
6
三、 基本概念 1．床料 燃煤、灰渣、石灰石、砂子或铁矿石 2．物料 循环系统内燃烧或载热固体颗粒 3．燃料筛分
99.90% 99.00%
设计粒度分布
90.00% 80.00% 70.00% 60.00% 50.00%
dmax=1. 5m m d50 ＝450μ m
20
三、影响炉内传热的主要因素
1．物料浓度和颗粒平均直径 2．流化速度 3. 床温 4．循环倍率 5. 悬挂受热面
21
§3.4
循环流化锅炉内的燃烧
本节内容：
一、煤粒的燃烧环境
二、煤粒的燃烧过程
三、燃烧工况
四、燃烧区域与燃烧份额
22
一、煤粒的燃烧环境
温度（850~950℃）
燃烧 结焦 脱硫 配风（分级配风） 利于脱硝 节能
第三章 循环流化床锅炉基本原理
1
主要内容
基本概念
循环流化床的动力特性
循环流化床锅炉的传热 循环流化床锅炉的燃烧
2
§3.1 基本概念
一、单一粒径颗粒流态化过程 1、流态化和流化床的概念 流态化：当气体以一定的速度向上流过固体 颗粒层时，固体颗粒呈现出类似于流体状态 的现象称为流态化。 流化床：固体颗粒、气体以及完成流态化的 设备称为流化床。 2、单一粒径不同气流速度下固体颗粒床层的流 动状态
四、燃烧区域与燃烧份额
燃烧区域
密相区 稀相区 高温分离器
33
燃烧份额
1、概念 2、燃烧份额对锅炉运行的影响
34
3、影响燃烧份额的因素 煤种 粒径及其分布 流化速度 物料循环量 过量空气系数 密相区床温
35
思考题
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
8
8．颗粒终端速度、夹带、扬析
煤粉颗粒的终端沉降速度 u t （m/s） 煤粒直径 （ m ） 30 40 50 60 70 80 90 100 200℃ 0.03 0.06 0.12 0.15 0.25 0.27 0.37 0.43 800℃ 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15 0.21 0.24 煤粒直径 （ m ） 200 300 400 500 600 800 1000 200℃ 1.13 1.92 2.62 3.38 4.08 5.35 6.58 800℃ 0.85 1.62 2.5 2.35 4.21 5.83 7.41
什么是流态化？ 床料和物料有什么区别？ 流化速度与临界流速有什么区别？影响临界流速的 因素有哪些？ 什么是物料的循环倍率？影响因素有哪些？ 煤粒在循环流化床锅炉内的燃烧要经过哪四个连续 变化的过程？这四个过程各有什么特点？ 什么是动力燃烧、扩散燃烧？ 影响燃烧份额的因素有哪些？ 流化床锅炉的传热有哪些基本形式？主要的影响因 素有哪些？
影响物料浓度分布的主要因素
流化速度
物料的颗粒特性
循环倍率 给料口和回料口的高度 二次风口的位置
17
§3.3 循环流化床锅炉传热
本节内容： 一、传热机理 二、炉膛内传热方式的变化 三、影响传热的主要因素
18
一、传热机理 1、颗粒对流 2、气体对流 3、辐射
19
二、炉膛内传热方式的变化
kzs的计算式
<800℃ αks》 k
k
>600 ℃ k 》αks
αks
600℃~800 ℃ αks≈ k
1/(1/ αks+1/ k)
燃料与气流的 影响wr的主要 温度 相对速度、碳 温度和扩散条件 因素 粒直径 强化燃烧的措 加强混合、减 提高炉温、改善 提高炉温 施 小碳粒直径 扩散混合条件
32
③分离器效率 ④回料系统
一次风 循环流化床锅炉原理简图
10
§3.2
循环流化床的动力特性
一、床层阻力特性
11
临界流化风速和临界流化风量的测定
对运行的指导意义： 为使床层达到充 分流化，运行流化风 速通常为临界流化风 速的2~3倍。
12
二、炉内物料颗粒运动和浓度分布 1. 床内气泡与颗粒运动
图 2-18 气泡上浮对床料的扰动
37
ks
w d
2 1
3 3
30
（四）燃烧速度和燃烧区域 1.燃烧速度 稳定燃烧 wh wks wr
wh kC
b O2
wks ks C C
0 O2
b O2
wr
1 1 1 k ks
C
0 O2
k zs C
0 O2
31
2.燃烧工况
动力燃烧 扩散燃烧 过渡燃烧
温度 αks与k的比较
当气流通过由不同粒径的颗粒混合物所组成的流化床 层时，一些终端速度小于床层表观气流速度的细粒子 将陆续被上升气流带走，这一过程称为夹带。
9
9．临界流化风速与临界流化风量 开始流化时的一次风速度与风量 10．物料循环倍率 物料返送量与燃料给进量之比
烟气
影响因素：
分离器
①一次风量 ②燃料颗粒特性
燃料
回料风 回料阀
多相燃烧 dC B b w kC B d
B h
②反应空间的压力 ③温度和燃料性质 阿累尼乌斯定律
k k0 e
E RT
29
3.提高化学反应速度的措施 （三）氧的扩散速度 1.概念
wks ks C O2 C
0
b O2
2.影响因素： ①氧的浓度差 ②扩散速度系数 3.提高措施
3
固体颗粒床层的流动状态
4
循环流化床锅炉内不同区域流型分布
位置 燃烧室（二次风口以下） 燃烧室（二次风口以上） 旋风分离器 返料料腿（立管） 返料机构/外置式换热器 尾部烟道 流动状态 湍流或鼓泡流化床 快速流化床 旋涡流动 移动床 鼓泡流化床 气力输送
5
二、流化床的流体力学性质
浮力定律 液面特性
13
2. 床内颗粒浓度分布 输送分离高度 （Transport Disengaging Height—— TDH）
14
颗粒浓度沿床高（轴向）分布规律
图2-21 不同流态化型式沿高度的颗粒浓 度分布
15
颗粒浓度沿床截面（径向）分布规律
G
气流方向
图2-25 快速流化床内颗 粒流动示意图
16
（一）概述 1.燃烧的实质 2.燃烧的分类 单相（均相）燃烧 多相（异相）燃烧 3.碳粒的燃烧过程
27
（二）化学反应速度 燃烧反应通式 aA bB 1.化学反应速度的定义
gG hH
dC wh d
多相燃烧
dC B wB d
28
2.影响化学反应速度的因素 ①反应物的浓度 质量作用定律 dC A A a b 均相燃烧 wh kC AC B d
23
二、煤粒的燃烧过程
(1)煤粒被加热和干燥； (2)挥发分的析出和燃 烧； (3) 煤 粒 膨 胀 和 破 裂 （一级破碎）； (4)焦炭燃烧和再次破 裂（二级破碎）及 炭粒磨损。
24
煤粒的爆裂与灰粒的磨耗
煤粒的爆裂 一级破碎 二级破碎
灰粒（碳粒） 的磨耗
25
26
三、燃烧工况