循环流化床幻灯教材

第1讲绪论一、引子—传统燃煤方式带来的环境问题三、流化床基本概念五、第二代流化床锅炉—循环流化床锅炉循环流化床锅炉概述四、第一代流化床锅炉—鼓泡床锅炉二、洁净煤技术的兴起六、循环流化床锅炉应用现状及发展前景教学目的•了解循环流化床锅炉的来龙去脉；•掌握流化床锅炉的基本概念、基本原理及其在环保方面存在巨大优势的机理；•了解循环流化床锅炉蓬勃发展的现状及巨大的发展潜力；•激发学习和掌握循环流化床锅炉技术的热情和积极性，增强其环保意识，坚定其投身能源与环保事业的决心。引子•近年来，在火力发电领域，一个新名词越来越多地被人们听到，这就是“循环流化床”。•“循环流化床”似乎与环保脱硫有关，还经常与“清洁燃烧”联系在一起。那么，“循环流化床”到底是什么？电站锅炉领域的“循环流化床”指的就是锅炉家族的后起之秀——循环流化床锅炉。概括地说，它是一种环保锅炉。•我国电力工业现状:•装机及发电总量居世界第二，仅次于美国。InstalledCapacity(MW)02000004000006000008000001000000U.S.RussiaJapanChinaFranceCanadaGermanyU.K.ItalySpainAustraliaSwedenIndiaKorea燃煤机组在电力生产中的地位2004年最近几年电力建设超常规发展•中国是仅次于美国的世界第二大电力生产国，其电力生产正以前所未有的速度增长。•2002年底发电装机容量3.6亿千瓦；•2005年全国电力装机新增6500万千瓦，总量已突破5亿千瓦，•2007年底发电装机容量7.1329亿千瓦。全国电力装机容量012345678198619881990199219941996199820002002200420062008年份装机总容量(亿千瓦)从2002年的3.6亿千万增加到2007年的7.13亿千瓦,平均年增长速度14.8%.火力发电在电力生产中的地位(占全国总装机容量的74%)火电装机中,绝大部分是燃煤机组,由此带来严重的环境问题.一、传统煤燃烧方式带来的环境问题电站锅炉的传统煤燃烧方式存在问题：1.不能充分利用劣质燃料（如煤矸石、焦碳、垃圾等）2.不易控制污染物排放（SO2、NOx）3.灰渣综合利用受限制固定床燃烧悬浮燃烧•酸雨•大气污染•灰场污染•矸石山污染燃煤带来的环境问题我国发电供热用煤占全国煤炭生产总量的50%左右。全国大约90%的SO2排放由煤电产生，80%的CO2排放量由煤电排放。二、洁净煤技术的兴起•日益严峻的环境问题迫使我们采取必要措施•但以煤为主的一次能源格局在相当长时期内不会改变；•为了人类生存的环境，应设法使煤“清洁”利用。•由此在国际上掀起“洁净煤技术”研究热潮。“洁净煤技术”——使煤清洁利用的技术•燃烧前可采取的措施–煤的洗选–煤的加工（水煤浆）–煤的转化（气化、液化）•燃烧中可采取的措施–清洁燃烧•燃烧后可采取的措施–烟气脱硫•流化床燃烧是目前商业化最好的清洁燃烧技术之一•被称为“二十一世纪的燃烧技术”清洁燃烧——燃烧中脱硫、脱氮我国发展循环流化床锅炉的目的•解决劣质燃料利用问题；•减少有害气体（NOx、SOx)排放，减轻环境压力。back三、流化床基本概念•“流化”——流态化•当流体（液体、气体）向上流过固体颗粒床层时，其速度增大到一定值后，颗粒被流体的摩擦力所承托，呈现飘浮状态，颗粒可以在床层中自由运动，这种状态称为“流态化”。•按流化介质的不同可分为液-固流态化、气-固流态化。•燃煤流化床属气固流态化范畴。•流化床具有流体的某些性质–任一高度静压等于此高度以上固体颗粒重量–大而轻的物体浮在床表面–床表面总保持水平–连通器作用•“床”——反应场所，支承物料（床形物：机床;车床;流化床;河床;苗床）流化床类似流体的性质：–流化床1921年最早出现于德国，应用于粉煤气化–二战期间应用于石油催化裂化–后广泛应用于石油、化工、冶炼、粮食、医药等部门四、第一代流化床锅炉—鼓泡床锅炉二十世纪50年代，“能源危机”使西方发达国家重新认识煤在一次能源中的重要地位，开始寻求先进的燃煤技术。•能源危机出现后，当人们的目光从石油又转向煤炭时，历史好像划了一个圈，又回到了原点。•但这不是一个简单的循环。历史在前进，科技在进步，这是一种螺旋式上升的过程。•人们认识到–我们要烧煤；–我们要把煤烧好；–我们不仅要烧优质煤，还要烧劣质煤煤；–我们在烧煤的同时，还要保护环境。“流化床锅炉”——燃料在流化状态下进行燃烧的锅炉叫流化床锅炉。从此流化床燃烧、固定床燃烧、悬浮燃烧共同构成煤的三种主要燃烧方式。我国早期设计的鼓泡床锅炉于是流化床开始应用于煤的燃烧。二十世纪60年代初，出现了“流化床锅炉”。•此时的流化床锅炉特点：•燃料颗粒大，流化风速低•床层中有明显的气泡•气固两相类似沸腾的水•被称为鼓泡床锅炉或沸腾炉鼓泡床实验演示鼓泡床锅炉的工作原理沸腾燃烧燃烧温度：850-950oC鼓泡床锅炉的主要部件：布风板风室埋管受热面冷渣口与溢流口•1燃料适应性广–可以燃烧各种煤、煤矸石、焦碳、油页岩、垃圾等（劣质燃料）•原因：下部密相区提供了燃料着火和燃烧的最佳条件：–1充足的热源–2混合强烈，热质传递快–3适当高浓度的氧床层物料中含碳低（2-5%），只供热而不争夺氧鼓泡床燃烧有以下优点•2清洁燃烧–1）高效、廉价脱硫•脱硫率达90%•脱硫反应1CaO+SO2+—O2==CaSO42（煤粉炉炉内喷钙脱硫，钙停留时间短，脱硫剂利用率不到20%）•炉膛温度为最佳脱硫反应温度850oC–脱硫最佳温度：850-870oC；（但煤粉炉在此温度下不能稳定燃烧，所以其脱硫不能保持在最佳反应温度下进行。）–2）减少NOx排放•燃煤NOx的主要来源：–燃料型：挥发分中的有机氮、固定碳中的碳基氮被氧化；»氧化性气氛中容易生成–热力型：空气中的氮在高温下被氧化。»高温下容易生成•流化床NOx生成量为煤粉燃烧的1/3—1/4a.低温燃烧，减少热力型NOx生成1200oC以下时，热力型NOx生成不明显；（煤粉炉因燃烧温度高，热力型NOx占总NOx生成量的25%-30%）b.分级燃烧，减少燃料型NOx生成空气分级供入，浓相区处于还原性气氛，抑制燃料型NOx生成分级燃烧是抑制NOX生成非常有效的手段。一次空气从底部给入，它供应燃烧所需氧量的50－60％，二次风在离一次风有一定距离的炉膛上方给入。在二次风给入的水平，炉膛气氛由还原性转变成氧化性。燃料挥发分逸出和着火发生在贫氧区，因此NOX总体排放量降低。低NOx排放的原因：•3.负荷调节性能好–低负荷下仍可保持燃烧稳定；–负荷调节比达4：1，甚至可以压火备用。•4.灰渣综合利用性能好–低温燃烧后的灰渣没有经历烧结过程，活性好，非常适合做水泥填料–鼓泡床锅炉的缺点：•1.燃烧损失大–燃料宽筛分（0-10mm)，未燃尽细颗粒飞出量大•2.埋管磨损严重–为了控制密相区床温，密相区布置有埋管，但其磨损问题不易解决•3.大型化受到限制–截面热负荷低，为煤粉炉的1/4，如一台400t/h的鼓泡床截面积约200m2•4.脱硫剂利用效率低–脱硫剂颗粒大(细颗粒易飞出），利用率低CaOCaSO4•这些问题的存在使流化床煤燃烧技术的发展一度受到挑战；•但其固有的优点如燃料适应性广、清洁燃烧特性使得人们不忍放弃它；•那么，能否有一个解决问题的良方呢生产实践的需要是推动技术进步的动力。人类的智慧是无穷的，最终总能找到打开难题的钥匙。？？？？五、第二代流化床锅炉—循环流化床锅炉•循环流化床锅炉在保留沸腾床锅炉的优点的基础上，克服了其不足，从而显示出强大的生命力。“循环”的概念——飞出炉膛的物料被气固分离器收集，返回炉膛，循环燃烧和利用。二十世纪80年代初，国外研制出第二代流化床锅炉——循环流化床锅炉循环流化床锅炉的结构特点•1、炉膛•2、旋风分离器•3、过热器•4、外置式换热器•5、煤仓•6、返料装置•7、石灰石进料口•8、灰冷却器•9、省煤器•10、空气预热•11、除尘器•12、引风机•13、尾部烟道•14、汽包•我国大型循环流化床锅炉循环流化床锅炉三大核心部件—燃烧室、分离器、回料阀燃烧室布风板旋风分离器回料阀GotoLast循环流化床锅炉的工作过程Flash动画演示循环床内流化状态模拟演示•与鼓泡床相比：–颗粒细–风速高–颗粒空间浓度高–颗粒呈条带状–颗粒贴壁回流循环床鼓泡床循环流化床实验演示及与鼓泡床的对比循环床鼓泡床物料循环过程模拟演示back与鼓泡床相比，循环流化床锅炉有以下优势•1、燃烧效率提高（可达97.5-99%)–炉膛沿高度基本恒温（850oC），延长了燃烧时间；–物料通过分离器多次循环回炉内，延长了燃烧时间；•2、没有埋管，彻底解决埋管磨损问题–密相区燃烧份额小，不需埋管即可控制床温；•3、为大型化提供了可能–燃烧、传热不仅仅局限于浓相区，炉膛截面热负荷提高2-3倍，更易实现大型化；•4、脱硫剂利用率提高–脱硫剂颗粒变细（0.1-0.3mm），利用率提高；–SO2气体在燃烧区停留时间延长；•鼓泡床1-2s，循环流化床3-4s;–脱硫剂循环利用，停留时间延长。脱硫模拟演示与鼓泡床相比，循环流化床锅炉有以下优势循环流化床锅炉是在鼓泡床锅炉基础上发展起来的，但却从根本上解决了鼓泡床存在的主要缺点，使流化床燃煤技术发展到一个新的阶段。评价：六、循环流化床锅炉发展现状及前景•1988年，我国第一台循环流化床锅炉投产，容量为35t/h。•截至2002年，我国投产最大容量为410t/h,100MW(1996年投运）35t/h循环流化床锅炉四川内江410t/h循环流化床锅炉我国第一台超高压再热循环流化床锅炉—新乡火电厂440t/hCFB锅炉•目前，国内循环流化床锅炉已进入快速发展和普及阶段，410-440t/h容量的趋于成熟。•2002年以来，河南省400t/h以上循环流化床锅炉十余台已投入运行。•（2005）我国已有近千台循环流化床锅炉投入运行或正在建设之中，440—480t/h循环流化床锅炉已有几十台投入运行;•白马电厂安装东方锅炉(集团)股份有限公司制造的引进ALSTOM技术的300MWe循环流化床机组，作为示范。2003年开工建设，2005年12月15日投产发电。•国产300MW级的循环流化床锅炉已有十几台订货。2006年开远、萱城、秦皇岛等电厂的300MWe循环流化床机组已相继投入运行。•国内600MW~800MW超临界循环流化床锅炉已完成设计。•这标志着国内循环流化床电站又向大容量、高参数迈进了一大步。最新动态白马1×300MW循环流化床示范电站工程汽机台板顺利就位锅炉钢架大板梁吊装完毕白马烟囱工程优良的施工质量白马工程水塔施工到顶后全景白马300MWe循环流化床锅炉•国际上，1996年，国外试验电厂最大容量为250MW法国普罗旺斯770t/h循环流化床锅炉波兰Turow电厂建设3台225MWe和3台266MWe的循环流化床机组,是世界上最大的循环流化床电厂。Turow235MWe循环床锅炉波兰PKE计划在Lagisza建设机组容量460MWe的世界首台超临界的、也是最大容量的循环流化床机组。F&W公司已于2003年2月开始了460MWe超临界循环流化床机组的规划设计。世界首台超临界循环流化床机组但与煤粉炉相比，目前的循环流化床锅炉仍存在以下问题：•1.单机容量不够大–国内最大单机容量为300MWe;•2.结构复杂，造价较高–比煤粉炉增加了物料分离和回送装置，占地面积大，钢材消耗量约增加20%；–但若与煤粉炉加尾部烟气脱硫相比，总造价低。•3.磨损问题–固体颗粒浓度大，对受热面磨损较严重。•4.锅炉机组自身能耗增加•5物料循环回路的调节与控制要求高back所以循环流化床锅炉今后的发展方向是：•1、向大容量、高参数方向发展–发展容量可与煤粉炉相比的大型循环流化床锅炉；发展超临界锅炉。•2、简化锅炉结构，采用新型低阻力、小尺寸的分离器–清华大学研制的带水冷方型分离器的循环流化床锅炉提供了一个很好的思路。•3、提高运行的可靠、稳定性FW600MWe超临界循环流化床