流化床燃烧技术(缩减版)
循环流化床锅炉低氮燃烧一体化的改造技术
度等进行更改。
对一二次风的比例进行合理分配，使得一次风压头下降，二次风压头提升，大幅提高二次风的穿透力，达到分级燃烧的目的，使得燃料能够燃尽。
(2)烟气再循环系统优化改造前为降低成本，原有流化床四台锅炉燃煤主要为灰分低、碱金属含量高的准东煤，并且原设计分离器效率低，而燃煤本身含灰量较低，即使燃煤掺烧电石渣，灰分也无法有效提升。
分离器效率低、灰分差导致灰循环倍率明显不足，炉内热负荷分配不均，造成锅炉8个床温测点温度偏差大，有时候偏差可以达到60℃，造成燃烧极为不稳定。
本次烟再系统的优化就是把锅炉产生的含氧量低的一部分烟气在烟囱前引出一支，通过新增加的烟再风机送到一次风的入口再次利用。
通过烟气的再次利用，使得原有一次风量有所降低，同时密相区的低氧可以抑制床温，通过二次风量的适当增加，补充被替代的一次风量。
通过烟再的低氧烟气再次利用，在降低床温的同时，可以有效控制锅炉空预器进出口的氧含量，大幅降低NO x 排放。
由于烟气中存在一定的粉尘颗粒，可能对一次风机叶轮产生磨损。
针对此项问题，对磨损的原理展开分析，具体如式(1)：W ∝V d 2.5×D d 3×ρd ×f (1)式中：W 为磨损量；V d 为粉尘速度；D d 为粉尘颗粒度；ρd 为粉尘浓度；f 为粉尘与金属表面冲击角度。
由公式(1)看出，气流速度的2.5次方、粉尘粒径的3次方与磨损成正比，是影响磨损的关键因素。
当采用烟气再循环后，一次风总量并不产生明显的变化，仅在一次风中增加一部分烟气量，由于锅炉目前除尘效率很高，除尘器后粉尘浓度极低，粉尘粒径小，且烟气量仅为一次风量的20%～35%左右(设计值留有较大裕量，实际运行值更低)，混合后的气体含尘量进一步降低，磨损能力很弱，可以忽略不计。
按照设计值，除尘后烟气中的烟气中含尘量≤10mg/m 3，再和空气混合后其浓度不大于5mg/m 3，而在常规工业中的通风通道来说，一般将100mg/m 3以下含尘量的气体划归为洁净气体。
循环流化床锅炉燃烧防止结焦的技术措施
防止循环流化床锅炉燃烧结焦的技术措施循环流化床锅炉燃烧结焦是一种常见事故，无论在点火启动、压火启动和运行中都可能发生。
一旦发生结焦，蔓延速度则非常快，如处理不当，结焦就会越来越严重，最终导致停炉，对安全、经济运行带来很大的影响。
为预防流化床锅炉结焦，确保流化床锅炉的安全、连续、经济运行，特制定措施如下：1.确保启动期间煤质良好稳定1）热值不低于17000KJ/KG，挥发份不低于12；2）粒度合格：8mm通过率不低于85；3）灰熔化温度>1500℃；4）硫含量不大于1.2。
2.点火前必须仔细进行流态化测试1）确定临界流化风量。
临界流化风量应在16-18万Nm3/h左右，如果太大，找出原因，然后升起熔炉；2）大风量炉膛吹扫10分钟，吹扫风量（一次风）不低于25万Nm3/h；3）做布风板均匀性试验。
在临界流化风量下紧急关闭所有风机，进炉内检查床料流化情况，确保流化合格。
3.锅炉爆管后，一定要清理床料并检查风帽，确保床料未硬化，发动机罩未堵塞。
4.控制床压升炉前床料加至1-1.2米,启动床压13-13.5KPA；提升锅炉后，床压应保持在正常范围内，如大于20.8或低于8.7KPA时应汇报相关领导,并请示停炉。
5.严格按规定给煤1）给煤后，确保一次风量不低于临界流化风量；2）当床温达到规定温度时，可投入试运行（中排床温>510℃），如煤质较差，则应将床温提高50-100℃再进行投煤；3）启动初期应严格按照“脉动”形式进行投煤，给煤后，根据氧含量和床温的变化判断煤是否燃烧，如未燃则是应立即停止给煤，待适当提高床温后，再以相同形式重新投煤。
严防投煤过多后出现爆燃，导致床温过高，产生高温结焦。
6.控制床温1）严密监视床温分布情况，如下、中排平均床温差>100℃，或一个或多个点床温和平均床温差>100℃,应认真分析，加强检查，严防因流化不好而发生低温结焦；2）当发现床温过高时应立即采取措施，增加一次风量或减少燃料以降低床温。
垃圾流化床焚烧技术
流化床垃圾焚烧技术1.概述目前普遍认为，用流化床焚烧垃圾对燃料的适应性好，能完全燃烧各类城市垃圾或有机的工业垃圾等；而且对于垃圾预处理的要求比较小，适合我国的国情。
对于流化床的研究，国内外在很早的时候就开始了，将流化床技术应用到垃圾焚烧上，也不是最近的事：多年前，欧洲在燃用煤、积淤物等均质燃料时已采用沙床流化床技术。
而25年前，日本因垃圾的发热量低、水份高及资源有限等原因已应用循环流化床技术焚烧垃圾这类非均质燃料，克服了固定流化床燃用非均质燃料时燃料分布不匀，局部过热和局部微燃的缺陷，且具备了灰渣深度惰性化、污染释放物少及易于自动控制等优越性能。
截止98年底的数据表明，日本已有60多套焚烧各种垃圾的循环流化床，欧洲也已开始起步，今后10年欧洲将大量建设这种小型化的垃圾焚烧设备。
1994年在柏林市郊的一座已停运的垃圾焚烧场安装了一套ROWITEC式循环流化床生活垃圾焚烧设备，每小时焚烧垃圾8.5t，热功率为20MW，产生470℃、74MPa的蒸汽19-25t，用来供热和发电。
在国内，有关学者也早就开始关注流化床用于垃圾焚烧方面的研究。
并且通过多年的积累，已经开发出用于实际工程中的流化床垃圾焚烧炉，并有成功的应用先例。
2. 我国的垃圾概况我国经济的持续发展和人民生活水平的不断提高，城市生活垃圾的产量逐年增加，年均增长率接近9%。
虽然我国城市居民人均日产垃圾不足1kg，低于大多数发达国家，但其总产量却相当高，预计到2000年我国城市垃圾的产量将达到19000万吨左右。
但我国的垃圾和国外的相比较也有很大区别：无机物含量高于有机物含量，不可燃成分高于可燃成分。
中小城市垃圾的有机质含量多为20%左右，一些大城市如北京市的垃圾有机质含量可高达40%以上。
有机成分中，以生物质所占比例为大，纸张较少，而国外垃圾中纸张所占比例较大。
无机成分中，以灰土砖石为主，玻璃、金属等含量很低。
下表为我国的垃圾和国外垃圾发热量及成分的比较。
循环流化床燃烧技术
循环流化床燃烧技术循环流化床燃烧技术是最近20多年来发展起来的新一代高效、低污染的清洁燃烧技术，也是目前商业化程度最好，应用前景最广的洁净煤燃烧技术，它的燃烧技术比较简单，当进炉的燃料粒度循环流化床锅炉独特的流体动力特性和结构使其具备有许多独特的优点。
1、燃料适应性甚广这是循环流化床锅炉的主要优点之一。
在循环流化床锅炉中按重量计，燃料仅占床料的1％～3％，其余是不可燃的固体颗粒，如脱硫剂、灰渣或砂。
循环流化床锅炉的特殊流体动力特性使得气～固和固～固混合非常好，因此燃料进人炉膛后很快与大量床料混合，燃料被迅速加热至高于着火温度，而同时床层温度没有明显降低。
只要燃料的热值大于加热燃料本身和燃烧所需的空气至着火温度所需的热量，上述特点就可以使得循环流化床锅炉不需辅助燃料而燃用任何燃料。
循环流化床锅炉既可燃用优质煤，也可燃用各种劣质燃料，如高灰煤、高硫煤、高灰高硫煤、高水分煤、煤矸石、煤泥，以及油页岩、泥煤、石油焦、尾矿、炉渣、树皮、废木头、垃圾等。
2、冷却效率高循环流化床锅炉的燃烧效率要比鼓泡流化床锅炉高，燃烧效率通常在97.5％～99.5％范围内，可与煤粉锅炉相媲美．循环流化床锅炉燃烧效率高是因为有下述特点：气～固混合良好；燃烧速率高，特别是对粗粒燃料；绝大部分未燃尽的燃料被再循环至炉膛。
与齿槽流化床锅炉相同，循环流化床锅炉能够在较宽的运转变化范围内维持低的冷却效率，甚至燃用细粉含量低的燃料时也就是如此。
循环流化床锅炉的脱硫比鼓泡流化床锅炉更加有效。
典型的循环流化床锅炉达到90％脱硫效率时所需的脱硫剂化学当量比为1.5～2.5，鼓泡流化床锅炉达到90％脱硫效率则需脱硫剂化学当量比为2.5～3，甚至更高，有时即使ca／s比再高，鼓泡流化床锅炉也不能达到90％的脱硫效率。
与冷却过程相同，烟气反应展开得较为缓慢。
为了并使氧化钙（研磨石灰石）充份转变为硫酸钙，烟气中的二氧化硫气体必须与脱硫剂存有充份短的碰触时间和尽可能小的面积。
循环流化床技术
循环流化床燃烧技术循环流化床燃烧（CFBC）技术系指小颗粒的煤与空气在炉膛内处于沸腾状态下，即高速气流与所携带的稠密悬浮煤颗粒充分接触燃烧的技术。
循环流化床锅炉脱硫是一种炉内燃烧脱硫工艺，以石灰石为脱硫吸收剂，燃煤和石灰石自锅炉燃烧室下部送入，一次风从布风板下部送入，二次风从燃烧室中部送入。
石灰石受热分解为氧化钙和二氧化碳。
气流使燃煤、石灰颗粒在燃烧室内强烈扰动形成流化床，燃煤烟气中的SO2与氧化钙接触发生化学反应被脱除。
为了提高吸收剂的利用率，将未反应的氧化钙、脱硫产物及飞灰送回燃烧室参与循环利用。
钙硫比达到２～２．５左右时，脱硫率可达９０％以上。
流化床燃烧方式的特点是：１．清洁燃烧，脱硫率可达８０％～９５％，NO x排放可减少５０％；２．燃料适应性强，特别适合中、低硫煤；３.燃烧效率高，可达９５％～９９％；４．负荷适应性好。
负荷调节范围３０％～１００％。
循环流化床锅炉主要由燃烧系统、气固分离循环系统、对流烟道三部分组成。
其中燃烧系统包括风室、布风板、燃烧室、炉膛、给煤系统等几部分；气固分离循环系统包括物料分离装置和返料装置两部分；对流烟道包括过热器、省煤器、空气预热器等几部分。
循环流化床锅炉属低温燃烧。
燃料由炉前给煤系统送入炉膛，送风一般设有一次风和二次风，有的生产厂加设三次风，一次风由布风板下部送入燃烧室，主要保证料层流化；二次风沿燃烧室高度分级多点送入，主要是增加燃烧室的氧量保证燃料燃烬；三次风进一步强化燃烧。
燃烧室内的物料在一定的流化风速作用下，发生剧烈扰动，部分固体颗料在高速气流的携带下离开燃烧室进入炉膛，其中较大颗料因重力作用沿炉膛内壁向下流动，一些较小颗料随烟气飞出炉膛进入物料分离装置，炉膛内形成气固两相流，进入分离装置的烟气经过固气分离，被分离下来的颗料沿分离装置下部的返料装置送回到燃烧室，经过分离的烟气通过对流烟道内的受热面吸热后，离开锅炉。
因为循环流化床锅炉设有高效率的分离装置，被分离下来的颗料经过返料器又被送回炉膛，使锅炉炉膛内有足够高的灰浓度，因此循环流化床锅炉不同于常规锅炉炉膛仅有的辐射传热方式，而且还有对流及热传等传热方式，大大提高了炉膛的传导热系数，确保锅炉达到额定出力。
流化床燃烧技术
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循环流化床锅炉炉内流 体动力结构示意图
1.3 燃料在流化床内的燃烧过程
1.3.1 固体燃料在流化床内的燃烧特性
煤粒被加入高温的流化床内后 的燃烧过程将经历如下几个主要过 程：干燥和加热、挥发分析出及燃 烧、焦炭燃烧，期间伴随着颗粒的 膨胀、一次破碎、二次破碎及颗粒 磨损等过程。
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1.3.2.4 给煤方式及二次风的配置
加入到床层的燃料要求在整个床面上播撒均匀，防止局部碳浓度过高， 以免造成局部缺氧、超温。因此，给煤点应分散布置。对于挥发分含量很高 的烟煤、褐煤及洗煤矸石等，由于局部缺氧，甚至析出的挥发分都不能在床 层内完全燃尽，进入锅炉尾部受热面后被冷却，形成焦油并与飞灰黏附在受 热面上，堵塞烟气通道，影响锅炉安全运行。
燃煤粒径及粒径分布对流化床燃烧有极大影响。在流化床中， 大于1mm的较粗煤粒的挥发分析出和碳的燃烧受扩散控制，挥发 分 完全析出时间和碳粒完全燃尽时间与粒径的平方成正比，因此要缩 短挥发分完全析出时间和碳粒完全燃尽时间，减少可燃物损失，在 尽量降低细颗粒扬析的情况下，适当减小燃煤粒径，缩小筛分范围 是提高燃烧效率的一项有效措施。
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1.4 流化床内的传热与传质过程
流化床燃烧过过程中的传热规律和传热系数对流化床锅炉的设计、 制造和运行可靠性和安全性方面起着举足轻重的作用。
在流化床燃烧炉中存在各种不同的传热过程： ① 颗粒与气流之间的传热（床内颗粒与床内气流）； ② 颗粒与颗粒之间的传热； ③ 整个气固相与受热面（包括壁面与悬吊在床内表面）之间的传热； ④ 气固相与入床气流之间的传热。
传热面方位 传热量
循环流化床技术
循环流化床燃烧技术循环流化床燃烧(CFBC）技术系指小颗粒的煤与空气在炉膛内处于沸腾状态下,即高速气流与所携带的稠密悬浮煤颗粒充分接触燃烧的技术.循环流化床锅炉脱硫是一种炉内燃烧脱硫工艺，以石灰石为脱硫吸收剂，燃煤和石灰石自锅炉燃烧室下部送入，一次风从布风板下部送入，二次风从燃烧室中部送入.石灰石受热分解为氧化钙和二氧化碳。
气流使燃煤、石灰颗粒在燃烧室内强烈扰动形成流化床，燃煤烟气中的SO2与氧化钙接触发生化学反应被脱除。
为了提高吸收剂的利用率,将未反应的氧化钙、脱硫产物及飞灰送回燃烧室参与循环利用.钙硫比达到２～２．５左右时，脱硫率可达９０％以上。
流化床燃烧方式的特点是：１．清洁燃烧，脱硫率可达８０％～９５％，NO x排放可减少５０%；２．燃料适应性强,特别适合中、低硫煤；３.燃烧效率高，可达９５％～９９%;４．负荷适应性好。
负荷调节范围３０%～１００%.循环流化床锅炉主要由燃烧系统、气固分离循环系统、对流烟道三部分组成。
其中燃烧系统包括风室、布风板、燃烧室、炉膛、给煤系统等几部分;气固分离循环系统包括物料分离装置和返料装置两部分；对流烟道包括过热器、省煤器、空气预热器等几部分.循环流化床锅炉属低温燃烧。
燃料由炉前给煤系统送入炉膛，送风一般设有一次风和二次风，有的生产厂加设三次风，一次风由布风板下部送入燃烧室,主要保证料层流化；二次风沿燃烧室高度分级多点送入，主要是增加燃烧室的氧量保证燃料燃烬;三次风进一步强化燃烧. 燃烧室内的物料在一定的流化风速作用下,发生剧烈扰动，部分固体颗料在高速气流的携带下离开燃烧室进入炉膛,其中较大颗料因重力作用沿炉膛内壁向下流动，一些较小颗料随烟气飞出炉膛进入物料分离装置，炉膛内形成气固两相流，进入分离装置的烟气经过固气分离，被分离下来的颗料沿分离装置下部的返料装置送回到燃烧室,经过分离的烟气通过对流烟道内的受热面吸热后,离开锅炉。
因为循环流化床锅炉设有高效率的分离装置,被分离下来的颗料经过返料器又被送回炉膛，使锅炉炉膛内有足够高的灰浓度,因此循环流化床锅炉不同于常规锅炉炉膛仅有的辐射传热方式,而且还有对流及热传等传热方式,大大提高了炉膛的传导热系数,确保锅炉达到额定出力.循环流化床锅炉概述循环流化床锅炉是一种高效、低污染的节能产品.自问世以来，在国内外得到了迅速的推广与发展.但由于循环流化床锅炉自身的特点，在运行操作时不同于层燃炉和煤粉炉，如果运行中不能满足其对热工参数的特殊要求，极易酿成事故。
循环流化床燃烧技术
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循环流化床燃烧技术
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三、 流态化基本原理
• “流化”——流态化
• 当流体（液体、气体）向上流过固体颗粒床层时，其速度 增大到一定值后，颗粒被流体的摩擦力所承托，呈现飘浮 状态，颗粒可以在床层中自由运动，这种状态称为“流态 化”。
• 按流化介质的不同可分为液-固流态化、气-固流态 化。
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于是流化床开始应用于煤 的燃烧。二十世纪60年代初， 出现了“流化床锅炉”。
“流化床锅炉”——燃料在流化 状态下进行燃烧的锅炉叫流化床 锅炉。
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
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循环流化床燃烧技术
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循环流化床燃烧技术
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循环流化床燃烧技术
一、引子—传统燃煤方式带来的环境问题 二、洁净煤技术的兴起 三、流化床基础理论 四、第一代流化床锅炉—鼓泡床锅炉 五、第二代流化床锅炉—循环流化床锅炉 六、循环流化床锅炉应用现状及发展前景
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一、引子
• 近年来，在火力发电领域，一 个新名词越来越多地被人们听 到，这就是“循环流化床”。
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流化床的形成过程
图2-6 不同气流速度下固体颗粒床层的流动状态
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流化床类似流体的性质：
– 任一高度静压等于 此高度以上固体颗 粒重量
– 大而轻的物体浮在 床表面
– 床表面总保持水平
– 连通器作用
流化床燃烧脱硫技术详解
度内上下左右运
动。
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§1流化床燃烧技术概述
二、流化床锅炉的特点
优 点
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➢对燃料适应性特别好：可以烧劣质煤—高灰煤、高硫 煤、煤矸石、油页岩、石油焦、煤泥、生物质、垃圾等。 ➢燃烧效率高，可达90—99% ➢截面热强度高 ➢低污染：脱硫：流化床燃烧温度一般900 ～ 1000℃， 炉内脱硫效果好（石灰石在1200℃以上脱硫效果变差）。 脱氮：流化床一般采用配风，燃烧温度不高，NOx的生 成量显著减少 ➢负荷调节性能好 ➢灰渣可综合利用
流化床燃烧脱硫技术详解
§0 引言
1960s德国人发明，化工处理技术,再被移 植到锅炉燃烧领域 流化床燃烧技术是一种清洁燃烧技术； 流化床中，煤和脱硫剂一起进入炉膛， 燃烧后煤中硫生成SO2，在燃烧过程中， 与脱硫剂反应而被固定。 流化床燃烧温度低，脱硫剂不会失活。 流化床燃烧温度低，NOx生成量较少。 2
§1流化床燃烧技术概述
缺
➢流化床锅炉磨损大，设备大修周期短；
点
➢流化床锅炉要采用高压送风，其电耗高、
噪音大；
➢原始排烟粉尘浓度大。
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§1流化床燃烧技术概述
三、流化床锅炉的组成与分类
浓相床（沸腾层） 稀相层（悬浮段）
床内受热面 布风装置
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锅循 炉环 组流 成化
床 的
尾部受热面 高温分离器 回料装置
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§2流化床的基本性质
三、流态化的基本性质 1. 流态化的各种状态
各种流化状态是以不同的流 化速度下床层的阻力特性为 特征的。由于流化床的膨胀， 空隙率增加，因而每米床高 的压降是逐渐下降的。
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§2流化床的基本性质
(1) 鼓泡床
➢在起始流态化下，气速对umf的微小增量将使床层进入流化 状态，而导致床内循环作用; ➢对细颗粒或均匀颗粒床，随u增加，床层膨胀; ➢当床层膨胀到一定状态（细颗粒床膨胀一定值后，对粗颗 粒床u>ucf后，就出现鼓泡）后，就进入鼓泡床状态; ➢鼓泡床可以看作二相流;
流化床燃烧技术
气固燃烧过程的主要特性比较
1.1.1 鼓泡流化床燃烧技术
典型的鼓泡流化床燃烧装臵
鼓泡流化床由燃烧室底部布臵有风帽 的布风板支撑。燃烧所需的空气通过布 臵在布风板上面的风帽送入。0-20mm的 燃料颗粒通过给料装臵被加入鼓泡流化 床内，在布风板上被送入的空气吹起来， 在重力的作用下，被吹起升到一定高度 的固体颗粒又会落下。在一定的空气流 速下，布风板上的一部分或全部固体颗 粒就会产生双向运动，即在一次风的作 用下颗粒上升和浮起，又在重力的影响 下下落，此时称固体颗粒进入了流化状 态。在燃烧室中，从床的底部至膨胀起 来的床层上界面称为密相区，上界面以 上的炉膛空间称为悬浮段。新加入的燃 料接受周围床内高温的床料的快速加热 并着火燃烧。较粗的燃料颗粒主要在床 内或床上面的飞溅区内燃烧，而部分细 颗粒则有可能被携带到床上面的悬浮空 间内燃烧。被烟气携带出炉膛的细颗粒 依据燃烧要求可以通过分离装臵如旋风 分离器捕集下来并送回燃烧室继续燃烧， 但被带出燃烧室的固体颗粒的总量比较 少。
鼓泡流化床燃烧技术的主要特点如下。
① 流化床床内混合剧烈，燃烧稳定，其燃料适应性很强，几乎可以燃 烧所有燃料。 ② 低温燃烧特性可以实现炉内加脱硫剂进行直接脱硫，而且可以利用 低灰熔点的燃料。 ③ 低温燃烧和分级燃烧可以较好地控制煤燃烧过程中NOx的生成。 ④ 通常燃用宽筛分燃料颗粒（如0-8mm，0-10mm），床料的组成也比 较复杂。 ⑤ 流化床运行速度较低，一般在2-4m/s之间，燃烧室内运行在鼓泡流 化状态，可以明显分为下部高颗粒浓度的流化床区（密相区）和上部 颗粒浓度很低的稀相区（悬浮段）。
煤粒燃烧所经历的几个历程
流化床锅炉燃用的成品煤含水分变化较大，燃用泥煤浆时其水分可超过40%。 新鲜煤粒被送入流化床后，立即被大量灼热的不可燃床料所包围并被加热至接近床 温 。 在 这 个 过 程 中 ， 煤 粒 被 加 热 干 燥 ， 把 水 分 蒸 发 掉 。 加 热 速 度 一 般 在 1001000℃/s的范围内，即加热时间仅有几秒钟。由于流化床锅炉内的床料绝大部分是 惰性的灼热灰渣，其可燃物含量只占了很小的一部分，因此加到床内的新鲜煤粒被 相当于一个大“蓄热池”的灼热灰渣颗粒所包围。在这个加热过程中，所吸收的热 量只占床层总热容量的千分之几，因而对床层温度影响很小，而煤粒的燃烧又释放 出热量，从而能使床层保持在一定的温度水平。
第5—4流化床燃烧方式及其设备
西安交通大学锅炉研究所
(b) 风帽
风帽是一种弹头状的物体，它的上端封闭，称为帽头， 下端敞开，制成插头，垂直地插于花板上的插孔中。风 帽的颈部开有一圈水平的或略向下倾斜的小孔。
空气在花板下进行“分流”，分别从各风帽的下端流入 各风帽。空气在风帽中向上流至颈部后，即从所有小孔 沿侧面向各个方向高速喷散出来。大量细小、高度分散 和强烈扰动的高速气流，在布风板上形成一层均匀的 “气垫”，后者为均匀配风创造了优越的条件；
§5—4流化床燃烧方式及其设备 一、流化床燃烧简介
流化床具有流体的性质主要体现在以下几点： (1) 任一高度处的静压近似等于在此高度以上单
位床截面内固体颗粒的重量； (2) 无论床层如何倾斜，床表面总是保持水平，
床层的形状也保持容器的形状； (3) 床内固体颗粒可以像流体一样从底部或侧面
的孔口中排出； (4) 密度高于床层表观密度的物体在床内会下沉，
沸腾床燃烧的不利条件是燃烧的温度受限制。
过高的炉温会导致燃料的结渣，从而破坏了流化 床的工作。
通常，沸腾床的平均温度控制在燃料灰分的开始 变形温度()以下200℃，约为850℃～950℃左右， 因此属于低温燃烧，燃烧温度低虽然会减慢燃烧 的化学反应速度，但是根据目前某些分析可知， 对于在沸腾炉中燃烧的0.2～8 mm的燃料颗粒而言， 当平均床温为900～950℃时，它的燃烧速度不是 取决于燃烧的化学反应速度，而是取决于气体的 扩散速度，包括氧气从两相交界面由气泡相扩散 到颗粒相，以及氧气在颗粒相中扩散到每个燃烧 着的燃料颗粒 。
西安交通大学锅炉研究所
流化床燃烧方式是一种介乎层状燃烧和悬浮燃 烧之间的燃烧方式。它具有高传热率、高热强 度、燃料适应性极强、能有效地脱硫除硝等— 系列优点，受到各国的高度重视。
第一章 循环流化床燃烧技术发展概况.
第一章循环流化床燃烧技术发展概况20世纪中期,工业的迅速发展,包括大量燃煤锅炉在内的工业过程产生了严重的污染问题,迫切要求发展洁净煤技术,包括煤的清洁燃烧技术。
在 60年代末至 70年代初期,流化床煤燃烧技术应运而生。
第一节循环流化床燃烧技术的发展背景我国是世界上最大的发展中国家, 煤在我国一次能源构成中占据着绝对主要的地位。
煤在燃烧过程中将产生大量的灰渣、粉尘、废水、 SO 2 、 NOx等废弃物,如不妥善处理, 将会严重破坏生态环境甚至是永久性的, 进而危害人类自身的生存和发展。
改革开放二十年来,我国经济高速发展,能源工业前进的步伐更快些。
但在人民生活水平日益提高的同时, 环境污染亦达到了惊人的程度, 生态环境严重恶化。
我国的 SO2排放量居世界第一,酸雨区域已经蔓延到 40%的国土面积,多数大城市的空气总悬浮颗粒浓度超过世界卫生组织标准的十几倍甚至几十倍。
目前,环境保护在我国开始广受关注,可持续发展是我们的基本国策,既然我们别无选择, 必须在保护环境、改善环境的条件下让煤继续为中国的发展提供动力,那么唯一的出路就是依靠科学和技术,实现煤利用的高效和清洁。
目前,国际上已投入使用或已基本成熟的高效清洁燃煤发电技术主要有四种:整体煤气化联合循环 (IGCC、增压流化床燃烧联合循环(PFBC、常压循环流化床燃烧 (CFBC和超临界煤粉炉蒸汽循环加烟气脱硫(SCPC-FGD。
从技术完备性和经济适用性角度来看, IGCC 和 PFBC 近期都不可能在我国投入大规模工业应用; SCPC-FGD 在技术上最为成熟, 国际上应用最广, 但由于我国新材料开发存在困难及 FGD 等净化技术成本过高在我国作商业性推广面临一些现实的困难; 相比之下, 循环流化床燃烧技术基本成熟, 制造和运行成本都比较低, 在保证高效燃烧的基础上能显著降低废弃物排放, 可以满足目前世界上最严格的环保标准。
表 1.2给出了各技术的投资、运行费用、技术现状的比较。
流化床富氧燃烧技术
流化床富氧燃烧技术摘要：本文简要介绍了流化床富氧燃烧技术的国内外研究现状，总结了循环流化床富氧燃烧技术要商业化所要面对的问题。
为循环流化床富氧燃烧技术在国内的研究应用做了基础和重要准备。
关键词：富氧燃烧；循环流化床；O2/CO21 、引言化石燃料电厂是二氧化碳最大的、最集中的排放源，回收利用烟气中的二氧化碳已经被认为是最重要的减少温室效应的方法。
用氧气和再循环烟气（主要是二氧化碳）的混合物作为化石燃料的氧化剂可以从本质上排除烟气中氮气的存在。
而最终烟气的主要成分是CO2，少量的水蒸气、氮气、氧气，微量的SO2和NOx。
这样就大幅度的提高了燃烧产物中CO2的浓度，这就使CO2分离回收成本降低。
富氧燃烧技术就是在这一背景下提出来的。
富氧燃烧技术也称为O2/CO2燃烧技术，或者空气分离/烟气再循环技术，又被称为N2－free Rocess其原理示意图见图1富氧燃烧技术首先是由Horne和Steinburg 与1981年提出，经美国阿贡国家实验室的研究证明只需要将常规锅炉进行适当的改造就可以采用此技术。
美国、加拿大、日本、英国、荷兰、德国、法国、瑞典、挪威等许多国家都开展了富氧燃烧技术的试验或技术经济性比较研究。
国内的浙江大学、华中科技大学、及华北电力大学等在进行积极的试验和理论研究。
但只有日本、荷兰等少数几个国家对流化床富氧燃烧技术进行了研究，目前美国页正在进行相关研究。
流化床富氧燃烧技术是将流化床洁净燃烧技术和富氧燃烧技术结合在一起的新型洁净燃烧技术，它可以充分发挥两者的优势。
诸如：对燃料的适应性广，能燃用煤、石油焦、生物质、城市垃圾和沥青砂等;可以用循环砂来控制炉膛温度；对锅炉的改造也很简单；在石油开采市场上存在着巨大的市场。
【4，6】2、国内外研究现状日本北海道工业研究所Hokkaido National Industrial Research Institute (HNIRI)进行了先进的煤燃烧和排放控制技术“（Advanced Technology for Emission Control of Sulfur and Nitrogen Oxides from Coal Combustors）”国际合作项目研究，部分研究成果见图2所示，时间从1995年至1998年，研究鼓泡流化床富氧燃烧反应机理和SO2、NOx排放。
流化床燃烧技术
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总之，新型流化床的研制已成为流化床研究的热点。增压流化床锅炉是当前国际上公认的一种有前途的高效 清洁燃煤发电技术。欧美计划在2000年左右要陆续建成几台大容量的增压循环流化床锅炉。在常规流化床中，也 希望有20%的燃料来源于生初燃料。他们认为这样可以减少co ₂的生成量。对温室效应的减轻是有好处的。
欧美的常规流化床锅炉在设计和运行两方面已经积累了大量经验，技术水平日趋成熟。这主要表现在:
a.循环流化床锅炉的负荷越来越大。即将投运的C - E/Lurgi循环流化床锅炉容量810t/h，安装在美国德州， 配250MW机组，是目前世界上容量最大的循环流化床锅炉。以目前的CFB锅炉设计和运行经验为基础，将CFB锅炉 负荷增至400-500MW是完全有可能的。
流化绍
目录
02 欧美日趋成熟
03 发展方兴未艾
04 在我国的发展
05 总结
流化床燃烧技术是把8mm以下的煤粒和脱硫剂石灰石，加入燃烧室床层上，在通过布置在炉底的布风板送出 的高速气流作用下，形成流态化翻滚的悬浮层，进行流化燃烧，同时完成脱硫。我国鼓泡流化床锅炉的数量很大， 经过二、三十年的运行.积累了大量的经验。可以说在鼓泡床方面并不比西方差。中国跟着循环流化床的风潮开始 陆续投运一些小机组参数的循环流化床锅炉但叹容量到技术方面都大大地落后于西方现在35t/h和75t/h循环流化 床锅炉技术已基本成熟。
技术介绍
从本世纪六、七十年代，流化床从化学工业被引入锅炉行业，流化床技术飞速发展。六十年代鼓泡流化床锅 炉投运，七十年代末循环流化床锅炉兴起，到八十年代较大容量循环流化床锅炉机组并发电，再到九十年代增压 循环流化床和内循环流化床等新型锅炉技术水平不断提高，都体现出流化床技术在加速发展 。
流化床内传热与燃烧
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1.3.2.5 床温
在床层中煤粒挥发分的析出速率和碳的反应速率均随流化床床温 的升高而加快。因此提高床温有利于提高燃烧效率和缩短燃尽时间。 但床温的提高受到灰熔点的限制，考虑到床层断面上温度的不均匀性， 燃料颗粒表面温度高于床层温度，通常要求床温比煤的变形温度低 100-200℃。所以床温的高限应根据煤的变形温度来确定，一般不超过 1000-1050℃。对于采用添加剂在床内进行脱硫的流化床锅炉，脱硫的 最佳反应温度在850℃左右，床温过高尤其当床温高于900℃以上时， 脱硫率会明显降低，钙硫比增大。
1.3.2.3 布风装置和流化装置
流化床要求布风装置配风均匀，以消除死区和粗颗粒沉淀，底部 流化质量良好，减少冷渣含碳量。因此，合理的布风结构是减小气泡 尺寸，改善流化质量，降低运行速度，减少细颗粒的带出量，提高燃 烧效率的有效途径。一般采用小直径风帽，合理布置风帽数量和风帽 排列方式，设计良好的等压风室，合理控制入床的过量空气系数等， 对提高流化质量均收到了明显的效果。
煤质对流化床燃烧尤其是循环流化床燃烧过程形成飞灰及底渣性 质及其比例影响很大，一般来说，含灰量少的煤种在燃烧过程中由于 一次破碎、二次破碎剧烈以及磨损过程的影响，所产生的灰渣颗粒较 细，其飞灰份额通常较高，可以达70%以上，而对于煤矸石、石煤等 高灰分燃料由于挥发分含量低、灰分含量高以及煤粒致密等原因，产 生的灰渣颗粒中细颗粒含量相对较少，往往飞灰份额要比底渣份额要 低，有时低于25%。 25% 燃煤粒径及粒径分布对流化床燃烧有极大影响。在流化床中， 大于1mm的较粗煤粒的挥发分析出和碳的燃烧受扩散控制，挥发 分完全析出时间和碳粒完全燃尽时间与粒径的平方成正比，因此要 缩短挥发分完全析出时间和碳粒完全燃尽时间，减少可燃物损失， 在尽量降低细颗粒扬析的情况下，适当减小燃煤粒径，缩小筛分范 围是提高燃烧效率的一项有效措施。
循环流化床中热量吸收的分布图 1-壁面；2-悬吊受热面；3-分离器；4-尾部烟道 循环流化床锅炉各部位的传热系数 位置（部位） 二次风下部 传热面方位 水平或竖直 传热量 qdb 传热系数/[W/(m2.K)] 300-500 可能出现的问题 腐蚀、剥蚀、磨损、 负荷调节性能差，阻 碍颗粒间横向混合 传热较好的受热面 轻微剥蚀、磨损、减 少颗粒间横向混合 磨损
1 流化床燃烧技术原理及过程
1.1 流化床燃烧技术原理及特点 流化床燃烧是一种燃烧化石燃料、废物和各种生物质燃烧的燃 烧技术，它的基本原理是燃料颗粒在流态化（流化）状态下进行燃 烧。一般粗粒子在燃烧室下部燃烧，细粒子在燃烧室上部燃烧，被 吹出燃烧室的细粒子采用各种分离器收集下来之后，送回床内循环 燃烧。 流化床燃烧技术是一种介于层燃和悬浮燃烧之间的燃烧方式， 而流化床燃烧技术又可分为鼓泡流化床燃烧技术和循环流化床燃烧 技术。
典型的循环流化床燃烧系统
循环流化床燃烧技术具有如下特点和优势： ① 整个燃烧室的颗粒浓度都比较高，而且下部密相区和稀相区的之间存在一个 过渡区域，在这个区域内颗粒浓度从密相区的高浓度逐渐降低到稀相区内的一 个较低的浓度。 ② 燃烧室内颗粒的横向混合更加剧烈，燃料加入点数可以大大减少。 ③ 炉膛上部稀相区存在着强烈的物料返混。颗粒在燃烧室上部稀相区的中心区 域随气体向上流动，而在边壁区域内存在着大量向下流动的颗粒。同时，稀相 区内存在着大量的由细灰颗粒聚集或团聚而成的颗粒团，这些颗粒不断形成和 解体，并且向各个方向运动。 ④ 颗粒与气体之间的相对滑移速度大和强烈的颗粒返混，使得燃烧室内的气固 两相混合较好。 ⑤ 大量的燃烧颗粒和细灰颗粒被携带到燃烧室上部，不仅使得燃烧室上部区域 燃烧份额提高和更多的热量从密相区进入上部稀相区，而且高颗粒浓度和良好 的混合强化了稀相区的传热传质过程，这使得循环流化床燃烧室温度分布均匀。
循环流化床燃烧技术的典型运行速度是在5-8m/s之间，在这样的运 行速度下，总会有一部分较粗颗粒不能被携带到炉膛上部空间而一直留 在炉膛下部，与送回的循环物料一起形成比较明显的炉膛下部密相区， 而且气体速度的任何变化都会导致炉膛内颗粒浓度分布的变化。 炉膛内存在下部密相区和上部稀 相区都已被普遍接受，循环流化床锅 炉炉内流体动力结构如图。
循环流化床锅炉炉内流 体动力结构示意图
1.3 燃料在流化床内的燃烧过程
1.3.1 固体燃料在流化床内的燃烧特性
煤粒被加入高温的流化床内后 的燃烧过程将经历如下几个主要过 程：干燥和加热、挥发分析出及燃 烧、焦炭燃烧，期间伴随着颗粒的 膨胀、一次破碎、二次破碎及颗粒 磨损等过程。
煤粒燃烧所经历的几个历程
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
二次风上部壁面 二次风上部悬吊 受热面 外置式换热器
竖直 竖直 水平或竖直
q1 q2 q3
70-200 150-250 200-500
影响流化床内颗粒传热系数的影响因素
1.3.2 影响流化床燃烧的主要因素 1.3.2.1 燃煤特性 煤质对流化床燃烧过程影响很大。①对于挥发分含量较高、结构 比较松软的烟煤、褐煤和油页岩等燃料，当煤进入流化床受到热解时， 首先析出挥发分，煤粒变成多孔的松散结构，周围的氧向粒子内部扩 散和燃烧产物向外部扩散的阻力减小，可以提高燃烧速率。 ②对于挥发分分量少，结构紧密的无烟煤、石煤等，当煤热解时， 分子的化学键不易破裂、内部挥发分不易析出、四周的氧气难向粒子 内部扩散，燃烧速率降低。 ③对于挥发分含量少，挥发分析出后对煤质结构影响不大和那些 灰分高、含碳量又低的石煤、无烟煤等，煤粒表面燃烧后形成一层坚 硬的灰壳，阻碍着燃烧产物向外扩散和氧气向内扩散，煤粒燃烧困难。
1.1.1 循环流化床燃烧技术 燃烧室内的流化床速度提高到4-6m/s甚至更高后，把更多的床料 颗粒从燃烧室下部带到了上部稀相区，这样不仅使得更多的燃料在上 部燃烧，而且也通过这些携带的大量细灰颗粒从密相区带出了大量热 量，从而使得燃烧室上部颗粒浓度增加，燃烧室温度分布均匀。同时 通过布置飞灰颗粒分离及回送装置，把携带出燃烧室细灰颗粒中不完 全燃烧的燃烧颗粒或未完全反应的脱硫剂颗粒重新送回到燃烧室内循 环燃烧或利用，从而大大提高燃料燃烧效率和脱硫剂利用率。这种状 态运行的流化床燃烧技术称为循环流化床燃烧技术，近三十年内得到 快速发展的一种新型燃烧技术。
式中 Rs—循环倍率； Ge—循环物料量，kg/s。 Fc—物料加入量，kg/s。 第二种方法是用单位床层面积上的循环物料量直接来表述。
式中 Gs—循环流化床循环颗粒流率，kg/(m2.s)； Ge—循环物料量，kg/s。 Ab—床截面积，m2。
1.2.3 循环流化床的气固两相流体动力特性
一般来说，循环流化床锅炉炉膛截面积形状大都是矩形或方形的，其高度与截 面当量直径之比要小得多，而且炉膛通常布置垂直的膜式水冷壁以吸收热量。循环 流化床锅炉的炉内床料是宽筛分的粗颗粒，如中国循环流化床锅炉常用的煤粒粒径 为0-10mm。
⑥ 循环流化床具有很高的燃烧效率，通过颗粒分离及回送装置，实现燃料的循环燃 烧，而且燃烧室内的颗粒存在返混，这使得固体物料在床内的停留时间大大延长， 提高了燃烧效率，燃煤循环流化床燃烧效率可达达到98-99%。 ⑦ 具有很高的炉内脱硫效率和脱硫剂利用率。由于停留时间长，气固两相混合好、 燃烧室温度分布均匀以及颗粒磨损大等特点，使得脱硫剂颗粒能充分燃烧，在与 烟气SO2良好接触状态下，在合适的温度下长时间反应，而且颗粒磨损可及时剥 落颗粒表面的反应产物而进入颗粒内部反应。这些使得循环流化床锅炉内脱硫过 程可以获得比鼓泡流化床燃烧过程高得多的脱硫效率，而且脱硫剂利用率高，通 常情况下，在钙与燃料中的硫摩尔比Ca/S为1.5-2.5的情况下可以达到90%以上的 脱硫效率。 ⑧ 由于运行速度的提高，燃烧室截面小，循环流化床燃烧室的单位截面的热负荷较 高，约为3.5-4.5MW/m2，与煤粉燃烧相当。 ⑨ 燃烧设备的负荷调节范围大，负荷调节速度快，循环流化床调节比可以达（34）:1，负荷调节速度可以达到每分钟5%左右。
1.3.2.4 给煤方式及二次风的配置
加入到床层的燃料要求在整个床面上播撒均匀，防止局部碳浓度过高， 以免造成局部缺氧、超温。因此，给煤点应分散布置。对于挥发分含量很高 的烟煤、褐煤及洗煤矸石等，由于局部缺氧，甚至析出的挥发分都不能在床 层内完全燃尽，进入锅炉尾部受热面后被冷却，形成焦油并与飞灰黏附在受 热面上，堵塞烟气通道，影响锅炉安全运行。 为了有效控制煤燃烧过程中氮氧化物的形成和风机电耗，目前流化床锅 炉通常采用分级燃烧方式。一次风主要保证密相区内的良好流化和必要的燃 烧放热。由于一次风比例不高，而在密相区内的可燃成分浓度较高，所以密 相区通常处于缺氧燃烧气氛下。二次风的加入正是提供燃料进一步燃烧所需 的氧量。由于二次风从壁面加入，同时温度较高的炉膛中心区域更需要补充 氧量，所以二次风的布置要求二次风应该具有足够的动量，较好的穿透能力， 从而能进入远离壁面的区域和炉内烟气混合均匀，否则就会出现二次风在炉 内混合不均匀，加剧炉膛径向温度分布梯度，不仅降低燃烧效率，而且也容 易引起燃烧过程污染物排放量的增加。
1.2 流化床及其流体动力特性 1.2.1 气固流化
通常流化被定义为当固体粒子群与气体或液体接触时，使固体粒子转化变成 类似流体状态的一种操作。
固定床
鼓泡流化床
湍流流化床
快速流化床
气力输送
不同气流速度下固体颗粒床层的流动状态
循环物料量是快速流化床运行中一个非常重要的参数，该参数对床内的 流体动力特性、燃烧特性、传热特性以及变工况特性等影响很大。循环物料 量的定量表述一般采用两种方法，第一种方法采用循环倍率的概念，其定义 式如下：
1.4 流化床内的传热与传质过程
流化床燃烧过过程中的传热规律和传热系数对流化床锅炉的设计、 制造和运行可靠性和安全性方面起着举足轻重的作用。 在流化床燃烧炉中存在各种不同的传热过程： ① 颗粒与气流之间的传热（床内颗粒与床内气流）； ② 颗粒与颗粒之间的传热； ③ 整个气固相与受热面（包括壁面与悬吊在床内表面）之间的传热； ④ 气固相与入床气流之间的传热。 实际上，复杂的床内传热过程是上述各种过程的组合。根据分析， 综合考虑在流化床内的几种传热方式，设计流化床锅炉时一般只需考 虑气固相与受热面间的传热即可。