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1、1,4-5 洁净煤发电技术与常压循环流化床,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 10空气最差的城市一个印度九个中国。,煤清洁燃烧和循环流化床技术,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) 超临界煤粉炉+烟气净化(SCPC-FGD-SCR),流化床燃烧,流态化现象,流型气速,流态及其转变,膨胀床 初始流化或临界流化状态 鼓泡流化床 湍流床 快速床 输送床、稀相或贫相流化床,理想流化床的压降、空隙率与流速的关系,颗粒分类,流化床的特点,颗粒的流动平稳，类似于液体。 固体颗粒混合迅速均匀。 气体与固体颗粒之间的传
2、热和传质速率高。 流化床与浸入表面间的传热系数较大。 由于颗粒浓度高、体积大，可低温运行 气体流动状态难以描述 颗粒的停留时间不均匀 磨耗需要经常补料。 床内埋件表面和床四周壁面磨损严重。 能耗较高。,临界流化速度的实测方法,散式流态化和鼓泡流态化,夹带和扬析是两个不同的概念 TDH,鼓泡床,鼓泡床-拉拉长,燃料适应性较广 低NOx； 燃烧中低成本降SO2； 灰渣综合利用；,密相区埋管-磨损； 颗粒未燃尽-燃烧效率； 停留时间较短； 稀相区受热面利用效率； 截面热负荷较低,鼓泡流化床燃烧技术特点,燃料适应性较广，高灰份低热值的煤种； 采用分级送风和低温燃烧，控制NOx； 燃烧过程中加石灰石脱硫
3、，低成本降低SO2； 燃烧温度低，灰渣有利于综合利用； 密相床床内气固混合充分。,密相区必须布置埋管以降低床温-埋管的磨损； 未燃尽细颗粒大-固体未完全燃烧热损失-燃烧效率； 停留时间较短,混合程度较弱-脱硫效率低； 稀相区受热面的使用效率低； 截面热负荷较低-床截面积较大,循环流化床锅炉不但具有上述鼓泡床的优点 而且其自身的特点使得循环床克服了鼓泡床所固有的缺点。,循环流化床燃烧技术优点,煤的适应性好 燃烧效率高 燃烧强度高 石灰石脱硫效果好 NOX的生成量减少,负荷变化范围大 调节特性好 无埋管磨损 启动、停炉时间短 燃料制备系统简化 CO的排放较小,典型循环流化床锅炉发电系统,典型循环流
4、化床燃烧技术,发展历史 七十年代，Lurgi第一个循环流化床的专利权 270 t/h85.9.1杜易斯-一年多完善改造 ABB-CE160MW,德州Waco，90.9/91.10 ALSTROLM市场份额达40%左右 FW 92年上半年正式签订了250MW合同 法国的普理旺斯电站250MWe,循环床锅炉与其他锅炉比较,循环流化床气固两相流动,循环流化床是一个床加一个循环闭路，是一个装置系统 鼓泡床、湍流床和快速床是气固两相流动的流态 循环流化床中的气固两相流动状态可以是鼓泡流态化，也可以是湍流流态化，甚至快速流态化 湍流床和快速床必须是循环流化床。,循环流化床锅炉的构成,初始快速流态化速度Uc
5、关， Uc=(3.54.0)Ut 最小循环量 返料的流动型式和料封能力,达到快速床的条件,气固两相流中的气固分离,颗粒尺寸与分离器 切割粒径 分级分离效率 总分离效率 粒径分布,8.1循环流化床锅炉原理,鼓泡流化床或湍流床和气力输送叠加的燃烧技术 处于鼓泡床和气力输送燃烧之间,组成部分,主循环回路： 炉膛 气固分离器 固体粒子回送装置 外部热交换器。,尾部烟道： 再热器 过热器 省煤器 空气预热器,流化床的流动特性,气泡与颗粒循环,气泡存在的客观性及必要性,颗粒循环的动力,wether,气泡形成,循环流化床的内外循环,外加床料，多采用沙子或外加灰； 少量的细粉燃料； 新添入的和已经失效的脱硫剂
6、； 煤里自身的灰份。,100-300m 46m/s,稀相区环核结构的流动示意图,循环流化床气固两相流性质,物料浓度分布 贴壁流 形成浓度分布是有条件的 分离器 回送装置 物料来源 浓度分布是有意义的,循环床中的气固两相流动,循化床中气固两相流动的宏观表现,循环流化床锅炉的传热,燃烧室受热面传热 物料浓度-固体颗粒 燃烧室的温度 近壁区贴壁下降流 粒径 受热面的结构尺寸 尾部对流受热面的传热,循环流化床的传热过程与分区热平衡,单颗粒燃烧过程 密相区燃烧行为 颗粒团燃烧行为 燃烧行为的宏观表现-燃烧份额,3.3 循环流化床锅炉的燃烧过程分析,单颗粒燃烧过程,密相区燃烧行为分析,CO O2并存,颗粒
7、团燃烧行为,燃烧行为的宏观表现-燃烧份额,循环流化床锅炉的燃烧效率,燃烧效率 典型床温： 850900 飞灰再循环,循环灰和煤粉炉飞灰SEM照片,(a)循环灰I；(b)循环灰II；(c)循环灰III；（4）煤粉炉飞灰,分离器的作用,有最低要求燃烧分布、传热、流动的需要 分离器与燃烧效率的关系不同于鼓泡床 循环流化床燃烧技术并非直接简单的循环燃烧 分离器有重要的意义但不宜过分强调 在循环系统中，影响消耗量的因素不仅包括分离器，还依赖与其他部件、补充来料的性质,“循环燃烧”的本质,循环流化床燃烧技术中“循环燃烧”的本质,岳光溪院士,循环流化床锅炉的脱硫,脱硫反应,脱硫反应的影响因素,温度的影响 脱
8、硫剂粒径的影响 石灰石特性的影响 脱硫剂颗粒在炉内的停留时间 还原性气氛的影响 氧化/还原交变气氛的影响,CFB中的NOX和N2O排放,挥发份,NOX的生成过程,焦炭对NOX的还原,NOX排放 PC 燃烧温度 PC CFB CFB中床料含碳量 无烟煤 高 高 低 高 烟煤 中 中 中 中 褐煤 低 低 高 低,实际CFB锅炉中的NOX排放,石灰石对NOx和N2O排放的影响,CFB谱图,循环流化床锅炉系统设备与部件,布风板/风帽 炉膛与炉内受热面 回灰、给煤与点火装置 排渣与冷渣器,分离器 返料阀 换热床 尾部对流受热面,整体布置,a-形 b-横形 c-倒背锅形 d-半塔形 e-改良形 f-紧凑
9、型,循环流化床锅炉的燃烧系统,布风板,风帽1,风帽2,炉膛形状,底部形状,燃烧室,循环流化床锅炉燃烧室高度,炉内过热器,回灰点,给煤,启动燃烧器床上点火,启动燃烧器床下点火,排渣与冷渣器,气垫床 射流床,冷渣器,冷渣器,分离器1,分离器,德国循环床锅炉的发展：从绝热炉墙到冷却炉墙,分离器,缺点Circofluid的中温分离,旋风筒体积庞大，占地较大 钢耗较高，锅炉造价高， 内衬厚、耐火料及砌筑要求高、费用高 启动时间长、运行中易出现故障 密封和膨胀系统复杂 强后燃性煤种时的超温结焦,水(汽)冷分离循环床锅炉,Loopseal,水冷方形分离器 Alstrolm FW Tsinghua 165MW
10、 75/130/220,气固两相流中的气固分离,颗粒尺寸与分离器 l 切割粒径 l 分级分离效率 l 总分离效率 l 粒径分布,返料阀,换热床,循环流化床燃烧技术的典型实践,驱动力的差异：国外环保国内劣质燃料 容量差异：国外大容量国内小容量 数量差异：国外数量非常少，国内遍地开花,高灞电厂循环流化床锅炉简图,A=7.08214.122m H=31m d=2X7m v=5.04m/s。 NOX=64 mg/Nm3， SO2=681mg/Nm3,Turow 230MWe,Pyroflow技术,系统比较简单 调节一、二次风比进行床温控制 燃烧室内放置管构成的过热器 采用高温旋风分离器/U型料阀 添加
11、石灰石或其他物料可燃用多种燃料 改变内储量和循环量调节负荷,Provence/Gardenne,GEC Alsthom Stein。 H=37m， A=14.8m11.5m v=5.5m/s， T=850 , a=1.2。d=4X7.4m ABB-CE-Tonghae-220MW,内江/红河/小龙潭/开远/秦皇岛,JEA 循环流化床锅炉采用三个汽冷分离器,宾洲131kg/s 6.4MPa 488 矸石,FW汽冷旋风筒循环流化床,炉膛上下截面基本一致，300400m 分级送风，二次风从过渡区送入。 水冷布风板，定向单孔风帽,床下点火 高温冷却圆形旋风分离器 带再超高压大容量锅炉设置Intrex。
12、,Circofluid 循环流化床,锅炉呈半塔式布置 v=3.54m/s。 400左右中温分离 循环流率低,NPS 150MWe 紧凑型再热循环流化床锅炉,Turow 260MWe 紧凑型再热循环流化床锅炉,中国循环流化床燃烧技术的实践,6MWe300MWe 技术展览馆 引进与自主开发并重,CFB,CFB燃烧技术面临的挑战与发展方向,可用率问题 厂用电问题 发电效率问题 大型化问题,Lagisza电厂460MWe超临界循环流化床锅炉,Alstom 600MWe 超临界循环流化床锅炉 for Endesa,31MPa 604/612,中国600MWe超临界CFB工程示范,7 CFB在其他行业的应用,垃圾焚烧 材料焙烧 化工冶金 ,垃圾焚烧二恶英,流化床应用催化裂化,两段气化炉,Cogas 气化炉,