循环流化床锅炉技术 (2)

1 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 2 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

循环流化床锅炉的工作条件如下表：

循 环 流 化 床 锅 炉

实

用

技

术

问

答

锅炉车间

二OO七年八月十七日

一．基本原理篇

1．什么叫做床层差压？

答：床层差压是指风室压力与密相区床层压力之差，是表征床料高度的一个重要物理量。一定高度的床料在固定流化风量下对应一定的床层差压。因为在流化状态下，相同面积布风板上颗粒的重力与其浮力之差基本相同，所以用床层差压可以计算出床料的高度。

2．什么叫炉膛差压？

答：炉膛差压是指稀相区的压力与炉膛出口的压力差，是表征炉膛稀相区颗粒浓度的重要物理量。一定的颗粒浓度对应一定的炉膛差压。炉膛差压越大稀相区颗粒浓度越大，循环灰量也越大。

3．临界流化风速与哪些因素有关？

答：影响临界流化风速的因素有：

（1）料层厚度对临界流速的影响。

（2）料层的当量平均料径增大则临界流速增加。

（3）固体颗粒密度增加时临界流速增加。

（4）流体的运动粘度增大时临界流速减小。如床温增高时，临界流化风速减小；床温减少则临界流化风速增大。

4．影响高温旋风分离器性能的主要因素有哪些？

答：影响高温旋风分离器性能的主要因素有以下几个方面：

（1）切向入口风速的影响。一般来讲入口风速越高，分离效果越高。但当流速过高时，由于气流湍流度增加以及颗粒反弹加剧等原因反而造成分离效果下降。 （2）温度的影响。温度越高气体粘度越大，分离效率越低。

（3）颗粒浓度的影响。颗粒的浓度存在一个临界值，小于该值时随着浓度的增加分离效率增加；大于该值时，随着浓度的增加分离效率反而下降。

（4）粒径的影响。颗粒粒径越大分离效率越高。

（5）结构参数的影响。包括分离器的进口宽度和形式、中心管长度、直径以及筒体直径等。

（6）颗粒浓度的影响，颗粒的浓度存在一个临界值，小于该值时随着颗粒浓度的增加分离效率增加。大于该值时，随着颗粒浓度的增加分离效率反而下降。

5、什么叫做循环倍率？

答：在常规煤粉炉中，循环倍率常指的是水的循环倍率，定义为进入上升管的循环水量与上升管的蒸发量之比。

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。当然，脱硫剂颗粒的内部并无法全然反应。齿槽流化床锅炉中，气体在冷却区域平均值停留时间为1～2s，在循环流化床锅炉中则为3～4s。循环流化床锅炉中石灰石常为0.1～0.3mm，而齿槽流化床锅炉中则为0.5～1mm。0.1mm颗粒的反应比面积就是1mm颗粒的数十倍。因此无论是脱硫剂的利用率还是二氧化硫的硅醚率为，循环流化床锅炉比齿槽流化床锅炉高人一等。

ABB-NID

1、ABB锅炉烟气脱硫技术

ABB锅炉烟气脱硫技术简称NID，它是由旋转喷雾半干法脱硫技术基础上发展而来的。NID的原理是 ：以一定细度的石灰粉(CaO)经消化增湿处理后与大倍率的循环灰混合直接喷入反应器，在反应器中与烟气二氧化硫反应生成固态的亚硫酸钙及少量硫酸钙，再经除尘器除尘，达到烟气脱硫目的。其化学反应式如下：

CaO+H2O=Ca(OH)2

Ca(OH)2+SO2=CaSO3·1/2H2O+1/2H2O

NID技术将反应产物，石灰和水在容器中混合在加入吸收塔。这种工艺只有很有限的商业运行经验，并且仅运行在100MW及以下机组，属于发展中的，不完善的技术。

和CFB技术相比，其主要缺点如下：

由于黏性产物的存在，混合容器中频繁的有灰沉积由于吸收塔内颗粒的表面积小，造成脱硫效率低由于吸收塔中较高的固体和气体流速，使气体固体流速差减小，而且固体和气体在吸收塔中的滞留时间短，导致在一定的脱硫效率时，钙硫比较高，总的脱硫效果差。需要配布袋除尘器，使其有一个”后续反应”才能达到一个稍高的脱硫效率，配电除尘器则没有”后续反应”。对于大型机组，由于烟气量较大，通常需要多个反应器，反应器的增多不便于负荷调节，调节时除尘器入口烟气压力偏差较大。脱硫剂、工艺水以及循环灰同时进入增湿消化器，容易产生粘接现象，负荷调节比较滞后。

Wulff-RCFB

WulFF的CFB技术来源于80年代后期转到Wulff 去的鲁奇公司的雇员。而LEE近年来开发的新技术，Wulff公司没有，因此其技术有许多弱点：

电除尘器的水平进口，直接积灰和气流与灰的分布不均。没有要求再循环系统，对锅炉负荷的变化差，并直接导致在满负荷时烟气压头损失大。消石灰和再循环产物的加入点靠近喷水点，使脱硫产物的黏性增加。喷嘴上部引入再循环灰将对流化动态有负面影响，导致流化床中灰分布不均，在低负荷时，流化速度降低，循环灰容易从流化床掉入进口烟道中，严重时，大量的循环灰可将喷嘴堵塞。使用中间仓用于烟气再循环，增加和积灰和堵塞的危险。消解系统复杂，容易产生粘结，检修维护工作量大，经常造成停运。消解系统对工艺水质要求较高。二级除尘器的收集的灰只有前面二个电场的飞灰进入再循环系统，排灰量大。另外，其业绩大多为燃油锅炉，其烟气条件和燃煤锅炉的情况不一样。其单台最大的业绩，奥地利的Theiss， 根本就未投入商业运行。(不是循环流化床的原因)