流化床运行现状-PPT幻灯片

目录1、流化床的定义和现象2、特性和分类3、流化床技术和应用发展历史4、CFB锅炉5、前景与前沿1.1流态化

流态化：大风将沙尘扬起，形成沙尘天气和沙尘暴，河水携带泥沙，形成水土流失，最早用于粮食干燥，输运和石化,冶金等领域。

流态化的定义

当气体或液体以一定的速度流过固体颗粒层，并且气体或液体对固体颗粒产生的作用力与固体颗粒所受的其他外力相平衡时，固体颗粒层会出现类似于液体状态的现象或者当固体颗粒群与气体或液体接触时转变成类似流体状态，这种操作状态成为流态化。散式流化态颗粒均匀地分布在整个流化床内且随着流速增加床层均匀膨胀，床内孔隙率均匀增加，床层上界面平稳，压降稳定、波动很小。因此，散式流化态是较理想的流化状态。一般流-固两相密度差较小的体系呈现散式流态化特征，如液-固流化床。聚式流化态

颗粒在床层的分布不均匀，床层呈现两相结构：一相是颗粒浓度与空隙率分布较为均匀且接近初始流态化状态的连续相，称为乳化相；另一相则是以气泡形式夹带少量颗粒穿过床层向上运动的不连续的气泡相，因此又称为鼓泡流态化。

聚式流态化出现在流-固密度差较大的体系，如气-固流化床。在聚式流态化中，超过初始流化所需的大量气体聚并成气泡上升，在床面上破裂而将颗粒向床面以上空间抛送。这不仅造成床层界面的较大起伏、压降的波动；更大的不利是以气泡的形式快速通过床层的气体与颗粒接触甚少，而乳化相中的气体因流速低，与颗粒接触时间太长，由此造成了气-固接触不均匀。2.1流化床的性质充分流态化的床层表现出类似于液体的性质。1.密度比床层平均密度小的流体可以悬浮在床面上；2.床面保持水平；床层服从流体静力学关系即高度差为L的两截面的压差△p=ρgL；3.颗粒具有与液体类似的流动性，可以从器壁的小孔喷出；4.两个联通的流化床能自行调整床层上表面使之在同一水平面上。上述性质使得流化床内颗粒物料的加工可以像流体一样连续进出料，并且由于颗粒充分混合，床层温度、浓度均匀使床层具有独特的优点得以广泛的应用2.2流化床的流体力学特性2.3流化床的形成过程图2-6

不同气流速度下固体颗粒床层的流动状态2.4流化床的分类

流化床的种类有：

最小流化床，

鼓泡流化床，

腾涌流化床。2.5流化床的应用早期：干燥（污泥等）；粉碎（超微气流粉碎技术）（超微气流粉碎机），燃烧脱硫，包衣，制粒（丸），混合，处理废水。设备：循环流化床锅炉,（振动）流化床干燥机，生物质流化床（燃烧，气化）3.1发展历史

1921年德国的FrizWinkler发明并成功的投入了流化床1938年，MIT发明了快速流化床，1942年美国某石油公司在炼油厂投入了快速流化床。二战期间，低速鼓泡流化床是流化床的主要形式。60年代末，循环流化床正式进入工业应用阶段。1971年，reh提出了循环流化床的流态图，并描述了循环流态化的基本特征。1976年，yerushalmi等首次提出了快速流态化的概念。70年代的能源危机与80年代的环境保护推动了循环流化床燃烧技术的发展。1977年，芬兰运行了一台CFB锅炉的实验装置，燃用泥煤，废纸屑，废木，煤来产生蒸汽。1979年有了第一台商业规模的CFB（5MW）。1981年出现了20MW的CFB。1985年出现了270t/h的CFB。1987年的420t/h110MW的CFB。1995年250MW的CFB在法国电厂运行，标志着300MW以下的CFB技术成熟。3.2在生物方面的发展1973年美国JerisJohns等人成功开发了厌氧生物流化床技术，用于去除BOD5和NH3-N的硝化处理，同年申请了专利。1975年，美国Ecolotrol公司开发了HY-FIO生物流化床工艺，用于废水的二、三级处理。1984年，抚顺石油研究所与石油六厂合作，采用射流曝气三相流化床处理炼油废水。近年来，国内三相好氧生物流化床的研究发展较快，对一些新型的流化床，如内循环三相生物流化床、复合式生物流化床等工艺均做了一些研究。3.3在制药工业应用发展流化床技术最早应用于干燥工业是1948年在美国多尔-奥列弗固体柳化装置，而我国是在1958年以后开始应用流化床技术，首先是在食盐工业上应用，继后被广泛应用于化肥、颜料、塑料、制药等方面，其中，其正真应用在制药工业是在1980年以后，那是只应用在固体制剂的干燥。而今流化床技术在制药工业已从单纯的流化床干燥发展到流化床包衣、流化床制丸、流化床混合及流化床粉碎，特别是近年来延伸至流化床包衣、制粒（丸）功能，新功能与原传统的制剂工艺相比体现出更多的优势。3.4生物质流化床美国从1979年就开始采用直接燃烧生物质燃料发电,近几年大力研制采用循环流化床技术的生物质能源化利用路线。瑞典生物质能的利用已占全国总能耗的16.1%,达到55亿kWh,瑞典利用生物质能的一个主要方式是采用联合循环,即将生物质送入循环流化床气化炉中进行气化,产生的燃气再通过燃气轮机发电。3.4.1生物质的流化床燃烧生物质的流化床燃烧是一种先进的燃烧技术,应用于生物质燃烧上已获得了成功。直接燃烧由于其简单、廉价等特点,在生物质处理中占有重要的地位。直接燃烧的优点是能迅速并大幅减少可燃废弃物的容积,彻底清除有害细菌和病毒,破坏毒性有机物,并回收热能。3.4.2生物质的流化床气化生物质挥发组分高、炭的活性高、硫和灰的含量低,这些特性使其成为气化理想的原料。生物质气化是在高温下部分氧化使其转化为可燃性气体（CO，CO2，H2、CH4以及富氢化合物）的的转化过程。循环流化床气化可以克服传统的固定床气化方法气化效率低、生产强度较小,不适宜工业化大生产的缺点。3.4.3生物质的流化床热解

生物质热裂解液化是指在无空气等氧化气氛或虽有氧化气氛存在,但气化尚不致于大量发生的情形下,以高的加热速率将生物质加热到中温,热裂解析出的挥发分在反应器内停留极短的时间即被快速冷却而获得液体产物的过程。

国内电力发展火电装机占74%，,绝大部分是燃煤机组,由此带来严重的环境问题.２０１０年我国电力规模继续扩大，年底发电装机容量达到９．６２亿千瓦，较上年增长１０．０７％，５年来年均增长１３．２２％。4.1循环流化床锅炉循环流化床是在鼓泡流化床燃烧技术发展起来的，增加了旋风分离器和灰渣返料装置，床料在炉膛、高温分离器和灰渣返料装置之间产生循环流动。基本原理燃料一次风回料阀回料风分离器烟气循环流化床锅炉原理简图

1炉膛

2分离器

3尾部受热面

4外置式换热器

5二次风

6一次风

7水冷锥形阀

8石灰石

9燃料

图1东锅ALSTOM300MWCFB锅炉示意图外置式换热器旋风分离器

净化天然气通过设备入口进入设备内旋风分离区，当含杂质气体沿轴向进入旋风分离管后，气流受导向叶片的导流作用而产生强烈旋转，气流沿筒体呈螺旋形向下进入旋风筒体，密度大的液滴和尘粒在离心力作用下被甩向器壁，并在重力作用下，沿筒壁下落流出旋风管排尘口至设备底部储液区，从设备底部的出液口流出。旋转的气流在筒体内收缩向中心流动，向上形成二次涡流经导气管流至净化天然气室，再经设备顶部出口流出。CFB原理4.2背景介绍CFB技术是世界上目前发展最快、商业化程度最高的洁净煤发电技术。我国引进大型CFB技术和设备并建设示范工程，不仅可以实现煤炭资源的充分合理利用，而且有利于提高我国电力和机械制造业整体技术水平和企业的自主研发能力、提高能源利用效率、控制污染保护环境，对于国民经济的可持续发展、建设创新型国家和、环境友好型社会有资源节约型着重要意义国外CFB锅炉发展CFB在国外的发展举例ALSTOM公司充分利用外置式换热器的优越性，主要致力于CFB锅炉的大型化工作。通过大量的试验研究工作，率先在世界上完成了大型化CFB锅炉的开发应用工作，其代表作就是艾米录希电站（125MW）、Gardanne(Provence)电站(250MW)。芬兰奥斯龙(AHLSTROM)公司（后被美FW公司收购）也曾是一个重要的CFB锅炉的制造商，它的锅炉型式为Pyroflow型。它不采用带外置式换热器的设计方案。该公司应用蒸汽旁通调节汽温的技术，解决再热蒸汽的调温问题，即一部分再热蒸汽直接进入低温再热器，而另一部分再热蒸汽在两级再热器之间送入，来调节再热汽温，从而避免了喷水调温降低机组效率。

CFB在国外的发展举例FosterWheeler公司是美国三大电站锅炉制造商之一，它提出了汽冷式分离器和一体式返料换热器技术。2002年12月，FW为波兰波兰的Bedzin的PKE电厂提供一台460MW本生直管炉膛变压超临界CFB直流锅炉(560°C/580°C,275bar）2007年建成投产。这是世界上第一台超临界CFB锅炉，也是容量最大的循环流化床锅炉。4.4CFB锅炉在国内发展

1980—1990年为第一阶段，其间我国借用发展鼓泡床的经验开发了带有飞灰循环、取消了密相区埋管的改进型鼓泡床锅炉，容量在35t/h—75t/h。由于没有认识到循环流化床锅炉与鼓泡床锅炉在流态上的差别，这批锅炉存在严重的负荷不足和磨损问题。1990—2000年为第二阶段，我国科技工作者开展了全面的循环流化床燃烧技术基础研究，基本上掌握了循环流化床流动、燃烧、传热的基本规律。应用到产品设计上，成功开发了75t/h—220t/h蒸发量的国产循环流化床锅炉，占据了我国热电市场。

2000—2005年为第三阶段，其间为进入电力市场，通过四川高坝100MW等技术引进和自主开发，一大批135—150MWe超高压再热循环流化床锅炉投运。我国研究人员和工程界也通过实践形成了系统的循环流化床燃烧理论体系和设计导则，该设计理论达到了世界先进水平。2005年之后为第四阶段，其间发改委组织引进了法国阿尔斯通全套300MWe亚临界循环流化床锅炉技术，第一个示范在四川白马（燃用无烟煤）取得了成功，随即，采用同样技术的云南红河电厂、国电开原电厂和巡检司电厂（燃用褐煤）以及秦皇岛电厂（燃用烟煤）均成功运行。我国已经形成了坚实的循环流化床锅炉设计理论基础，对引进技术的消化和再创新速度很快，引进技术投运不久，就针对其缺点，开发出性能先进、适合中国煤种特点的国产化300MWe亚临界循环流化床锅炉，而且由于国产技术的价格与性能优势，2008年后新订货的300MW循环流化床锅炉几乎均为国产技术。以哈锅、东锅和上锅为代表的锅炉制造企业也建立了大容量高参数循环流化床锅炉工装设备体系，制造经验达到世界一流。从100MW等级到300MW等级循环流化床锅炉设计制造水平上新台阶，运行水平大幅提高，设备可靠性大幅提升；节能环保性能大幅提升（供电煤耗降低10%，脱硫效率从90%上升至95%），资源综合利用水平大幅提高。同时技贸结合引进技术建设白马1×300MW循环流化床机组示范工程起了关键作用，在节能环保、资源综合利用和技术创新方面都起到了工程典范的作用。CFB在国内发展举例80年代初，CFB开始研究，燃烧煤矸石的35T/H和130T/H的流化床锅炉的投运使中国流化床锅炉燃煤技术一度在国际上处于先进水平。1989年到1991年初，首批35到75T/H的CFB投入运行，但发展缓慢。在九十年代中后期得以快速发展，1994年，两台50MW的CFB在大连化工厂投产。1996年从芬兰引进了410T/H的CFB在内江投产，外商独资的镇江纸业也引进投产几台410T/H和210T/H的CFB，白马电厂引进了300MWCFB。CFB锅炉的优点1）.燃料适应性广循环流化床锅炉几乎可以燃用一切种类的燃料并达到很高的燃烧效率。其中包括高灰分、高水分、低热值的劣质燃料，如泥煤、褐煤、油页岩、炉渣、木屑、洗煤厂的煤泥、洗矸、煤矿的煤矸石等以及难于点燃和燃尽的低挥发分燃料，如贫煤、无烟煤、石油焦和焦岩等。因煤质变化对锅炉燃烧及带负荷影响较小，有利于电网的安全稳定运行，对劣质煤资源的利用具有深远的意义。CFB锅炉的优点2）.负荷调节性能好，负荷调节幅度大 循环流化床锅炉在运行中负荷的调节范围可从100%～30%，在30%的负荷时不需要投油助燃，燃烧十分稳定。该优点十分利于电网的调峰，对水电资源十分丰富的电网有着重要意义。CFB锅炉的优点3）.环保指标优越 循环流化床锅炉正常运行时床温控制在850℃～950℃，同时根据燃煤特性以一定的Ca/S向炉内加入石灰石粉作为脱硫剂，在燃烧的过程中脱去燃烧生成的SO2，而石灰石粉在850℃～950℃范围内脱硫效率最高，所以循环流化床锅炉采用850℃～950℃燃烧温度可以达到较高的脱硫效率。同时循环流化床在850℃～950℃燃烧温度下能有效地抑制热反应型NOx的生成，再加上采用了分级燃烧方式送入二次风，又有效地控制了燃料型NOx的生成。CFB锅炉的不足 磨耗较严重1锅炉器件的磨耗2耐火耐磨层磨耗、出现裂缝和剥离3循环流化床锅炉尾部受热面的磨耗4循环流化床锅炉的中心器件风帽CFB锅炉的不足 其他循环流化床锅炉风机电耗大、烟风道阻力高，电耗大，噪音高，震荡大。点火开始工作时间长。循环流化床锅炉对燃烧材料适合性广，但对燃煤粒径要求严明。N2O生成量较煤粉炉高。运行保护花销较高，运行周期短。循环流化床锅炉成功实现半自动化扼制困难程度大。

CFB的发展前景

磁流化床利用外加磁场调节、控制床内的气固两相流动，可以实现鼓泡流化到稳定流化的转变，在磁稳流化状态下，流化床具有无气体短路、气固接触好、床层压降小、流通截面大等优点，弥补了常规流化床的不足，有望在环境保护、分离吸附、生物与化学反应等工业领域得到广泛地应用5.1磁流化床5.2向超临界进发促进节能减排循环流化床燃烧技术已经证明在劣质煤燃烧、资源综合利用和污染控制成本方面具有优势。然而进入电力市场后，其发电效率与我国迅速发展的大容量、超临界参数煤粉炉相比尚有不足。提高蒸汽参数是提高发电效率的最有效途径。类型压强/MPa温度/℃供电效率高压8.8353530.03%超高压12.753532.16%亚临界16.3535/53737.12%超临界24.3540/56040.95%大型电厂普遍采用的煤粉燃烧锅炉就是沿着中压→高压→超高压→亚临界→超临界这一条路发展的。因此容量向30万千瓦以上、参数向超临界转化是循环流化床燃烧技术发展的必然趋势。目前我国首台超临界循环流化床锅炉将使锅炉的可用率达到92%，电厂设计效率达到43.2%。同时将烟气NOX排放浓度控制在160mg/Nm3以下，烟气二氧化硫排放浓度控制在380mg/Nm3以下，脱硫效率达到96.7%。降低单位千瓦时的发电煤耗，减少二氧化碳排放，良好的节能减排效果将在白马60万千瓦流化床示范工程中得到展示。 总之，发展高效环保的超临界大型循环流化床技术符