第六章循环流化床锅炉设计概论

循环流化床锅炉设备及系统2/4/2023第六章循环流化床锅炉设计概论第一节 燃料燃烧计算第二节 锅炉机组热平衡第三节 循环流化床锅炉若干参数的设计选择第四节 循环流化床锅炉主要设备的设计要点第五节 典型循环流化床锅炉的设计特点第六节 循环流化床锅炉的大型化 2/4/2023第一节 燃料燃烧计算燃烧所需的理论空气量 贫煤、无烟煤，烟煤，劣质烟煤过量空气系数烟气量漏风系数

炉膛、各烟道处及除尘器的内外均有压差存在空气和烟气的比焓

循环流化床锅炉中，烟气焓应包含循环物料的焓，同时考虑石灰石脱硫时对理论空气量、烟气量、灰量及烟气成分计算的影响2/4/2023第二节 锅炉机组热平衡一、热平衡方程式1. 送入锅炉的热量2. 锅炉的热损失（1）机械不完全燃烧热损失（q4）

冷渣（ca）、溢流渣（oa）沉降灰（da）、飞灰（fa）（2）化学不完全燃烧热损失（q3）（3）排烟热损失（q2）（4）散热损失（q5）（5）灰渣物理热损失（q6）2/4/2023二、锅炉热效率1. 正平衡法2. 反平衡法2/4/2023第三节 若干参数的设计选择一、循环流化床锅炉的容量及负荷分配1. 锅炉容量对循环流化床锅炉整体布置的影响 锅炉容量越大，炉膛表面积相对减少过热器管屏再热器管屏蒸发管屏双面水冷壁外置流化床换热器2/4/2023一、循环流化床锅炉的容量及负荷分配2. 蒸汽参数对各部分受热面吸热量的要求（1）吸热量分配比例

锅炉容量↑→蒸汽P、T↑，给水T↑→加热、过热所需热量比例↑，蒸发吸热量比例↓

（2）中参数锅炉 单汽包结构，炉内布置水冷壁，加热吸热量由省煤器承担（部分沸腾）（3）高压锅炉 炉膛内布置顶棚过热器和屏式过热器（4）超高压锅炉 炉膛内布置屏式过热器，或外置式流化床热交换器2/4/2023一、循环流化床锅炉的容量及负荷分配3. 燃烧室内的热量平衡（1）定义 燃料在燃烧室内沿高度上、中、下各部释热与受热面吸热（含炉墙散热）间的平衡（2）意义——安全、经济、温度运行 炉内形成均匀、理想温度场→保证炉内各部分达到设计的放热系数→工质吸收足够热量→保证锅炉出力，避免局部过热、结焦（3）方法 设计时确定进入燃烧室内的燃料在下、中、上各部的燃烧份额2/4/2023一、循环流化床锅炉的容量及负荷分配4、热量平衡的主要影响因素（1）受热面的布置方式——决定热量分配炉膛内布置水冷壁受热面或水冷壁隔墙炉膛内布置较多过热器受热面，弥补尾部吸热不足 缺点：磨损、控制困难在固体颗粒循环回路上布置外置式流化床热交换器 缺点：结构、控制较复杂 优点：方案控制较灵活；燃烧与传热分离，可单独调节（2）燃料特性决定燃烧室最佳运行工况的选择 （S、反应活性高低）决定燃烧系统和尾部受热面的热量分配 （煤元素成分、V含量）2/4/2023二、燃料及脱硫剂的筛分和颗粒特性1. 灰分的影响

含A高，较细颗粒；含A低，较大颗粒高A，不需添加循环物料；低A，低S，可能需添加2. 颗粒尺寸分布的影响 固体颗粒浓度分布、炉内传热3. 脱硫剂粒径对脱硫的影响2/4/2023三、流化风速和一、二次风配比1、流化风速（5~8m/s）提高运行风速优点：锅炉紧凑，断面热负荷较高（强烈的气固混合）缺点：为保证炉内停留t→增加炉膛H，提高分离效率、 加大循环物料量→磨损增加，锅炉造价提高，风机电耗增加，锅炉整体效率可能下降运行风速过低→影响总体燃烧及传热2/4/2023三、流化风速和一、二次风配比2. 一、二次风配比——确定因素（1）降低NOx的排放：缺氧燃烧（2）风机压头：一次风阻力大（3）密相区的流化及燃烧流化角度：一次风需保证密相区颗粒正常流化燃烧角度：保证密相区的燃烧份额，一次风比例偏大2/4/2023四、床层温度1. 床温的选择（1）燃烧的稳定性床温上限受A的DT限制下限应考虑焦炭的着火（2）运行的安全性和经济性（3）环境保护最佳脱硫温度850℃床温高，NOx增加；床温低，N2O增加S高，850~900℃；S低，900~950℃2/4/2023四、床层温度2. 床温的控制（1）密相区布置受热面调节风量→将密相区热量带入稀相区返料量→改变床内固体颗粒浓度→改变吸热量（2）布置外置流化床换热器

调节固体物料返回不同设备的比例→调节总循环物料量温度3. 炉膛出口烟温>焦炭着火温度<A的DT2/4/2023五、循环物料量和物料平衡1、循环物料量Gh

（1）衡量指标：飞灰携带率、R（2）增加Gh

延长物料总体停留t，提高燃烧、脱硫效率固体颗粒浓度增加→传热增加→增加受热面吸热增加床层总阻力→增加风机压头→增加电耗（3）国外选择高R的原因提高脱硫剂石灰石利用率扩大负荷调节范围和对燃料适应性范围

优质煤：高R，避免高温结渣 劣质煤：低R，避免低温熄火提高床层与受热面间传热系数，解决布置难题降低NOx排放

（4）循环灰分离器效率对R的制约2/4/2023五、循环物料量和物料平衡2. 物料平衡（1）排出燃料燃烧产生的灰渣后，维持合理物料浓度（2）灰渣排放口锅炉尾部——除尘器收集流化床底部排渣口 不能被流化风带走的大颗粒床料，排渣T=床T回料机构（或外置流化床换热器）排放口 维持系统灰平衡，减少对尾部受热面的磨损和尾部除尘器的负荷临时排放口（对流竖井下烟道转弯处）2/4/2023六、其他参数1. α（1）过小→燃烧不充分，造成q3、q4↑（2）过大→q2↑2. 排烟T——经济性、安全性（1）过低→低温受热面工作可靠性下降（高S煤）（2）过高→降低锅炉热效率→最合理的排烟T3. 零压点位置（炉内、分界、炉膛或分离器出口）（1）后移→密封要求高，导致大量漏灰→提高一、二次风机压头（2）前移→引风机压头提高2/4/2023第四节 主要设备的设计要点一、循环流化床本体布置2/4/2023二、炉膛的设计1. 炉膛的结构设计（1）炉膛A —流化风速确定（2）炉膛H —经验选取（3）等风速变截面（4）给煤点数量 —锅炉输入热量、床层A2. 布风装置的设计 形状：平面状、倾斜式、V型3. 炉膛的设计步骤2/4/2023三、对流受热面的设计1. 受热面的热量平衡 是否设置外置流化床换热器或炉内附加受热面2. 过热器和再热器的设计（1）屏式过热器——磨损问题（2）对流过热器与再热器高温分离：同常规煤粉炉中温分离或组合分离：传热计算、磨损、顺列布置、防磨措施、防止烟气走廊形成外置流化床换热器：参考鼓泡流化床（3）省煤器与空气预热器（管式）——同常规煤粉炉3. 烟气流速的选择 ——上限→磨损，下限→积灰2/4/2023第六节 循环流化床锅炉的大型化1. 燃烧室内受热面的布置2. 紧凑型分离器的研究3. 燃烧室深度对二次风穿透深度的限制4. 燃烧系统工