循环流化床锅炉教案

1、循环流化床锅炉教案第一章 绪论一、 锅炉按照燃烧方式分类按燃烧方式可分为层燃炉、室燃炉、旋风炉和流化床锅炉四种类型。 （d） 图11 燃烧方式示意图二、 循环流化床锅炉的系统与组成燃料及燃烧系统的组成：烟风系统：灰循环系统： 汽水系统的组成： 除灰系统的组成： 图1-3 循环流化床锅炉系统三、 锅炉主要设备的构成燃烧室：灰分离器：返料器：主要受热面：换热器（灰冷却器）：给煤机：除尘器：四、 循环流化床锅炉的特点1、工作条件低温燃烧：850-900。高速度、高浓度、高通量、高传热传质和高动量的热和质的交换过程。2、优点循环流化床锅炉由于有独特的流体动力特性和结构，使其具有许多优点：（1） 燃料适

2、应性广；（2） 燃料预处理系统简单；（3） 燃烧效率高；（4） 燃烧过程高效脱硫；（5） 氮氧化物排放浓度低；（6） 燃烧热强度大；（7） 炉内传热能力强；（8） 易于实现灰渣综合利用（9） 炉内没有埋管等。3、缺点（1） 烟风系统阻力大，风机电耗高；（2） 锅炉炉内受热面磨损严重；（3） 实现自动化难度大。五、 循环流化床锅炉的典型形式高温分离器：带外置或内置换热器两种。中温分离器：不带换热器。六、 循环流化床锅炉的发展概况75T/H 220T/H 410T/H 670T/H 1000T/H循环流化床锅炉思考题：1、循环流化床锅炉的特点有哪些？2、说明循环流化床锅炉炉膛内固体颗粒的浓度分布？

3、3、循环流化床锅炉与鼓泡流化床有何区别？4、气力输送有何优缺点？并说明如何设计为好,有何设计目的？第二章 循环流化床锅炉的理论基础第一节 循环流化床锅炉的基本概念1、 床料：2、 物料：3、 堆积密度：4、 空隙率：孔占堆积体积的份额。5、 颗粒球形度：=与颗粒有相同体积的球体表面积/颗粒实际表面积=V=(4/3)r3/S6、 燃料颗粒组成：010MM.7、 流化速度：床料流化时动力流体的速度。也就是炉内烟风的流速。U0=Q/AQ-空气或烟气流速；A-炉膛截面积。 8、 临界流化速度：是颗粒床层从静止状态转变为流态化状态时的最低气流速度.9、颗粒终端速度：当上升气流大到恰好能将固体颗粒浮起并维

4、持静止不动时的气流速度。Ut=4/3(p-g)dpg/(gCD)1/210、物料循环倍率：循环灰量与给煤量之比。R=Gh/B.11、夹带和扬析：夹带：气流从床层带走固体物料；扬析：是从床层中有选择的携带出某一定量细颗粒的过程。流态化及其典型形态：固定床：鼓泡流化床：湍流流化床：快速流化床：气力输送。不正常流态化状态：（1） 沟流：床层料不均、阻力不均、气流不均造成的。（2） 腾涌（节涌）：流化空气以气泡过大能充满床面的形式上涌叫腾涌。思考题：1、掌握下列基本概念：临界流化速度、物料循环倍率、夹带和扬析、沟流、腾涌；2、流态化典型形态有哪几种？3、不正常的流态化形态有哪几种？第二节 循环流化床的

5、流体流动特性一、颗粒浓度分布：下浓上稀，故称之为密相区和稀相区。鼓泡流化床下上部浓度差别大，下部几乎等于床料的重量。快速床差别小，空隙率达0.75_0.95。快速床到气力输送临界空隙率0.93_0.98。进入气力输送，床层的上下颗粒浓度趋于一致，差别不大。 循环流化床锅炉的浓度分布：下部床层浓度大。沿截面横向速度为零，上部横向速度加大，浓度降低。二、影响浓度分布的因素 1、 运行风速：一次风速越大分布越均匀，气力输送均匀。 2、循环物料：直径越大，下部浓度越大。量越大，下部浓度越大。 3、床截面尺寸：面积越大，越不均匀。 4、上下结构：上下差别越大越均匀。 5、布风板阻力：阻力越大径向分布越均

6、匀。布风板结构也影响分布。第三节 临界流化速度及床层阻力特性临界流化速度计算：umf=0.294dp0.584(p-g)/ g)0.528/vg 临界流化速度实验：见曲线。 临界流化风量：Qmf= umfA床层阻力曲线：图2-19。 第三章 循环流化床锅炉的燃烧与传热一、循环流化床锅炉燃烧的特点1、循环流化床锅炉燃烧特点（1）炉内温度均匀；（2）燃烧效率高；（3）燃料适应性强；（4）易实现煤的洁净燃烧。2、循环流化床锅炉燃烧特性参数：见表3-2、3-3。二、循环流化床锅炉中煤的燃烧过程 加热干燥、挥发分析出和燃烧、焦炭的着火与燃尽、煤粒的膨胀破裂与磨损。三、焦炭燃烧反应区域 动力区、过度区、扩

7、散区（扩散控制区）。四、循环流化床锅炉中煤的燃烧区域划分 密相区、稀相区、高温循环灰分离区。五、循环流化床锅炉中煤的燃烧份额 根据煤种、风速、风量的不同而不同，一般设计为：4060%。鼓泡床：煤矸石0.850.95；无烟煤：0.9_1.0；烟煤0.75_0.85；褐煤0.70.8。七、 影响循环流化床锅炉中煤的燃烧份额的主要因素1、煤种；2、颗粒筛分份额(粒径、均匀度)；3、流化速度；4、循环物料量；5、过量空气系数；6、床温；7、一、二次风比例；8、循环倍率；9、分离器分离效率。思考题：1、掌握下列基本概念：临界流化速度、物料循环倍率、夹带和扬析、沟流、腾涌；2、循环流化床锅炉的特点有哪些？

8、3、流态化典型形态有哪几种？不正常的流态化形态有哪几种？4、说明循环流化床锅炉炉膛内固体颗粒的浓度分布？与鼓泡流化床有何区别？气力输送有何优缺点？并说明如何设计为好,有何设计目的？5、临界流化速度的理论计算和试验方法？6、定性说明床层的阻力特性和阻力曲线？7、临界流化风量的计算方法？8、循环流化床锅炉燃烧特点？9、循环流化床锅炉中煤的燃烧过程？10、循环流化床锅炉中煤的燃烧区域划分？11、循环流化床锅炉中煤的燃烧份额？12、循环流化床锅炉中煤的燃烧过程？13、影响循环流化床锅炉中煤的燃烧份额的主要因素？第四节 影响CFBB（Circulating Fluidized Bed Boiler）燃烧

9、的因素一、燃料特性：Vdaf Qnet,ar Aar d二、布风装置和流化质量：布风板、风帽决定流化质量。三、给煤方式：多点给煤，煤均匀分布。（给煤点间距：600-1000mm.） 目前CFBB每个给煤点负责34m2。四、床温：850900为好，脱硫效果最佳，但目前可达到1000。五、床体结构：决定流化速度、循环倍率、分离器等。六、运行水平：保持良好的风煤比、调整好一二次风比例、循环倍率、密相区和稀相区流化速度等。第五节 CFBB的传热分析一、CFBB主要传热过程1、气体与固体颗粒之间的换热：气体与固体颗粒之间的对流和导热；2、床层与受热面之间的换热：颗粒对流、气体对流、热辐射。二、CFBB的

10、基本传热方式1、颗粒对流：57141w/m2.k；2、气体对流:141340 w/m2.k；3、热辐射：340454 w/m2.k。三、CFBB炉内介质受热面传热的划分1、密相区与受热面之间的传热：包括三种基本换热形式，以固体颗粒换热为主。2、稀相区与受热面之间的传热：颗粒和气体的辐射换热为主。3、中间过渡区：对流和辐射都占主导地位。四、影响CFBB炉内传热的主要因素1、颗粒浓度：随颗粒浓度增加而增加。2、固体颗粒的影响：在正常粒径分部下变化不大。3、流化速度：流化速度增大，气体对流传热系数增加，但床层浓度减小，会使课题颗粒对流和辐射传热减小，因此对炉内换热影响不大，但要增大较多时会使传热系数

11、减小。4、床温：随着床温增加，传热系数增大。5、物料循环倍率：循环倍率增大，固体颗粒浓度加大，传热系数增加。6、受热面的结构与布置：根据锅炉压力和容量来考虑受热面的布置。还要考虑点火方式和返料方式等。大型化锅炉有加窗外热交换器的。第六节 CFBB的传热计算一、传热研究二、CFBB传热计算 Q=KAT 式中：K计算方法与煤粉锅炉不同。思考题：1、影响CFBB燃烧的因素有哪些？具体说明。2、CFBB的基本传热方式有哪些？炉内传热方式如何划分？3、影响CFBB炉内传热的主要因素有哪些？第四章 CFBB的燃烧系统及设备 燃烧系统主要设备构成：燃烧室、布风板、风室、物料循环系统、给料系统、烟风系统、除渣

12、除尘系统。第一节 燃烧室结构一、燃烧室结构1、炉膛结构形式圆形：圆形不设水冷壁，用耐火砖砌筑，沸腾炉用。cfb不用。下圆上方形：下部圆形不设水冷壁，用耐火砖砌筑。上部方形部分设置水冷壁。启动时间长，上下结合部分密封不好，容易漏。一般采用床上点火，压火时间长。方形：全部布置水冷壁，密相区水冷壁易磨损，一般在水冷壁表面采用耐磨耐火材料。一般采用床下点火，压火时间短。2、炉膛结构设计要求(1)截面尺寸设计要求a.根据截面热负荷（35MW/m2）；b.流化速度(48m/s)确定；c.受热面布置和分离器布置等； d.二次风不止即穿透力等；e.固体颗粒供给和横向扩散等。在具体设计时，炉膛的深度一般不宜过大

13、（小于8m），以保证二次风能穿透，若锅炉容量较大，炉膛深度较大时，燃烧室下部可采取“裤衩”型结构，以保证二次风的穿透深度，宽深比在1：12：1范围内。（2）高度设计要求a.保证燃烧完全；b.能满足蒸发受热面的布置需要；c.使返料管有足够高度，能顺利返料；d.保证脱硫所需的最短停留时间（35s）；e.满足对流和尾部受热面布置的需要；f.保证自然循环压头；g.满足流化速度和燃烧效率的要求：1525m。3、密相区设计要求在循环流化床锅炉中，燃烧所需要的空气分成一、二次风分级送入。一次风通过布风板送入炉膛，作为流化介质并提供密相区燃烧所需要的空气。二次风通常分两层或三层，在一定高度送入炉膛，提供完全燃

14、烧所需要的空气。在二次风口以下的床层，如果截面积保持与上部区域相同，则流化风速会下降，特别是在低负荷时会产生床层流化不良(甚至不能流化)等现象，所以循环流化床锅炉的二次风口以下区域总是采用较小的横截面积，并采取向上渐扩的结构。 在设计时截面收缩可以采用两种不同的方法：第一种是下部区域采用较小的截面，在二次风口送入位置采用渐扩的锥形扩口，扩口的角度小于450；第二种方法是在炉膛布风板上呈锥形扩口，这有助于在布风板附近区域提高流化风速，以减少床内分层和大颗粒沉底的可能性。一般的考虑，可以使床层下部和上部的流化风速相等，并且使床层下部密相区在低负荷下仍能保持稳定的流化。（1）倒锥形；（2）下部截面尺

15、寸要小，要有足够的风速，68m/s，防止大颗粒下沉，使床温过高；（3）二次风引入口高度：1.53m/s。二、燃烧室（炉膛）开口要求1、给煤口：根据锅炉容量确定25个（927m2设一个）；燃料通过给煤口进入循环流化床内。给煤口压力应高于炉膛压力，以防止高温烟气从炉内通过给煤口反吹，通常将给煤口和上部的给料装置采用密封风进行密封。 由于循环流化床内的横向混合比鼓泡流化床强烈，所以其给煤点的数量比鼓泡流化床锅炉要少，一般为一个给煤点可以带35130t/h负荷。如果燃料的挥发分含量高，反应活性高，则可以取低值，反之取高值。2、石灰石给料口：设在给煤口附近，少于给煤口数。3、排渣口：根据布风板面积确定；

16、23个排渣口，在布风板中间开口。4、循环物料进口：一般一个分离器有一个返料口，也有两个返料口的，叫双腿返料。5、二次风口：为布风均匀，采用环形二次风，多点送风方式，根据炉膛截面尺寸设计。目前一般都采用较低的密相区以降低能耗，二次风口位置一般离布风板1.53m左右。二次风可以单层送入，也可以多层送入，二次风的入口应设在炉膛扩口处，以保证上部的燃烧份额。二次风速度选择3050m/s，具体应综合考虑炉膛宽度、深度及二次风射流的穿透深度。6、炉膛出口：循环流化床锅炉炉膛出口对炉膛内气固两相流体动力特性有很大的影响。采用特殊的炉膛出口结构，使炉膛顶部形成气垫，床内固体颗粒的内循环增加。所以循环流化床锅炉

17、的出口应以采用具有气垫的直角转弯出口为最佳，一般采用直角转弯型式的出口，以增加转弯对固体颗粒的分离，从而增加床内固体颗粒的浓度，增加颗粒在床内的停留时间。7、其他开孔：观察孔、人孔、测试孔等。考虑让管时要向外弯管，炉内不能突出，防止磨损。 炉膛内各种开孔的数量、大小和位置应该适当，尽量减少对水冷壁的破坏，使炉膛保持严密。第二节 布风装置的设计和选择布风装置是流化床锅炉实现流态化的关键部件。目前我国采用较多的是风帽式布风装置，主要由风室、布风板、风帽和隔热层组成，如图44所示。 图44典型的风帽式布风装置结构图（1）布风板布风板起支撑床料、均匀布风、避免床料流化分层和大颗粒燃料沉积的作用。现在常

18、用的有两种形式：水冷式和非水冷式。一般床下点火的大型循环流化床锅炉都采用水冷式，是用膜式水冷壁管拉稀延伸后，制成膜式结构，在膜片上开孔布置风帽，如图45所示。 非水冷式布风板由1520mm厚的钢板制成，如图46所示。图46 典型的非水冷式布风板结构（2）风帽风帽是流化床锅炉实现均匀布风、维持炉内合理的气固两相流的关键部件。目前有多种形式，常用的有小直径大孔径、大直径小孔径和定向风帽，如图413所示。循环流化床应用较多的是小直径大孔径风帽，鼓泡流化床多用大直径小孔径风帽。每个风帽的侧面向四周开612个孔，孔径一般在48mm，小孔中心线水平或下倾斜150。大型循环流化床锅炉选择大风帽，孔径也要选择

19、大一些，一般在68mm，定向的风帽孔径在1216mm，否则容易堵塞、影响流化均匀性、布风板上容易超温结焦等。图413 双口定向风帽风帽结构示意图风帽的设计参数主要有：开孔数、开孔率、小孔风速。开孔数由开孔率和风帽小孔直径来确定，按下式计算： （41） （42） （43）式中 流化床中过量空气系数；理论空气量，Nm3/kg；t0 进风温度，；uor小孔风速，m/s；dor小孔直径，m；n 风帽数量。对于循环流化床锅炉上述参数的推荐值：开孔率48%，小孔风速3040m/s，当煤的粒度在9mm以上、灰分大时取大值，否则取小值。此外，还要考虑阻力，在满足流化风速的条件下，阻力越小越好。风帽与布风板间的

20、安装结构见图414。图414 风帽的安装结构图 1风帽；2耐火防磨浇筑层；3绝热层（水、汽冷没有）；4密封层；5布风板（3）风室作用：稳压和均流作用，使从风管进入的空气降低速度，动压转化为静压。设计要求：a. 风室的布置应当满足具有相同的静压，消除进口风速对气流速度分布不均匀的影响；b. 具有一定的强度、刚度及严密性，在运行条件下不变形，不漏风，一般要求风室内平均气流速度小于1.5m/s；c. 具有一定的导流作用，尽可能地避免形成死角与涡流区；风室的结构简单，应设有检修门和放渣口，便于维护和检修。几种常见的风室:水冷风室和非水冷风室。 水冷风室：目前大型循环流化床锅炉普遍应用等压水冷风室。布风

21、板上的水冷壁延伸管向下弯曲900构成等压水冷风室的后墙水冷壁，前墙水冷壁向下延伸构成水冷风室前墙，然后弯曲形成等压风室倾斜底板的水冷管，在水冷管之间焊接鳍片密封。炉膛两侧墙水冷壁延伸至布风板以下，构成水冷等压风室的两侧墙水冷壁。在水冷等压风室的水冷壁管上以及与等压风室相连的热风管道钢板的内侧都焊有销钉，并敷设一定厚度的绝热耐火层。非水冷风室：图415 非水冷风室结构图倒锥形:图 (a)、（b）、(c)气流是从底部进入风室的，风室呈倒锥形，优点是布风均匀，但需要较大的空间高度，又要有合适的布风板，目前应用较少。导向板：图(d)、（e）、(f)三种形式，其结构简单，并增加了气流的导向板，使气流的分

22、布更易于均匀，但也由于导向板的存在，使冷渣管必须穿过导向板引出，结构上有些复杂。等压风室:图(e)是循环流化床锅炉最常用的，其结构特点是具有倾斜的底面，这样能使风室的静压沿深度保持不变，有利于提高布风的均匀性。倾斜底面距布风板的最短距离称为稳压段，其高度一般不小于500mm，底边倾角一般为8150，风室的水平截面积与布风板的有效截面积相等。为了使风室具有更好的均压效果，风室内气流的上升速度不超过1.5m/s，进入风室的气流速度低于1015m/s。一般选用4mm厚的钢板制成风室，吊在布风板上。若风室过大，须在布风板上设计支撑框架，以免引起布风板变形。思考题： 1、炉膛结构设计有哪些要求？ 2、流

23、化床锅炉炉膛应有哪些开口？ 3、风室有哪几种形式？ 4、风帽有哪几种形式？ 5、布风板有哪几种形式？第三节 物料循环系统一、分离器的设计及选择方法作用：循环流化床锅炉气固分离器主要是将烟气中携带的固体飞灰和可燃物分离出来，通过返料装置送回炉膛密相区参加燃烧。（1）分离器的选型循环流化床锅炉的分离器按照工作温度可分为：高温分离器（烟气温度大于800）、中温分离器（烟气温度在400600）、低温分离器（烟气温度小于300）。目前，大型循环流化床锅炉都设置高温分离器，以减少高温对流受热面的磨损。如果高温分离器分离效率低时，要增加一级中温或低温分离器，以提高分离效率，增加返料量，控制床温，降低飞灰可燃

24、物，减少尾部受热面的磨损等。按照分离器的工作原理可分为：惯性分离器和旋风分离器。惯性分离器结构简单，抗磨损，阻力小，运行费用低，但分离效率低。一般小容量循环流化床锅炉的高温级分离器选择惯性分离器，其形式较多，目前应用较多的有槽形、角形、百叶窗式等，如图42所示；图43（a）为一台内外置两级分离器都是槽形惯性分离器的循环流化床锅炉，该锅炉的分离器磨损小、阻力小，但分离效率低（50%左右），一般在高温部位设置惯性分离器的锅炉，都在其后面设置一级中温或低温高效率的旋风分离器，图83（b）为一台两级分离的循环流化床锅炉，高温级（图中的I级）采用百叶窗分离器，中温级（图中的II级）采用旋风分离器。旋风分

25、离器按烟气温度可分为：高温、中温和低温三种类型。旋风分离器的分离效率高达到80%以上，所以，若高温级分离器采用的是旋风分离器，则不需要设置第二级分离器，如图84所示。 （a）槽型 （b）角型（c）圆钢型（d）异型管（e）百叶窗分离器 图42 惯性分离器结构示意图 （a）带内、外置惯性分离器的CFB锅炉结构 （b） 带有百叶窗和旋风分离器的CFB锅炉结构 图43 多级分离式循环流化床锅炉结构示意图 图44 一级高温旋风分离器循环流化床锅炉1炉膛；2分离器；3过热器；4再热器；5省煤器；6钢架；7返料装置；8返料冷却器高温旋风分离器又分为绝热式和水、汽冷式两种，如图45、图46所示。大容量循环流化

26、床锅炉多选择高温水（或汽）冷式旋风分离器，小容量的锅炉多选择中温绝热式旋风分离器。旋风分离器按其筒体结构又可分为圆形和方形两种，现在大多数采用圆形筒体（图45、图46均为圆形），但圆形筒体的水（汽）冷壁管不好布置，而且占用空间位置较大，所以目前超临界大型循环流化床锅炉有采用方形分离器的，如图47所示。旋风分离器按烟气出口的方位分类，可分为上排气式和下排气式两种，图47为上排气式，图48为下排气式，大型循环流化床锅炉多采用上排气式。下排气式结构紧凑，不占用空间位置，但分离效率较低，一般小型链条炉改造成循环流化床锅炉时采用下排气较多。水冷膜式壁 图45 高温绝热式旋风分离器结构 图46 高温水冷式

27、旋风分离器结构 图47 方形上排气式旋风分离器结构布置示意图 图48 方形下排气式旋风分离器结构示意图（a）分离器布置；（b）分离器结构（2）旋风分离器的结构和设计参数的选择旋风分离器由进气口、筒体、排气管等组成。绝热式和水、汽冷式旋风分离器的主要区别是筒体部分。绝热式旋风分离器的筒体结构如图45所示，外筒用钢板制成，内衬由隔热层、保温耐火砖层、防磨耐火层组成，内衬总厚度在100150mm以上，所以该分离器筒体直径大、热惯性大、启动时间长、内衬的砌筑和耐火材料的质量要求高，否则容易脱落。水、汽冷式旋风分离器的筒体结构如图46所示，外筒由水冷或汽冷管弯制而成，焊接成膜式壁，取消了绝热旋风筒内的高

28、温绝热层，内衬由膜式壁上焊接的销钉与高温耐磨浇注料制成，再涂一薄层防磨耐火材料，筒外的管壁上加一层保温材料，这样可以克服绝热式的缺点，而且内衬不易超温。选择循环流化床锅炉分离器的主要设计参数有：入口风速、分离效率、处理烟气流量、个数、筒体结构尺寸等。旋风分离器的结构设计参数包括：筒体直径、进口高度、进口宽度、排气口直径、排气管插入深度、筒体高度、总高度、排料口直径等。其参数的选择见图49和表42。图49 典型的垂直轴切向入口逆流旋风分离器的结构图表41 循环流化床锅炉用旋风分离器的典型尺寸（推荐值）表41给出各种热负荷下分离器设计参数的推荐值，供参考，分离器的入口流速直接影响分离器的磨损量，所

29、以，表中的入口速度有的偏大，运行中磨损严重，现在设计的循环流化床锅炉入口流速在25m/s以下为宜，但其结构尺寸要增大，分离效率要降低，具体应根据经济性比较和实际需要来确定。分离器的分离效率要根据煤的成分、燃烧效率、控制床温的方式、循环倍率等具体参数来选择，一般选择80%左右。表42 垂直轴切向入口逆流旋风分离器与循环流化床锅炉用的旋风分离器的结构尺寸推荐值（参见图85）第四节 返料装置（1）返料阀作用：循环流化床锅炉返料装置的基本任务是将分离器分离下来的固体颗粒稳定地回送到压力较高的燃烧室内，并且保证固体流动稳定可控制，防止气体反窜到返料器内。分类：返料装置的类型较多，大体上分为机械式和非机械

30、式两种，现普遍采用的是非机械可控式流动密封阀，常用的结构有：U型阀、V型阀、L型阀、H型密封阀等，如图416所示。（a）U型阀 （b）V型阀 （c）H型阀 （d）L型阀图416 非机械式流动密封阀这种密封阀通过阀和料腿自身的压力平衡自动地平衡固体颗粒的流量（故也称为通流型密封阀），对固体颗粒流量的调节作用较小，但密封和稳定性能好，可以有效地防止气体反窜。其中应用较多的是U型阀。U型阀的结构：阀的底部布置有一定数量的风帽，阀体由隔板和挡板分成三部分，如图416（a）所示，隔板右端与立管连通，左端为上升段，两侧之间有一长方形口使物料通过，返料风通过风帽进入阀体内，由于阀底部左右两侧的风帽开孔率不同

31、、风量也不同（Q1>Q2），运行中可以靠调节风量的大小来调节返料量，Q1、Q2有一最佳值，当调节好后返料量基本稳定。对于大型锅炉，为了减少进入炉膛的局部颗粒浓度过大的问题，返料阀出口采用“裤衩管”结构，如图417所示。U型阀的主要设计参数有：固体颗粒水平速度、料腿高度和料腿直径。由运行试验结果可知，固体颗粒水平速度取值范围0.050.5m/s；料腿的设计由循环回路的压力平衡来确定，如图418所示，料腿的压力需平衡循环流化床的压降、分离器压降和返料阀部分的压降，而料腿的压力在临界流态化时达到最大，则料腿的最小高度为： （44）式中 颗粒密度，kg/m3；临界空隙率；g重力加速度。实际设计高

32、度： （45）料腿的直径应保证固体颗粒在内部流动畅通，无搭桥现象，达到足够的固体颗粒流量Gs。设计料腿直径按下式计算： （46）式中的固体颗粒速度up取为0.30.5m/s，颗粒之间的空隙率可取临界空隙率（一般取0.40.5）。 图417流动密封阀固体出口“裤衩管”结构图 图418 灰循环回路 图419 外置式流化床换热器结构图（2）外置式流化床换热器随着循环流化床锅炉的大型化发展和高温分离器的普遍采用，外置式流化床换热器已经成为不可缺少的设备，用它可以实现高温分离器返料灰对流化床温度的控制和增加循环倍率，使循环流化床可以向大容量高参数发展。其结构见图819，它是具有灰回送功能的换热器，利用高

33、温分离器分离下来的灰的余热来加热过热蒸汽（或再热蒸汽和蒸发水等），换热器灰回送的原理也是利用气力返料阀的原理，底部有风室、布风板、风帽等，通过流化风使分离器分离下来的高温灰在受热面间流化，并有水平方向流速（大约1m/s），灰依次通过受热面被冷却后送入炉膛密相区。思考题：1、分离器的选择原则？2、分离器有哪几种形式？各有什么优缺点？3、返料器有哪几种形式？哪种形式为好？4、返料器料腿高度的设计应满足什么条件？5、外置式换热器的作用？第四节 给料系统1、 碎煤机：钢棒滚筒磨、锤击磨2、 给煤机：皮带给煤机（正压不用）、圆盘给煤机（问题多不多用）、螺旋给煤机（普遍采用）3、 石灰石给料系统：重力给料

34、、气力给料（普遍采用）第五节 烟风系统1、 燃烧风：一次风、二次风；2、 输送风：拨煤风、返料风、外置流化床换热器用风、石灰石输送风、风冷冷渣器风。3、 风系统布置：第六节 除渣系统及设备1、除渣系统：气力输送、埋刮板输送（有冷渣器时用）；2、冷渣器：水冷式冷渣器（有多管、单管螺旋和双管螺旋三种）（水冷：作为省煤器）、风冷式冷渣器（流化床、移动床、混合床三种）第七节 启动燃烧器1、 床上点火：油和天然气两种；2、 床下点火：油和天然气两种。思考题：1、给煤点的设计方法？2、CFBB的点火方式？3、冷渣器的作用和结构形式？第五章 CFBB汽水系统和控制系统一、 汽水系统结合图讲解二、解决循环流化

35、床锅炉运行中主要问题的措施1、锅炉出力不足的解决方法锅炉满负荷运行是设计、制造和使用单位需要共同解决的问题。设计时对循环流化床锅炉本体、辅机和外围系统必须作为一个整体来统一考虑，要有一定的富裕量，以满足变煤种的条件下达到额定负荷。此外，运行中影响锅炉出力的因素也较多，改善运行条件主要从提高分离器的分离效率、改进燃料制备系统、减小粒径、改善级配入手加以解决。在一定的燃烧份额下，采取有效的措施以保证流化床内的物料平衡和热平衡，增加返料量、增设飞灰回燃系统和烟气再循环系统等都可以增加锅炉负荷。2、防止床层结焦的措施（1）严格控制入炉煤的粒度，防止大颗粒煤送入炉内，对于挥发分低、灰分大的煤，将煤磨得细

36、些，使之在悬浮段燃烧。（2）在运行中，合理调整一、二次风的比例，保证一次风压在设计值范围内，保证密相区的流化风速。（3）循环流化床锅炉在点火过程中也可能出现低温结焦和高温结焦，同样会给点火带来困难或使点火失败。由于点火过程中风量较小，使床料在布风板上流化效果不好，虽然尚未流化，但局部已达到着火温度，此时的风量能满足燃料迅速燃烧的条件，致使该处物料温度超过灰熔点，若处理不及时就会结焦，这类焦块的特点是熔化的灰渣与未熔化的灰渣相互粘结。当发现结焦时，应立停止点火，将焦块用专用工具推出，然后重新点火。高温结焦是在点火后期料层已全部流化，床温已达到着火温度，此时料层中可燃成分很高，使床料燃烧异常猛烈，

37、温度急剧上升，火焰呈刺眼的白色，当温度超过灰熔化温度时，就有可能发生结焦。高温结焦的特点是面积大，甚至波及整个床，且焦块是由熔化的灰渣组成，质坚、块硬。这种结焦一经发现要立即处理，否则会扩大事态。对于这两种结焦，只要认真做好冷态试验，控制好温升及临界流化风量并按点火规程进行操作，就可以避免结焦。（4）控制好床温循环流化床的床层温度一般在900左右，超过1000就有可能结焦，因此，要控制床温在900左右。运行中控制床温的方法有两种，一种是调节高、低温返料灰的量，另一种是调节一次风量。前者比较经济，运行可靠性高；后者会造成飞灰含炭量高，机械不完全燃烧热损失增加，还会使锅炉循环倍率降低、锅炉负荷下降

38、。若有循环灰冷却器（流化换热器）的锅炉，或者采用中、低温分离器的锅炉，可以采用调节返料灰的量和温度的方法来调节床温，若没有上述条件，只能采用调节风量的方法来调节床温。（5）结焦要及时发现及时处理，不能待焦块扩大或全床结焦时再采取措施，否则，不但清焦困难，而且易损坏设备。判断结焦的方法：运行中如果产生风室静压波动很大、有明亮的火焰从床下窜上来、密相区各点温差大等现象时，大概是发生了结焦，必须采取上述相应的措施加以解决。3、防止返料系统故障的措施（1）防止返料系统结焦的措施a.煤种及其粒径配比尽量与设计值一致；如果煤种变化后灰熔点降低，则燃烧室运行温度应进行相应调整；燃用矸石、无烟煤时尽早按一、二

39、次风比例投入二次风，以加强煤在燃烧室中的燃烧，减少燃料在返料系统中的后燃；碎煤设备应及时调整粒度，以达到合理配比煤的颗粒径；b.运行中应密切监视高温旋风分离器温度，发现分离器超温，应及时调节风煤比，控制燃烧室温度，如不能纠正则立即停炉查明原因；c.检查返料系统的密封是否良好，发现漏风及时解决；d.检查返料系统是否畅通，有异物及时排除；e.保证适当的返料风量。风帽堵塞、返料风室中有积灰等均会引起返料风量的减小，发现此类问题要及时解决；d.防止返料阀内烟气反窜。（2）防止返料阀内烟气反窜的措施a. 设计时应保证一定的料腿高度，返料器流通截面应根据循环灰量适当选取。b.对小容量锅炉，因立管较短，应注

40、意启动和运行中对返料阀的操作：锅炉点火前，返料风关闭，返料阀及立管内要充填细循环灰，形成料封；点火投煤稳燃后，待分离器下部已积累一定量的循环灰时，再缓慢开启返料风，注意立管内料柱不能流化；正常循环后，返料风一般无须调整；压火后热启动时，应先检查立管和返料阀内物料量是否满足形成料封条件。返料阀操作的关键是既要保证立管的密封，又要保证立管内有足够的料柱能够维持正常循环。c.对大容量锅炉，虽然立管有足够高度，也应注意返料风量的调节。发现烟气反窜时要关闭返料风，待返料器内积存一定循环灰后再小心开启返料风，并调整到适当大小。（3）防止分离器分离效率下降的措施a.发现分离器效率明显降低先检查是否漏风、窜气

41、，如有则解决漏风和窜气问题。b.检查分离器内壁磨损情况，若磨损严重则须进行修补。c.检查燃煤粒度和流化风量，应使流化风量与燃煤粒度相适应，以保证一定的循环物料量。 4、防止循环流化床锅炉磨损的措施 由于循环流化床锅炉固有的特性，其对设备的磨损是不可能完全避免的，为了保持锅炉长期安全稳定运行，就要采取必要的防磨技术与措施，目前主要采取三方面的防磨措施：材料防磨、结构防磨和运行防磨。（1）材料防磨 材料防磨：主要指选择合适于流化床锅炉使用的防磨金属和非金属材料、喷涂料，或采用金属表面渗氮处理的方法进行防磨。 a.选择适合于循环流化床锅炉使用的金属材料防磨 为了降低成本，提高经济性，锅炉用材料都要经

42、过技术经济比较，选择性能和价格比较好的材料，当然还要考虑运行的安全性。大多数循环流化床锅炉受热面管材的选择方法：膜式水冷壁、省煤器受热面和低温过热器都选用低碳钢，而金属壁温较高的过热器和再热器有选择性地选用价格较贵的合金钢。另外，针对流化床锅炉的特点，还应该注重开发用于循环流化床锅炉的专用材料铁铬硅合金等。 b.选择合适于循环流化床锅炉的耐火材料防磨耐火材料在循环流化床锅炉中的应用很普遍，具体防磨措施：耐火材料在还原性气氛中比钢耐腐蚀，因而在燃烧室底部的还原区通常衬以耐火材料制品；埋有焊接件的耐火材料比较容易制成特殊形状如旋风分离器和循环回路的料封等。适合于安装的耐火材料、浇注料或砖等，是防止

43、磨损、成本低廉的阻隔层材料。 c.采用金属表面热喷涂技术防磨 金属表面喷涂能防止磨损和腐蚀。涂层的硬度较基体的硬度大，涂层在高温下会生成致密、坚硬和化学稳定性更好的氧化层，且氧化层与其基体的结合很牢固。 d.其他表面防磨处理技术 除金属表面热喷涂技术外，还可以采用其他表面处理技术来达到受热面的防磨效果。如对流化床的埋管表面进行渗氮处理，可延长运行时间。（2）结构防磨 a.防磨鳍片 防磨鳍片是一种简单而有效的防磨措施。图420所示是适用于流化床卧式埋管防磨的结构，立式埋管的弯头部分防磨可用图421所示的环形鳍片。 图420流化床卧式埋管的防磨结构 图421 竖直埋管的防磨结构 b.采用挡板结构防

44、磨在水冷壁管上加焊挡板(图422（a）)，来破坏向下流动的固体物料流动，从而达到水冷壁管防磨的目的。c.改变易磨部位局部结构防磨改变易磨部位局部结构的防磨方法：是通过改变水冷壁与耐火材料交界区域的几何形状来改变局部流体动力特性的方法来实现的，有两种实现方法，一是改变耐火材料形状，二是改变水冷壁管的几何形状。图422（c）（d）为改变耐火材料形状的结构图；(b)为初始设计；(c)为改进设计之一，即减小耐火层的锥角，使过渡区域变得更平坦一些；(d)为改进设计之二，使耐火层过渡区域变得最陡。图422（e）为改变水冷壁管的几何形状的结构图，耐火材料结合简易，弯管使耐火材料与上部水冷壁管保持平直，这样固

45、体物料沿壁面平直下流，消除了局部产生易磨区。 (a)始设计结构 （b）加焊挡板 （c）改进设计之一 （d）改进设计之二 （e）改变水冷壁管形状图422 水冷壁管局部防磨 d.炉内受热面采用防磨管结构循环流化床锅炉炉内受热面的磨损比较严重。图423所示为炉内屏式受热面管的结构，其外壁为平面的管子以纵向连续焊接而成，这样管屏的平表面使磨损问题得到很好地解决。此外，炉内受热面还可以采用的防磨管有：平底管、方型管等。另外，循环流化床锅炉的运行经验还表明，在炉内受热面设计时要尽量避免屏的进出汽(或水)管位于或接近炉膛至分离器的出口截面上，否则进出汽(或水)管的磨损会很严重。图423 屏式受热面管结构图

46、e.对流受热面的结构防磨 对流受热面的结构设计时，在烟道转弯处加装导向挡板，降低烟气流动速度场和飞灰浓度场的不均匀性，以防止局部严重磨损；在受热面的管束布置结构上，尽量采用顺列布置，不采用错列布置；尽可能地采用上行烟气流动结构；采用膜式省煤器或鳍片式受热面结构；管束前加假管；局部易磨损处采用厚壁管。（3）运行防磨运行中磨损原因有以下两个方面：一方面是当炉内密相区粗颗粒较多时，燃煤粒径分布达不到循环床锅炉的要求，粒子循环量小，粗颗粒将沉浮于燃烧室下部燃烧，造成密相床燃烧份额过大，床内超温结焦。运行中为避免结焦，减少给煤，会造成锅炉达不到设计蒸发量。为防止粗颗粒煤沉底而引发事故，通常采用大风量运行

47、；不仅在额定负荷下风门全开，而且在低负荷时也不关小风门。这种大风量运行方式，不仅引起烟气量和烟气温度的变化，还会因大风量而造成扬析量增大、密相床燃烧份额下降、飞灰浓度增加等。同时，通过对流受热面的烟气流速上升，烟气中粒子尺寸增大，加速了受热面的磨损。 另一方面是当炉内密相区细颗粒较多时，则床层不易建立，密相床的温度难以维持，即使能维持密相床的燃烧温度，较细的颗粒也将被扬析，加大尾部受热面的磨损，同时也难以保证炉膛出口烟气的粉尘排放要求。因此，在运行中应注意控制风量，降低烟气的流速，控制床料及煤粒的筛分比，减少飞灰粒子浓度和粒子直径，以减少磨损。思考题：1、循环流化床锅炉运行中主要问题有哪些？2

48、、防止结焦的措施？3、防止返料堵灰的措施？4、防止CFBB磨损的措施有哪些？第六章 循环流化床锅炉设计概论一、大型循环流化床燃烧技术的最新进展随着环保要求和能源利用水平的提高，循环流化床锅炉大型化发展已经势在必行，目前，国外200 MW 级的循环流化床锅炉生产技术已经成熟，法国Provinces电站的250 MW 循环流化床锅炉机组于1996年并网发电，300 MW 级的循环流化床锅炉（美国JEA的North side电站）也于2002年成功投运。600 MW 超临界循环流化床锅炉的设计正在顺利进行之中。但由于大型循环流化床锅炉运行时间较短，很多技术和计算方法不够成熟，在大型化过程中出现了一系

49、列的问题， 二、循环流化床锅炉大型化发展的问题分析国际上各大锅炉公司的循环流化床锅炉技术特点有很多相似的地方，主要部件如高温旋风筒、外置式流化床热交换器、机械式回灰控制阀等基本结构相同。目前循环流化床锅炉大型化主要存在的问题如下：1、旋风分离器的问题气固分离的方式经实践论证最适合循环流化床锅炉的是旋风分离器，对这一问题的认识现国际已趋向一致。但是，循环流化床锅炉所用的旋风分离器具有其特殊性，它是在900左右的高温下运行的，并且，固体粒子的粒径分布状况非常复杂，由于煤粒在床内的爆燃，旋风分离内固体粒子的粒径分布实际上是不可知的。另外，它位于炉膛和尾部烟道之间，要求结构紧凑，在布置上自由度较少。这

50、种特殊性对用于循环流化床锅炉的旋风分离器提出了新的要求：大型循环流化床锅炉要求大体积、大容量的旋风分离器，然而，超大体积的旋风分离器不仅结构笨重、流动阻力大，而且分离效率降低(分离效率与分离速度成正比，而分离速度与平均旋转半径成反比)。另外，还会给制造、安装、维修带来一系列麻烦。燃用低挥发分燃料时，部分炉膛内未燃尽可燃物可能在旋风分离器内燃烧，称之为“后燃”现象。“后燃”使旋风分离器内温度升高，威胁旋风分离器内耐火防磨材料的安全。另外，由于采用大量耐火防磨材料和保温材料构成的旋风分离器热惯性大，使锅炉启停时间长，负荷变化速度慢。2、外置式热交换器的问题外置式热交换器是大型循环流化床锅炉的重要设

51、备。一方面，锅炉容量增大后，炉膛受热面的布置发生困难，在炉膛内布置辐射受热面会面临比较严重的磨损问题，受热面的吸热量也无法控制，而采用外置式热交换器，可将一部分本来需要布置在炉膛内的受热面布置在外置式热交换器内。因外置式热交换器内流速很低(小于1/)，避免了较严重的磨损。更为重要的是，它可以通过对进入外置式热交换器的循环灰量的调节改变吸热量，以调节汽温或床温(也可以在外置式热交换器内布置不同的受热面来达到同时控制床温和再热汽温的目的)，这样不仅有利于变负荷运行的调节，而且在燃料变化时，可用来调节气温和负荷。外置式热交换器的主要问题是随着锅炉容量的增加，它的体积变得非常庞大，给锅炉总体布置带来困

52、难。3、热力计算方法的问题由于循环流化床锅炉发展的时间短，还没有完善的热力计算方法。常规煤粉锅炉的炉膛热力计算是以气固均相流动为理论基础推导出来的，其计算方法明显不适用于循环流化床锅炉。循环流化床内粒子分布存在明显不均，粒子浓度沿床的高度方向呈非线性递减分布，在炉膛出口附近，粒子浓度又有较小幅度的递增。更为重要的是粒子沿床的横截面方向的不均匀性，靠近壁面区域的粒子浓度是中心区域的数倍至数十倍。另外，粒子运动特性也很复杂，炉膛中心区的粒子向上运动，而靠近壁面的粒子则向下回落(大量贴壁回落的粒子与受热面直接接触，存在导热过程)，炉膛出口附近还有一个气固两相运动的旋涡区。床内的流场如此复杂，其燃烧和

53、传热过程不可能有一个准确的解析解，热力计算中必须使用大量的试验数据。现在投运的循环流化床锅炉数量还不太多，燃料种类也不齐全，而炉型又非常杂，所以还很难总结一般性的规律。另一个问题是，在容量不断放大的过程中，很多试验数据都要进行重新验证和修正，使其符合大容量的需要，并希望由此总结出与实际情况基本相符的相似准则。4、布风装置的改进布风装置是循环流化床锅炉的核心部件，它直接关系到床料的流化状态以及机组运行的经济性。随着锅炉的大型化，布风板跨度越来越大，这就对布风板在抗弯、抗振及耐热的性能上有了更高的要求。因布风板结构受风帽的限制，平板式布风板在增加刚性上通常靠增加板厚获得，以承受隔热层、风帽、床料及自身的重力，减小挠度。同时，平板式布风板因受工作环境的限制，板上隔热层厚度选取较大，最小处约200，荷载较大。另外，平板式布风板还面对着受热变形，产生扭曲、漏风和隔热层裂缝等问题。5、2问题流化床燃烧技术可有效抑制、的排放量，但是又产生了另一个环境问题，即2问题。2是一种笑气，对大气臭氧层有非常强的破坏作用，同时也有干扰人的神经系统的作用。流化床燃烧过程是产生2的有利条件，流化床燃烧中2的排放浓度约为50200PP，现在还没有有效的解决方法。2问题已经困扰了流化床燃烧技术的发展，所以有必要对2问题进一步认真研究。目前还没有对2排放制订限制标准，但这个问题的存在