循环流化床范文

循环流化床篇1

循环流化床的颗粒按照颗粒流动方向的不同可以分为提升管(气固并流上行)和立管(气固逆行或并流下行)。提升管和立管的气固两相流体力学行为存在着显著差别，前者是气体携带颗粒上行，但后者是颗粒夹带气体下行。而且立管内颗粒流动的一个主要特点是顺重力下行的颗粒从立管高处的低压端流向低处的高压端，维持流化床的颗粒循环过程，保证系统的压力平衡[1,2]。立管的这种流动具有很强的动态特性，表现为压力和浓度的不均匀性。以往对立管气固两相流的研究[3~7]主要偏重于时均参数的测量与分析，还缺乏动态方面的研究。立管内气固两相流有两种流态形式，稀密两相共存流态和浓相输送流态，两种流态之间可以相互转换，主要取决于颗粒质量流率的变化[7,8]。在立管的动态特性方面，魏耀东[9]认为立管内颗粒浓度分布存在着不均匀性，立管下料压力脉动是固体颗粒对气体产生的压缩效应。张毅[10,11]根据立管的动态压力测量说明立管内的流态和颗粒质量流率直接影响到压力脉动的幅度和频率。Wang[12]和Sun[13]用ECT测量旋风分离器料腿内气固两相流的浓度分布，表明浓度分布是随时间发生变化，并具有一定的周期性。Zhang[14]的数值模拟也表明了立管中的颗粒是以不稳定的团聚形式运动的。立管内颗粒的逆压力梯度流动导致颗粒的压力、速度和浓度的非均匀变化，这种变化导致轴向不同位置的压力脉动是不同的。这些压力波动特征和传递特性对于判断立管中的颗粒流落状态有重要的指导意义，目前尚缺乏这方面的研究。为此本文在大型循环流化床装置上，以提升管旋风分离器料腿为实验立管，进行轴向多点位置动态压力的同时测量，主要考不同流态下的脉动压力特点和传递特性，并进行对比分析。

2实验装置和方法

2.1实验装置实验装置如图1所示。实验装置主要由提升管、流化床旋风分离器和返料系统构成。提升管尺寸φ200mm×1250mm，流化床尺寸φ600mm×8000mm，提升管旋风分离器料腿尺寸φ150mm×9000mm，料腿出口为直口结构插入流化床的密相床层内。实验所用物料为FCC平衡催化剂，平均粒径约为67μm，堆积密度为940kg?m?3，颗粒密度约为152kg?m?3。

2.2实验方法颗粒从流化床9经颗粒输送斜管7进提升管下部的预提升6，由提升风输送通过提升管8，在旋风分离器12进行气固分离后，颗粒通过其料腿13下行返回流化床，气体经过旋风分离器12分离后排放。实验选取料腿13为负压差立管。实验中采用多点压力传感器同时测量立管轴向多点的动态压力iP，采样频率为125Hz，采样时间为60s。以流化床底部为基准，立管轴向各测压点的高度分别为：2.65、3.15、4.15、4.65、7.15、8.65、9.65、10.85m。颗粒质量流率通过料腿上的插板阀14来测量，即在稳定操作条件下关闭插板阀，测量在一定时间内颗粒堆积的高度，计算颗粒质量流率。颗粒质量流率由返料斜管7上的蝶阀调节。

3实验结果与分析

3.1实验现象实验中立管颗粒质量流率范围在0~450kg?m?2?s?1，可以观察到两种典型的流动状态。在颗粒质量流率较小(约<200kg?m?2?s?1)时，立管内呈稀密两相共存的流态，此时流态有3部分构成，上部的旋转段、中部的稀相下落段和下部的密相压力段，见图2(a)。在颗粒质量流率增大到约200kg?m?2?s?1时，立管内的流态由稀密两相共存演变为浓相输送流态，立管下部的稀密两相界面消失，呈连续式浓相输送流态，见图2(b)，与文献[7]中描述的实验现象一致。继续增加颗粒质量流率，仍然是浓相输送流态，但立管的下部出现明显的阵发式的流动，表现为颗粒的下降速度快慢间歇式交替变化，例如在颗粒质量流率很大(约>350~400kg?m?2?s?1)时，立管上部仍为连续式浓相输送流态，下部呈现出密相波浪式流态，即颗粒呈现疏密间隔浓度分布，做阵发式下行运动，见图2(c)。

3.2脉动压力图3~图5是不同颗粒质量流率下的立管轴向位置的脉动压力曲线。图3(a)是颗粒质量流率为50kg?m?2?s?1时脉动压力曲线，脉动压力曲线由上至下依次代表了测点位置为2.65、3.15、4.15、4.65、7.15、8.65、9.65、10.85m处的压力脉动情况。从曲线的基本形式来看，沿轴向向下压力逐渐增大，曲线的波动幅度也逐渐增大。稀密相的分界面约在3.15m和4.15m之间，以此为界稀相段的压力增幅较小，而密相段的压力增幅较大。立管入口处是旋转段，压力脉动不明显，稀相段的压力脉动幅度小于密相段的压力脉动幅度，两者曲线的波形不相似。图3(b)、图3(c)、图3(d)是图3(a)50~60s区间的局部放大图，可以看出压力脉动曲线由两部分构成，即高频低幅部分和低频高幅部分(图3(d))，各部分脉动压力特性有很大的不同，上部旋转段的压力波动较小，压力波动幅值在0.2kPa之内，中部稀相段的压力波动幅值在0.5kPa左右，稀相段的脉动压力曲线之间具有一定的相似性，而密相段的压力波动幅度约为2kPa，低频高幅压力脉动比较明显；密相段的脉动压力曲线之间具有一定的相似性，但不同于稀相段的脉动压力。脉动压力曲线的相似性表明了压力的传递特性，稀相段是向下传递的，密相段是向上传递的。图4(a)是颗粒质量流率为198kg?m?2?s?1时的立管轴向压力脉动曲线，脉动压力曲线由上至下依次代表了测点位置为2.65、3.15、4.15、4.65、7.15、8.65、9.65、10.85m处的压力脉动情况。可以看出整体上压力曲线沿轴向向下压力逐渐增大，一直延伸至立管的出口，波动幅度也逐渐增大，而且各轴向位置间的压力脉动曲线之间具有一定的相似性。图4(b)和(c)是图4(a)50~60s的局部放大图，压力脉动曲线仍是由两部分构成，即高频低幅值和低频高幅值。旋转段部分的压力脉动比较小，在H=8.06m处出现明显的低频高幅压力脉动，压力波动幅度约1.00kPa，当到达立管的底部H=2.65m时，压力波动幅度达约2.00kPa以上，并且立管底部的脉动压力曲线相似性较好，说明脉动压力是向下传递的。图5(a)是颗粒质量流率为385kg?m?2?s?1时的立管轴向压力脉动曲线，脉动压力曲线由上至下依次代表了测点位置为2.65、3.15、4.15、4.65、7.15、8.65、9.65、10.85m处的压力脉动情况。整体上压力曲线沿轴向向下压力逐渐增大，波动幅度有所降低，压力脉动曲线变化比较均匀，各轴向位置间的压力脉动曲线之间存在一定的相似性，但旋转段部分的压力脉动仍比较小。图5(b)和(c)是图5(a)50~60s的局部放大图，沿轴向位置向下，低频高幅压力脉动越明显，压力波动幅度约1.00kPa，并且脉动压力曲线相似性较好，说明脉动压力是向下传递的，并逐渐放大。

3.3标准偏差分析将任意时刻的瞬态压力iP分解为平均压力P与波动值P'，即：N为采样数据个数。S可以用于表征压力脉动的强度。图6是对实验数据进行标准偏差处理得到的不同轴向位置压力标准偏差S与颗粒质量流率的关系曲线。图6表明立管内的压力脉动强度不仅与其流态密切相关，而且与颗粒质量流率有关，在颗粒质量流率约200kg?m?2?s?1时，立管的压力标准偏差S最大。以最大压力标准偏差S为界可以划分为两个区，I区的脉动强度随颗粒质量流率的增大而增加，II区的脉动强度随颗粒质量流率的增大而降低。由于Ⅰ区为稀密两相共存流态，Ⅱ区为浓相输送流态，压力脉动变化反映了立管内的流态。若从立管的轴向看，上部分的压力脉动幅度小于下部分的压力脉动幅度。当立管内的流态由稀密两相共存演变为浓相输送流态时，立管上下的脉动压力标准偏差S变化最大。当达到较高的颗粒质量流率时(Gs>450kg?m?2?s?1)，立管上下的脉动压力标准偏差S趋于接近。

4讨论对于负压差立管，颗粒顺重力下行的速度大于气体速度，下行颗粒夹带气体形成对气体的压缩，必然造成立管中的压力波动。稀密两相共存状态时，立管下部的密相部分空隙率小，颗粒浓度高，流动状态处于鼓泡床流态，主要依靠密相段的床层静压差()sΔp=ρ1?εgΔh平衡负压差，同时克服立管出口背压的约束排料。下部的密相段一方面接受下落的颗粒，一方面有气泡上行，气固逆行，同时排料过程是波动的，从而导致密相料面的上下起伏，产生压力脉动，通过气泡向上传递；而上部的稀相段空隙率大，但颗粒进入立管是不均匀的，颗粒以团聚的方式下落，压力脉动幅度较小频率较高。但随着颗粒质量流率的增加，稀相段颗粒浓度和下行速度增大，压缩气体的效应增强，压力脉动的强度随之增大。继续增加颗粒质量流率，立管内的颗粒浓度和速度进一步提高，同时出口排料速度也增大，平衡负压差的能力增大，鼓泡床流态不能满足排料的需要，密相料面下降消失，形成单一的浓相输送流态，依靠整个立管内颗粒浓度形成的静压和颗粒下行速度的动压平衡负压差和排料阻力。当形成浓相输送流态时，颗粒流进入立管是不均匀的，阵发式的波动下料。此时气固两相是同向流动，颗粒的下落速度大于气体下行速度，结果下落颗粒夹带气体在重力的作用下由低压端向高压端下行，这使夹带的气体受到压缩压力升高。由于压缩气体具有弹性，气体受压达到一定程度会产生膨胀，膨胀后又会受到颗粒的压缩，结果形成较高的压力波动，即压力脉动幅度增大。开始形成单一的浓相输送流态时，颗粒压缩的气体分量最大，压力脉动也最大(见图6)。脉动压力的传递方向是沿着气固流动方向进行的。进一步增大颗粒质量流率，立管内的颗粒浓度增大，而气体分量减小，颗粒对气体的压缩效应降低，表现为压力脉动幅度减小，见图6。当颗粒质量流率增大到一定程度时，颗粒浓度进一步增大，颗粒之间形成连续相，颗粒的接触应力大于零，此时颗粒与器壁的摩擦力出现准周期相性作用，颗粒之间相互作用引起的各向异性塑性粘力，以及振荡进料等，结果颗粒的流动速度滞留和加速交替出现。依据颗粒相的连续性方程()sssG=ρ1?εu，颗粒速度的变化使颗粒相浓度发生相应的变化，表观上形成如图2(c)所示的密度疏密间隔变化。此外，由于气体分量的进一步减小，颗粒对气体的压缩效应降低，压力脉动幅度趋于减小，但传递仍是沿着气固流动方向进行的。

5结论

循环流化床篇2

陈汉平：华中科技大学煤燃烧国家重点实验室副主任、教授、博士生导师长期从事流化床技术的理论研究与技术开发工作，主持承担了国家自然科学基金、“973”计划、“863”计划、支撑计划(科技攻关计划)等纵向课题20多项，以及专利与专有技术应用与转让等横向课题40余项，曾获得教育部提名国家技术发明一等奖、科技进步一等奖等多项荣誉

华中科技大学煤燃烧国家重点实验室流化床课题组自上世纪60年代成立以来，一直致力于流化床的基础理论研究和技术开发，取得了一系列重要的研究成果和发明创造，自主开发的下排气循环流化燃烧技术被认为具有中国特色的原创性专利技术，获湖北省技术发明二等奖，教育部提名国家技术发明一等奖。

项目介绍

作为我国主要能源的煤炭，在直接利用过程中存在着严重的环境污染问题。为了保证国民经济的可持续发展，必须提高煤炭的利用率，减少对环境的污染，发展洁净煤技术。煤炭气化是指用煤炭作原料来生产工业燃料气、民用煤气和化工原料气，是发展洁净煤技术的重要途径，是许多能源，如燃料电池、煤气联合循环发电技术等高新技术的关键技术，属核心和先导性技术，已在许多领域得到了广泛的应用。

目前我国传统的固定床煤气化技术在煤气化技术中占据主导地位，技术落后，污染严重，亟待更新改造。而引进的一些先进煤气化技术，投资大、系统复杂、操作烦琐，并不适合我国大部分企业。煤气化技术的发展趋势是不断改进和完善现有工业化的气化装置，向大型化方向发展，增加气化炉的直径和容积，提高单炉生产能力，扩大煤种和粒度范围，发展粉煤气化和劣质煤气化，提高气化温度和压力，提高综合利用(包括热电联产、化工等)水平，降低污染，由此循环流化床粉煤气化技术应运而生。目前，国内多家单位正在研发先进的循环流化床粉煤气化以及气流床煤气化技术，正在经受市场的检验和选择。

在湖北省自然科学基金和国家“973”计划项目等的支持下，华中科技大学煤燃烧国家重点实验室流化床课题组对循环流化床粉煤气化炉开展了大量的研发工作，取得了显著的成绩。

首先，采取新型布风技术、合理的炉型结构及优化的出口形式，强化了床内循环：采取特殊结构的排渣管实现选择性排渣；采取特殊结构的喷嘴及底部流化床，利用风力及重力确保床料的床内循环及混合，通过强化气固的传热传质，强化气化反应。

其次，采取新型飞灰循环技术，改进床外循环：采取结构优化的旋风分离器以适应粉煤气化的要求，提高分离效率；采取外部流化床反应器取代传统的返料器，实现既返料又反应(燃烧和气化)的双重功效，通过外部流化床反应器，改善返料并强化气化反应，从而提高粉煤气化的吨煤产量和气化强度，提高煤的利用率。

此外，还采取高温空气及水蒸气气化工艺，减少污染物的排放，提高煤气的品质和热值。

循环流化床煤气化炉可利用小于1Omm的粉煤(包括劣质煤)，煤源丰富，单炉生产能力大，操作维修简单，环境污染低，综合经济效益好，可生产多种规格煤气，应用领域广目前，课题组已向多家煤气炉公司转让循环流化床粉煤气化技术，开发的直径为0.8～2.5m的循环流化床粉煤气化炉已投入运行使用，并取得良好效益。

技术专家点评

姜秀民：上海交通大学教授、博士研究生导师，热能工程研究所副所长；哈尔滨工业大学博士究生导师和兼职教授从事化石燃料清洁高效燃烧的理论与技术及其生物质能、油页岩热化学转换理论与技术的研究主持、参与的国家科技攻关项目、国家“863”计划项目、国家自然科学基金项目、省部级重点科研项目及应用研究项目有80多项，获得省部级科技成果奖等多项荣誉。

煤炭气化是煤炭清洁高效转化利用的重要途径之一，是煤炭清洁高效利用的核心与关键技术。华中科技大学煤燃烧国家重点实验室经过多年的研究，成功开发出具有自身特色的循环流化床粉煤气化技术与设备。该技术采用独特的布风方式、特殊结构的喷嘴及底部流化床、新颖的炉型结构及出口形式、特殊结构的选择性排渣管、结构优化的旋风分离器、多重功能的外部流化床反应器、先进的高温空气及水蒸气气化工艺等技术。这些具有特色的技术措施的采用，强化了气化炉床内物料混合与循环、强化了气化炉内气固多相流的传热传质与气化反应过程、实现了选择性排渣、提高了气固分离效率、改进了床外物料循环、从而优化了粉煤气化过程、提高了粉煤气化的吨煤产量和气化强度、提高煤的利用率和煤种的适应性、减少污染物的排放、提高煤气的品质和热值。

该技术可利用小于1Omm的多种粉煤(包括劣质煤)，单炉生产能力大、环境污染低、可生产多种规格煤气、应用领域广、操作维修简单、一次性投资低、综合经济效益好。目前，采用该技术的多台循环流化床粉煤气化炉已投入运行。

循环流化床粉煤气化技术，有效地克服了传统固定床气化技术气化效率低，煤种、煤质及其粒度要求严格，气化强度低，环境污染严重的不足。并且，与国外引进的气流床气化技术比较具有投资低、系统简单、操作方便等特点。

目前，我国在役的各种类型的煤气化炉近万台，多采用传统的固定床煤气化技术，亟待更新改造。因此，华中科技大学所研究开发的具有自身特色的粉煤气化技术具有广阔的市场和应用前景。

投资专家点评

潘晓峰：浙江大学工程学士、南京大学法学硕士，金沙江创业投资基金董事总经理，专注于无线、互联网和半导体/新材料的投资他目前还担任晶能光电(LatticePower)、明致无限(Ping,Co)、学易科技(StudyEZ)和爱波网(SportsGG)的董事会董事在加盟金沙江前，他是亚洲无线科技的创始人之一，也曾在北电网络担任高级职务。

煤炭气化是洁净煤技术的基础和关键技术，而流化床煤气化替代固定煤气化则代表了技术发展的方向。本期推荐的由华中科技大学煤燃烧国家重点实验室开发的“循环流化床粉煤气化技术”在内、外循环。分离等工艺流程的各个环节均取得突破和进展。并采用了低排放的清洁技术，市场前景较为广阔。

从投资人角度看，除了判断技术先进性和差异性之外，建议重点关注以下几个方面：

首先，必须有切实可行的产业化的计划和方案，即由技术向产品转化。从产业化的角度看，目前国内的产学研不容乐观，科技成果转化率较低。从推荐的资料来看，本技术应当已过了小批量试生产的阶段，关键是中试。建议应与先期客户紧密合作，在不同的应用领域或环境下，取得尽可能多的运营数据，这将极大地利于工艺流程和参数的优化、固化，从而实现产品化、产业化。

其次，应关注可持续发展的潜力。核心在于弄清楚技术的发展路线和相应的产品路径图。

另外，应当关注商业模式。简单地说有两种：一为专利许

可模式，以收取技术许可费为主，另一为通过融资，组建团队，实施产业化生产。不同的商业模式有不同的风险。亦需要不同的团队和资源组合。前者较易实施，风险较小，但业务规模受限制。而后者则需要在目前研究开发团队之外，吸引产业界的生产、管理、营销人员加盟，组建完整的团队，对资金的需求较大，同时应关注团队融合的风险。此类项目还应注重知识产权的保护，强化进入壁垒和竞争优势。

由于项目实施牵涉到发明人、项目实施单位、投资方及产业化实体或被许可人等各方，因此，在台作之初，各方应当明确产权归属，对现有技术及未来改进的归属做出“合理”的安排，以避免产权不清带来的隐患。

市场专家点评

张绍强：高级工程师／博士研究生，中国煤炭加工利用协会专职副会长兼秘书长，低热值燃料发电分会会长。长期从事洁净煤技术方面的科研管理和煤炭加工利用、节能环保方面的产业归口工作。曾参加国家“九五”、“十五”科技攻关项目，发表相关论文数篇。

煤炭是我国的主要能源，在国民经济发展中具有举足轻重的地位。煤炭直接燃烧，存在严重的污染。由于气态燃料既容易深度净化，又使用方便，而且燃烧稳定、便于调节，在很多场合都需要把固态的煤转化为煤气。煤炭气化是洁净煤技术的重要形式，是许多高新技术如煤基燃料电池、IGCC发电、煤炭间接液化和煤制醇醚代用液体燃料等产业的核心配套技术，已在许多领域得到了广泛的应用。

煤气化技术已有上百年的发展历史，据统计，我国目前有上万台各种类型的煤气化炉在运行，其中生产燃气的有近5000台，生产合成气的有4000余台，所采用的气化炉型绝大多数为固定床气化炉。固定床气化炉必须使用块煤为原料，尤其是无烟块煤，不能使用粉煤和劣质煤，而随着机械化采煤的发展，煤的含粉率越来越高，块煤率不到40％，块煤不但短缺，而且价格高，发展粉煤气化技术势在必行。随着我国经济的进一步发展，今后我国需要煤气化的领域和场所越来越多，煤制代用液体燃料、化肥、陶瓷、食品、医药和其他工业用气和中小城市民用煤制燃气，都大量需要煤气化装备。粉煤气化技术在我国具有广阔的市场和应用背景。

华中科技大学煤燃烧国家重点实验室开发的“循环流化床粉煤气化技术”是煤炭气化的一项实用技术，对已有的流化床气化炉进行了较大的改进和提高。其采用新型布风形式、合理的炉型结构及优化的出口形式，较大的强化了气化床内循环；采取新型飞灰循环技术，改善了床外循环。尤其是采用选择性排渣技术和外部流化床反应器取代传统的返料器，实现既返料又反应(燃烧和气化)的双重功效。提高了气化强度和吨煤产气量，煤的转化利用率可以提高10％以上。此外，还可以采取高温空气及水蒸气联合气化工艺，减少NOx的生成，提高煤气的品质和热值。该技术具有煤种适应性广，单炉生产能力大。装置简单紧凑，投资较省，操作维修简单，环境污染低，可生产多种规格煤气。应用领域广。该技术的推广应用，对扩大用煤制气范围，丰富我国煤气化装备和工艺，发展具有自主知识产权的煤炭气化技术，推动我国洁净煤技术的进一步发展具有重要作用。

随着可持续发展观念的深入人心和清洁能源生产技术的不断发展。近几年以生产洁净煤和可替代石油化工产品的新型煤化工项目成为国内各地的投资热点。煤气化技术是洁净煤技术领域的关键性共性技术，直接决定煤化工项目的成败。据统计，在煤化工项目投资中，煤的气化(包括空分制氧及气体净化)约占工厂总投资的50％以上。要想提高产品的竞争力，必须采用效率高、投资少、适应性强、污染低、易于在国内制造设备的煤气化技术。

循环流化床篇3

关键词：循环流化床锅炉 启动 优化

1、概述

循环流化床锅炉燃烧技术从20世纪80年代开始在我国设计研发并投入商业运行以来，以其低污染环保、高效能、煤种适应性好、低负荷不投油能力强、负荷调节范围广、易于实现灰渣的综合利用等诸多优点，在国内各电力集团、尤其是煤矿企业受到了青睐。但由于锅炉启动操作的方式和方法有所不同，即使同一厂家同一型号的锅炉运行经济指标也有很大的差距。而点火启动更是整个锅炉安全经济运行的前提，如何有效的减少启动过程中消耗的燃料量，保证锅炉安全、经济、快速点火启动是实现锅炉正常运行和节能的关键之一。黄陵矿业煤矸石发电有限公司沮河电厂的两台循环流化床锅炉调试和试运中启动过程反复试验摸索基础上，结合同类型电厂的优秀做法，逐步探索出了若干的优化措施。

2、各操作过程中的优化措施

2.1 床料质量优化

绝大多数电厂停炉后，为了备炉时间，习惯于将床料保持足够厚度直接作为下次启动床料之用。这种做法在我们几次试验后认为是可行的，但是前提是床料的含碳量、粒度及粒径分布合适，否则在点火启动时床温升至500℃左右会突然升高，尤其是蒸发量较小的、煤质较差的锅炉甚至会发生爆燃、结焦现象。所以，本厂锅炉停炉后会认真检查床料质量，如若含碳量较高（质量含碳率>3%），则应将部分床料放掉，再添加含碳量合格的床料；如若床料平均粒径较小，则应启动风机通风，将部分粒径过小的床料吹走，并添加一定的合格床料；如若床料中存在影响流化的粒径较大的床料较多，应启动冷渣机将大颗粒放掉一部分，添以合格床料。总之，床料质量的好坏不仅影响着冷态试验数据的准确与否，更会对锅炉能否安全长期运行起着决定性的作用。

2.2 启动床料厚度优化

在启动锅炉前的冷态流化试验时，绝大多数锅炉运行人员习惯于在布风板上铺800mm（300MW级别的循环流化床锅炉）厚的启动床料，而并没有结合自身锅炉特性来进行研究。本厂锅炉在调试和试运阶段多次启炉中逐渐深刻认识到：点火时料层若较厚，不仅床层升温慢延长了点火时间，而且点火油消耗较大，但升温相对平稳；料层过薄时，床温升温迅速，可较快达到投煤允许床温，但料层容易吹穿，使布风不均匀而结焦。经过多次不同料层试验后总结得出：在满足床料流化的前提下，一般以700-800mm的料厚作为启动床料时，床层温度及升降负荷都比较容易控制。

2.3 油点火配风优化

本厂循环流化床锅炉说明书建议点火采用床上、床下联合点火方式进行点火，在本厂调试过程中，只用床下点火完全可以满足启动需求。点火的实质是通过一次风将床下风道燃烧器柴油燃烧放出的热量传递给床料，使得床料温度升到燃煤的着火点，进而通过煤的燃烧放热来提升烟气温度。作为传递热量的一次风量的大小选择也就显得尤为重要，一次风量若过大，空气带走热损失也增大，油耗也就增多。一般一次风量选择略大于临界流化风量为准，点火后燃烧器后风温上升较快，为了保证点火风道内部浇注料受热温度不超过1150℃，水冷风室入口不大于870℃和燃烧器后热风不大于980℃，在控制床下油枪供油压力在3.0MPa左右同时，一定程度上加大同侧未投油的一次风点火调门开度，限制热风温升率，必要时调节主路风门开度加以控制。随着油枪喷油的逐步进行，热风温升率会逐渐降低，此时可以手动关小就地油枪回油控制门或床下回油总管调节门，也可以关小供油泵出口再循环开度来增大床下油枪的供油母管压力，便可以很好地控制热风及床温的温升率。为避免炉膛负压过大而将炉膛内未燃尽的油滴带走，造成燃油燃烧效率降低，特要求炉膛出口负压适当偏小或者微正压运行均可。

2.4 投煤断油优化

在调试初期，为了保证o煤进入炉膛能够很好燃烧，将o煤机的投煤允许温度设置为550℃。在随后的调试及试运过程中，运行人员结合本厂实际煤质发热量和挥发分的情况，多次试验降低投煤温度提前投煤，并严密监视炉膛各参数运行情况。几次不同投煤温度的工况主要参数加以比较后，最终确定在450℃时投煤，入炉煤可以充分燃烧，与之前的550℃相比显然节约了大量的燃油。具体过程如下：

当床温上升到450℃时，左右两侧各启动一台给煤机，先采用脉动o煤2-3次，煤量为3-5吨，投煤间隔视氧量降低，同时床温有缓慢上升时停给煤机，观察氧量变化，当氧量下降逐渐停止，应立即再次启动给煤机，若待氧量有上升趋势时再启动给煤机，床温会很快下降。如此反复几次投煤，当床温升高至520℃时便可以连续o煤，此时氧量应维持13%-15%左右（为保证油燃烧完全）。

3、结论

通过以上锅炉启动四个操作过程的优化，即启动床料质量优化、启动床料厚度优化、油点火配风优化和投煤断油优化，可以大大减少机组启动成本同时，也有效的降低了各项运行指标，可以为同类型机组的运行人员提供大量可参考的宝贵经验。

参考文献：

[1]任永红. 循环流化床锅炉实用培训教材 [M] 北京：中国电力出版社，2007.

[2]王本志.空气预热器的改造及节能效果分析[J].煤气与热力，2002，191.

[3]曾庭华，刘义，邵景涛.300MW循环流化床锅炉调整试运[M].北京，2011，276-278.

[4]王芳林，高丽霞，王洁.1000MW机组空气预热器间隙控制优化[J].华电技术，2014，10-12.

[5]洪放.空气预热器的设计改进[J].硫酸工业，2007，（4）：18-22.

循环流化床篇4

关键词：循环流化床，燃烧，自动控制

 

循环流化床锅炉(CFB) 燃烧技术是一项近年来发展起来的新一代高效、低污染清洁燃烧燃煤技术。通过向循环流化床锅炉（CFBB）内直接加入石灰石、白云石等脱硫剂，可以脱去燃料在燃烧过程中生成的SO2。根据燃料中含硫量的大小确定加入的脱硫剂量，可达到90%以上的脱硫效率；另外，循环流化床锅炉燃烧温度一般控制在850～950℃的范围内，这一温度范围不仅有利于脱硫，而且可以抑制氮氧化物(热力型NO)的形成，同时由于循环流化床锅炉普遍采用分段(或分级)送入二次风，保证炉内尤其是NOx生成区域处于还原型气氛，又可控制燃料型NO的产生。在一般情况下，循环流化床锅炉NOx的生成量仅为煤粉炉的1/4～1/3。NOx的排放量可以控制在300mg/m³以下。因此，循环流化床燃烧是一种经济、有效、低污染的燃烧技术。而且具有燃料适应性广、负荷调节性能好、灰渣易于综合利用等优点，因此在国际上得到迅速的商业推广。因此，在我国得到了迅猛的发展，循环流化床锅炉日趋大型化。

本文以某电厂410t/h超高压循环流化床锅炉为例简要介绍了燃烧控制系统。对循环流化床锅炉燃烧相关的控制系统的特点进行分析。

1循环流化床燃烧控制特点

循环流化床锅炉不同于煤粉炉和燃油锅炉，其控制回路多，系统比较复杂，控制系统设计一般包括以下主要回路：汽包水位控制；过热汽温控制；燃料控制；风量及烟气含氧量控制；炉膛负压控制；料床温度控制；料床高度控制；二级返料回料控制。对于汽包水位控制和过热汽温控制特性与通常的煤粉炉和燃油锅炉相同，在此只对与循环流化床锅炉燃烧相关的控制系统的特点进行分析。

由于循环流化床锅炉其燃烧过程十分复杂，燃烧受多种因素的影响，循环流化床锅炉是一个多参数、非线性、时变及多变量紧密接合的复杂系统，使得其自动控制比一般锅炉更加复杂和困难，由于其自身的工艺特点，它比普通锅炉具有更多的输入和输出变量，耦合关系更加复杂，如图1-1所示。

图1- 1 循环流化床锅炉输入和输出变量关系

当锅炉负荷发生变化时(外扰)，或给水量、给煤量、返料量、减温水量、引风量、一次风量、二次风量等任一输入量(内扰)改变时，所有输出量(如汽泡水位、蒸汽温度、炉膛压力、床温等)都要发生变化，只是程度有所不同，如表1-1所示。因而循环流化床锅炉控制以系统稳定可靠，负荷自我调节适应性好，系统运行的技术经济效益好，具备完善的操作指导和事故分析手段等，作为控制系统设计的标准。

表1-1 循环流化床锅炉的参数耦合

 

内容 主汽 压力 过热蒸汽 温度 床温 炉膛 负压 烟气 含氧量 料层 高度 汽包 水位 燃料量 强 中 强  

 

循环流化床篇5

关键词：循环流化床 锅炉 加工分析

0 引言

循环流化床锅炉采用流态化的燃烧方式，是介于煤粉炉悬浮燃烧和链条炉固定燃烧之间的燃烧方式，即通常所讲的半悬浮燃烧方式。自循环流化床燃烧技术出现以来，循环流化床锅炉已在世界范围内得到广泛的应用。循环流化床锅炉是一种国际公认的洁净煤燃烧技术，以其燃料适应性广、脱硫效果好、nox排放量低、负荷调节性能好等优点在我国燃煤电站中方兴未艾。我国循环流化床锅炉技术已步入世界先进水平，循环流化床锅炉总装机容量也居世界第一位，但是，我国锅炉的脱硫现状还不很乐观，脱硫系统的可用率、锅炉脱硫效率不高，因此循环流化床锅炉的应用加工还存在不少问题，离国际先进水平有一定差距。

1 循环流化床锅炉的特点

由于循环流化床内气、固两相混合物的热容量比单相烟气的热容量大几十倍甚至几百倍，循环流化床锅炉中燃料的着火、燃烧非常稳定。在床内沿炉膛高度所进行的燃烧和传热过程，基本上是在十分均匀的炉膛温度下(一般为850℃～900℃)进行的，从而可使循环流化床锅炉达到98%～99%的燃烧效率。在钙与燃料中的硫摩尔比为115～215的情况下可以达到90% 以上的脱硫效率。由于循环流化床锅炉是低温燃烧，而且燃烧过程是在整个炉膛高度上进行的，所以可以方便地组织分级燃烧，因而可以有效地抑制nox的生成，降低nox的排放。由于炉内气、固两相流对受热面的传热是在整个炉膛内进行的，不需在床内布置埋管受热面，因而完全避免了埋管的磨损问题。而布置在炉膛出口外的高效分离器可将大部分固体颗粒从烟气中分离出来，大大减少了尾部烟道中烟气的粉尘浓度，减少了尾部受热面的磨损。

①燃料适应性强。由于循环流化床中的燃料仅占床料的1%－3%，不需要辅助燃料而燃用任何燃料，可以燃用各种劣质煤及其它可燃物，特别包括煤矸石、高硫煤、高灰煤、高水分煤、煤泥、垃圾等，可以解决令人头疼的环境污染问题。②燃烧效率高。循环流化床比鼓泡床流化床燃烧效率高，燃烧效率通常在97%以上，基本与煤粉相当。③脱硫率高。循环流化床的脱硫方式是最经济的方式之一，其脱硫率可以达到90%。④氮氧化物排放低。这是循环流化床另外一个非常吸引人的特点，其主要原因是：一低温燃烧，燃烧温度一般控制在850－900℃之间，空气中的氮氮一般不会生成nox；二分段燃烧，抑制氮转化为nox，并使部分已生成的nox得到还原。⑤燃烧强度高，炉膛截面积小，负荷调节范围大，调节速度快。⑥易于实现灰渣综合利用，由于其灰渣含炭量较低，属于低温烧透，有着更大的利用价值。⑦燃料预处理系统简单，其燃料的粒度一般小于12mm， 破碎系统比煤粉炉更为简化。

2 循环流化床内的燃烧加工过程

循环流化床锅炉的脱硫原理是在燃烧中加入适当比例和颗粒度的石灰石与燃料一起进行循环燃烧，加入的石灰石在炉内循环时间长，使石灰石磨得非常细的时候才会从分离器中飞到后面去。循环流化床锅炉的燃烧温度是900 ℃左右，这一温度既能抑制二氧化硫的生成，又使石灰石能充分分解。

2.1 煤粒送入循环流化床内迅速受到高温物料和烟气的辐射而被加热，首先水分蒸发，然后煤粒中的挥发份析出并燃烧、最后是焦炭的燃烧。其间伴随着煤粒的破碎、磨损，而且挥发份析出燃烧过程与焦炭燃烧过程都有一定的重叠。循环流化床内沿高度方向可以分为密相床层和稀相空间，密相床层运行在鼓泡床和紊流床状态。循环流化床内绝大部分是惰性的灼热床料，其中的可燃物只占很小的一部分。这些灼热的床料成为煤颗粒的加热源，在加热过程中，所吸收的热量只占床层总热容量的千之几，而煤粒在10 秒钟左右就可以燃烧（颗粒平均直径在0～8mm），所以对床温的影响很小。

2.2 循环流化床内煤的燃料着火。流化床内燃料着火的方式，固体质点表面温度起着关键作用，是产生着火的点灶热源，这类固体近质点可以是细煤粒，也可以是经分离后的高温灰粒或者是布风板上的床料。当固体质点表面温度上升时，煤颗粒会出现迅猛着火。另外，颗粒直径大小对着火也有很大的影响，对一定反应能力的煤种，在一定的温度水平之下，有一临界的着火粒径，小于这个颗粒直径，因为散热损失过大，燃料颗粒就不能着火，逸出炉膛。

2.3 循环流化床内煤的破碎特性。煤在流化床内的破碎特性是指煤粒在进入高温流化床后粒度急剧减小的一种性质。但引起粒度减小的因素还有颗粒与剧烈运动的床层间磨损以及埋管受热面的碰撞等。影响颗粒磨损的主要因素是颗粒表面的结构特性、机械强度以及外部操作条件等。磨损的作用贯穿于整个燃烧过程。煤粒进入流化床内时，受到炽热床料的加热，水份蒸发，当煤粒温度达到热解温度时，煤粒发生脱挥发份反应，对于高挥发份的煤种，热解期间将伴随一个短时发生的拟塑性阶段，颗粒内部产生明显的压力梯度，一旦压力超过一定值，已经固化的颗粒表层可能会崩裂而形成破碎；对低挥发份煤种，塑性状态虽不明显，但颗粒内部的热解产物需克服致密的孔隙结构都能从煤粒中逸出，因此颗粒内部也会产生较高的压力，另外，由于高温颗粒群的挤压，颗粒内部温度分布不均匀引起的热应力，这种热应力都会引起煤颗粒破碎。煤粒破碎后会形成大量的细小粒子，特别是一些可扬析粒子会影响锅炉的燃烧效率。细煤粒一般会逃离旋风分离器，成为不完全燃烧损失的主要部分。破碎分为一级破碎和二级破碎，一级破碎是由于挥发份逸出产生的压力和孔隙网络中挥发份压力增加而引起的。二破碎是由于作为颗粒的联结体——形状不规则的联结“骨架”（类似于网络结构）被烧断而引起的破碎。煤的破碎发生的同时也会发生颗粒的膨胀，煤的结构将发生很大的变化。一般破碎和膨胀受下列因素的影响：挥发份析出量；在挥发份析出时，碳水化合物形成的平均质量；颗粒直径；床温；在煤结构中有效的孔隙数量；母粒的孔隙结构等。

3 循环流化床锅炉发展中存在的一些问题及加工剖析

由于循环流化床锅炉炉膛没有设置埋管，不存在磨管现象。也不存在点火时有一部分热量被水冷系统带走的问题，点火启动，停炉都比较方便。冷炉状态20分钟炉子就可以点着，热炉状态只用5到6分钟，一般压火24小时没有问题，环境污染小。由于循环流化床锅炉的低温燃烧特性，二氧化硫和氮氧化物排放浓度非常低(氮氧化物的生成温度约为1000 ℃，其排放浓度可控制在200ppm以下)，是链条炉和煤粉所不容易实现的。由于循环燃烧使它的炉渣几乎不含碳，呈黄褐色小颗粒，可以作为水泥制品的掺和料。并相对减少了总出渣量。

3.1 我国内目前已运行的循环流化床锅炉看遇到的主要问题有：①炉蒸发量不到设计的额定值；②高温分离器和物料返送器内结焦；③耐火材料和受热面磨损；④锅炉排烟温度偏高。

3.2 锅炉调试及运行中的控制重点：

3.2.1 流化不良的预防方法：①必需保证布风板风帽小孔的畅通，这就要求在加床料之前把风帽小孔及床面清理干净；②运行后一次风量必需大于临界流化风量；③升温升压过程中，控制升温速度，防止炉内耐磨耐火材料脱落堵塞风帽；④原煤粒度控制在6～10mm之间，避免因为原煤粒度过大流化不良；⑤控制燃煤中矸石及铁块的含量，定期将大颗粒物料排除，确保流化良好。⑥在升负荷及调整过程中，加煤和调风不能猛增猛减。

3.2.2 超温结焦的预防控制方法：①控制合理的床压，防止燃煤直接接触风帽造成燃煤堆积爆燃超温结焦。②点火启动阶段，控制合理油枪配风，保证燃油完全燃烧，避免未燃尽油雾沾附在煤粒上造成结焦。

3.2.3 两床失稳预防控制：①运行中给煤、返料量、排渣控制合理，保证两侧床压一致。②给煤量调整时应将各点给煤均匀，使燃煤在整个床面分布均匀，如一侧给煤量减少时，应立即减少另一侧给煤量，控制炉膛两侧床压偏差小于2.5kpa。③炉膛两侧外置床返料量调整基本一致，避免因为返料量偏差而产生床温床压偏差。④调整炉膛两侧风量及给煤量，使两侧床温及一次风量均衡。

3.2.4 堵煤预防控制与启动调试：①循环流化床锅炉无煤粉制备系统，粗、细碎煤机将原煤破碎成6～8mm的煤粒后进入原煤斗，再通过给煤机直接进入炉内。由于破碎后的煤粒表面积增大，水分、内水分增高，因此极易在碎煤机、原煤斗、给煤机落煤口等部位发生堵煤现象。堵煤时将直接危及锅炉的稳定运行，主要故障有：a原煤破碎设备堵塞：原煤破碎设备堵塞是指原煤粘在破碎机出口及入口管道上，导致下煤不畅输煤中断，或原煤粘在破碎机内部导致破碎机堵塞；b原煤斗堵煤：原煤斗堵煤是由于破碎后的煤粒在原煤斗内受到挤压，导致在原煤斗内搭桥下煤不畅；且原煤斗设计为方形，原煤和煤斗之间的接触面积增大，下煤阻力增大导致原煤斗堵煤；c落煤口堵煤：进入落煤口的煤粒由于受到回灰的加热，导致煤粒中外水分大量蒸发，上升水蒸汽在落煤口聚集并冷凝成水滴，最终导致煤粒搭桥堵塞落煤口。d运行中不但要加强给煤设备的监视及维护，还要注意以上区域是否堵煤，如发生堵煤应及时疏通，在给煤恢复后应注意燃烧及汽温的控制。②启动调试的主要内容：a风量测量装置的标定。锅炉燃烧风量是运行人员调整燃烧的的重要依据，其测量的准确性直接影响到锅炉的经济安全运行。安装在锅炉风道上的风量测量装置，往往由于安装位置管道直段不能满足设计要求、装置加工误差等原因使流量系数偏离设计值，为锅炉运行的需要，我们对锅炉主要的风量进行了测量。按等截面布置测量点，标准测速元件采用毕托管，压差信号用电子微压计读取。由于风量测量装置厂家的设计数据在试运期间多次修改，根据厂家最后提供的数据，dcs上显示风量与实测值基本相符。b风量调节挡板检查。风门挡板检查在冲管结束后进行，通过实地检查及在全关、全开状态下风量测量及管道压力判断风门能否关严，并检查判断与指示开度位置、dcs显示是否一致。要通过多次反复检查，锅炉风系统如有较多的风门挡板实际位置与dcs显示不符的问题已解决，单多数调节挡板全关状态下关闭不严，仍需进一步解决。c冷渣器布风板阻力试验及风室间窜风情况检查。冷渣器布风板阻力试验由于冷却风量小、波动大，数据可靠性差，由此计算出的风量值不可靠，因此无法整理出合理的风量与布风板阻力的关系曲线。冷渣器风室间窜风将会影响冷渣器内物料的流化，特别是在炉膛排渣量较大时，选择室的流化质量更难保证，最后导致冷渣器堵塞，冷渣器风室间窜风检查非常必要，热工调试内容包括：热工信号及连锁保护校验、热工信号逻辑及报警系统试验、锅炉炉膛安全监控系统试验、负责dcs端子排以外的热控装置的二次调整、锅炉各种自动及保护的投运等。

4 循环流化床锅炉在工业锅炉方面的应用

①使用循环流化床锅炉需要具备比层燃炉更加严格的管理和使用条件。使用循环流化床锅炉，需要具备完善的仪表及自动化控制系统，要求司炉工有较高的操作技术和责任心，要求热负荷比较稳定。因此，锅炉使用单位要注重司炉工的选拔和培训，并配备所需的专业技术人员。②循环流化床锅炉用电量较大。与层燃炉相比，循环流化床锅炉具有较高的燃烧效率，但其鼓风、引风、碎煤等设备的用电量都比较大。所以，循环流化床锅炉用电量较大。③工业锅炉出口烟尘浓度较大，需要配备高效除尘器，有时甚至采取两级除尘或静电除尘，在环保要求严格的地区尽量不要使用。④循环流化床锅炉可以燃烧低质煤，比层燃炉具有更好的燃料适应性能。循环流化床锅炉比层燃炉的热效率更高。⑤循环流化床锅炉受热面容易磨损，维修费较高。循环流化床燃烧技术是一种高效低污染的燃烧技术。工业锅炉用户在选用循环流化床锅炉时需要对热负荷和燃煤情况进行综合分析，并对用电与用煤的总成本进行计算，以确定是否经济合理。

5 结束语

循环流化床燃烧技术是一种高速度、高浓度、高通量的固体物料流态化循环过程，它有着污染物排放少，锅炉负荷适应性好、燃料适应性广、燃烧效率高以及环境污染少等优点。企业采用流态化循环燃烧，通过提高其燃煤效率进而简化其工作地流程，大大的提高的企业的工作效率。我国现在二氧化硫产生的酸雨已严重危害着环境，一般工业锅炉配套的脱硫设备不但投资较大，而且脱硫效果也不尽人意。若采用循环流化床锅炉，这一问题也能得到较好地解决。再者，由于温室效应、全球沙漠化、缺水等问题日趋严重，要求控制co2排放量的呼声越来越高。我国作为一个co2排放大国，提高锅炉运行效率，减少燃煤消耗势在必行，循环流化床锅炉因它结构所决定的节能和环保上的优势，应该得到广泛的应用。

参考文献：

[1]李烁主编.循环流化床锅炉.吉林科技出版社.2006年4月.

[2]张同，陈力，鞠兵.循环流化床锅炉的发展方向.2008年5月.

循环流化床篇6

关键词：超临界；循环流化床锅炉；发展

【中图分类号】TK229.2【文献标识码】A【文章编号】2236—1879（2017）16—0178—01

前言：超临界循环流化床锅炉技术，作为一种新型的燃煤发电技术，具有高效清洁的显著特点。该技术有效结合了超临界蒸汽循环技术以及循环流化床锅炉燃烧技术的技术优势。循环流化床锅炉日益呈现出超临界化的发展趋势。

一、超临界循环流化床锅炉的发展现状

1、国外超临界循环流化床锅炉的发展现状。对于循环流化床锅炉技术，国际研究发展速度极快。波兰的一家电厂Lagisza在2009年成功研制出460MW的紧凑式超临界循环流化床锅炉，并成功将之投入市场运营生产。该锅炉主要采用了FW公司的相关技术。以此为基础，FW公司对超临界循环流化床锅炉技术继续进行研发，并联合相关公司研究了800MW的超超临界循环流化床锅炉。

ALSTOM公司，对超临界循环流化床锅炉的研究，采用模块化放大进行相关设计工作。该公司在2005年，对600MW的超临界循环流化床锅炉成功完成了相关的概念设计，对于炉膛结构，主要是“双支腿”设计。

2、国内超临界循环流化床锅炉的发展现状。对于600MW的超临界循环流化床锅炉技术，我国的相关锅炉厂家以及各大高校均对之进行了相关研究与科学设计，其研究涵盖诸多关键技术，成果喜人。例如，我国哈尔滨的锅炉公司与清华大学进行科研合作，在2004年对800MW的超临界循环流化床锅炉提出了相关的概念设计，该设计的炉膛结构，也是“双支腿”设计。我国上海锅炉厂与中科院进行科研合作，对600MW的超临界循环流化床锅炉提出了相关的设计方案，该方案中炉膛冷水壁结构设计采取全膜式壁。

二、超临界循环流化床锅炉关键技术研究进展

1、水冷壁及水动力计算的研究进展。超临界循环流化床锅炉的水冷壁设计通常采用的相关技术是Benson垂直管屏直流技术，其水冷壁管通常采用具有特殊的优化结构的管径较大且具有内螺纹的管道。

2、炉内气固流动研究进展。在循环流化床锅炉的炉膛之中，炉内气固之间进行强烈混合，对于炉内固体颗粒以及相关气相之间的质量传递以及热量传递具有极为有利的影响；能实现对炉内燃烧以及受热面之间传热狀态的有效改善，极其有利于炉内燃烧，对于锅炉的操作运行极为有利。超临界循环流化床锅炉内部受热面具有极为复杂的布置情况，因此，要对炉膛尺寸进行慎重选择，对受热面进行科学合理的布置。采用模拟试验的方式对炉内气固的流动特性进行研究，在准确性上不占优势。当前，对于炉内气固的流动特性进行研究，大多采用的方式是数值模拟计算。

3、受热面布置研究进展。在循环流化床锅炉中，当锅炉容量出现增加时，其炉内需增加对受热面的布置，并科学研究受热面的布置形式以及具体面积。相关研究，通过对锅炉在实际运行过程中的相关数据进行研究分析，得出以下结果，炉膛的水冷壁，在吸热方面，存在较小的偏差，锅炉处于满负荷的运行状态时，其水冷壁出口的蒸汽温度存在的偏差最大为17℃，其中隔墙出口的蒸汽温度存在的偏差最大为28℃，相对于设计值，都过度偏小。

三、超临界循环流化床锅炉技术研发建议

超临界循环流化床锅炉技术，要加强其对燃煤的高效利用，并增强其清洁性。要重点增强其节能减排优势。笔者对该技术的研发，提出以下建议，以期为该技术的良好发展提供借鉴。

（1）要加强对该技术的深入分析研究，明确该技术在燃煤发电领域的技术定位，对于各种燃煤，诸如挥发性较低的无烟煤、水分含量较高的褐煤以及各种煤矸石等热值较低的燃料进行重点研究，对该锅炉技术的研发目标进行科学合理的确定。使其相对于使用常规煤粉的超临界相关锅炉，具有更高的锅炉工作效率，并大幅度减少污染物的排放量，有效增强各类技术指标的综合竞争优势。对于无烟煤的燃烧使用，要确保该技术锅炉热效率在91%以上。

（2）相对于等级为300MW的超临界循环流化床锅炉，等级为600MW的同类锅炉，其炉膛界面是300MW锅炉的1.5倍以上。当前，对于该类锅炉的炉内燃烧所具有的特性以及相关传热规律，还没有清晰明确的了解和掌握。只有准确掌握该类锅炉的炉膛热负荷的变化规律以及其二维分布的特征，才能科学合理地对该类锅炉的热循环回路进行布置。这也是研发600MW的该类锅炉的关键。

（3）该类锅炉的水冷壁设计无法采用螺旋管圈技术，其水冷壁采用的是垂直管圈。要对该类锅炉的水动力的特点进行重点研究，遵循“安全、经济”等原则，对质量流速进行科学合理的确定，对于在特殊工况下，有效保障水冷壁传热的安全性相关问题进行深入研究。要积极吸收国外相关机构的优秀研究成果和先进技术，对该类锅炉的水动力相关特点以及安全校核的相关问题进行深入研究。

（4）大力推动该类锅炉配套辅机的选型设计工作，加强相关技术的有效研发，诸如燃料破碎机、风机等。要完善配套辅机的相关技术设计，避免产生相关风险。

（5）应致力于采用先进的脱硫工艺大幅度提高脱硫效率，对有效提高石灰石的利用效率的技术措施进行深入研究。应致力于大幅度降低烟尘的排放质量浓度，增强该类锅炉的环保效果，对于各种除尘器进行科学的选型设计，加强相关技术的有效研发。

四、结语

我国对能源的消耗量巨大，尤其是消耗大量的燃煤。这样的能源消费结构相对不合理，但短期难以转变。当前，我国致力于建设能源节约型社会，大力推进节能减排。为大幅度提高燃煤发电的效率，提高火电技术水平，发展超临界循环流化床锅炉已经是大势所趋。因此，我国要对该类锅炉技术的发展状况进行动态关注，相关企业和科研机构要加强研究力度，积极引进先关的经验技术，深入研究水冷壁、水动力计算、炉内气固的流动特性等关键技术，有效促进我国该类锅炉技术的良好发展。

循环流化床篇7

关键词：循环流化床锅炉；常见故障；预防措施

循环流化床(cfb)锅炉是近几十年来发展起来的新型环保节能锅炉，是一种高效低污染清洁的燃烧技术，其以煤种适应性广、高燃烧效率、可以燃用劣质燃料、锅炉负荷调节性好、灰渣易于综合利用等优点，在世界范围内得到了迅速发展。随着环保要求日益严格，普遍认为，循环流化床是目前最实用和可行的高效低污染燃煤设备之一。但随着其被广泛应用，一些国产循环流化床在设计、安装和运行中也逐渐暴露出了某些问题。如受热面易磨损、锅炉易结焦及物料循环系统不畅是运行中常见的故障。因此，本文将主要分析循环流化床锅炉常见故障及预防措施，以提高循环流化床锅炉稳定运行水平。

1 磨损及其预防措施

循环流化床锅炉中高速度、高浓度、高通量的流体或固体颗粒以一定的速度和角度对锅炉受热面和耐火材料的表面进行冲击，会造成锅炉金属部件磨损，加上炉内温度的循环流动，造成对炉内耐火构件的热冲击，而且耐火构件不同热膨胀系数的材料之间也形成机械应力，这些都加剧循环流化床锅炉磨损破坏。

但实践中发现，循环流化床锅炉的磨损是可以避免的。所以在运行中，可通过以下措施来预防cfb锅炉的磨损：

(1)降低风速减小给煤粒度，确保流场的均匀性；同时，在安装过程中要特别注意烟道的平滑组合，避免安装原因造成几何尺寸的突缩或突扩，形成烟气走廊。

(2)定期对cfb锅炉进行检修，发现已磨损的部件和材料应及时更换；在水冷壁、落煤口、过热器等加装防护件。

(3)在安装时，应确保烟气进出口处、中心筒、导流设备的安装尺寸满足设计要求；在施工中，应严格控制旋风分离器简体组合尺寸和焊接变形；在耐火保温内衬施工之前，要检查简体内壁弧度，对凸凹部分做好记录，在筒体施工时进行调整；对向火面材料的施工，要保证严密度、严整度、垂直度以及内壁弧度和表面质量等，以减少受热面的磨损。

(4)运行期间，应尽量降低循环流化床的流速，以减少水冷壁及各部的磨损。

(5)严格控制金属锚固件的焊接定位、浇注料拌合、浇注振捣、浇注模装设、脱模以及膨胀缝等施工工艺步骤，不可随意简化修改。

(6)严格拟定好耐火材料的升温曲线，布置好其烘干温度测点以及首次升温过程，并在烘干结束时认真检查。

2 循环流化床结焦的成因及预防措施

结焦是高温分离器物料循环系统的常见故障。结焦后形成的大渣块能堵塞物料流通回路，会导致锅炉热效率下降，如锅炉受热面结焦后，使传热恶化；排烟温度升高，燃烧恶化；有可能使机械未完全燃烧热损失、化学未完全燃烧热损失增大；使锅炉通风阻力增大、厂用电量上升等。同时，结焦还会影响锅炉运行的安全性，如床面结焦使流化阻塞，增大风机出力，影响床料流化；使流化不良的区域再次结焦。造成恶性循环，严重时导致停炉。一般情况下，结焦发生在在锅炉的点火或压火启动过程中，或给煤异常，返料异常中。

2.1 结焦的成因

通过在实践中观察，我们发现，引起循环流化床锅炉结焦主要有以下几种原因：

(1)燃烧室运行期间温度超温，则会导致旋风分离器的循环温度容易超过灰的变形温度，甚至引起炉内未燃碳的着火燃烧，从而形成床温上涨而导致结焦。

(2)运行期间，物料循环系统漏风，大量空气进入旋风筒内，使得热的床料中的可燃物获得氧气，产生燃烧，但由于燃烧产生的热量不能及时带走，使局部区域床料超温而引起结焦。

(3)启动期间，煤油混烧时间过长，或运行中风量与燃煤粒度匹配不佳，或燃用矸石、无烟煤等难燃煤，因其挥发份少、细粉量多、着火温度高、燃烧速度慢等原因，都可导致未燃烧完全的油渣易与床料板结成块，炉内流化不良，导致床料结块，形成疏松性渣块；或是进入旋风分离器而使循环灰中含碳量增加，从而增大了结焦的可能性。

(4)循环灰量太少，使得循环灰在物料循环系统中移动太慢，易引起结焦；同时灰量太少易使燃烧室烟气携带煤粒倒卷入返料器，也会引起结焦。

(5)运行期间，停床下油枪时，床温偏低，切风不及时，大量冷风进入炉量，会导致床温下降，从而引起结焦。

(6)返料器堵塞也是造成结焦的原因之一，如果返料器突然停止工作将会造成锅炉内循环物料量的不足，床温难以控制、调整不及时极易造成高温结焦事故的发生。

2.2　结焦预防措施

(1)保证结焦易发地带流化良好，颗粒混合迅速均匀或处于正常的流化状态，使温度均匀，防止超温或局部超温，这是防止结焦的最好办法。

(2)点火前，应及时了解和控制人炉煤种及其粒径配比符合设计的要求，保证充分燃烧；燃用矸石、无烟煤时，应尽早按一二次风6：4比例投入二次风，以保证风煤混合充分，加强煤在燃烧室中的燃烧，减少机械和化学不完全燃烧，防止其在分离器和返料机构内发生后燃而超温。

(3)运行过程中，应密切监视高温旋风分离器温度，发现分离器超温，调节煤量、风量比例，严格控制床温及料层差压等运行参数，如不能纠正则立即停炉查明原因。

(4)加强返料器的监视工作，检查其床层的温度是否正常，并根据循环量大小，及时调整返料风，确保循环物料能及时回送；注意防止返料装置的漏风，发现漏风及时解决。

3 旋风分离器的故障及预防措施

旋风分离器结构简单，分离效率高，是循环流化床锅炉应用最广泛的一种气固分离装置。在实际运行中，旋风分离器的效率是保证分离器工作性能的重要指标，其分离的效率与形状、结构、进口气体速度、人口烟温、人口颗粒浓度与粒径等都有很大的关系。它随着分离器入口风速、入口颗粒度的增大而增大，随着人口烟温的升高而降低。若分离器的运行效率低于设计值，将会导致未燃尽的颗粒得不到有效燃烧影响锅炉的运行 经济 性；飞灰量增大加剧尾部受热面的磨损，增加除灰设备的能耗；进入循环回路的循环灰量减少，循环量下降，不能有效控制床温，影响锅炉的满负荷运行及炉膛传热特性等。

3.1　分离效率下降原因

分离效率下降的原因有：中心筒结构不合理；分离器内壁严重磨损、塌落从而改变了其基本形状；分离器有密封不严之处导致空气漏入，产生二次携带；床层流化速度低，循环灰量少而且细等，均会导致分离效率下降。

3.2　预防措施

(1)定期检妥分离器内壁磨损情况，如磨损严重应及时修补。

(2)定期检查分离器是否有漏风、窜气，如有应及时解决。

(3)检查燃煤粒度和流化风量，当发现回料不正常时，应及时做出相应地调整，使流化风量与燃煤粒度相适应，以保证一定的循环物料量；加强对分离器风量配比的经验 总结 ，寻找分离器各部分最优化参数。

(4)入炉煤中所含大、中、小颗粒的比例有一合理数值改善旋风分离器的角度，提高烟气的流速，可实现增加分离器效率；或是通过提高料层压差增加床料的厚度来增加返料量，来提高锅炉的效率。

4 回料阀烟气反窜及预防措施

u型阀属自动调整型非机械阀，是目前循环流化床锅炉中应用最广泛的一种物料回送装置，是物料循环系统的关键部件。在运行中其主要作用是把循环灰由压力较低的分离器灰出口输送到压力较高的燃烧室，防止燃烧室烟气反窜进入分离器，而一旦出现烟气从燃烧室经返料器短路进入旋风分离器的现象，则说明回料系统的正常循环被破坏，回料阀也就无法完成其使命。

4.1 出现烟气反窜的原因

回料阀立管料柱太低；返料风调节不当；返料器流通截面积较大，循环灰量过少等，均会导致燃烧室烟气反窜。

4.2 防止措施

(1)设计时应保证回料阀立管的一定高度，尤其是大容量锅炉，以确保其足以形成料封。

(2)对小容量锅炉，因立管较短，在启动和运行中，对回料阀的操作应注意：锅炉点火前，返料风关闭，因料阀及立管内要充填细循环灰，形成料封；点火投煤稳燃后，等待分离器下部已积累一定的循环灰，慢慢开返料风，注意立管内料柱不断流化；在风量调定且回料阀正常循环后，不宜再随意变更返料风；压火后热启动时，应先检查立管和回料阀内物料是否足以形成料封。

(3)严格控制好返料风的调节；在施工过程中，如发现回料阀烟气反窜，可关闭返料风，待返料器内积存一定循环灰后再小心开启返料风，并调整至适当大小。

(4)根据循环灰量来适当选取返料器流通截面积，以确保其与循环灰量多少相适应。

5 给煤系统故障及防止措施

随着循环流化床锅炉大量投入运行，给煤系统故障成为影响机组正常运行的主要威胁之一。常见的给煤系统故障主要体现在旋转给料阀堵塞、跳闸、煤仓粘煤、给煤机销子断、给煤机链条出现爬坡、断链等。

5.1 给煤系统故障主要原因

(1)流化床锅炉燃料的颗粒较粗，而煤粒间的粘附力增加，煤的流动性较差，从而导致煤仓和给煤机堵塞。

(2)给煤机人口电动挡板对煤下流起到了阻碍作用，使煤粒在给煤机中堵塞、挤压，造成给煤机链条爬坡、断链而无法正常启动。

(3)入厂煤湿度大。

(4)入厂煤颗粒度太小。

5.2 防止措施

(1)流化床锅炉的燃煤根据煤的物理特性和现场实际，设置干煤设施；有效减少煤中的细微颗粒(如在煤破碎机前加设旁路)。防止煤的过度粉碎，减少粘煤的可能性。

(2)锅炉正常运行时应尽量投用全部给煤机，保持煤仓处于原煤在流动状态，保证给煤的连续性和均匀性。

(3)对给煤系统做好选型，加强给煤系统运行中检查的力度。

(4)入炉煤应采用两级破碎系统，劣质煤中含矸石量大，应设有除去大块的设备，安装多级除铁器，防止撕裂皮带或阻碍原煤仓下煤。

(5)掺烧煤泥时应先进行烘干或充分晾晒。充分利用晾煤棚的作用，合理地掺烧各种劣质煤，控制人炉煤的湿度不大于8％。

循环流化床篇8

【关键词】循环流化床锅炉；爆燃；原因分析；控制措施

1、前言

近年来，代表着目前最先进的洁净煤燃烧技术的循环流化床机组，在我国逐渐开始被应用于电力生产中。该厂两台300MW循环流化床锅炉于2006年双投。投产后机组运行情况良好，但在冷态启动过程中，由于炉膛内物料少，部分地方流化不好，易发生爆燃，威胁锅炉安全运行。

2、300MW循环流化床锅炉热物料循环系统

锅炉本体为HG-1025/17.5-L.HM37型CFBB，为亚临界、中间再热、自然循环、单锅筒、平衡通风锅炉。炉膛、分离器、回料阀和外置式换热器构成了循环流化床锅炉的物料热循环回路，煤与石灰石在燃烧室内完成燃烧及脱硫反应，产生的烟气分别进入四个分离器，进行气固两相分离，经过分离器净化过的烟气进入尾部烟道。分离器分离下来的高温物料一部分直接返送回炉膛，另一部分进入外置式换热器，外置换热器入口设有锥型阀，通过调整锥型阀的开度来控制外置换热器和回料阀的循环物料分配。

3、锅炉燃用煤质分析

该厂现有2台300MW循环流化床锅炉燃用的是当地的褐煤，入炉煤粒径在50mm左右。煤样工业分析数值见表1。

表1 煤样工业分析

项目 符号 单位 当地煤

收到基全水分 Mt.ar % 34.7

空气干燥基水分 Mad % 11.00

收到基灰分 Aar % 11.45

干燥无灰基挥发分 Vdaf % 52.70

低位发热量 Qnet.ar

Qnet.ar MJ/kg 12.435

kcal/kg 2970

收到基碳 Car % 36.72

收到基氢 Har % 1.87

收到基氧 Oar % 12.59

收到基氮 Nar % 1.01

收到基全硫 St.ar % 1.66

哈氏可磨指数 HGI 33

灰变型温度 DT ℃ 1060

灰软化温度 ST ℃ 1110

灰流动温度 FT ℃ 1130

4、爆燃原因及控制措施

4.1爆燃前工况介绍

锅炉冷态启动后，投入4支床下风道燃烧器油枪运行，将一次风加热到850℃到900℃，热一次风通过水冷风室进入炉膛，加热炉膛内的床料。炉膛平均温度达到450℃，四条给煤线运行正常，给煤量110T/H，燃油量2.34T/H，机组负荷124MW，主汽压力12.02MPa，主汽过热度105℃，机组处于正常的升参数启动过程中。

4.2爆燃现象及原因分析

由于锅炉冷态启动过程较长，造成炉膛内床料越来越少，床压越来越低，在3—5KPa之间波动，且未建立正常的锅炉内外循环。此时投煤，煤进入炉膛后由于炉膛内各处的温度偏差较大，且燃烧不好。炉内部分区域的煤及挥发分遇到温度较高的物料时造成急剧燃烧，发生炉膛爆燃。该区域的炉膛温度会急剧上升，温度变化率最高时达到100℃/min，炉膛出口氧量急剧下降。炉膛压力在引风机静叶及炉膛压力投自动的情况下，波动很大，在+1000Pa和-1000Ka之间波动，锅炉过热器出口压力上升很快，由于外置床内几乎不进料，导致主汽温度主要靠布置在炉膛尾部烟道的高温过热器吸热，汽温变化不大，由于主汽压力上升较快，导致主汽温度的过热度下降很多，威胁机组安全运行。

4.3爆燃的危害

炉膛内的部分区域发生爆燃，容易造成炉膛内该区域温度升高很快，超过灰分的熔化温度，会产生低温结焦，造成炉内流化不良。若低温结焦产生在炉膛的一次风风帽及二次风进炉膛的风管上，将进一步恶化炉膛内床料的流化情况。

在主汽压力上升的情况下，主汽温度的过热度下降很多，由原来的125℃下降到83℃。主汽温度的过热度小于50℃，汽轮机将打闸停机，威胁机组的安全运行，严重时可能引起汽轮机水冲击事故的发生。

4.4控制措施

（1）在冷态启动前，在炉膛、四个回料阀和四个外置床内添加足够的启动床料，床料尽可能使用锅炉载正常运行中排放出来的循环灰，这些循环灰将有助于锅炉启动后尽快建立物料内循环及外循环。

启动床料除使用原有床料外，还可以使用沙子。如果选用沙子做启动床料，要求控制砂子中的钠、钾含量，以免引起床料结焦，且要求沙子最大粒径不超过0.6mm。

（2）锅炉在冷态启动中，当中床温达到投煤允许温度350℃时，则以最低转速对称投入2条给煤线，约1分钟后观察床温的变化，如床温有所增加，同时氧量有所减小时，可证明煤已开始燃烧。床温将继续以5℃～8℃/min速率增加，氧量持续减小，可以较小的给煤量连续给煤。

在床温达到600℃左右时，开始启动两台高再HTR外置床和内置LTS、ITS的两个外置床流化的流化风，其锥形阀开至10%左右，以便加热床料。外置床的风量为：入口500Nm3/h；空室1850Nm3/h；高再室7600Nm3/h。逐步开大锥形阀开度，提高过、再热汽温度。床温控制在在650℃～700℃之间，逐渐停止床下启动燃烧器，同时增加给煤量。

在锅炉床温等参数满足要求的情况下，尽早向炉膛投煤助燃。煤燃烧提高床温的同时，煤中所含的灰分也向炉膛添加循环灰，有助于建立锅炉的热物料内循环及外循环。

（3）锅炉在冷态启动中，注意控制炉膛下部压力及水冷风室压力，防止出现两床失稳及翻故的发生。通过冷渣器的运行或添加床料的手段，维持P1在16～18KPa。同时，注意监视炉膛下部、中部及上部各点温度的变化率，通过两床的一次风量，以及上下二次风量配合调整，控制各点温度变化率在10℃/min以内。

（4）一旦发现床温测点偏差大，或超过1000℃时，应立即联系热工人员确认该测点显示是否准确。当确认该点温度正确时，应立即采取措施，如：降低该侧的燃油量和给煤量、加大一次风、调整上下二次风量比例等方法，降低该床温到低于1000℃，防止锅炉发生结焦。

（5）当发现炉膛内某个区域的温度变化率迅速上升时，应将氧量、炉膛压力、主汽压力等参数结合起来进行判断，如果出现与爆燃现象相吻合时，即可判断为炉膛爆燃。此时，应当迅速采取措施，适当减少给煤量和燃油量，密切监视炉膛压力自动，当炉膛压力偏离正常值较大时，应立即解除炉膛压力自动，手动调节两台引风机静叶开度，防止炉膛压力保护动作。（炉膛压力保护定值：炉膛压力达到+4KPa或者-4KPa时，延时2秒，触发锅炉MFT保护和锅炉跳闸保护。）此时应开大汽轮机调速汽门，增加机组负荷来降低主汽压力，同时要密切监视主汽温度的过热度，防止主汽温度的过热度偏低威胁机组的安全运行。当主汽温度的过热度小于50℃，汽轮机应立即打闸停机，防止汽轮机水冲击事故的发生。

5、结束语