循环流化床介绍
循环流化床讲解
一、循环流化床锅炉的原理（一）循环流化床的工作原理1．流化态过程当流体向上流过颗粒床层时，其运动状态是变化的。
流速较低时，颗粒静止不动，流体只在颗粒之间的缝隙中通过。
当流速增加到某一速度之后，颗粒不再由分布板所支持，而全部由流体的摩擦力所承托。
此时，对于单个颗粒来讲，它不再依靠与其他邻近颗粒的接触而维持它的空间位置，相反的，在失去了以前的机械支撑后，每个颗粒可在床层中自由运动；就整个床层而言，具有了许多类似流体的性质。
这种状态就被称为流态化。
颗粒床层从静止转变为流态化时的最低速度，称为临界流化速度。
快速流态化流体动力特性的形成对循环流化床是至关重要的。
2．循环流化床锅炉的基本工作原理高温炉膛的燃料在高速气流的作用下，以沸腾悬浮状态（流态化）进行燃烧，由气流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。
一次风由床底部引人以决定流化速度，二次风由给煤口上部送人，以确保煤粒在悬浮段充分燃烧。
炉内热交换主要通过悬浮段周围的膜式水冷壁进行。
（二）流化床燃烧设备的主要类型流化床操作起初主要应用在化工领域，本世纪60年代开始，流化床被用于煤的燃烧。
并且很快成为三种主要燃烧方式之一，即固定床燃烧、流化床燃烧和悬浮燃烧。
流化床燃烧过程的理论和实践也大大推动了流态化学科的发展。
目前流化床燃烧已成为流态化的主要应用领域之一，并愈来愈得到人们的重视。
流化床燃烧设备按流体动力特性可分为鼓泡流化床锅炉和循环流化床锅炉，按工作条件又可分为常压和增压流化床锅炉。
这样流化床燃烧锅炉可分为常压鼓泡流化床锅炉、常压循环流化床锅炉、增压鼓泡流化床锅炉和增压循环流化床锅炉。
其中前三类已得到工业应用，增压循环流化床锅炉正在工业示范阶段。
循环流化床又可分为有和没有外部热交换器两大类。
（如图a和b）（三）循环流化床锅炉的特点1．循环流化床锅炉的主要工作条件项目数值项目数值温度（℃）850—950 床层压降（kPa）11—12流化速度（m/s）4—6 炉内颗粒浓度150—600（炉膛底部）（kg/m3）床料粒度（μm）100—700 Ca/S摩尔比 1.5—4床料密度（kg/m3）1800—2600 壁面传热系数[W/210—250（m2·K）]燃料粒度（mm）<12脱硫剂粒度（mm）1左右2．循环流化床锅炉的特点循环流化床锅炉可分为两个部分。
循环流化床原理及运行
循环流化床原理及运行循环流化床主要由床体、循环器、气固分离器、换热器以及气体和固体的供给与排出系统等组成。
其工作原理是将气体和粗颗粒固体以较高的速度由床体底部引入，通过气固的强烈的接触，将反应所需的物质传递至固体表面，然后通过气体与粗颗粒固体的分离器将固体从气体中分离出来，然后再将固体颗粒经过循环器回流至床底，形成循环。
在循环流化床中，床体内的固体颗粒会被流化空气携带起来，在床体内形成一种类似于流体的状态。
床体中的气体通过气体分布板均匀地从底部引入，在床内形成均匀的气流。
当气体通过床体时，由于流体动力学的特性，固体颗粒被悬浮在气体中，形成浮动着的连续相。
在这种状态下，气体与颗粒之间的传质和传热效率大大提高，从而增加了反应的速率和效率。
循环流化床的运行过程可以分为固体颗粒的循环和气体的循环两个主要步骤。
在固体颗粒的循环过程中，气体通过固体颗粒床体将颗粒携带起来，并从循环器中回流至床底。
循环器中的固体颗粒经过多级分离装置的分离后，被分为两部分，一部分再次回流到床底，一部分从床体上部排出。
这样不断循环地将固体颗粒带到床体中，使床体保持一定的固体浓度。
在气体的循环过程中，气体从床体底部引入床体，通过床体上升，经过一定的高度后，在床上部进入气固分离器。
在气固分离器中，气体与固体颗粒进行分离，固体颗粒沉降至底部，而气体则从顶部排出。
排出的气体可根据需要进行再利用或者进行后续处理。
循环流化床具有很好的传质和传热性能，能够有效地控制反应的温度和反应速率。
由于固体颗粒的循环，床内固体颗粒的平均停留时间较短，减少了固体颗粒的积聚和结焦现象，延长了固体颗粒的寿命。
此外，循环流化床还具有较好的反应均匀性和操作灵活性，可广泛应用于化工、冶金、环保等领域。
总之，循环流化床通过将气体和固体颗粒进行高速流化，形成浮动着的连续相，以此来完成气体固体反应。
其原理是通过气体与固体颗粒之间的强烈接触和传质传热效果，实现反应的高效率和高速率。
循环流化床工艺流程
循环流化床工艺流程1.循环流化床是一种高效的化工工艺。
Circulating fluidized bed is an efficient chemical engineering process.2.在循环流化床中，固体颗粒被气体流体化，并保持循环循环。
In a circulating fluidized bed, solid particles are fluidized by gas and circulated continuously.3.颗粒床通过加热和冷却循环以吸收和释放热量。
The particle bed cycles through heating and cooling to absorb and release heat.4.这种工艺可用于燃烧、气化、干燥和其他化工过程。
This process can be used for combustion, gasification, drying, and other chemical processes.5.循环流化床工艺在环保和能源利用方面具有很大潜力。
Circulating fluidized bed process has great potential in environmental protection and energy utilization.6.循环流化床可以在较低温度下进行燃烧，减少氮氧化物的生成。
Circulating fluidized bed can combust at lower temperature, reducing the formation of nitrogen oxides.7.因为颗粒床是循环流动的，所以传热效率很高。
Because the particle bed circulates, the heat transfer efficiency is very high.8.对于高含湿物料的干燥来说，循环流化床可以更有效地进行。
循环流化床讲义
二、循环流化床运行中几个重要参数
三、煤的筛分特性
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。
(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20％~30％。严重影响 了锅炉燃烧效率。
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二、循环流化床运行中几个重要参数
二、燃尽时间8.77 109
exp(0.01276Tb
)
d 1.16 p
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。
粗粒子份额 (δ)
0.5
0.4
停留时间(min) 6.2 12.4 18.6 19.84 24.8 29.76
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二、循环流化床运行中的重要参数
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
1. 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；
煤粒尺寸(mm) 0.80 1.00 2.00 4.00 8.00 10.00
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燃尽时间(s) 280.14 362.90 810.92 1812.07 4049.21 5245.48
循环流化床
名词解释1、床料：流化床锅炉启动前，铺设在布风板上的一定厚度和一定粒度的固体颗粒，称作床料，也称点火底料。
床料一般由燃煤、灰渣、石灰石粉等组成，静止床料层厚度一般为350-600mm 。
2、物料：循环流化床锅炉运行中，在炉膛及循环系统（循环灰分离器、立管、送灰器等）内燃烧或载热的固体颗粒，称为物料。
它不仅包含床料成分，还包括新给入的燃料、脱硫剂、经循环灰分离器返送回来的颗粒以及燃料燃烧生成的灰渣等。
3、流化态：这种由于固体颗粒群与气体（或液体）接触时，固体颗粒转变成类似流体的状态称为流态化。
4、床层阻力特性：所谓流化床床层阻力特性，就是指流化气体通过料层的压降p ∆与按床截面计算的冷态流化速度u 0之间的关系，即所谓压降--流速特性曲线。
5、料层阻力：指燃烧空气通过布风板上的料层时的压力损失。
6、燃料筛分：燃料筛分是指燃料颗粒粒径大小的分布范围。
如果颗粒粒径粗细范围较大，即筛分较宽，就称作宽筛分；颗粒粒径粗细范围较小，就称作窄筛分。
循环流化床锅炉一般是宽筛分。
7、物料循环倍率：由循环灰分离器捕捉下来并返送回炉内的物料量（循环物料量）与新给入的燃料量之比，即B G R h=其中R--物料循环倍率；G h --循环物料量，即经循环灰分离器返送回炉内的物料量，kg/h ；B--新给入的燃料量或燃煤量，kg/h 。
用来反映物料循环的量化程度。
8、临界流化速度：将床料从固定床状态转变为流化状态（或鼓泡床状态）时，按布风板通流面积计算的空气流速称为临界流化速度u mf，即所谓的最小流化速度，它是流化床操作的最低气流速度，是描述循环流化床的基本参数之一。
9、燃料份额：指炉内每一燃烧区域中燃料燃烧量占燃料总燃烧量的比例，一般可用燃料在各燃烧区域内所释放的热量占燃料总发热量的百分比表示。
循环流化床锅炉燃烧主要发生在密相区和稀相区，炉膛内这两个燃烧区域的燃烧份额之和接近于1.密相区燃烧份额是一个重要参数。
10、颗粒终端速度：固体颗粒在静止空气中作初速度为零的自由落体运动时，由于重力的作用，下降速度逐渐增大，速度越大，阻力也就越大。
第二章 循环流化床的基本理论
2020年4月2日
第二节 流态化及其典型形态
一、流态化
1. 流态化现象
固体颗粒在流体作用下表现出类似流体状态的现象（气体和液体 作为流化介质）
2. 流态化
由于固体颗粒群与气体（或液体）接触时固体颗粒转变成类似流 体的状态
3、气固流态化
在流化床锅炉燃烧中，流化介质为气体，固体煤颗粒及其燃烧后 的灰渣被流化
➢ （2）腾涌（节涌 —— 发生腾涌时，床面以某种有规律的频率上升、破裂， 风压剧烈波动，燃烧不稳定，在床料断层下部易引起结焦
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第三节 循环流化床的流体动力特性
循环流化床装置
下部颗粒密相区和上部上升段稀相区的循环流化床、气固物料分离装置、 固体物料回送装置等三个部分组成的闭路循环系统
六、夹带和扬析
3. 夹带、扬析的重要性
➢ 合理组织燃烧和传热 ➢ 保证足够的循环物料 ➢ 烟气中灰尘达到排放标准
4. 输送分离高度（TDH，Transport Disengaging Height）
➢ 粗颗粒ut> u0 →经过一定的分离高度后重新返回床层 ➢ 细颗粒ut< u0 →被夹带出床体 ➢ 自由空域内所有粗颗粒都能返回床层的最低高度（高度从床层界面算起）定
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一、颗粒浓度分布
1. 各种流态化形态下的颗粒浓度分布
➢ （4）颗粒混返（固体物料内循环） • a. 小颗粒随气流上升，部分碰撞下落，总趋
势向上 • b. 大颗粒中心处上升，一定高度时在边壁处
下落 • c. 床层各截面上，颗粒平均速度沿轴向增大
直至趋于恒定（床层足够高） • d. 若R一定，平均颗粒速度随u0增大而增大；
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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。
循环流化床锅炉概述
循环流化床锅炉的组成
循环流化床锅炉
本体设备
辅助设备
汽水系统（锅） 燃烧系统（炉）
炉膛 布风装置 气固分离器 物料回送装置
燃料制备系统
风烟系统
冷渣及除灰渣 系统
石灰石脱硫系统
循环流化床锅炉的优点
• (1)燃料适应性好（最大优点）
• (2)燃烧效率高
常规工业锅炉和流化床锅炉
85％～95％
循环流化床锅炉
分级燃烧是抑制NOX生成非常有效的手段。一次空气从底部给入， 它供应燃烧所需氧量的50－60％，二次风在离一次风有一定距离的炉膛 上方给入。在二次风给入的水平，炉膛气氛由还原性转变成氧化性。燃 料挥发分逸出和着火发生在贫氧区，因此NOX总体排放量降低。
(5)负荷调节性能好
煤粉锅炉
70％～110％
循环流化床锅炉
3. 按物料循环倍率高中低分类
高循环倍率的循环流化床锅炉,循环倍率大于40; 中循环倍率的循环流化床锅炉, 循环倍率为15～40； 低循环倍率的循环流化床锅炉,循环倍率为小于15。
具有代表性的五种循环流化床锅炉炉型
德国Lurgi型、芬兰Pyroflow型、美国FW型、德国 Circofluid型和内循环（IR）型，见下图
从此流化床燃烧、固定床 燃烧、悬浮燃烧共同构成煤 的三种主要燃烧方式。
我国早期设计的鼓泡床锅炉
方式 层燃炉 燃料 块状
室燃炉 粉状、雾状、气态
流化床炉 固体颗粒
煤块在炉排 （炉排在旋 转）上燃烧， 燃烧所需空 气从炉排低 下送入。
燃料以粉状、 雾状或气态随 空气喷入炉膛， 悬浮燃烧。
固体燃料在高 速气流作用下， 在布风板上的 床料层上下翻 滚，呈流化状 态燃烧。
95％～99％
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8、反料器的正常运行指标有哪些？
• 上部压力 • 中部压力 • 下部压力
9、旋风分离器的超温结焦问题
• 影响因素：料的干湿 • 料的轻重 • 流化程度的选择 • 料的成分组成 • 二次风的作用（有人说可以省去二次风机，对吗？）
高温旋风筒的优缺点：分离效果好 钢材耗量大 容易引起超温结焦
10、如何理解床压反应了炉内的物料量？
11、如果燃用易结焦的料，会出现哪些问题？又如何来避免？
• • • •
床温偏高—结焦—床压大—流化不正常—底部放渣放不出来 加强床温监视 发现床压偏高要注意放掉一部分渣 那类料会导致上部温度高，那类料会大致下部温度高！
12、如果旋风筒内的温度比其入口的烟温高，说明什么问题？
• • • • •
原因：料轻，容易吹起 在筒内还在继续燃烧 流化风量偏高 风量分配不合理：上面的二次风偏少 燃用谷壳等较轻的料时，要用低流化
• • • • ① ②
在一定的来料粒度下，床压直接反应了循环量的大小。同样的，循 环流化床锅炉的正常运行需要合理的床压降。 床压低，说明循环量不够，容易导致床温过高，为了防止结焦，只 有减燃料，就会不能维持额定负荷运行； 床压高，说明循环量多，对受热面的磨损厉害，检修周期缩短。 解决办法：（运行中，都需要添加床料吗？） 添加底料 底部放渣
5、循环指的是什么？
• • ① ② ③
循环就是物料的回收，就是返料 影响循环量大小的因素有：风量的大小（正比），床料的多少 循环的作用： 物料循环才能有效降低灰渣中的可燃物质 物料循环才能保证各部分的温度在允许的范围 物料循环才能使得各部分布臵的受热面能充分利用
6、床压反应的是炉内床料的多少
• • •
MFT后要做哪些工作？ 需要手动MFT的情况
③ ④
13、流化床结焦后的后果？
• 流动阻力加大（床压降增大）--燃烧效果下降—床温下降—燃烧不稳 定—床温逐渐下降—灭火—停炉
14、给料机转动后，如果出口门未开，会出现什么？
• 给料机会过电流跳 • 启动给料机前要开出口门，开播料风
15、如何理解：物料循环量少，会导致床温偏高？
• 物料浓度是床对燃烧室内受热面的换热系数的最大影响因素。换热系 数随物料浓度的增大而增大。 • 燃料燃烧产生的热量基本一定，带走的少了，床温就会高！最后的结 果是：结焦—阻力变大—流化不好--燃烧变差—停炉
• 起始流化速度—实际运行中，物料粒度不可能是一样的，所以轻的料 在风速达到一定数值后就流化起来，而重的料还没有。使料中轻的物 料开始流化的风速叫起始流化速度。 • 完全流化速度—让物料全部流化起来的风速就叫完全流化速度。 • 风室压力就是布风板阻力和料层阻力之和。在风量不变的情况下，风 室压力增大，表明料层增厚，运行中要维持一定的风室压力。当风室 压力大了，可以通过增大排渣量来实现压力的减小。
水平面
H
两个联通的容器
• 流化的颗粒可以像液体一样从器壁的孔口流出
流出
• 风量过大有什么影响？
为什么要做硫化实验？
4、流化床床层压降与风速的关系？
• • •
反应床状态的一个重要指标是床压降： 在流速很低时，床层压降随风速成正比增加 当风速达到一定值后，床层压降在风速较大范围内不变
床层压降
DP
风速
• 16、对于燃用的料中，容易形成飞灰的料，如果仅以料本身形成的灰 来作为循环物料，那么会有相当的细颗粒以飞灰的形式损失掉，不能 维持炉内循环，因而需要添加一部分底料来补充床料，以维持炉内循 环
17、运行中的常见问题（一）
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧
床压 返料器中部风压 燃油泵出口压力 点火枪的混合风 床压与流化风量的关系 流化风量与床压的关系 风室压力 播料风
循环流化床介绍
1、什么叫循环流化床锅炉？ 物料被风吹起来，处于悬浮状态，床料不断的上升-集聚-变重-下 降-吹散-变轻-上升，如此不断地循环，形成温度均匀的床。从而 新加进来的物料，能被高温的物质包围、迅速加热到着火的温度。 没有烧完的粗料，会通过反料器，再返回到床上，重新燃烧，直至 燃尽。 关键点：流化床，返料，高温物料包围
17、运行中的常见问题（二）
• 增加风过快的问题 • 增加料过快的问题
18、锅炉保护（FSSS保护）
① ② 什么叫MFT？ 引风机停；送风机停；一次风机停；流化风机停；汽包水位高、低；炉膛压力高、 低；床温低于550度而没油枪运行；床温高于100度；返料器温度达1000度；风室压 力低于1KPA，风量小。
2、气体、固体两相流的不同类型
• • • •
A:固定床 B:临界流化床 C:鼓泡流化床 D:气体输送床
A
B
C
D
• 3、如何理解流化床具有流体的特性？ • 同一高度的压力（静压）相同
dp
dpLeabharlann • 轻的物质浮起，重的物质沉下 羽毛球
铁块
• 像一杯水一样，杯子倾斜，水面任然保持水平
倾斜的杯子
• 两个联通的容器，其液面高度相同 水平面
前提：在流化状态下，床压，反应的是床上床料的多少，在一定的料粒度、风量及分 离器分离效率的情况下，反应了循环量的大小 循环量太大，受热面的磨损严重 循环量小了，床温就就会偏高，严重的会导致结焦，破坏正常的流化
7、料的干湿程度对燃烧的影响？
• • •
如果燃用的料比较潮湿，通常会出现什么？ 床温低 返料器温度偏高