循环流化床锅炉..

如果通过固定床的气体流量增加，气体压降会连续地上升，直至悬 浮气速达到一个临界值——临界流化风速为止。
在该流态下，过余的气体以气泡的形式上行，床料内将产生大量气 泡，气泡不断上移，小气泡聚集成较大气泡穿过料层并破裂，这时气 (空气) — 固(床料)两相有比较强烈的混合，与水被加热沸腾时的情况 差不多。由于这时的床料中产生有大量的气泡，故这时的流化状态称 做鼓泡床，
流化床的形成过程
➢ 固定床
当气体通过布风板上的小孔进入由固体颗粒组成的床层并穿过颗粒 间隙向上流动时，如果床层静止于布风板上，这种床层称为固定床或 填充床。
其主要特点： (1) 固体颗粒之间无相对运动。 (2) 当气体流经固体颗粒时，它对颗粒有曳力， 这样会引起气体通过床层时有压力损失。
➢ 鼓泡流化床
2.国内发展历程
➢20 世纪60 年代末，我国开始了鼓泡流化床(沸腾炉)的研究和产品开发工作， 从70 年代初至80 年代初，在鼓泡流化床锅炉的研究和产品开发工作中，研究 者们解决了许多难题，摸索出了许多经验，为循环流化床锅炉的开发积累了许 多经验。
➢1981 年，由国家科委下达“煤的流化床燃烧技术研究”课题后，我国循环流 化床锅炉的研究和产品开发工作就开始了。1984 年，中国科学院工程热物理研 究所制造了热功率2.8MW 的循环流化床燃烧试验装置，标志着流化床燃烧技术 实现了从理论和冷态试验研究向热态试验研究的一次飞跃。
在湍流床状态下继续增大流化风速，颗粒夹带量将随之急剧增加。 此时，如果没有颗粒循环或较低位置的床料连续补给，床层颗粒将很 快被吹空；当床料补给速率大于床内颗粒飞出速率时，床层呈现快速 流态化形态。其主要特点如下： 床内气泡消失，无明显密相界面； 床内颗粒浓度一般呈现上稀下浓的不均匀分布，但沿整个床截面颗
其主要特点：直观特征是“舌状”气流 空隙率ε表示气相所 床面有规律地周期性上下波动 占的体积与两相流 床层空隙率一般在0.65 ～0.75范围内 体总体积之比。 运行风速一般在细颗粒和粗颗粒的终端速度之间。
颗粒的终端速度ut:当上升气流的速度大到恰好能将固体颗粒浮起并维 持静止不动时的气流速度。
➢ 快速流流化床
流态化
当固体颗粒中有流体通过时，随着流体速度逐渐增大，固体 颗粒开始运动，且固体颗粒之间的摩擦力也越来越大，当流 速达到一定值时，固体颗粒之间的摩擦力与它们的重力相等， 每个颗粒可以自由运动，所有固体颗粒表现出类似流体状态 的现象，这种现象称为流态化。
对于液固流态化的固体颗粒来说，颗粒均匀地分布于床层中，称 为“散式”流态化。而对于气固流态化的固体颗粒来说，气体并 不均匀地流过床层，固体颗粒分成群体作紊流运动，床层中的空 隙率随位置和时间的不同而变化，这种流态化称为“聚式”流态 化。循环流化床锅炉属于“聚式”流态化。
第一部分由进料设备、 炉膛、气固物料分离设 备、固体物料再循环设 备和外置热交换器等组 成。
第二部分为对流烟道， 里面布置有过热器、省 煤器和空气预热器等。
循环流化床锅炉燃烧机理
➢ 在循环流化床锅炉中,存有大量床料,首次启动时人为 添加床料,在锅炉运行时床料主要由煤中的灰、未反 应的石灰石、石灰石脱硫反应产物等构成。床料在从 布风板下送入的一次风的作用下处于流化状态，煤粒 、床料及石灰石被烟气夹带在炉膛内向上运动，在炉 膛的不同高度部分大颗粒将沿着炉膛边壁下落，形成 物料的内循环；较小固体颗粒被烟气夹带进入分离器 ，进行分离，绝大多数颗粒被分离下来，一部分通过 回料阀直接返回炉膛，另一部分通过外置式换热器后 返回炉膛，形成物料的外循环；飞灰随烟气进入尾部 烟道。通过炉膛的内循环和炉外的外循环，从而实现 燃料不断的往复循环燃烧。
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粒浓度分布均匀； 存在颗粒成团与颗粒返混现象； 在床层底部压力梯度比较高，在床的顶部比较低
➢ 气力输送
如果在快速流态化状态下将流化风继续增大到一定值或减少床料 补给量，床料颗粒会被夹带离开，床内颗粒浓度变稀，床层将过渡到 气力输送状态。
锅炉的流动状态
循环流化床锅炉原理
循环流化床锅炉可 分为两个部分。
循环流化床锅炉特点
1. 不再有鼓泡流化床那样清晰的界面，固体颗粒充满整个 上升段空间；
2. 有强烈的物料返混，颗粒团不断形成和解体，并且向各 个方向运动；
3. 颗粒与气体之间的相对速度大，且与床层空隙率和颗粒 循环流量有关；
4. 运行流化速度为鼓泡流化床的2－3倍； 5. 床层压降随流化速度和颗粒的质量流量而变化； 6. 颗粒横向混合良好； 7. 强烈的颗粒返混、颗粒的外百度文库循环和良好的横向混合，
固体颗粒（床料）、流体（流化风）以及完成流态化过程的 设备称为流化床。
流化态的性质
从直观形态看，密相 气体流化床与处于沸 腾状态的液体非常相 像，并且在许多方面 具有液体一样的特性
• 如果将一个大而轻的物体压入床中，并且一旦松手便会很快跳起并浮 在床表面。
• 当容器倾斜时，床层的表面会保持水平。 • 当在床体侧边开一个孔后，床内颗粒将会以喷射状自由流出床外。 • 当两个床体在水平方向连通后，颗粒将从一个床层流向另一个床层，
➢ 循环流化床根据物料浓度的不同将炉膛从下至上 依次分为密相区、过渡区和稀相区三部分，密相 区中固体颗粒浓度较大，具有很大的热容量，因 此在给煤进入密相区后，可以顺利实现着火；与 密相区相比，稀相区的物料浓度很小，稀相区是 燃料的燃烧、燃尽段，同时完成炉内气固两相介 质与蒸发受热面的换热，以保证锅炉的出力及炉 内温度的控制。
4、负荷调节范围大，负荷调节快 当负荷变化时，只需调节给煤量、空气量和物料循环量，不必像鼓泡流化床锅 炉那样采用分床压火技术。也不象煤粉锅炉那样，低负荷时要用燃油助燃，维 持稳定燃烧。一般而言，循环流化床锅炉的负荷调节比可达(3～4)：1。负荷 调节速率也很快，一般可达每分钟4%。
5、易于实现灰渣综合利用 循环流化床燃烧过程属于低温燃烧，同时炉内优良的燃尽条件使得锅炉的 灰渣含炭量低(含炭量小于1%)，属于低温烧透，易于实现灰渣的综合利用， 如作为水泥掺和料或做建筑材料。同时低温烧透也有利于灰渣中稀有金属 的提取。
使得整个上升段内温度分布均匀； 8. 通过改变上升段内的存料量，固体物料在床内的停留时
间可在几分钟到数小时范围内调节；
CFB锅炉3D效果图
循环流化床锅炉的工作过程
循环流化床锅炉的优点
1、清洁燃烧、燃烧污染排放量低 向循环流化床内直接加入石灰石，白云石等脱硫剂，可以脱去燃料燃烧生成 的SO2。根据燃料中所含的硫量大小确定加入脱硫剂量，可达到90%的脱硫 效率。循环硫化床锅炉NOχ的生成量仅有煤粉炉的1∕4-1/3。标准状态下NOχ 的排量可以控制在300mg/m3以下。
其主要特点：通过床层的压力降近似等于床层的重量
几个重要的概念 床层与自由空间有一个明显的界面
(1) 气泡是一个仅有很少颗粒或没有颗粒的气体空腔 (2) 临界流化速度umf是当床层压降等于床层颗粒重量时所对应的流体
速度，即颗粒床层从静止状态转变为流态化时的最低速度。 (3) 床内气泡外面的部分称作乳化相
➢ 湍流流化床
当通过鼓泡流化床的气速增加到最小鼓泡速度以上时，床层会膨胀， 继续不断地增加气速会最终使床层膨胀型式产生变化。这可能是由于 气泡份额增加，乳化相膨胀，及分隔气泡的乳化相壁厚度减弱而引起 的。
在该状态下，气泡相由于快速的合并和破裂而失去了确定形状，气 固混合更加剧烈，大量颗粒被抛入床层上方的悬浮空间，床层仍有表 面，但已相当弥散，看不清料层界面，但床内仍存在一个密相区和稀 相区，下部密相区的床料浓度比上部稀相区的浓度大得多。
并且两个床层将最终趋于平衡(即同高度的床表面)。 • 床内沿高度方向任意两点的压差基本上等于这两点间的床层静止压头。
不同气流速度下固体颗粒床层的流动状态
图中给出了不同气流速度 下固体颗粒床层的流动状 态。随着气流速度的增加 ，固体颗粒分别是呈现固 定床、鼓泡流化床、湍流 流化床、快速流化床和气 力输送状态。
➢1982年德国鲁奇（Lurgi）公司建成了第一台用于生产蒸汽和供热 的循环流化床锅炉，该锅炉燃用煤矸石并加石灰石脱硫以达到烟气 排放标准，热功率为84MW，其特点是采用炉外高温旋风分离器和 外置式换热器。
➢1985 年9 月，世界上第一台电站级容量的96MW再热式CFB 锅 炉在德国杜伊斯堡城市电厂成功投运，其炉型为带有外置式换热 器的鲁奇型CFB锅炉。 ➢从第一台循环流化床锅炉建成投运至今，国外循环流化床锅炉在容 量方面得到了迅速发展，容量为600MW和1000MW的循环流化床锅 炉都已建成投产。
循环流化床(CFB)锅炉
目录
➢循环流化床锅炉的发展历程 ➢流态化 ➢流化床的形成过程 ➢循环流化床锅炉的原理和特点
➢循环流化床锅炉的优、缺点
循环流化床锅炉的发展历程
1.国外发展历程
➢20世纪70年代末芬兰的奥斯龙（Ahlstrom）公司建造了第一台商用 循环流化床锅炉，该锅炉燃料是煤泥，热功率为15MW，其特点是采 用炉外高温旋风分离器
6、床内不布置埋管受热面 循环流化床锅炉的床内不布置埋管受热面，因而不存在鼓泡流化床锅炉 的埋管受热面易磨损的问题。此外，由于床内没有埋管受热面，启动、 停炉、结焦处理时间短。
循环流化床锅炉存在的问题
（1）大型化困难。 尽管循环流化床锅炉发展很快，已投运的单炉容量已大于
1000t/h，更大容量的锅炉正在研制中。但由于受技术和辅 助设备的限制，更大容量难实现。 （2）自动化水平要求高。
2、燃料适应性广 这是循环流化床锅炉的重要优点。循环流化床锅炉既可燃烧优质煤，也可燃 烧劣质燃料，如高灰煤、高硫煤、高硫高灰煤、高水分煤、煤矸石、煤泥， 以及油页岩、泥煤、炉渣、树皮、垃圾等。他的这一优点，对充分利用劣质 燃料具有重大意义。
3、燃烧效率高 国外循环流化床锅炉的燃烧效率一般髙达99%。我国自行设计的循环流化 床锅炉燃烧效率髙达95%-99%。该锅炉燃烧效率高的主要原因是燃料的烧 尽率高。
➢1987年，中科院工程热物理所与原开封锅炉厂联合，生产出我国第一台循环 流化床锅炉，并在原开封中药厂（现在的天地药业）投入运行，取得了循环流 化床锅炉在中国零的突破。
➢到1995年左右，我国已投运的74t/h以下的循环流化床锅炉已有200多台。从 20世纪90年代中期开始，我国进入了开发中、大容量循环流化床锅炉时期， 通过技术合作和技术引进，我国也建成了一批中、大容量循环流化床锅炉机组。
系统比常规锅炉复杂。 （3）磨损严重。
磨损仍比常规锅炉大得多。
小结
循环流化床锅炉技术是近二十年来迅速发展 的一项高效低污染清洁燃烧枝术。国际上这项技术 在电站锅炉、工业锅炉和废弃物处理利用等领域已 得到广泛的商业应用，并向几十万千瓦级规模的大 型循环流化床锅炉发展；国内在这方面的研究、开 发和应用也逐渐兴起，已有上百台循环流化床锅炉 投入运行或正在制造之中。未来的几年将是循环流 化床锅炉飞速发展的一个重要时期。