循环流化床培训教材讲解

前言1第一章CFBB的起源和发展状况 3第一节CFBB的起源 3第二节循环流化床锅炉发展状况 3一、流化床锅炉发展概况 3二、国内CFB锅炉开发应用现状 5第二章CFBB的原理及特点7第一节CFBB的原理 7一、循环流化床的工作原理7二、循环流化床锅炉工作原理8第二节CFBB的特点9一、循环流化床燃烧锅炉的基本特点可概括如下：10二、环流化床锅炉具有许多不替代的优点10第三章CFBB的流体动力特性 12第一节流态化原理12第二节流态化的各种状态12一、初始流态化12二、鼓泡流化床13三、节涌13四、湍流床13五、气力输送与快速床14第三节循环流化床的流态14第四章循环流化床的传热与传质16第一节传热机理简介16第二节影响传热的主要因素16一、床层密度（床层物料浓度）16二、流化速度17三、平均粒径17四、床温17第三节流化床内颗粒与流体的传质17第五章煤在循环流化床内的燃烧过程及燃烧特性18 第一节煤燃烧的各阶段18第二节影响循环流化床燃烧的主要因素19一、床温19二、一二次风比例20三、停留时间20四、旋风分离器21五、燃煤粒度21六、流化风速和循环倍率21第三节循环流化床燃烧方式的优点22一、燃料适应性广22二、负荷调节比大和负荷调节快22第六章脱硫、脱氮机理及排放控制23第一节脱硫机理及排放机理23一、SO2的生成23二、SO2的固定23三、石灰石的有效利用24四、影响脱硫效率的因素24第二节循环流化床中脱氮机理及排放控制25一、NOx的形成25二、影响NOx生成和排放的因素26第七章CFBB的结构、主要设备介绍27第一节布风板27第二节汽包27第三节水冷壁28第四节高温旋风分离器28第五节固体物料回送装置29第六节过热器、再热器及减温器29第七节减温器30第八节省煤器31第九节空预器31第十节燃烧器31第十一节膨胀节32第十二节安全阀32第八章CFBB的辅机 33第一节一次风机33第二节二次风机33第三节高压风机33第四节引风机33第五节除尘器33第六节吹灰装置34第七节给煤设备34第八节给石灰石设备35第九节排渣设备36第九章CFBB的启停及运行37第一节CFBB的启动前检查及启动过程 37第二节锅炉停运41第三节CFBB的运行 42一、CFBB运行调整的主要任务 42二、床温的控制与调整42三、床压的调整43四、燃烧的调整43五、分析炉内结焦及其影响因素44六、参数变化对CFBB运行的影响45第十章CFBB控制与调节 47第一节DCS功能说明：47第二节控制回路简述47一、锅炉主调节控制回路。

47二、给水流量控制回路47三、蒸汽温度控制回路47四、风主控制回路48五、锅炉床温控制回路48六、燃料控制回路48七、床压控制回路48八、石灰石控制48九、燃烧管理系统（BMS）48第三节调节控制特点49第十一章CFBB金属件及耐火材料的磨损及预防 50第一节循环流化床锅炉防磨综述50第二节上述各部件防磨措施及设计51一、燃烧室的防磨结构设计51二、回料装置内部的防磨设计51三、分离器的防磨设计51四、炉膛水冷壁、管屏及过热器的防爆防磨措施51第十二章CFBB的发展前景及灰渣的综合利用53第一节CFBB的发展前景 53第二节循环流化床锅炉灰渣的处理53第三节灰渣的综合利用54前言能源与环境是当今社会发展的两大问题。

我国是产煤大国，也是用煤大国，目前一次能源消耗中煤炭占76%，在可见的今后若干年内还有上升的趋势，而这些煤炭中又有84%是直接用于燃烧的，其燃烧效率还不够高，燃烧所产生的大气污染物还没有得到有效的控制，以致于我国每年排入大气的87%SO2和67%NOx均来源于煤的直接燃烧，可见发展高效、低污染清洁燃烧技术是当前亟待解决的问题。

循环流化床是近年来在国际上发展起来的新一代高效低污染清洁燃烧技术，其主要特点在于燃料及脱硫剂经多次循环、反复地进行低温燃烧和脱硫反应，炉内湍流运动强烈，不但能达到低NOx排放，90%的脱硫效率和与煤粉炉相近的燃烧效率，而且具有燃料适应性广、负荷调节性能好、灰渣易于综合利用等优点，因此在国际上得到迅速的商业推广。

我国近几年来也有100多台循环流化床锅炉投入运行或正在制造中，100MW级的循环流化床锅炉已有投运，而更大容量的电站循环流化床锅炉在国际上正在示范运行，已被发电行业所接受和公认。

可以预见，未来的几年将是CFBB技术飞速发展的一个重要时期。

我厂2×135MW机组技改工程正是顺应这一潮流，锅炉设备采用了哈锅生产的440t/h的循环流化床锅炉，匹配135MW汽轮发电机组，采用一次中间再热，是国内目前正在安装即将投运的容量最大的循环流化床锅炉。

在机组投运前的生产准备工作中，我们通过各种学习途径，对循环流化床锅炉有了一个较为全面的认识。

在此基础上，为了更好地了解循环流化床锅炉，进一步熟悉设备为新机投运打下良好的基础，同时也为循环流化床锅炉的理论培训工作做些有益的探索进行经验总结，李孟军专工主持并编写了这本培训教材。

结合我厂实际，在收集资料和总结学习经验的基础上进行编写，力求做到简洁实用。

全书共分十二章，第一、二、三章分别讨论了循环流化床锅炉的起源和发展状况、原理及其流体动力学特性，着重探讨了循环流化床锅炉的工作特点，从鼓泡床过渡到循环流化床的各种特性，循环流化床内气固两相运动特性；第四章着重分析了循环流化床内的传热、传质特性；第五章探讨了煤粒在循环床内的燃烧过程及燃烧特性；第六章分析了脱硫脱氮的机理及排放控制；第七章介绍了循环流化床锅炉的结构及主要设备；第八章介绍了循环流化床锅炉的辅机，突出其特有性；第九章专门讨论了循环流化床锅炉的点火启动及正常运行；第十章讨论了循环流化床锅炉的控制与调节；第十一章探讨了循环流化床锅炉的金属件及耐火材料的磨损及各种预防措施；第十二章探索和分析了循环流化床锅炉的灰渣的综合利用及其发展前景。

循环流化床燃烧技术作为一种新型的洁净燃烧技术，正处于发展和完善阶段。

由于试验条件及运行实践等因素的局限性，在理论上至今尚未形成一致结论。

由于水平所限，其中缺点和错误难免，欢迎批评指正。

2002年4月8日第一章CFBB的起源和发展状况第一节CFBB的起源在谈循环流化床技术之前，首先要涉及到流态化技术，正如各种技术的形成一样，循环流化床技术的问世，也是一个逐渐被发展和完善的过程。

循环流化床技术是在最初被发现并应用的流态化技术的基础上发展起来的。

流态化技术最初来源于化工生产中的流态化反应器。

第一台成功运行的流化床是德国人温克勒于1921年发明的，他将燃烧产生的烟气引入一装有焦炭颗粒的炉室的底部，然后观察到了固体颗粒因受气体的阻力而被提升，整个颗粒系统看起来就像沸腾的液体，这也是工业应用的流化床的雏形。

此后流态化技术一直在化工领域被应用并发展，直到上个世纪五、六十年代，流态化技术才开始在燃烧领域应用。

流化床燃烧技术的应用最初是鼓泡床技术，其大概的工作过程就是，碾碎的小颗粒燃料通过给煤口送入炉内，床内布置有埋管蒸发受热面，空气由风室通过床下布风板送入床层，将燃料颗粒吹起。

吹起的颗粒上升到一定高度，在重力作用下又落下，再由空气吹起上升，然后又落下，如此反复上升、落下，好像水在沸腾时的状态一样，固体颗粒层也膨胀起来，此时固体颗粒便进入流化状态，这便是最初的鼓泡床燃烧。

从以上鼓泡床燃烧特点可以看出，其飞灰含碳量大，不完全燃烧损失大。

由于鼓泡床在燃烧宽筛分燃料尤其是劣质燃料时，固体未完全燃烧损失很大、加入石灰石脱硫效率低、埋管受热面和炉墙磨损大以及大型化时床面积过大受热面难以布置等缺点的限制，由于上述种种原因，人们便开始新的探索，力图在此基础上进行改进，克服其固有弱点，循环流化床燃烧技术便应运而生。

提到循环流化床燃烧技术，不得不提芬兰奥斯龙（Ahlstrom）公司。

新一代循环流化床燃烧技术真正得到应用始于上世纪七十年代未八十年代初，奥斯龙公司对循环流化床炉的开发是60年代未期在鼓泡流化床炉的基础上开始的。

为提高燃烧效率，奥斯龙公司对运行风速为3m/s的鼓泡流化床采用高温旋风分离器来实现细粉的再循环进行了试验，结果表明燃烧效率得到提高。

随后，奥斯龙公司在芬兰建造了第一台商用循环流化床锅炉，该锅炉的热功率为15MW。

在这个基础上，循环流化床燃烧技术不断被发展，并形成几大技术流派，在工业领域迅速的得到大面积应用。

第二节循环流化床锅炉发展状况一、流化床锅炉发展概况自从第一台专门设计用于生产蒸汽的循环流化床炉投运以来，经过十多年技术开发和工程化的应用与实践，CFBB发展到目前已产生许多不同的流派和炉型，技术上也渐趋成熟。

其中较有代表性的是德国鲁奇（Lurgi）公司的CFBB，芬兰奥斯龙（Ahlstrom）公司的Pyroflow 循环流化床炉，美国FW公司(FosterWheelerEnergyInternationalInc)的FW型CFBB以下将分别予以介绍。

1、Lurgi型CFB锅炉典型的Lurgi型CFBB由主床燃烧室、高温旋风分离器、外置流化床换热器（EHE或FBHE，简称外置床）、回料器及尾部对流烟道组成。

燃料及石灰石（脱硫剂）从主床密相区给入，在床内燃烧和反应；燃烧温度控制在850~900℃左右。

在较高气流速度作用下，固体物料播散充斥整个炉膛，物料从炉顶部被携带出燃烧室。

经高温旋风分离器分离后，一部分热物料被直接送回主床燃烧室；另一部分送至外置床（EHE）。

在外置床中热物料与埋管受热面和空气进行热交换，被冷却至400~600℃后，送回主床燃烧室或直接排出炉外。

由旋风分离器出口的高温烟气，经对流烟道受热面传热后，经静电除尘器或布袋除尘器后排入烟囱。

Lurgi型CFBB最主要技术特点是设置了外置流化床换热器。

分离器分离后的固体颗粒可以直接返回燃烧室，或进入外置换热器然后再返回燃烧室。

通过调节进入外置换热器的物料量可以调节循环床的运行温度。

Lurgi型循环床锅炉燃用高灰、高硫煤时床温一般控制在900℃，以利于碳燃烬；燃用低灰份煤时床温控制在850℃，以加强石灰石的利用率。

Lurgi型循环流化床锅炉能够燃用多种不同的燃料，当燃料性质变化过大时可改变下述参数：1）燃烧室温度和过剩空气量：2）一、二次风比例。

Lurgi型CFB锅炉的燃料适应性较广，有在一台炉上设计燃用多种燃料的业绩。

当燃料品质变动较大时，通常采用调节进入外置床的灰流量，一、二次风配比及风量等手段，来保证锅炉稳定及较好的经济性能和环保性能。

对于外置流化床换热器的作用，Lurgi公司认为具有三个优点（1）床温控制仅需调节进入外置流化床换热器与直接返回燃烧室的固体物料比例，比较灵活，无需改变循环倍率等其它因素；（2）将燃烧与传热基本分离，可使二者均达到最佳状态；（3）将再热器或过热器布置在流化床换热器中，调节汽温非常灵活，甚至无需喷水调节。