第三节 循环流化床锅炉的应用与发展 一、世界总体发展 1921年12月德国人温克勒发明了第一台流化床，温克勒所发明的流化床使用粗颗粒床料。 泡沫流化床 1938年12月麻省理工学院的刘易斯和吉里兰发明了快速流化床。 60年代末，德国鲁奇公司发展并运行了Lurgi/VAW循环流化床氢氧化铝焙烧发生器 1979年芬兰奥斯龙公司生产了20t/h的循环流化床锅炉。 1982年德国鲁奇公司的第一台50t/h的商用流化床锅炉投入运行，标志着作为炉燃烧设备的循环流化床锅炉进入商业化阶段。 提升管流化催化裂化反应器 1995年，250MW的循环流化床锅炉（700t/h、16.3MPa、565/565 ℃ ）在法国Gardanne电站投运，是循环流化床锅炉技术实现大型化的重要标志。 应用循环流化床的主要工艺过程 气相加工 固相加工 气体净化

二、我国循环流化床的发展 我国对流化床技术的研究开始于20世纪40年代末，一度处于世界领先地位，主要用于化工材料合成和冶金材料的焙烧 1、50年代末中国科学院化工冶金研究所开始对循环流化床进行研究。此后，60年代中期开始开始流化床锅炉的研究，并相继投进了大量的流化床锅炉。1981年国家计委下达了“煤的流化床燃烧技术研究”课题，清华大学与中国科学院工程热物理研究所分别率先开展了循环流化床燃烧技术的研究，标志着我国循环硫化床锅炉的研究和产品的开发技术正式启动。 2、1986年中国科学院工程热物理研究所与济南锅炉集团有限公司合作成功研制了35t\h循环流化床锅炉，并于1988年11月在济南运行并并网发电，成为国家“七五”科技攻关成功的一个重要标志性成果。 3、“八五”期间，国家经贸委组织75t\h循环流化床锅炉完善化示范工程，这种炉型的75t/h锅炉于1996年投运，为我国循环流化床锅炉技术的发展提供了一种新炉型。 4、“九五”期间，在国家科技攻关计划下，国内三大锅炉制造集团分别与国内大专院校、研究单位紧密合作，开发研制出具有自主知识产权的420t/h（125MW）带中间再热的循环流换床电站锅炉。 我国的主要锅炉厂 北京锅炉厂 哈尔滨锅炉厂 东方锅炉集团有限公司 上海锅炉厂

第四章、循环流化床锅炉主体结构及其关键部件 第一节、循环流化床锅炉的主要形式 当今世界上循环流化床锅炉生产能力最强的两个厂家： 法国阿尔斯通公司和美国的福斯特惠勒公司 国内锅炉主要生产厂家： 东方锅炉集团股份有限公司、哈尔滨锅炉厂有限责任公司、上海锅炉厂有限公司、上海锅炉厂有限公司、济南锅炉集团有限公司、无锡华光锅炉股份有限公司等

目前我国采用不同的分离器及循环模式，开发了具有中国特色的循环流化床锅炉，到目前为止，我国运行的循环流化床锅炉主机机组是35t/h和75t/h锅炉，已经积累了丰富的设计、制造和运行经验；220t/h和410t/h容量范围的大型循环流化床锅炉也已广泛投入运行。 。 另外，我国引进Alstom公司的1025t/h常压循环流化床锅炉及相应的关键配套设备，已在四川白马电厂建立300MW循环流化床示范工程；国家电力公司热工研究院也设计了300MW循环流化床锅炉，标志着我国循环流化床锅炉朝着大型化方向发展。

一、国外循环流化床锅炉的主要形式： 1、以德国鲁奇公司为代表的鲁奇（Lurgi）型循环流化床锅炉 2、奥斯龙公司开发的百炉宝（Pyrofloe）型循环流化床锅炉 3、美国福斯特惠勒（FW）公司的循环流化床锅炉 4、法国通用电气阿尔斯通（Alstom）集团公司的循环流化床锅炉

1、以德国鲁奇公司为代表的鲁奇（Lurgi）型循环流化床锅炉 主要特点： 1、循环系统内设主床燃烧室和外置鼓泡床换热器，在主床上部布置少数屏式受热面；再热器和过热器受热面布置在外置换热器和对流烟道之中，运行时，通过调节燃料量和经过外置换热器的热灰流量，控制炉膛温度和蒸汽温度。 2、根据燃料特性差异，循环速度在4.9~9m/s之间变化，炉膛出口烟气中的固体物料含量在5~30kg/m3，相应的循环倍率在30~40以上。 3、采用分段送风燃烧方式，一次风从布风板下部送入燃烧室，二次风从布风板上部一定高度送入炉膛中，一、二次风量之比为4:6，过量空气系数a=1.15~1.20.这样可以做到，在燃烧室下部的密相区为低氧燃烧，形成还原气氛；在二次风口上部为富氧燃烧，形成氧化性气氛，通过合理的调节一、二次风比，可维持较理想的燃烧效率并有效的控制NOx的生成量。 4、炉膛出口布置高温旋风分离器，分离器入口处烟温约为850℃。分离器采用钢壳结构，内衬耐火和防磨衬里，分离效率可达99%。 5、燃煤粒度细，一般在3mm一下，平均粒径200~320um，可燃用各种燃料，定货的有烟煤、褐煤、无烟煤、次烟煤、高硫煤、木质废料、洗煤尾料等。

6、通过高温旋风分离器下方的高温机械分配阀来调节循环物料返回量，以调节炉温和传热。 7、复合调节比为3:1或4：1，负荷变化率为5%/min，它在低负荷的优势显而易见 Lurgi型循环流化床锅炉

外置式换热器的布置是鲁奇型循环流化床锅炉的一个重要特点，这一布置有以下优点： （1）将循环流化床锅炉的燃烧与传热过程部分分离，把部分受热面布置在外置式换热器中，使得锅炉受热面的布置有了更大的灵活性，解决了炉内受热面布置空间不足或虽可布置但磨损严重等问题，这对锅炉的大型化有重要意义。当锅炉容量增加并达到一定蒸发量时，在炉膛内布置较多的水冷壁和过热器，很难使炉膛燃烧维持再℃的最佳脱硫温度，而外置式换热器的出现，顺利地解决了这一问题。 （2）外置式换热器可以分区布置，分别布置不同受热面，通过控制流过各区的热灰量来调节换热量。启动阶段可以使热灰不通过换热器来保护受热面，调节灵活。 （3）外置式换热器有利于提高循环流化床锅炉的燃料适应性。在运行中，当燃料改变时，可以通过调整外置式换热器的换热量来调整炉内各换热方式的比例。在燃用优质煤时，由于总的烟气量减少，因此离开炉膛和外置式换热器的烟气所携带的热量将减少，这时炉膛及外置式换热器中的吸热量应增加，以保持锅炉总吸热量不变。如果燃料品质下降时，则燃料产物的焓与燃料发热量之比将增加，此时就可以用减少外置式换热器中吸热量的办法来调整炉膛和尾部受热面吸热量的比例，以保证锅炉总吸热量的不变，同时保证炉膛内吸热量和床温基本不变。因此，在煤种变化时，利用外置式换热器的调节作用，可以在不改变炉膛温度和过量空气系数的条件下来维持锅炉总吸热量不变。对同一台炉，就可以在燃烧不同煤种时保持炉内工况稳定，这对锅炉燃用煤种多变的情况十分有利。

（4）常规流化床锅炉负荷增加，是在负荷降低时减少燃料量和风量，但此时炉膛内水冷壁的吸热量不可能按比例减下来，这就会降低炉膛温度使燃烧和脱硫反应工况恶化。在有外置式换热器的系统中，锅炉负荷减小时，可相应减少通过换热器的循环灰量，这将促使炉膛的温度升高；从而补偿了由于负荷减小导致炉膛温度的的降低，使燃烧可继续在较好工况下运行。 优点： 鲁奇型循环流化床锅炉具有良好的稳定性、燃尽率、排放保证等低负荷运行性能和变负荷调节手段。

2、奥斯龙公司开发的百炉宝（Pyroflow）型循环流化床锅炉 主要技术特点 1、不设外置热交换器，循环流化床锅炉主要由燃烧室、高温旋风分离器、回料器、对流烟道等组成。有的还配有冷渣器，采用一个之高温旋风分离器，固体粒子的回送借助于环形密封完成 2、燃烧室分为上、下两部分，下部分由水冷壁延伸部分、钢板外壳及耐火砖衬里组成，上部分炉膛四周为膜式水冷壁，一、三级过热器布置在炉膛顶部或尾部烟道上方，二级过热器用钢管制作，布置在炉膛中不，这是百炉宝型循环流化床锅炉独有的设计结构 3、采用高温旋风分离方式，最高入口烟温可达950℃。该分离器可布置在炉前、炉两侧或尾部烟道之间，布置方式灵活。多采用高循环倍率，分离效率99%。 4、炉底送入一次风，密相区上方送入二次风。一次风率为40%~70%，基本占50%。通过调节炉内的一、二次风比例进行床温控制和过热汽温粗调。燃料不仅在炉膛下部燃烧，而且还随着气流上升，在整个炉膛中燃烧，沿水冷壁高度方向上的延期温度比较均匀。在低负荷时，无聊循环量减少，燃料集中在炉膛下部，逐步过渡到鼓泡床运行方式。

5、可燃用多种燃料，从挥发分几乎为零的石油焦，到灰分超过65%的油页岩、无烟煤、废木材、泥煤、褐煤、石煤、烟煤、高硫煤、工业废煤等。 6、负荷调节比为3:1或4:1.负荷变化速率在升负荷时为7%/min，降负荷时为10%/min。 7、锅炉本体布置结构紧凑，耗钢量和厂用电比鲁奇公司的循环流化床锅炉少得多。从投运的路子统计看，锅炉出力、参数、热效率、燃料适应性、操作控制和排放水平都达到令人满意的水平，可用率达98%。 Pyroflow型循环流化床锅炉结构布置图

换热过程： 在循环流化床锅炉炉膛内的换热过程中，其传热要比常规燃煤锅炉强得多。流化床燃烧室内的传热系数之所以高，主要是由于烟气中大量与受热面接触的固体粒子对受热面的冲刷作用。 在Pyroflow型循环流化床锅炉的炉内传热中，炉膛上部的传热以辐射换热为主，炉膛下部以流化物料的对流传热为主，炉膛高度的中部以对流和辐射换热为主，如图所示。这主要基于如下原因：炉膛下部的物料浓度最大，沿炉膛高度越往上空隙率越大、颗粒浓度越小，而传热过程也由炉膛下部的固体对流传热过渡到炉膛上部的固体和气体的辐射传热，各部分的传热系数见下表 Pyroflow型循环流化床锅炉炉膛内的传热系数 主导传热方式 传热系数 固体和气体辐射换热 57~141 辐射和固体对流换热 141~340 固体对流换热 340~454

Pyroflow型循环流化床锅炉的负荷调节方式是改变炉膛下部密相区固体物料的储存量和参与循环物料量的比例，也就是改变炉膛内各区域的固/气比，从而改变各区域内传热方式。 为了保证低负荷时床内有足够的烟气速度使物料良好流化，同时也作为控制床温的技术手段之一，型循环流化床锅炉一般还设有烟气再循环系统。 负荷变化时各传热方式的变化规律 与鲁奇型循环流化床锅炉最大不同是， Pyroflow型循环流化床不设外置换热器

谢 谢