清洁燃烧技术 第3章3

第四节循环流化床锅炉技术（CFBC）一循环流化床锅炉的工作原理（FBC）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撑，而全部由流体所承托。

此时对于单个颗粒来讲，它不再依靠与其他邻近的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承之后，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。

这种状态就称为流态化。

颗粒床层从静止状态转变为流态化时的最低速度，称为临界流化速度。

根据流体速度的高低，流化床燃烧技术分为鼓泡流化床锅炉与循环流化床锅炉。

早在50～60年代因为技术上的困难，重点方在了低速流化床锅炉的研究上，因此这段时间内，投运的流化床锅炉基本上是鼓泡流化床,流化速度一般为1m/s～3m/s左右。

根据流化床的工作机理，理论上流体速度越快，流化效果越好，物料传热、传质效果也更好，但是当流体速度高到一定程度时，对于一定高度的炉膛，物料在炉内的停留时间缩短，颗粒较大的物料燃尽程度明显下降，另外大量粒度较小的物料(0～8mm）燃料浪费。

为了解决以上的矛盾，在流化床炉膛出口处加装了循环装置，将高速流态化锅炉中没有燃尽或携带出来的物料重新循环到炉膛中进行燃烧，故产生循环流化床锅炉，流化速度3～10m/s。

燃烧效率达97.5％～99.5％。

而一般鼓泡流化床的燃烧效率仅为85%～90%。

循环流化床(CFB)燃烧技术是一项近二十年发展起来的清洁煤燃烧技术。

自循环流化床燃烧技术出现以来，在世界范围内得到广泛的应用。

循环流化床锅炉属于沸腾炉。

它是一种其燃烧方式介于层状燃烧与悬浮燃烧之间的新型燃烧设备。

为了提高锅炉效率，设计了一次返料及二次返料，循环流化因而得名。

¾循环流化床的操作速度是鼓泡床的3-5倍，炉膛截面热负荷远大于鼓泡床，一般为3.0~5.5MW/ m2接近或高于煤粉炉，因此炉膛截面积可大大减小。

一般给煤点只需1~2个。

而同容量的鼓泡床需20~30个，因此循环流化床较容易解决大型化的问题。

¾循环流化床中气体停留时间大约为3~4s，由于循环，脱硫剂在炉内停留时间长达数十分钟，而鼓泡床中的脱硫剂在炉内停留时间仅为1~2s，循环流化床中脱硫剂的粒径一般在0.1mm~0.3mm，鼓泡床内脱硫剂的平均粒径为0.5mm ~1mm，因此循环流化床的脱硫效果明显高于鼓泡床。

循环流化床（CFBC）图一、循环流化床锅炉示意图循环流化床锅炉的燃烧系统,其关键的环节是一个流态化燃烧室,其后的物料分离收集器,以及将收集的物料返回燃烧室循环的返料器，所构成的物料循环燃烧系统、锅炉的水冷系统、过热器尾部受热面侧与一般的锅炉类同，目前国际上已出现有多种型号的循环流化床锅炉的炉型。

采用旋风分离器的循环流化床锅炉采用惯性分离器的循环流化床锅炉采用组合分离系统的循环流化床锅炉采用漩涡分离器的循环流化床锅炉中循环倍率的低循环倍率的超临界压力22.13MPa7. 按锅炉水循环的方式分类自然循环型循环流化床锅炉强制循环型循环流化床锅炉低温及分级配风燃烧，不需任何脱氮措施，烟气中NO x 浓度在200mg/Nm 3以下。

锅炉效率一般也与煤粉炉持平。

CaO 在氧化性气氛中遇到SO 2就会发生如下反应：42221CaSO SO O CaO ⇔++该反应受温度的限制，其最佳反应温度是：800～850O C ，温度低于或高于该温度范围，脱硫效率都会降低。

因此，向炉膛内加入石灰石脱硫的最佳燃烧方式的流化床燃烧。

在还原性气氛中，煤中的硫分会生成H 2S ，因而，在还原性气氛中CaCO 3和CaO 遇到H 2S 时，就会发生如下的反应：OH CaS S H CaO CO O H CaS S H CaCO 222223+→+++→+因而采用石灰石脱硫，对于不同燃烧方式的燃煤设备，其使用方法、使用条件及脱硫效果都是不相同的。

¾煤中含硫量及脱硫剂颗粒度的影响：含硫量越高，脱硫剂粒度越小脱硫率越高，但脱硫剂粒度不易太小，一般为0.1～0.3mm ，对于过小的粒度，后部除尘器分离效率下降。

¾脱硫剂反应性的影响：一般，反应性越高脱硫效率越高¾钙硫摩尔比（Ca/S ）：一般在Ca/S ＝1.5～2.0时，脱硫效率可达90％以上。

循环流化床燃烧脱硫中的主要影响因素循环流化床运行温度850～900℃之间，煤燃烧产生的NO x 主要是燃料型NO x ，热力型NO x 占总NO x 的10%以下。

由于循环流化床锅炉燃烧所需的空气一般采用分段给入的方法，如此形成的分段燃烧对控制燃料型NO x 的排放十分有效，不仅可以抑制燃料型NO X 的形成，还可以通过分段燃烧的组织使已生成的NO x 得到还原。

同时由于循环流化床锅炉内的焦炭浓度较高，对已生成的NO x 的还原十分有利。

对于挥发分含量高的煤种，分段燃烧对降低NO x 的排放更为有效。

一般循环流化床锅炉燃烧NO x 的排放浓度为50～200ppm 。

循环流化床锅炉脱硝机理的方法飞灰再燃技术分段燃烧降低会导致CO浓度以及飞灰中未燃尽碳粒浓度的提高，为此，流化床上部空间的后期燃烧需要加强。

循环流化床的燃烧是低温的动力控制燃烧：这种燃烧方式首先延长了物料在炉内的停留时间，其次炉内温度为850℃左右，免去了灰熔化带来的烦恼，炉内结渣及碱金属析出得到明显的改善，NO生成量减少。

由于循环流化床锅炉燃烧相对x来说温度不高，并存在大量固体颗粒强烈混合，此时燃烧速率主要取决于化学反应速率，即决定于温度水平，而物理因素不再是控制燃烧速率的主导因素，因此其燃尽度很高，燃烧效率一般可达到98%-99%以上。

¾循环流化床的燃烧是高强度的质量、热量、动量传递的过程：大量的固体物料在强烈湍流下通过炉膛，通过人为操作可以灵活的调节物料循环量，从而改变炉内物料的分布规律，以适应不同的燃烧工况。

由于炉内的热量、质量、动量传递十分剧烈使炉膛高度的温度分布很均匀。

¾可燃用的燃料范围宽：在循环流化床中，由于煤的浓度很低，每一个颗粒燃料都能被炽热的惰性物料所包围，并且和助燃剂（空气）接触条件良好。

因此，在常规炉中不易稳定燃烧的劣质煤，在循环流化床中亦能稳定燃烧。

燃料进给口较少，系统简单、运行操作方便88.150.00正转链直接排出较多866000小2010000条炉排89.660.00抛煤机直接排出较多794000小2230000中心筒磨损情况中心筒冲蚀情况转向室磨损情况由于锅炉中的灰粒在700℃以下时，具有足够的硬度和动能/燃烧控制系统比较复杂，锅炉的运行与常规煤粉炉有较大的不同，还未达到与常规煤粉炉相当的运行和控制水平。

循环流化床能否经济运行自控是关键。

/流化床燃烧中的生成物NO大大高于常规的煤粉燃烧系统。

2NO是燃烧过程中间产品，通常在高温火焰下被破坏，而2流化床燃烧的低温度水平有利于其形成，尤其在燃用烟煤时发生最高，如何解决这一问题有待研究。

由于流化床的特殊燃烧方式，会产生N 2O 的排放浓度（100～200ppm ）明显高于一般煤粉炉燃烧（5ppm ）而N 2O 又是温室气体的一种，其温室效应是CO 2的290倍，但是由于其排放量少，在大气中的浓度较CO 2低三个数量级，所以不被非常关注。

N2O 的排放是流化床出现的新的排放问题。

)控制NO生成2)发展超临界参数和增压循环流化床锅炉)应用新的防磨和耐火材料1. 国外大型循环流化床锅炉的发展²美国Foster Wheeler公司循环流化床锅炉Foster Wheeler公司是美国三大电站锅炉制造商之一。

它在循环流化床锅炉的大型化方面开展了积极的工作。

2003年3月，Foster Wheeler公司获得世界上首台460MW 超临界循环流化床锅炉(Lagisza，Poland)的制造合同。

这将是至今为止世界上最大的循环流化床锅炉机组。

²德国Lurgi型循环流化床锅炉Lurgi型循环流化床锅炉采用外置式换热器设计，这种设计对于循环流化床锅炉的大型化是很有利的。

美国CE公司就是使用德国Lurgi公司的CFB技术在循环流化床锅炉的大型化方面进行了许多卓有成效的工作。

如成功地应用在美国Texas-New Mexico Power Co．的2×165MW 循环流化床锅炉。

业--美国PPC CFB技术p上海锅炉厂股份有限公司(上锅)--美国Alstom—CE公司3. 增压流化床（PFBC）¾利用压气机供给流化床正压空气，压力一般在10bar～16bar，将煤与脱硫剂送到被加压的流化床中，由于反应是在加压的条件下进行的，燃烧和传热的过程被大大强化，从而可以减小锅炉炉膛和受热面的尺寸，减小电厂的占地面积和初投资。

通常与常压流化床锅炉相比，增压流化床锅炉的炉膛截面热强度可提高10倍左右（增压循环流化床可达20-50MW / m2），在锅炉容量相同时，增压流化床锅炉的尺寸可明显减小。

分为增压鼓泡床和增压循环流化床。

增压流化床联合循环技术PFBC －CC （ Pressurized Fluidized Bed Combustion Combined Cycle）它是一种高效率、 低污染的新型洁净煤发电技术。

它是将一部分或全部增压流化床锅炉炉膛内的高温烟气去直接驱动燃气轮机的一种技术。

此种电站由燃气和蒸汽两部分系统组成发电过程，燃气轮机出力占总输出的２０％～２５％，其余为蒸汽轮机出力，形成“联合循环”的形式运行。

该技术可用系数高（可用系数大于９０％）、灰渣综合利用１００％、系统相对简单等优点。

由于流化床内的燃烧温度一般控制在850℃～900℃，因此当增压流化床烟气到燃气轮机入口时温度只在800 ℃-850℃左右, 由于进汽温度太低，限制了联合循环系统的热效率不会超过40%。

一般燃气轮机的进口温度可在1200 ℃－1300 ℃，因此，第1 代PFBC-CC 即使其蒸汽循环采用超临界参数, 联合循环效率最高也仅能达到43%。

要提高整体循环效率，必须提高烟气温度即开发第2代PFBC-CC技术。

提高烟气温度的途径：¾采用燃气机顶置燃烧室，以天然气、或油为补充燃料进行加热¾采用煤气作为补充燃料，即在原系统中增加一个产生增压煤气的碳化炉或部分气化炉，将产生的煤气送入顶置燃烧室作为补充燃料，煤热解和部分气化产生的半焦送去增压流化床锅炉作为燃料。

在增压流化床锅炉排向汽轮机的高温正压烟气中含有大量粉尘，为了防止燃气轮机的叶片被磨损，必须进行高温烟气除尘器除尘，使烟气含尘量减少到200mg/m3以下，然后在进入燃气轮机前还要经过陶瓷过滤器再次除尘,除去粒径在5um以上的粉尘颗粒，因此开发效率高、寿命长、经济合理的高温除尘器也是PFBC联合循环系统成功的关键技术之一。