循环流化床锅炉可分为两个部分:(1)第一部分由炉膛(快速流化床)、气固分离设备、固体物料再循环设备和外置热交换器(有些循环流化床锅炉没有该设备)等组成,上述部件形成了一个固体物料循环回路。(2)第二部分为对流烟道,布置有过热器、再热器、省煤器和空气预热器等,与常规燃烧锅炉相近。循环流化床锅炉基本概念床料锅炉运行过程中,在炉膛及循环系统(分离器,立管,回料系统等)内燃烧或载热的固体颗粒,称为物料。堆积密度和颗粒密度将固体颗粒不加约束的自然堆放时单位体积的质量称为颗粒的堆积密度;颗粒的质量与其体积的比值称为颗粒密度或真实密度密相区在流化床锅炉下部,颗粒浓度较大,这部分区域称为密相区,密相区内沿高度方向浓度逐渐降低。循环流化床锅炉中,一般定义密相区低于二次风喷口高度,密相区的空隙率为0.7左右。稀相区在流化床锅炉炉膛上部,气流中粒子浓度较低,空隙率为0.85~0.99,称为稀相区,稀相区内颗粒浓度比较均匀,沿炉膛高度颗粒浓度变化比较缓慢。循环流化床锅炉中,一般定义稀相区为锅炉下部锥段以上直段500mm以上为稀相区。过渡区在流化床锅炉密相区和稀相区之间,颗粒浓度处于沿高度快速变化状态,存在比较大的扬析与夹带现象,称为过渡区。流化速度流化速度一般是指假设床内没有床料时空气通过炉膛的速度,因此也叫空塔速度或表观速度。
循环流化床锅炉的概念、原理及特点我国的电力工业是国民经济发展的基础产业,在我国,电力生产主要以燃煤火力发电为主,由于燃煤发电的直接污染较大,特别是SO2、NOX的排放。SO2的排放是造成酸雨的主要原因,为了通过炉内燃烧技术的改进,降低SO2、NOX排放量,我国从60年代开始对循环流化床锅炉进行研究,并在90年代以后和外国公司联合研究并取得了较大有发展,现在循环流化床锅炉已发展成熟并在全国广泛应用。流化床燃烧设备按流体动力特性分为鼓泡流化床和循环流化床,按工作条件分为常压和增压式流化床。循环流化床锅炉技术是一种新型的高效低污染清洁的燃烧技术,上世纪70年代的能源危机和越来越突出的环保问题使人们促进了这种燃烧技术的发展。现在大型循环流化床锅炉的主要炉型有三大流派,分别为:以德国Lurgi公司为代表的鲁奇型和以美国的FosterWheeler、芬兰的Alstorm公司(两者兼并)为代表的FWPyroflow型和德国Babcock公司的Circofluid型。我国东方锅炉厂采用的是FW公司的Pyroflow型的改进型循环流化床锅炉。北京B&W锅炉厂采用的是德国Babcock公司的架构和技术。哈尔滨锅炉厂有限责任公司(HBC)与美国PPC(奥斯龙技术)以及国内的科研单位合作也开发了自己的大型循环流化床锅炉。上海锅炉厂引进美国ALSTOM技术、消化吸收自行设计制造了自己的循环流化床锅。由于国内各大锅炉厂商的参与,我国的大型循环流化床技术已趋于成熟流态化:当固体颗粒中有流体通过时,随着流体速度逐渐增大,固体颗粒开始运动,且固体颗粒之间的摩擦力也越来越大,当流速达到一定值时,固体颗粒之间的摩擦力与它们的重力相等,每个颗粒可以自由运动,所有固体颗粒表现出类似流体状态的现象,这种现象称为流态化。对于液固流态化的固体颗粒来说,颗粒均匀地分布于床层中,称为“散式”流态化。而对于气固流态化的固体颗粒来说,气体并不均匀地流过床层,固体颗粒分成群体作紊流运动,床层中的空隙率随位置和时间的不同而变化,这种流态化称为“聚式”流态化。循环流化床锅炉属于“聚式”流态化。固体颗粒(床料)、流体(流化风)以及完成流态化过程的设备称为流化床。
循环流化床(CFB)燃烧技术是一项近二十年发展起来的清洁煤燃烧技术。它具有燃料适应性广、燃烧效率高、氮氧化物排放低、低成本石灰石炉内脱硫、负荷调节比大和负荷调节快等突出优点。
自循环流化床燃烧技术出现以来,循环床锅炉在世界范围内得到广泛的应用,大容量的循环床锅炉已被发电行业所接受。
循环流化床低成本实现了严格的污染排放指标,同时燃用劣质燃料,在负荷适应性和灰渣综合利用等方面具有综合优势,为煤粉炉的节能环保改造提供了一条有效的途径。
主循环回路是循环流化床锅炉的关键,其主要作用是将大量的高温固体物料从气流中分离出来,送回燃烧室,以维持燃烧室稳定的流态化状态,保证燃料和脱硫剂多次循环、反复燃烧和反应,以提高燃烧效率和脱硫效率。
分离器是主循环回路的关键部件,其作用是完成含尘气流的气固分离,并把收集下来的物料回送至炉膛,实现灰平衡及热平衡,保证炉内燃烧的稳定与高效。从某种意义上讲,CFB锅炉的性能取决于分离器的性能,所以循环床技术的分离器研制经历了三代发展,而分离器设计上的差异标志了CFB燃烧技术的发展历程。