50MW机组CFB技术讲座.

CFB循环流化床锅炉技术交流郭敏2004年12月目录一、循环流化床锅炉简介二、济锅、无锅、东锅、哈锅、川锅25~50MW/130~220t/hCFB锅炉的主要特点三、CFB-DCS控制系统简介四、模拟量控制系统（MCS）五、顺序控制系统（SCS）六、锅炉监控及炉膛灭火保护系统（FSSS）1、循环流化床锅炉(CFBB)到底有那那些优点呢?◆CFBB燃烧技术为洁净燃烧提供了条件：☆采用了石灰石脱硫技术.☆采用了低温分段燃烧脱氮技术,有效的降低了NOX的排放量.最佳脱氮温度为850-920℃◆循环流化床锅炉对不同煤种的适应范围广☆可燃烧高灰分煤、高硫煤、高氮煤、低热量煤、石油焦等.◆负荷调节范围大25%～120%MCR。◆燃烧效率高，可大95%～98%◆热强度高2、循环流化床锅炉目前存在的主要问题呢?◆受热面磨损大.◆热膨胀和密封问题.◆风机电耗大◆热惯性大、负荷响应特性慢、启动时不能超过7%MCR/min、◆CFBB循环流化床锅炉与煤粉炉相较?1.煤种☆CFB可燃烧高灰分煤、高硫煤、高氮煤、低热量煤等.★煤粉炉不能：因为高硫煤的T2，T3值一般比较低,为1100~1150℃，而煤粉炉的燃烧温度都在1150~1250℃，温度超过T2，T3值后容易产生高温结焦。2.脱硫工艺☆CFB采用了石灰石脱硫技术.(属于干法脱硫,一次性投资小，运行成本低)★煤粉炉可采用石灰石干法、湿法脱硫技术一次性投资大，运行成本高。3.脱NOX☆CFB采用了低温分段燃烧脱氮技术,有效的降低了NOX的排放量.煤在燃烧过程中最佳脱硫、脱氮温度为850~920℃,温度超过950℃后就没有脱氮效果.★煤粉炉燃烧温度高,没有脱氮效果,超出了国家规定的NOX排放标准.3、流化床的形成◇固定床:当空气流速不大时,空气穿过床料颗粒间隙由上部去,而床料高度未发生明显的变化,床料未被流化的状态称为:固定床,如链条炉.◇沸腾床:当空气流速继续增大时,小气泡聚集成较大气泡不断上移穿过料层并破裂,此时气—固两相混合强烈,如水沸腾状,故这时的状态被称为:鼓泡床或沸腾床◇流化床:在鼓泡床的基础上继续增大空气流速,床料内气泡消去,气—固两相混合更加强烈,看不清料层界面,但床内仍然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床料浓度大得多,在上移过程中床内中间的浓度小于四壁附近的物料浓度,并在炉壁产生向下流动，这时的状态被称为流化床.这就是所谓的:“炉内沸腾面壁流”。气◇气体输送:当空气流速再增加时床料上下浓度趋于一致,床料将均匀地快速全部喷出床外,这时的流化状态被称为:喷流床或气力输送.如:煤粉炉的燃烧方式.◇介于流化床与气体输送之间的状态被称为湍流床，CFB实际上是在两中状态之间交替变化。4、循环流化床锅炉主要工艺过程物料系统：新燃料（煤）、脱硫剂（石灰石）不断加入到炉膛燃烧室层中，床层底料在一次风的作用下开始流化、升温、炸裂、破碎、燃烧，被烟风带出燃烧室的粉尘被分离器分离捕捉，由返料设备再返回到燃烧室中，形成了灰循环的循环流化过程,可简单分为如下四个阶段:煤颗粒被加热和干燥—挥发分的析出和燃烧--煤颗粒膨胀和破裂—焦炭燃烧和再次破裂及炭粒磨损风烟系统：循环流化床的一次风（大约60%总风量）从炉膛床层底部吹入，推动床料流化，并且形成还原燃烧气氛；在一定高度加入二次风，二次风促使燃料的充分燃烧；高压风是使返料返回燃烧室，形成循环回路。汽水系统：给水经过省煤器、汽包、水冷壁、过热器，向外提供合格的蒸汽。（此系统与汽包煤粉炉相似）。高温旋风分离U型阀返料装置密相区一次风室CFBB炉膛料腿一次风一次风二次风二次风二次风机一次风机引风机除尘器烟囱尾部受热面过热器过热器省煤器省煤器空预器空预器分离后烟气CFB锅炉的主要工艺过程稀相区煤石灰石5、循环流化床锅炉系统组成◆炉膛（布风装置、密相区、稀相区、炉内受热面）◆气固物料分离装置◆返料装置(返料小床,回料风,松动风等)◆尾部受热面◆床外热交换器布风板和风帽CFB锅炉的气固物料分离装置不同流派的CFB锅炉有不同型式的气固物料分离装置。目前国内较多使用的是芬兰奥斯龙流派的高温旋风分离器；还有少部分使用的是德国巴威流派中温旋风分离器。悬浮段的高温烟气夹带大量的固体物料(通常称为床料)经过炉膛顶部的高低温过热器吸收热量后就进入旋风分离器进行气固分离。分离下来的灼热床料进入旋风分离器下部的固体物料再循环设备(返料装置)。分离出来的烟气由旋风分离器上部进入尾部受热面。一般来说高温旋风分离器内温度应由DCS控制在800-930℃左右；中温旋风分离器内温度应由DCS控制在450℃左右。高温旋风分离U型阀返料装置密相区稀相区CFBB炉膛分离后烟气一次风料腿一次风室CFB锅炉的返料装置是CFB锅炉的关键设备。不同的锅炉厂提供的返料装置各不相同。较有代表性的是U型阀返料装置或J型阀返料装置。从高温旋风分离器分离出来的床料(固态物料)经过下料管（料腿）进入U型阀或J型阀，床料被高压头(10--30KPa)空气流化，再返回炉膛内的密相区，形成床料的再循环。一般来说，DCS通过控制返料风的压力头来确保CFB锅炉返料的不断循环。CFB锅炉的尾部受热面CFB锅炉的尾部受热面主要有省煤器、空气预热器和低温过热器等。它们主要用于吸收烟气中的热量；使得排烟温度由DCS控制在140--150℃左右。U型阀返料装置循环灰料腿分离后烟气密相区CFBB炉膛旋风分离器稀相区返料风6、国内引进流化床技术的主要类型和特点主要类型：(以135MW/440T/H机组为例)芬兰奥斯龙技术（如东锅等）水冷式布风板,双炉膛结构,双旋风筒,高温圆型汽冷式分离器,J阀返料器,T型风帽,六台给煤机前墙给煤,锥型阀放渣技术,选择性小流化态风水冷渣方式或四台滚筒式除渣器,旋风筒与大床之间采用双非金属膨胀节连接,循环倍率为25-35.法国阿尔斯通技术（如上锅等）水冷式布风板,单炉膛结构,双旋风筒,高温圆型绝热式分离器,U阀自平衡返料器,钟罩式风帽,六台给煤机前墙给煤,锥型阀放渣技术,选择性小流化态风水冷渣方式或四台滚筒式除渣器,旋风筒与大床之间采用三个非金属膨胀节连接,分离器锥管,直管段装有防堵风管,循环倍率为25-35.德国EVT福斯特惠勒技术（如哈锅等）水冷式布风板,双炉膛结构,双旋风筒,高温圆型绝热式分离器,L阀返料器,钟罩式风帽,二台给煤机后墙给煤,锥型阀放渣技术,选择性小流化态风水冷渣方式,旋风筒与大床之间采双非金属膨胀节,（3个非金属膨胀节）循环倍率为33-40,快速床,薄床压控制.7、国内循环流化床锅炉的现状（1）.CFB锅炉负荷：35-475t/h，670t/h，1050t/h，CFB运行压力；超高压、高压、中压、低压等参数锅炉。（2）.使用燃料种类；烟煤、次烟煤、贫煤、无烟煤、褐煤、矸石、煤泥+矸石、烟煤+矸石、烟煤+瓦斯气、石油焦等。（3）.适应燃料热值；变化范围为8400-24300kJ／kg(2000-5800kcal／kg)，并可燃烧各种挥发分的燃料。1、(4).分离器种类；分离器：有高温、中温分离器。根据分离形式的不同可分为：旋风分离器、惯性分离器。根据几何形状的不同可分为；圆型、方型、异型分离器根据冷却方式的不同可分为；风冷分离器、水冷分离器、汽冷分离器、绝热分离器。(5).返料器种类:“J”型阀返料器、“L”型、“U”型、自平衡式返料器.(6).配风系统：高压风机、增压风机、罗茨风机、一次风机、二次风机、引风机、流化风机、密风风机。(7).给料系统:皮带给煤机、螺旋给煤机、刮板给煤机。(8).给料方式:前墙给煤、后墙给煤、回料与给煤混和后再给煤。(9).风帽种类:蘑菇形风帽、“T”形、“7”字形风帽、钟罩式风帽。前墙后墙尾部烟道汽机房旋风分离器旋风分离器8、国内670t/hCFB循环流化床锅炉简介670t/hCFB俯视图床外换热器U型回料器旋风筒炉膛点火风室U型回料器旋风筒床外换热器点火风室汽包中心筒670t/hCFB正视图2.1.1济锅220t/hCFB锅炉的结构特点；(1).二台油枪，床下点火，没有严格意义上的风道燃烧器.(240t/h;床下2台，床上3台）(2).水冷式布风板，蘑菇形或钟罩式风帽，空床阻力为：2.6-3.3KPa.(3).4台给煤机，根据挥发份的大小分别采用前/后墙给煤.(4).2台圆型汽冷式（或绝热式）旋风分离器，料腿下部装有冷却水套（专利）,返料系统配有高压风机.(5).改进型半“Ｕ”型半“Ｌ”型自平衡式回料器，负荷变化时不需要再次调节返料风量.(6).二台引风机、二台一次风机、一(二）台二次风机、二台高压风机（１开1备）．(7).汽包、除渣、冷渣系统另配（济锅不生产）(8).配风系统到播煤风口－播煤风一次风通过风帽进入炉膛－流化风二次风给煤机的密封风通过下二次风口进入炉膛通过上二次风口进入炉膛返料风返料小床－回料风返料小床－松动风(9).锅炉本体的一些特点：锅炉本体露天布置,全悬掉挂结构,无抗风柱；汽包水位的中心线为240t/h40m;260t/h,41.5m；炉墙为膜式壁布置，炉内衬耐火浇筑料比较厚，重型炉墙结构；尾部烟道四周为磷酸盐砖砌筑；绝热式旋风分离器，料腿下部装有冷却水套；蘑菇型风帽，运行磨损周期一般为10-12个月；炉本体下部中间排渣；排烟温度普遍较高；飞灰含碳量比较高，一般都在10-13%；中心筒吊挂装置容易出现变形、脱落；2.1.2济锅220t/hCFB锅炉的操作特点；(1).一、二次风配比为60%比40%，下排二次风与上排二次风的配比为7:4，B-ECR100%下一次风量为13-15万Nm3/h,沸下温度与一次风量耦合关系比较紧密，正常情况下选择合适的一次风量以控制沸下温度，燃煤的发热量在4000-4500kcal／kg范围内，沸下温度范围880-920℃，沸中温度为910-930℃，床温控制原则为；高负荷高床温、低负荷，低床温，65%负荷以下以控制一次风量为主，比较适合于燃烧5000kcal／kg以下，可燃基灰份在25-35%左右的煤种。(2).B-ECR100%下二次风量为8-10万Nm3/h，选择合适的二次风量以控制炉膛内温度场的梯度分布和控制尾部烟道的含氧量，弥补在密相区由于氧的大量消耗而造成稀相区氧的不足影响燃烧效率，含氧量的大小同时反映应了尾部烟道的过剩空气系数的大小，反映应了尾部烟道烟气流速对受热面的冲刷和磨损情况，70%负荷以上以控制二次风量为主。(3).床温居高不下时在减小给煤量的同时可适当调整下排二次风量(4).炉膛的平衡点在炉膛出口，负压控制为0-(-50)Pa。(5).返料风量由高压风机提供，U型自平衡回料器在负荷变化时具有自平衡能力，所以冷态试验时调整好以后负荷变化时不需要再调整。(6).关于除渣和冷渣系统；A：目前哈锅、东锅在220t/h及以上CFB锅炉普遍采用了；风、水冷除渣、冷渣器（炉两侧除渣）。除渣靠高压风机出口到炉排渣管根部的风量来控制除渣量进而控制床压。冷渣靠流化风量和冷凝水量来进行。B：目前济锅采用的是炉底部中间排、除渣，控制旋转滚桶式除渣器的转速来控制床压，旋转滚桶式除渣器的转速为1-2转/分。(7).济南锅炉厂220T/HCFB的特点：a.循环倍率为18-25，一般情况下不超过20倍，循环倍率偏低，为准流化床炉，负荷在65%B-MCR以下以沸腾床燃烧方式为主。b.高床压控制，一般情况下控制在8.5-10.5KPa,床层温度偏高，适合烧发热量为5000kcal／kg以下的煤，最佳煤种4000-5000kcal／kg，可燃基灰分为25-35%。c.回料口、旋风筒入口(靶区）、上部水冷壁容易磨损和爆管。d.尾部烟道受热面磨损较小。e.在烧发热量为5000kcal／kg以下的煤种时非常稳定。f.在烧发热量大于5000kcal／kg以上的煤种时床温偏高，极端情况下可达970-980℃，由于可燃基含碳量高而灰分低,造成循环灰量不足，致使换热效率降低,可能会造成高负荷带不上去，主汽温度偏低的情况。解决办法：1、在给煤中掺入1/3或1/4的灰渣。