（动力工程及工程热物理专业论文）气氛对煤燃烧和so2nox迁移的机理及动力学特性影响的研究.pdf

d e g r e eo fd o c t o ro fe n g i n e e r i n g b y z h o uj i a p i n g s u p e r v i s e db yp r o f z h a n gl i m a j o r ：p o w e r e n g i n e e r i n g a n d 1 n r n - e n g l n e e r l n g1h e r m o p h y s i c s c o l l e g eo fp o w e re n g i n e e r i n go f c h o n g q i n gu n i v e r s i t y , c h o n g q i n g ，c h i n a o c t o b e r2 0 l o 中文摘要 摘要 燃烧环境氛围对于燃料燃烧过程以及燃烧污染物的迁移特性有重要的影响。 通过实验研究和理论分析，探索燃烧环境氛围对于燃烧机理和动力学特性的影响， 揭示污染物迁移的机理，重点研究环境氛围对燃烧特性和污染物排放特性的影响 规律，获得关键的影响因素和主要的燃烧特征参数。研究内容具有重要的学术意 义和工业应用价值。 首先，针对煤和煤矸石，采用热分析法，实验研究了3 种煤在0 2 f n 2 和0 2 c 0 2 环境气氛的燃烧特性，探索环境氛围对燃料燃烧机理和燃烧特性的影响规律，并 进行了动力学分析，获得了主要的燃烧特征参数。研究结果表明：1 ) 0 2 n 2 和0 2 c 0 2 环境气氛下，富氧气氛可显著改善煤的燃烧特性，并且氧浓度对煤燃烧特性的影 响程度随着煤种固定碳含量的增加而增大。随着氧浓度增加，煤粉燃烧t g 和d t g 曲线均向低温区发生移动，煤粉的燃烧特性得到改善。氧浓度对煤焦燃烧的影响 更显著。2 ) 0 2 c 0 2 和0 2 f n 2 环境气氛相比，c 0 2 对煤燃烧性能有重要影响。相同 氧浓度下，由于c 0 2 的比热较大，且c 0 2 影响燃烧生成的c 0 2 产物的扩散，导致 煤的着火和燃尽温度升高，c 0 2 的存在改变了煤焦的燃烧特性，尤其是高的c 0 2 浓度对燃烧的影响更大。3 ) 实验范围内，氧浓度增加对改善燃烧非常有利。随着 氧浓度的增加，燃料的平均表观活化能均有所增加，频率因子增加的作用更显著， 因此燃烧反应速率显著增加。4 ) 气氛、粒径和升温速率均对煤粉动力学特性有较 大影响。燃料的表观活化能和频率因子之间存在动力学补偿效应，即l n a - - m e + n 。 其次，针对干法脱硫过程，研究含氯添加剂产生的环境氛围对石灰石干法脱 硫的影响。通过实验研究和理论分析，以n a c l 、k c i 、m g c l 2 、c a c l 2 、k 2 c 0 3 为 添加剂，探索含氯添加剂形成的环境氛围对石灰石固硫效率影响，并对固硫过程 进行吉布斯自由能分析，获得含氯添加剂的固硫机理和反应动力学。研究结果表 明：1 ) 以含氯无机盐作为石灰石干法脱硫的添加剂，能够提高石灰石的脱硫效率， 且添加剂对煤矸石硫分析出的影响比煤更大。实验范围内，添加含氯无机盐，对 石灰石脱硫效率的促进作用由大到小依次为：n a c l 、m g c l 2 、k c l 、c a c l 2 。2 ) 添 加剂对形态硫的析出和迁移有明显的影响，燃料析出的s 0 2 浓度和总量均有下降。 煤矸石硫分析出受到的影响较大。3 ) 采用吉布斯自由能理论分析方法，揭示了含 氯添加剂的石灰石干法脱硫的反应机理。吉布斯自由能计算结果表明，含氯添加 剂提高石灰石脱硫效率的机理是添加剂本身能够发生固硫反应，并进一步通过氯 化反应，促进c a o 的固硫反应。实验结果与理论分析结果基本一致，并且获得了 含氯添加剂对石灰石固硫反应特性的影响规律。 重庆大学博+ 学位论文 最后，采用理论分析与模拟结合的方法，重点研究燃烧环境气氛对n o x 迁移 的影响，探索燃煤过程中n o 。产生机理，获得n o x 的迁移特性。比较分析燃料特 性、气固两相流动、温度场等因素对n o 。迁移和产生的影响规律。研究结果表明： 1 ) 对于流化床反应器的燃烧环境氛围，n o 和n 2 0 的生成量随过量空气系数的增 加而明显增加。n o 和n 2 0 的生成和一二次风比有较大关系，n o x 的生成量随一二 次风比的增大而增大。2 ) 燃料在燃烧过程中，n o 和n 2 0 的产生量不仅与燃料 本身的含氮量有关，而且与燃料的o n 和h n 这两个比值也有直接关系。o n 和 h n 这两个比值会影响n o x 的生成，而且n o x 的量随这两个比值的增加而增加。3 ) 惰性颗粒床料量对n o 和n 2 0 的迁移有较大的影响。惰性颗粒床料量直接影响流 化床反应器的温度分布，对n o 和n 2 0 的迁移和生成量产生较大的影响。减少床 料量，可以减少n o 和n 2 0 的排放。 关键词：气氛，燃烧，s 0 2 ，n o x ，动力学 _ 英文摘要 a b s t r a c t e n v i r o n m e n ta t m o s p h e r ed u r i n gc o a lc o m b u s t i o nh a si m p o r t a n te f f e c to nf u e l c o m b u s t i o np r o c e s sa n dt h ec h a r a c t e r i s t i c so fp o l l u t a n tm i g r a t i o n b o t he x p e r i m e n t a l r e s e a r c ha n dt h e o r e t i c a la n a l y s i sa r ea p p l i e dt o e x p l o r et h ec o m b u s t i o nm e c h a n i s ma n d c h a r a c t e r i s t i c so fc o m b u s t i o nk i n e t i c s ，r e v e a lt h et r a n s p o r tm e c h a n i s mo fc o m b u s t i o n p o l l u t a n t s ，a n d o b t a i nt h ee n v i r o n m e n t a l a t m o s p h e r e e f f e c t so nc o m b u s t i o n c h a r a c t e r i s t i c sa n dp o l l u t a n te m i s s i o nc h a r a c t e r i s t i c s t h ek e yf a c t o r sa n dm a i n p a r a m e t e r so ft h ec o m b u s t i o nc h a r a c t e r i s t i c sa r ef o u n do u t t h es t u d yh a si m p o r t a n t a c a d e m i cs i g n i f i c a n c ea n di n d u s t r i a la p p l i c a t i o n s f i r s t l y ，c o m b u s t i o nc h a r a c t e r i s t i c so ft h r e ek i n d so fc o a la r es t u d i e db yt h e r m a l a n a l y s i se x p e r i m e n t i nt h ee n v i r o n m e n t a l a t m o s p h e r e o f0 2 1 q v 2a n d 0 2 c 0 2 e n v i r o n m e n ta t m o s p h e r ee f f e c to nc o m b u s t i o nm e c h a n i s ma n dc o m b u s t i o nk i n e t i c sa r e e x p l o r e d ，a n dt h em a i np a r a m e t e r so fc o a lc o m b u s t i o na r ec a r r i e do u t i n0 2 n 2a n d 0 2 c 0 2e n v i r o n m e n ta t m o s p h e r e ，t h eo x y g e n r i c ha t m o s p h e r ec a ns i g n i f i c a n t l yi m p r o v e t h ec o m b u s t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fc o a la n dc o a lg a n g u e ，a n dt h eo x y g e nc o n c e n t r a t i o n e f f e c to fo nf u e lc o m b u s t i o ni n c r e a s e sw h e nt h ef i x e dc a r b o nc o n t e n to ff u e l i n c r e a s e s a st h eo x y g e nc o n c e n t r a t i o ni n c r e a s e s ，b o t ht ga n dd t gc u r v e so ft h ef u e lc o m b u s t i o n s h i f tt ot h el o wt e m p e r a t u r er e g i o n ，a n dc o m b u s t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fp u l v e r i z e dc o a l a r ei m p r o v e d o x y g e nc o n c e n t r a t i o nh a sr e m a r k a b l ei n f l u e n c eo nc o k ec o m b u s t i o n a t t h es a m eo x y g e nc o n c e n t r a t i o n , c 0 2a t m o s p h e r eh a sg r e a t e ra d v e r s ee f f e c t so n c o m b u s t i o np r o p e r t i e so fc o a lt h a nn 2b e c u a s eh e a to fc 0 2i sl a r g e ra n dc 0 2a f f e c t st h e d i f f u s i o no fc 0 2g e n e r a t e di nt h ec o a lc o m b u s t i o n 0 2 c 0 2r e s u l t si nc o a li g n i t i o na n d b u r n o u tt e m p e r a t u r ei n c r e a s i n g t h ep r e s e n c eo fc 0 2c h a n g e st h ec o k ec o m b u s t i o n c h a r a c t e r i s t i c s ，a n dh i g hc 0 2c o n c e n t r a t i o nh a sg r e a t e ri m p a c to nc o a lc o m b u s t i o n i n t h ee x p e r i m e n t a lr a n g e ，h i g ho x y g e nc o n c e n t r a t i o ni s v e r yb e n e f i c i a lt oi m p r o v ec o a l c o m b u s t i o n w i t l lt h ei n c r e a s eo fo x y g e nc o n c e n t r a t i o n t h ea v e r a g ea c t i v a t i o ne n e r g yo f t h ef u e li n c r e a s e s ，b u tt h ei n c r e a s eo ff r e q u e n c yf a c t o ri sm o r es i g n i f i c a n t ，a n dt h e nt h e c o m b u s t i o nr a t ei n c r e a s e sq u i c k l y t h ee n v i r o n m e n ta t m o s p h e r e ，p a r t i c l es i z ea n d h e a t i n gr a t eh a v ec o n s i d e r a b l ei n f l u e n c eo nc o a lc o m b u s t i o nd y n a m i c s t h e r ei sk i n e t i c c o m p e n s a t i o ne f f e c tb e t w e e na v e r a g ea c t i v a t i o ne n e r g ya n df r e q u e n c yf a c t o r , t h a ti s l n a - - m e + n s e c o n d l y , t h ee n v i r o n m e n t a la t m o s p h e r ee f f e c t so fc h l o r i n ea d d i t i v e so nt h e i i i 重庆大学博士学位论文 m e c h a n i s mo fs 0 2m i g r a t i o na n dl i m e s t o n ed e s u l f u r i z a t i o n e f f i c i e n c yi n t h ed r y d e s u l f u r i z a t i o np r o c e s sa r er e s e a r c h e db ye x p e r i m e n t sa n dt h e o r e t i c a la n a l y s i s 1 1 1 e a d d i t i v e si n c l u d en a c l ，k c i ，m g c l 2 ，c a c l 2a n dk 2 c 0 3 n ee f f e c t so fe n v i r o n m e n t a l a t m o s p h e r ep r o d u c e db yc h l o r i n a t e da d d i t i v e sa r ee x p l o r e d ，a n dt h em e t h o do fg i b b s f r e ee n e r g ya r eu s e dt oa n a l y s i st h ep r o c e s so fl i m e s t o n ed e s u l f u r i z a t i o na n dr e v e a lt h e m e c h a n i s ma n dk i n e t i c s i n t h e p r e s e n c eo fc h l o r i d e a d d i t i v e s c h l o r i d es a l t sc a n i m p r o v et h ed e s u l f u r i z a t i o ne f f i c i e n c yo fl i m e s t o n e ，a n dt h ea d d i t i v e sh a v eg r e a t e r i m p a c to ns u l f u re m i s s i o no ft h e c o a lw h e nc h l o r i n a t e da d d i t i v e sa r eu s e da st h e a d d i t i v e s i nt h ee x p e r i m e n t a lr a n g e ，t h eo r d e ro fc h l o r i n es a l te f f e c t so nl i m e s t o n e d e s u l f u r i z a t i o ne f f i c i e n c yi s ：n a c i ，m g c l 2 ，k c la n dc a c l 2 t h ea d d i t i v e sh a v e s i g n i f i c a n ti n f l u e n c eo ns u l f u rr e l e a s ea n dm i g r a t i o nf o rc o a la n dc o a lg a n g u e ，a n db o t l l s 0 2c o n c e n t r a t i o na n dt o t a la m o u n td e c r e a s e e x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a tt h e a d d i t i v e sh a v eg r e a t e re f f e c to nt h es u l f u rr e l e a s eo fc o a lg a n g u e g i b b sf r e ee n e r g yi s u s e dt or e v e a lt h er e a c t i o nm e c h a n i s mo fc h l o r i n ea d d i t i v ei nt h ed r yd e s u l f u r i z a t i o n p r o c e s sb yl i m e s t o n e g i b b sf r e ee n e r g yc a l c u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h em e c h a n i s mo f c h l o r i n ea d d i t i v e si m p r o v i n gt h el i m e s t o n ed e s u l f u r i z a t i o ne f f i c i e n c yi st h a ta d d i t i v e i t s e l fc a ng e n e r a t ed e s u l f u r i z a t i o nr e a c t i o n ，a n di ta l s op r o m o t e st h ed e s u l f u r i z a t i o n r e a c t i o no fc a ot h r o u g hc h l o r i n a t i o nr e a c t i o n t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t sa r ec o n s i s t e n t 而t l lt h e t h e o r e t i c a l a n a l y s i s ，a n d t h ec h l o r i n e a d d i t i v ee f f e c to nl i m e s t o n e d e s u l f u r i z a t i o nc h a r a c t e r i s t i c si so b m i n e d t h i r d l y , t h ee f f e c t so fc o m b u s t i o na t m o s p h e r eo nn o xm i g r a t i o nm e c h a n i s ma n d f o r m a t i o nc h a r a c t e r i s t i c si nf l u i d i z e db e dr e a c t o ra r es t u d i e db yn u m e r i c a ls i m u l a t i o n , n o xm i g r a t i o nm e c h a n i s mi sr e v e a l e d ，a n dn o xe m i s s i o nc h a r a c t e r i s t i c si so b t a i n e d 1 1 1 ee f f e c t so ft h ef a c t o r s ，s u c ha sf u e lt y p e ，g a s - s o l i df l o wa n dt e m p e r a t u r ef e l d ，a r e s t u d i e di nd e t a i l b o t hn oa n dn 2 0f o r m a t i o ni n c r e a s es i g n i f i c a n t l y , w h e nt h ee x c e s s a i rr a t i oi n c r e a s e si nt h ef l u i d i z e db e dr e a c t o r 功ea m o u n to fn oa n dn 2 0i sa f f e c t e db y t h er a t i oo fp r i m a r ya i rt os e c o n d a r ya i r t h et o t a lo fn o xi n c r e a s e s 、析t l lt h ei n c r e a s eo f t h er a t i o i nt h ef u e lc o m b u s t i o np r o c e s s ，t h ep r o d u c t i o nc a p a c i t yo fn oa n dn 2 0n o t o n l yh a sr e l a t i o n s h i pt of u e ln i t r o g e nc o n t e n t , b u ta l s oh a sr e l a t i o n s h i pt ot h eo na n d i - i nr a t i oo ft h ef u e l t h e s et w or a t i o sa l s oh a v ed i r e c te f f e c to nt h ef o r m a t i o nt y p eo f n o x 1 1 1 ea m o u n to fn o xi n c r e a s e sa st h e s et w or a t i o si n c r e a s e t h eq u a n t i t yo fi n e r t p a r t i c l e si nf l u i d i z e db e dh a sr e m a r k a b l ee f f e c to nt h em i g r a t i o no fn oa n dn 2 0 1 1 l e q u a n t i t yo fi n e r tp a r t i c l e sd i r e c t l ya f f e c t st h et e m p e r a t u r ed i s t r i b u t i o ni nt h ef l u i d i z e d b e dr e a c t o r , a n dt h e nb o t ht h en oa n dn 2 0f o r m a t i o na n dm i g r a t i o na r ea f f e c t e d i v 英文摘要 r e d u c ei n e r tp a r t i c l ea m o u n tc a nr e d u c et h en oa n dn 2 0e m i s s i o n s k e y w o r d s ：c o m b u s t i o na t m o s p h e r e ；c o m b u s t i o n ；8 0 2 ；n o x ；k i n e t i c s v 重庆大学博十学位论文 v i 2 1 试验系统、内容和方法1 7 2 1 1 试验系统l7 2 1 2 试验内容1 9 2 2 煤在富氧条件下的燃烧特性实验2 2 2 2 1 煤的热解及燃烧过程2 2 2 2 2 氧浓度对煤燃烧的影响2 4 2 2 3 煤的着火和燃尽特性2 6 2 2 4 煤的综合燃烧特性2 8 2 2 5 煤粉粒度和升温速率对煤燃烧的影响2 9 2 3c 0 2 气氛对煤燃烧特性的影响。3 5 2 3 1 煤在0 2 c 0 2 气氛下的燃烧失重曲线3 6 2 3 2 煤的着火和燃尽特性3 8 2 3 3 煤的综合燃烧特性4 0 2 4 煤粉在富氧气氛下的动力学特性4 0 2 4 1 燃烧动力学机理4 0 2 4 2 燃烧阶段划分及平均表观活化能定义4 l 2 4 3 煤燃烧动力学参数的影响因素4 2 v u 重庆大学博士学位论文 2 4 4 动力学补偿效应4 9 2 5 小结4 9 3 含氯添加剂对燃料硫分迁移影响的研究5 1 3 1 实验方法与实验设备5l 3 1 1 实验方法。5 1 3 1 2 仪器设备5 l 3 1 3 实验样品制备5 4 3 2 实验内容5 5 3 2 1 硫分的组成和迁移机理5 5 3 2 2 实验参数的选择5 8 3 2 3 主要实验内容5 8 3 3 含氯添加剂对脱硫效率和硫分析出影响的实验5 9 3 3 1 燃料燃烧特性和s 0 2 迁移特性。5 9 3 3 2n a c l 的实验结果与分析一6 2 3 3 3m g c l 2 的实验结果与分析6 5 3 3 4c a c l 2 的实验结果与分析6 8 3 3 5k c i 的实验结果与分析7 1 3 3 6k 2 c 0 3 的实验结果与分析7 4 3 3 7 石灰石固硫过程及影响因素。7 7 3 4 含氯添加剂对脱硫反应机理和动力学的影响7 9 3 4 1 石灰石脱硫反应的吉布斯能。7 9 3 4 2n a c l 的影响8 2 3 4 3m g c l 2 的影响8 8 3 4 4c a c l 2 的影响8 9 3 4 5k c ! 的影响8 9 3 4 6k 2 c 0 3 的影响9 1 3 5 小结9 3 4 流化床内n o x 产生机理与模拟研究9 5 4 1c f b 产生n o 。机理和特性9 5 4 1 1c f b 产生n o x 机理一9 5 4 1 2n o 。生成特性的影响因素9 6 4 1 3c f b 的n o 。控制方法9 7 4 2 物理模型和数学模型9 8 4 2 1 流化床燃烧器物理模跫9 8 i x 重庆大学博七学位论文 j ( k g k ) m c l l l m m 1 0 m o l 1 0 m o l w m 2 j ；w m 2 j k g w ( m l k ) p a j ( m 0 1 k ) 颗粒比热 悬浮段的平均氧浓度 颗粒直径 活化能 平均表观活化能 颗粒的等效辐射 混合分数 吉布斯函数；入射辐射 焓值 对流传热系数 燃烧反应速度常数 速率常数 以压力表示的反应平衡常数 颗粒质量 反应级数 压强 气体常数 相关系数 雷诺数 x i q 陆却e b f g h h k k 砩 脚 n p r r 耻 重庆大学博十学位论文 1 绪论 1绪论 1 1 课题研究的目的和意义 我国是世界上最大的煤炭生产和消费的国家。原煤产量已突破1 1 0 0 m t ，占能 源总产量的7 0 以上1 1j ，预测储量达3 2 x 1 0 6 m t ，垂深1 0 0 0 m 以内的探明储量为 7 7 x 1 0 4 m t 。煤炭不仅成为我国最重要的能源，而且也是化工原料及民用燃料的主 要来源。我国能源消费结构中煤炭占有的比例非常高，约为7 5 , - - , 7 6 2 1 。 煤炭作为我国最主要的能源，提供了7 0 以上的发电燃料和绝大部分的民用 原料。据我国环境保护科技长期规划，我国以煤为主的能源结构不会改变p 铜。 我国以燃煤为主，是耗煤大国，其中超过8 4 的煤都是没有经过预处理直接 燃烧应用的。我国的这种以煤为主的能源结构体系严重地影响了大气环境质量， 9 0 的s 0 2 、6 7 的n o x 以及7 0 的烟尘排放量都是因为煤炭的燃烧。其中，问题 最为严重的是燃煤电站、燃煤工业炉以及燃煤炉窑等设备排放的烟气污染，因此， 燃煤烟气的污染的控制是缓减大气环境污染的重要手段。 大气中硫含量的大幅增加导致了我国酸雨区域很快扩大。我国是s 0 2 污染比 较严重的国家，其中被s 0 2 污染的区域占国土总面积的4 0 【7 j 。s 0 2 的危害主要针 对环境和人体健康：另外，还会导致酸雨。在空气中，二氧化硫及其衍生颗粒物 会使能见度降低，而且酸雨还会加快建筑物和历史遗迹的腐蚀。所以，控制s 0 2 排放是实现环境保护的必经之路。 电力工业的飞速发展使得火电装机容量也较快增加。燃煤电厂的主要污染排 放物就是二氧化硫，煤在燃烧过程中9 0 以上的硫分被氧化成s 0 2 ，并排入大气。 我国燃煤电厂s 0 2 排放占全国总排放总量的3 0 以上【8 l 。因此，为了有效遏制燃煤 中硫的析出，必须采用新的技术，即开发并应用脱硫技术已是大势所趋。 煤在燃烧中生成的氮氧化物主要是指一氧化氮叫o ) 和二氧化氮( n 0 2 ) ，还有 一部分氧化二氮( n 2 0 ) 产生。二氧化氮的形成主要是由于排入大气的一氧化氮通过 氧化反应生成。它们再经过紫外线照射就产生光化学烟雾，蓝色有毒物质。光化 学烟雾的危害很大，当其浓度超过o 5 p p m 时，就会对人的身体会产生强烈的刺激 和损伤作用。氮氧化物经过和大气中水蒸气结合形成h n 0 3 ( 硝酸雾) ，形成酸雨。 目前，全国3 0 以上的面积成为酸雨覆盖区。由此可见，氮氧化物的危害相当之 大，因此人们已经开始了大量的研究来治理氮氧化物的污染。 因此，研究煤燃烧过程中二氧化硫和氮氧化物的产生机理和特性，通过改善 燃烧环境，减少和控制二氧化硫和氮氧化物的生成，对于保护环境和节约能源具 有重要意义。 重庆大学博士学位论文 1 2 循环流化床燃烧技术和污染物控制 1 2 1 循环流化床燃烧原理 循环流化床燃烧技术作为一种新型的燃烧技术，具有燃料适应性广、燃烧效 率高的优势，并逐渐应用于电站锅炉和工业锅炉行业，并得到发展。流化床是通 过一定速度的来穿过物料，使得两者很好的接触进而转变为类似流体状态。床内 气流的床截面速度决定了颗粒的流动状态。 循环流化床燃烧技术是在鼓泡流化床燃烧技术的基础上发展起来的，但两者 的燃烧方式大不相同。循环流化床具有分离器和返料装置，使固体物料能在流化 床内实现多次循环燃烧。鼓泡床的空床截面速度低，床层具有明显的分界。对于 循环流化床燃烧而言，通常情况下，床温的控制主要通过改变循环灰量、风煤配 比等因素，实现低温燃烧( 8 5 0 - - - 9 5 0 ) ，流化床内控制氮氧化物和二氧化硫的方 式主要是添加脱硫剂分级布风，使锅炉排放满足环保指标【9 1 1 1 。因此，循环流化床 燃烧技术具有显著的环保特征，近年来发展非常迅速。 1 2 2 循环流化床锅炉的发展和特点 国内外c f b 的发展 循环流化床锅炉( c f b ) 燃烧技术在近年得到了快速发展 2 4 3 l 】，循环流化床锅 炉总容量已超过3 0 0 0 0 m w f 3 2 1 。在以后的2 0 - - 一3 0 年里，常压循环流化床锅炉将占 有很大的市场。据英国贸工部估算，到2 0 2 0 年，世界上以燃煤为主的循环流化床 锅炉容量将达到1 5 0 0 0 0 m w 左右，其中，中国的循环流化床锅炉容量将达到 1 2 5 0 0 0 m w ，北美为1 7 0 0 0 m w ，印度为6 0 0 0 m w ，而日本为3 0 0 0 m w t m j 。目前， 国外生产的循环流化床锅炉主要包括以下几种炉型。 鲁奇型c f b 作为德国鲁奇( l u r g i ) 公司的代表，设计成外置式换热器( e h e ) ， 该炉型的优点是调温、排放特性好，但是存在一定的缺点，即：系统复杂、成本 高并且对运行水平的要求比较高。 芬兰奥斯龙公司生产的百炉宝( p y r o f l o w ) 型c f b ，提出了紧凑式布置的新概 念，也就是将圆筒型分离器改为方形，这样做是为了与方形的炉膛和尾部的烟道 相吻合，从而简化锅炉的布置，节省耗钢量。 美国福斯特惠勒( f o s t e rw h e e l e r ) 公司提出了汽冷分离器和一体式返料换热器 ( i n t r e x t m ) 技术，采用了独特的点火装置。 近年来国内主要采用自主研发和国外引进相结合的技术手段，并与研究所和 高校进行广泛合作，结合实际进行开发，提高整体c f b 研发水平，在c f b 大型化 方面走在了世界前列。 清华大学成功地开发了具有独立知识产权的水冷异型分离流化床锅炉，是通 过认真研究国际上出现的水冷方型分离器，该炉型的优点是：结构紧凑、密封性 2 l 绪论 能好、重量轻、分离效率高、启动时间短。 浙江大学率先开发的c f b 炉型，不同之处在于水平烟道与尾部竖井烟道相连 接的换向室中布置下排气旋风分离器，使锅炉呈“”型布置，优点是结构紧凑、 深度小、易于大型化。 国电公司西安热工研究院在流化床锅炉的设计和调试方面经验丰富。所取成 果有：与哈尔滨锅炉厂合作研制第一台国产4 1 0t h 级c f b 在江西分宜投运，并 取得了成功；开发了分流式回灰换热器专利技术，有极大可能应用于国产c f b 锅 炉。 为了与困际开发c f b 锅炉的先进水平接轨，国内“三”大锅炉制造厂分别引进 国外先进的c f b 相关技术。典型的是：东方锅炉厂引进了美国f o s t e r w h e e l e r 公司 5 0 - - 一1 0 0 m w 等级的c f b 锅炉技术、哈尔滨锅炉厂引进了a l s t o m 公司2 2 0 - - - 4 1 0 t h 等级、上海锅炉厂引进了美国a l s t o m - - - c e 公司5 0 一- 1 3 5 m w 等级的。近年来，国 内这三大锅炉制造厂在大容量循环流化床锅炉的制造研究方面取得了显著成果。 到目前为止，我国已有近5 0 台3 0 0 m w 的c f b 锅炉已经投运或正处于安装中。通 过引进国外先进技术，三大锅炉制造厂为我国掌握先进的c f b 设计制造技术，开 发具有自主知识产权的大型c f b 锅炉创造了条件。 c f b 的技术特点 循环流化床锅炉在实践应用中越来越广泛。与常规燃煤锅炉相比，采用循环 流化床燃烧技术的锅炉主要具有以下的特点： 1 ) 燃烧效率高 炉排锅炉和流化床锅炉燃烧效率为8 5 - - 一9 0 ，循环流化床锅炉采用了飞灰再 循环，煤燃烬率高，燃烧效率可达到9 5 以上。在炉膛高度有效范围内，较小的 煤粒( 粒径小于0 0 4 r a m ) ，随烟气流动，它们未达到对流受热面就完全燃烬了； 对于较大一些煤粒( 粒径大于0 6 m m ) ，其沉降速度高，只有当其直径因燃烧或相 互碰撞而减小时，才能随烟气逸出炉膛，经分离器分离返回炉膛循环燃烧；对于 中等粒度煤，其燃烬时间要比停留时间长，循环流化床给颗粒燃烬提供了足够时 间，未燃烬颗粒循环燃烧，达到燃烬的目的。循环流化床通过燃料灰的内、外循 环合炉内扰动，使燃料能充分燃烬，底渣和飞灰的含碳量低，从而提高了锅炉的 燃烧效率和热效率。 2 ) 煤种适应性强 循环流化床锅炉可广泛应用于燃用无烟煤、贫煤、烟煤、褐煤等，也可燃用 煤矸石、洗中煤和煤泥等劣质煤以及燃用石油焦和造气炉渣等劣质燃料，而且对 煤种适应用性比煤粉炉和层燃炉好，特别适于常规锅炉不能或不宜燃用的燃料， 如高硫煤、低灰熔点煤、高水分褐煤、极低挥发分无烟煤、高灰分劣质煤和高硫 重庆大学博士学位论文 分石油焦等。循环床锅炉中，通过粒子的循环回燃，炉膛温度能被控制在合理范 围，煤粒着火和燃烬较好，能适应劣质煤的燃烧。 3 ) 负荷变化范围大 当锅炉负荷变化时，只要调节给煤量和流化速度就可满足负荷的变化。循环 流化床锅炉具有负荷变化范围大，不投油最低稳燃负荷低，调节特性好的特点， 可在1 5 2 0 b m c r 负荷范围内保持稳定燃烧，更适合调峰机组。循环流化床 锅炉炉膛温度为8 5 0 - - 1 0 5 0 之间，比煤的灰渣变形温度至少低1 0 0 2 0 0 ，灰 渣不会软化和粘结，活性较好，不易结渣。 4 ) s 0 2 和n o x 排放少 向锅炉内直接加入石灰石等脱硫剂，可降低s 0 2 排放量，产生的硫酸钙随渣 排出，脱硫效果最高可达9 0 以上，可有效减轻排放烟气对于大气环境的污染。 循环流化床锅炉炉膛温度为低，属于低温燃烧，可有效控制n o x 生成。流化床 炉燃烧过程中，炉内局部有较强的还原性气氛，生成的n o x 被未燃烧的碳或c a o 还原，9 0 的燃料氮转化成n 2 ，大约1 0 氮反应生成n o ，减少了n o x 排放。 除了以上燃烧方面的特点之外，循环流化床锅炉还具有结构和运行方面的优 势。由于飞灰再循环燃烧，炉内传热能力强，提高了锅炉的炉膛截面热负荷和容 积热负荷，可以减小炉膛体积，降低金属耗量。循环流化床的炉膛截面热负荷为 3 - - 8 m w m 2 ，炉膛容积热负荷为o 1 6 - 0 3 2 m w m 2 。循环流化床锅炉属于低温燃 烧技术，对钢材的要求不高。循环流化床锅炉没有煤粉炉燃烧所需复杂的制粉系 统，如磨煤机、排粉风机、煤粉分离器等，也没有链条炉所需炉排传送装置，燃 烧系统流程简单，粒径1 0 m m 以下的煤粉经螺旋给煤机入炉膛，一次风到经布风 板引入炉膛底部，二次风从前后墙引入，起助燃和扰动作用，煤粒在炉膛内燃烧， 产生的较大的飞灰颗粒经旋风分离器返回到炉膛，循环燃烧，进入尾部烟道只剩 下很小的灰粒。厂房土建费用低，运行人员操作的辅机设备少，控制简单。 循环流化床锅炉对煤种的适