大型循环流化床锅炉燃烧设备.docx

关于成立《CFB锅炉燃烧设备性能设计方法》一书
编审委员会及有关事宜

普华中心2006年9月22日十届二次理事会确定将“CFB锅炉型谱研究课题总结报告”以出版《CFB锅炉燃烧设备性能设计方法》一书的方式进行，同时经普华中心十届二次理事会讨论决定成立《CFB锅炉燃烧设备性能设计方法》一书编审委员会，编委会成员由型谱课题研究专家组组成（名单见附件），并计划在明年1月份召开一次编审委员会及专家研讨会，研讨相关内容并请岳光溪、吕俊复教授、徐旭常、秦裕琨院士、许传凯总师作为主审，届时请编委会全体人员参加。
本课题研究自2005年1月开始至今已完成了如下主要工作：
1、26台50～150MW级CFB锅炉的型谱及CFB锅炉炉内主要性能参数的计算及选择；
2、消化吸收引进技术，完成了大型循环流化床炉膛传热计算（包括外置床）的研究；
3、已编写出冷渣器攻关课题攻关报告，并己发给各厂及参加研究单位征求意见；
4、《CFB锅炉燃烧设备性能设计方法》一书的初稿已完成，本书共19章，包括性能参数的计算选择、传热计算软件、CFB锅炉各部件的设计完善及运行试验等。本书已经吕俊复教授作为主审人之一进行过初审。
现用Email传发给各编审委员，请各位专家教授在百忙中对书中各章节内容给予修改补充，把你们在设计、试验研究工作中的宝贵经验补充进去，并在2006年12月底以前将修改补充意见传回给普华中心（Email地址：CCY55690324@陈春元），请将修改补充部分用红色字迹显示出来以备识别。请注意，文中有关制造厂的一些锅炉设计数据请勿外传或公开引用。
预计在2007年1月份召开CFB锅炉专家研讨会，会议将讨论各位对初稿的修改补充意见，进一步完善书中关于性能参数计算选择，传热计算、冷渣器以及CFB锅炉部件设计的内容，；另外对300MWCFB锅炉炉型选择及600MW超临界CFB锅炉设计等问题进行研究，交流经验。
根据研讨会的意见，完善书稿后，预计在2007年7月份内部出版《CFB锅炉燃烧设备性能设计方法》一书，向普华中心成立20周年献礼。

建议编委会名单
主 任：谢毓麟
副主任：胡仁德、姚本荣、潘焕敏、李文健、毕玉森、华立新 、孔伯汉
委 员：聂 立、肖 峰、王凤君、姜义道、孙献斌、倪晓辉、李京元、唐 勇、
邓学志、别如山、张世红、李 军、张 缦、陈春元
主 编：陈春元
副主编：聂 立、肖 峰、王凤君、孙献斌
主 审：岳光溪、吕俊复、徐旭常、秦裕琨、许传凯

哈尔滨普华煤燃烧技术开发中心
2006年10月23日

循环流化床锅炉燃烧设备
性能设计方法

2007年7月 哈尔滨

《循环流化床锅炉燃烧设备性能设计方法》
编 审 委 会
主 任：谢毓麟

副主任：胡仁德、姚本荣、潘焕敏、李文健、
毕玉森、华立新 、孔伯汉

委 员：聂 立、肖 峰、王凤君、姜义道、孙献斌、
倪晓辉、李京元、唐 勇、邓学志、别如山、
张世红、李 军、张 缦、陈春元

主 编：陈春元

副主编：聂 立、肖 峰、王凤君、孙献斌

主 审：岳光溪、吕俊复、徐旭常、秦裕琨、许传凯

前 言
循环流化床(CFB)燃烧技术是目前商业化水平最好的清洁煤燃烧技术之一，近年来在中国取得迅猛发展，单是100MWe以上的CFB锅炉机组已有200余台在设计制造和运行中，中国已可称为世界上CFB锅炉生产和发展大国。中国进行了长期的CFB锅炉自主开发、研究，提出了一些具有世界先进水平的理论，形成了经过实践检验的设计理论体系和方法，以及有自主知识产权的CFB锅炉产品，为发展中国CFB锅炉技术做出了积极的贡献，推进了世界上循环流化床燃烧技术的发展。为加快中国CFB锅炉的发展，中国又引进了德国EVT公司、美国FW公司、美国CE公司、美国BW公司及法国ALSTOM等公司的CFB锅炉技术。
自主开发，需用投资和时间，而引进技术可加快技术发展进程，要想真正掌握CFB锅炉的开发技术必须要通过引进技术形成自主知识产权来发展中国自己的工业。
为消化吸收引进技术使之适应中国国情、中国煤质特点、中国的经济现状和用户的要求，经与普华成员单位（国内各大锅炉厂、有关高等院校和科研部门）协商合作，确定了“CFB锅炉运行性能与设计型谱研究”课题：开展大型CFB锅炉运行状况调研分析，编写CFB锅炉设计型谱，并开展相关的专题研究，包括炉膛及有关部件的传热计算及关键部件技术，交流CFB锅炉设计和运行经验。
“大型CFB锅炉性能设计方法”一书就是这项课题研究的总结。书中提供了100-150MWe级CFB锅炉的性能设计数据、传热计算的数据和运行反馈结果及改进意见，并附有30台100MWe~150MWe的锅炉设计型谱。
设计者可以结合本身的经验和普华历年来提供的相关CFB锅炉调研报告和运行情况分析，做出恰当的设计选择，满足用户的要求。
本书由谢毓麟、胡仁德策划，陈春元主编，聂 立、王凤军、肖 峰、孙献斌为副主编，参与课题研究的CFB锅炉专家有姜义道、张 缦、唐勇、倪晓辉、别如山、张世红、李军、李京元、邓学志等。
本书引用了哈锅、东锅、上锅等锅炉厂的部分资料，以及清华大学、东南大学、哈尔滨工业大学、华中理工大学、中科院热物理研究所等单位的研究结果。
本书由清华大学岳光溪教授、吕俊复教授、徐旭常院士、秦裕琨院士、许传凯总师主审。
由于水平有限，书中疏漏和不成熟之处在所难免，敬请读者批评指正。

编 者
2007年6月

目 录
前 言 I
第一章 国内外CFB锅炉的发展现状 1
1.1 国外CFB锅炉的发展 1
1.1.1 德国鲁奇型(Lurgi)循环流化床锅炉及Alstom公司的扩展 1
1.1.2 奥斯龙(AHLSTROM)型及Foster Wheeler公司循环流化床锅炉的发展 2
1.1.3 美国 Babcock & Wllcox 公司内循环流化床锅炉的发展 5
1.1.4 不同煤种在CFB锅炉中的应用 5
1.2 国内循环流化床锅炉的发展 8
1.2.1 东方锅炉(集团)股份有限公司 8
1.2.2 哈尔滨锅炉厂有限责任公司 8
1.2.3 上海锅炉厂有限公司 9
1.2.4 西安热工研究院有限公司(TPRI) 9
1.2.5 清华大学 9
1.2.6 中国科学院工程热物理研究所 9
1.2.7 浙江大学 10
1.2.8 哈尔滨普华煤燃烧技术开发中心 10
1.3 国内外一些主要生产CFB锅炉公司的技术特点 10
1.4 国内各主要CFB锅炉制造公司的生产业绩和CFB锅炉电厂分布 12
1.5 CFB锅炉大型化与高参数化-超临界循环流化床锅炉 16
1.5.1 超临界循环流化床锅炉的必要性 16
1.5.2　Stein的SCCFB设计 16
1.5.3　ABB-CE的SCCFB设计 17
1.5.4　浙江大学提出的SCCFB设计 18
1.5.5　清华的SCCFB研究 19
1.5.6　FW的SCCFB设计研究开发 21
参 考 文 献 23
第二章 循环流化床锅炉流体动力特性 24
2.1 气固流态化形式 24
2.2 各类流态化的过渡准则 25
2.2.1 颗粒分类 25
2.2.2 由固定床到鼓泡床 26
2.2.3 由鼓泡流化床到湍流流化床 26
2.2.4 由湍流流化床过渡到快速流化床 27
2.2.5 由快速流态化过渡到悬浮稀相流(气力输送) 29
2.3 物料浓度沿炉膛高度(轴向)的分布 30
2.3.1 单调指数函数分布 31
2.3.2 S型分布 32
2.3.3 反C型分布 33
2.4 物料浓度沿炉膛径向的分布 36
2.5 循环流化床内的压力分布 38
2.6 循环流化床内固体颗粒速度沿床高及径向的变化规律 39
2.7 内循环量与外循环量的关系 41
2.8 颗粒循环流率GS的确定 43
2.9 临界流化风速UMF的确定 44
2.10 颗粒终端沉降速度UT的确定 46
2.11 循环流化床锅炉燃烧室中的气固流态分析 47
参 考 文 献 49
第三章 循环流化床锅炉中煤粒的燃烧 ………………………………………… 50
3.1 循环流化床锅炉中煤粒的燃烧过程 ………………………………………………50
3.1.1 干燥和加热 ……………………………………………………………………………50
3.1.2 挥发分析出及燃烧 ………………………………………………………………………50
3.1.3 煤粒在流化床中的破碎特性 51
3.1.4 破碎机理分析与定量表征 52
3.1.5 煤粒的磨损 56
3.1.6 焦炭燃烧 58
3.2 CFB锅炉燃烧份额的分布 59
3.3 影响流化床燃烧的主要因素 60
3.3.1 燃煤特性的影响 60
3.3.2 燃煤粒径的影响 61
3.3.3 布风装置和流化质量的影响 61
3.3.4 给煤方式的影响 62
3.3.5 床温的影响 62
3.3.6 床体结构和飞灰再燃的影响 62
3.3.7 运行水平影响 62
3.4 CFB锅炉分离器内的后燃现象及其影响因素 63
3.4.1 后燃现象 63
3.4.2 后燃特性的影响因素 63
参 考 文 献 64
第四章 循环流化床锅炉炉内传热计算 66
4.1 清华的传热理论及计算方法 66
4.1.1 循环流化床传热分析 66
4.1.2 受热面结构尺寸对传热的影响 67
4.1.3 CFB锅炉烟气侧换热系数ab 69
4.1.4 按清华方法对一台440 t/h 贫煤CFB锅炉的计算 72
4.1.5 100%负荷全炉膛传热量计算结果的校核 72
4.1.6 低负荷传热计算 73
4.1.7 CFB锅炉理论燃烧温度计算 85
4.1.8 考虑分离器后燃时的传热计算 86
4.2 巴苏的传热理论及计算方法 88
4.2.1 对流传热 89
4.2.4 辐射传热 91
4.3 实际工程及本文的传热计算结果 94
4.4 与国外文献发表的经验公式计算结果的对比 109
4.5 对传热系数计算结果的分析 109
参 考 文 献 112
第五章 CFB锅炉主要性能参数及结构尺寸的计算及选择 113
5.1 循环流化床锅炉的设计理论 113
5.1.1 循环流化床中的流态分析 113
5.1.2 确定炉型的流化状态 114
5.1.3 循环流化床中的物料平衡 115
5.2 主要性能参数的计算及选择 118
5.2.1 燃料及石灰石破碎粒度 118
5.2.2 加石灰石脱硫后的烟气体积Vy 120
5.2.3 炉膛空截面流化速度 121
5.2.4 烟气及物料在炉内的停留时间τ 123
5.2.5 一次风率r1 126
5.2.6 二次风率r2及二次风速W2 126
5.2.7 一、二次风温θ1、θ2 127
5.2.8 密相区热量释放份额δ 127
5.2.9 床层温度θcc 128
5.2.10 炉膛出口烟气温度θL″及分离器出口烟气温度θfl″ 129
5.2.11 床层压力PCC及风室风压PFS 129
5.2.12 床层高度h1 130
5.2.13 旋风分离器入口烟速Wfl′ 130
5.2.14 旋风分离器效率ηfl 130
5.2.15 飞灰份额afh 131
5.2.16 物料循环流率Gs 131
5.2.17 物料携带率Mwl 134
5.2.18 炉膛出口(分离器入口)处的物料浓度Cp 135
5.2.19 炉膛截面及炉膛截面热负荷q f 136
5.2.20 SO2的排放浓度 136
5.2.21 脱硫效率ηs 137
5.2.22 钙硫比Ca/S 138
5.2.23 石灰石耗量Bsh 140
5.2.24 炉底排渣量Qpz的计算 141
5.2.25 加石灰石脱硫的增益量Qs 141
5.2.26 SO2超低排放 143
5.2.27 锅炉烟气NOx排放浓度 144
5.2.28 飞灰可燃物Cfh及q4损失 145
5.2.29 最低不投油负荷Dmin和最低不投油负荷率BMLR 146
5.3 炉膛主要尺寸的确定 146
5.3.1 炉膛横截面面积Flt 146
5.3.2 炉膛截面尺寸的宽(b)深(a)比b/a 147
5.3.3 布风板截面积FBF的确定 147
5.3.4 炉膛高度h2的确定 147
5.3.5 二次风口位置及密相区高度的确定 148
5.3.6 给煤口、石灰石给料口、排渣口的确定 148
5.4 低负荷时性能参数的调整 149
5.4.1 床温及炉膛出口温度 149
5.4.2 床压 149
5.4.3 一次风率 149
5.4.4 飞灰份额αfh 153
5.4.5 密相区风速 153
5.4.6 稀相区烟速 153
5.4.7 循环倍率及循环流率 153
5.4.8 停留时间及飞灰可燃物 153
5.4.9 密相区燃烧热量释放份额 153
5.4.10 过热器喷水量 153
5.4.11 厂用电率 153
5.5 锅炉设计性能保证值的分析与确定 154
5.5.1 锅炉铭牌(最大连续)出力及设计参数 154
5.5.2 锅炉效率η 154
5.5.3 锅炉最低不投油稳燃负荷率BMLR 160
5.5.4 过热器、再热器喷水量 161
5.5.5 脱硫效率hs及SO2排放浓度CSO2 162
5.6 炉膛的性能设计计算步骤 162
参 考 文 献 171
第六章 布风装置设计 174
6.1 布风装置的组成和作用 174
6.2 布风装置的风帽形式 175
6.2.1 蘑菇形风帽 175
6.2.2 S形风帽(猪尾巴管形风帽) 175
6.2.3 大直径钟罩式风帽 175
6.2.4 定向风帽 175
6.2.5 T形风帽 176
6.3 水冷布风板 176
6.4 风室设计 177
6.5 支撑板的设计 177
6.6 风帽的设计 178
6.6.1 中小型CFB锅炉风帽设计 178
6.6.2 大型CFB锅炉风帽设计 178
6.7 布风板阻力 179
6.8 耐火保护层 181
参 考 文 献 181
第七章 高温气固分离器的性能及选择 182
7.1 高温分离器的型式 183
7.1.1 耐火材料制成的高温旋风分离器 183
7.1.2 水冷、汽冷高温旋风分离器 184
7.1.3 水(汽)冷方形分离器 184
7.1.4 惯性分离器 185
7.2 旋风分离器的结构尺寸与性能 185
7.2.1 进气管 187
7.2.2 筒体 188
7.2.3 排气管 189
7.2.4 圆锥体 189
7.3 影响旋风分离器分离性能的运行参数 190
7.3.1 切向进口风速的影响 190
7.3.2 烟气温度的影响 191
7.3.3 粒径的影响 191
7.3.4 进口颗粒浓度的影响 191
7.3.6 分离器效率提高后对运行性能的影响 194
7.4 旋风分离器的设计步骤 196
7.5 典型CFB锅炉旋风分离器性能计算结果 200
参 考 文 献 208
第八章 回料器 209
8.1 回料器的种类 209
8.2 回料器工作原理 210
8.3 物料循环系统的压力平衡 210
8.4 流化密封回料器的设计 211
8.4.1 返料口位置的确定 211
8.4.2 出灰管或立管的设计 212
8.4.3 其他尺寸的确定 213
8.4.4 回料器的保护 213
8.4.5 一些典型回料器设计数据 213
8.5 回料器内进出口物料风量的热平衡 213
参 考 文 献 214

第九章 冷渣器的设计与运行 216
9.1 几种常用的典型冷渣器 216
9.1.1 HG型风水联合冷渣器 216
9.1.2 SG型风水冷流化床冷渣器(FBAC) 217
9.1.3 DG型风水联合冷渣器 217
9.1.4 气垫床冷渣机 218
9.1.5 射流床冷渣器 219
9.1.6 滚筒式冷渣机 219
9.1.7 滚筒式冷渣机生产厂家及生产业绩 220
9.2 风水联合冷渣器的设计 228
9.2.1 确定冷渣器台数和结构尺寸以及布置位置