循环流化床锅炉概述和特点详解ppt

  循环流化床锅炉燃烧系统是一个大滞后，强耦合的非线性系统，各个变量之间相互影响。有的被调参数同时受到几个调节参数的共同影响，如床层温度要受到给煤量，石灰石供给量、一次风量及返料量等多个参数控制。同时，有的调节参数又影响多个被调参数，如给煤量不仅影响主汽压力，还影响床温，炉膛温度，过量空气系统及SO2含量等参数。因此，在构造循环流化床锅炉控制方案时只有抓住重要的因素，同时兼顾各个因素，才能构造出满足系统要求的控制策略。 循环流化床锅炉控制与普通煤粉炉的区别 由于CFB炉内流态化工况，燃烧过程复杂，加之有飞灰物料循环，结合对循环回路动态模型的分析，可见CFBB在燃烧制上主要有以下特点和难点: 1.保持循环流化床状态，在正常状态下，自控规律正常发挥作用.非正常状态下，只能实现安全措施，维持安全运作时的状态(不熄火，不结焦)。负荷问题，热效率问题可能够不上。 2.主要扰动两个.一是负荷扰动，二是煤质扰动， 原则上，负荷靠煤质控制(风相当变化)，但煤量影响，若用煤量控制床温与负荷控制发生矛盾。一个控制量证两个状态同时稳定在一个值上是不可能的.故允许床温波动(在一些范围内) 燃烧控制的特点和难点 3.不确定性 当煤增加进快时，有个吸热过程，可能使床温有下降趋势.简单闭环控制也许会出现反调节.煤堆积过多在后期会出现失控现象，床温持续升高，会结焦。一次风增加会降床温。但当床层较厚、积煤过多时，增加一次风可能升温，在不同阶段，有不同的响应。 4. 设备不过关，如堵煤，冷汽机不灵等。 5. 过程滞后大。 6. 多变量之间祸合严重。总风量影响烟氧量，但同时影响床温。二次风影响循环倍率，影响碰撞换热效率，并影响床温。对调节床温来说，煤、一次风、二次风、床温均有影响.同时变化必须解耦，否则出现推挽不确定现象。系统稳定不下来。 7.运行人员要接受先进操控方法，往往很困难。 燃烧控制的特点和难点 循环流化床锅炉的控制项目 锅炉主控 汽包水位控制 风量控制 过热汽温控制 燃料和石灰石控制 床压控制 床温控制 启停控制 锅炉主控 调 节 锅 炉 负 荷 以 适 应 外 界 需 要 单 元 制 锅 炉 与 汽 机 组 成 单 元 机 组 一 切 在 单 元 机 组 行 之 有 效 的 各 种 协 调 控 系 统 均 可 适 用 于 循 环 流 化 床 锅 炉 母 管 制 设 压 力 调 节 单 元, 保 持 母 管 压 力 恒 定: 在 锅 炉 之 间 分 配 负 荷 锅炉主控 风量控制 按负荷需要配以足够的总风量保证经济燃烧 按 工 艺 要 求 保 持 各 种 风 量 之 间 的 配 比关 系 1 设 风 量 总 控 单 元 按 锅 炉 主 控 要 求 配 总 风 量 各 种 参 加 燃 烧 的 风 量 都 应 计 入 2 设 各 类 风 量 调 节 单 元 一 次 风 二 次 风 喷 嘴 一 次 风 播 煤 风 风量控制 Circofluid CFBB 输入信号 输入信号 输入信号 100% 100% 100% 一次风控制 二次风控制 燃料和石灰石控制 床 温 控 制 1 利用外置换热器，控制流过的固体物料量 有外置换热器 2 控制通过L阀的固体物料循环率，改变床层密度 有固体物料储仓 3 调节气速来控制床层密度分布 床 温 控 制 影 响 床 温 的 因 素 给 煤 量, 石 灰 石 量, 循 环 灰 量, 灰 温, 一 二 次 风 比 例 控 制 方 案: Lurgi 调 冷 热 灰 量 比 Circofluid 调 冷 灰 回 炉 量 Pyroflow 调 一 二 次 风 比 例 Circofluid CFBB 床 温 控 制 床 压 控 制 汽包水位调节 三 冲 量 OP OP DI VALVE 汽包水位 主汽流量 Slot 22 Kx Slot 20 P I D OPTI T C I O P FFCI P I D OPTI T C I O P FFCI Slot 25 Slot 24 Slot 23 Slot 26 ALARM SP c d a b DO Slot 21 给水流量 a b c d 主蒸汽温度调节 串 级 调 节 过热汽温 减温器后汽温 OP OP DI VALVE Kx+b Slot 10 P I D OPTI T C I O P FFCI P I D OPTI T C I O P FFCI Slot 13 Slot 12 Slot 11 Slot 14 ALARM SP a b a b DO Slot 15 Kx+b 热电联产汽轮机的控制 热 电 联 产 的 优 点 提 高 能 源 的 利 用 率 优 化 能 源 结 构 减 少 重 复 建 设, 压 缩 基 建 投 资 集 中 管 理, 省 人 增 效 热 电 联 产 汽 机 控 制 的 要 求 以 热 定 电 方 针 的 贯 彻 热 电 负 荷 相 互 干 扰 的 防 止 保 证 汽 机 工 作 在 安 全 区 内 的 方 法 热电联产机炉协调控制管理系统 热电联产协调控制系统 适 应 供 热 机 组 各 种 运 行 工 况( 冬 季, 夏 季, 纯 凝 汽) 充 分 保 证 供 热 机 组 运 行 的 安 全 可 以 响 应 电 网 调 功 调 频 的 要 求 为 机 组 运 行 提 供 了 操 作 指 导 5 充 分 利 用 了 锅 炉 的 蓄 热, 能 快 速 反 应 外 界 负 荷 需 求 热电解耦示意图 N PI PI MW K1 K2 -K4 K3 供汽量Q 进汽量Q1 N1 N2 Q2 电负荷变化时 设计K1，K3 使 Q1= Q2，保持Q不变 热负荷变化时 设计K2，-K4 使 N1= N2，保持N不变 Circofluid CFBB Good morning. It is my pleasure to join you today for a brief update on ABB, and some of the steps we are taking to strengthen our customer focus, our performance, and our growth prospects. Page * 循环流化床锅炉概述和特点详解 CFBB发展动因 良好的环保特性 燃烧劣质燃料 循环流化床原理 什么是循环流化床 主要特征 主要炉型 什么是循环流化床锅炉 循环流化床锅炉是一种燃用化石燃料来生产蒸汽的装置。锅炉的炉膛运行在一种特殊的流体动力特性下：细颗粒被以超过平均粒径颗粒终端速度的气速输送通过炉膛，同时又有足够的颗粒返混以保证炉膛内的温度分布均匀。 循环流化床原理示意图 煤和石灰石 二次风 一次风 返料风 密相区 稀相区 旋风分离器 返料器 料腿 去外置换热器 位置 流态 二次风口下湍流床/鼓泡床 二次风口上快速床 旋风分离器旋涡运动 返料器料腿移动床 返料器/外置床鼓泡床 尾部烟道气力输送 循环流化床锅炉的优点 燃料适应性广：高硫分，高灰分，高水分，低挥发分 环保品质好。NOx〈50--150ppm, 脱硫效率〉90%（钙硫比1.5--2.5) 燃烧效率高。97.5--99.5% 气固混合好,飞灰再循环,过剩空气系数小 负荷调节性好.在20-100%负荷范围内，燃烧稳定,负荷调节速率4%/分钟 热强度高 投资略小、灰渣利用率高 流化态定义 定义：使细颗粒通过与气体或液体的接触而转变 成类似流体的一种运作时的状态。 表观特征： 1.在任一高度的静压近似于此高度上 单位床截面内固体颗粒的重量。 2.无论床层如何倾斜，床面水平， 床层为容器形状。 3.床内固体颗粒会从侧面或底部流出。 4.密度高于床层表观密度的物体会下沉， 低的会浮出表面。 5.床内颗粒混合良好，床温均匀。 流态化示意图 在上行气流中 单个颗粒的受力 浮力 重力 曳力 气体 钢球 羽毛球 气体 气体 流态变化过程 床层密度 气流速度 固定床 鼓泡床 节涌 湍流床 快速床 气力输送 Umf Ut p u 临界风速 输运速度 不同流化床的截面热负荷 0 30 20 10 60 50 40 常压流化床 增压流化床 鼓泡床 鼓泡床 循环床 循环床 截面热负荷，MW/M2 循环流化床锅炉特殊部件 布 风 板 作用： 支持静止料层 形成均匀的气体流速分布 维持料层稳定 常见形式：风帽式和密孔板式 布风板结构示意图 风 帽 隔热层 花 板 风 室 风 道 (a)布风板 (b)布风板上的风帽 循环流化床锅炉特殊部件 气 固 分 离 器 作用：将大量高温固体颗粒从气流中分离出来 要求：高温下长时间运行；能分离极高浓度气流；低阻力；分离效率高 分惯性分离和旋风分离两种 旋风分离器又分高温（800--900℃） 主要有绝热型，水冷型，汽冷型 中温（400--600℃） 固体物料回送装置 作用：将分离器分离的高温固体颗粒稳定地送回压力较高的燃烧室，并保证气体反窜量最小。 分两部分：立管防止气体反窜，阀起调节和控制 阀有三种： 可控阀 L，J，H，V型等，能调节颗粒流量 通流阀 经一压力屏障，将颗粒从低压送到高压区，调节作用很小。阀和立管依压力平衡关系自动平衡颗粒流量 气力输送阀 循环流化床锅炉特殊部件 四种可控型非机械阀示意图 充气 L 阀 流化气体 流化气体 V 阀 换向密封阀 J 阀 V 阀 流化床 通流孔 充气 充气 通流型非机械阀 充气 流化气体 充气 流化气体 密闭输送阀 流动密封阀 AHLSTROM的回料装置 高压风 风室 炉膛 煤&风 循环物料 三种主要炉型 LURGI型CFBB PYROFLOW型CFBB FW型CFBB 850C 绝热型 分离器 FBHE 炉膛 850C 850C 绝热型 分离器 炉膛 850C 850C 汽冷 分离器 炉膛 850C Q管屏 INTREX 床温850--900C 稀相区风速5.5--6M/S 煤粒5--15MM 循环倍率30--40 床温800--900C 稀相区风速4.0--6.0M/S 燃料粒径0--10MM 分离器出口烟温900C 循环倍率40--50 床温850--900C 稀相区风速5--5.5M/S 燃料粒径0--10MM 分离器出口烟温850--900C 循环倍率30--40 CIRCOFLUID型CFBB典型布置图 1 2 3 4 5 6 1--一次风室 2--浓相区 3--悬浮段 4--蒸发管 5--过热器 6--高温省煤器 7 8 9 10 11 7--低温省煤器 8--空气预热器 9--旋风分离器 10--灰回送装置 11--灰冷却器 运行参数 床温850--900C 流化风速3.5--5M/S 分离器内温度400C 循环倍率10--20 东方锅炉厂410T/H结构 二次风机 一次风机 一次风 返料风 除尘器 石灰石 细煤 飞灰再循环风机 J阀风机 播煤增压风机 石灰石送粉风机 引风机 风道点火增压风机 过热器 过热器 过热器 过热器 空预器 空预器 空预器 循环流化床的控制 燃烧和传热分析 闭环控制 联锁保护 煤燃烧的阶段 干燥和加热 挥发分析出和燃烧 膨胀和一次破碎 焦炭燃烧 二次破碎和磨损 时间秒 温度 200 1000 800 600 400 1200 3 5 200 1 2 3 4 1.干燥和加热 2.挥发分析出 3.着火/一级破碎 4.二级破碎 焦炭燃烧 磨损细粒 不同粒径煤在循环流化床锅炉中的燃烧方式 1000 100 10.0 1.0 0.1 1 2 3 0.001 0.01 0.1 1.0 10.0 0 10 20 30 流化速度: 3.5m/s 床温: 850度 炉高: 17.5m 过量氧: 7% (体积) 颗粒在悬浮段停滞时间 分离器临界直径 烟煤燃尽时间 褐煤燃尽时间 颗粒沉降速度 循环倍率 循环倍率 颗粒沉降速度 颗粒直径 1--煤粒一次通过炉膛后就实现燃尽; 2--煤粒经过多次循环后实现燃进; 3--煤粒留在床内燃烧; Dopt 一次通过燃尽颗粒; Dmax 一次通过实现燃尽的最大颗粒 Dmax Dopt 影响燃烧的因素 时间、温度、湍流度是组织良好燃烧过程的关键 二次风口下：新鲜燃料的挥发份析出、分离器来的未燃烬焦炭燃烧，还原性气氛。 二次风口以上：大部分焦炭燃烧，富氧状态。 高温气固分离器：少量焦炭燃烧，氧浓度很底。 床温：床温高燃烬率高，但影响环保，一般800--900°C 煤粒在锅炉内的平均停留时间：tm=60.Hs.Ad.p/B Hs静止料层高度 Ad布风板面积 p料层堆积密 B燃料消耗量 影响床层向壁面传热的因素 悬浮物浓度：传热系数与悬浮物密度的平方根成正比 从炉底到炉定的传热系数是变化的，受气流量、固体循环率、炉内固体颗粒量、颗粒粒径分布和温度分布影响。 可通过改变一、二次风比来控制炉膛上部的悬浮物密度 流化速度：与鼓泡流化床不同，在快速床中除影响悬浮物密度外，对传热系数无较大的直接影响 传热表面垂直长度的影响：传热系数随垂直长度增加而减少，在一定长度后，趋向于一渐近值。 床温：在一定悬浮物密度下，总传热系数随床温的增加而增加 流化床各参量之间的耦合关系 AHLSTROM CFBB 控制策略 Circ CFBB 闭 环 控 制 循环流化床锅炉的控制特点 颗 粒 燃 料 的 燃 烧 经 历 多 次 反 复 循 环 为 建 立 流 化 一 次 风 量, 风 速 有 最 大, 最 小 值 为 降 低Nox 排 放, 一 二 次 风 配 比 有 严 格 要 求 布 风, 燃 料, 石 灰 石 播 洒 应 均 匀 为 除 硫 增 加 石 灰 石 粉 碎 与 添 加 系 统 为 优 化 除 硫 床 温 控 制 在 850-900 ?C 为 安 全 连 续 运 行, 热 料 再 循 环 要 严 格 调 试 测点布置合理、可靠 锅 炉 启 停 有 特 定 循 序 锅 炉 安 全 保 护 有 特 殊 要 求 循环流化床锅炉在结构及燃烧方式上均与普通煤粉炉不同,因此其控制要求及控制方案与普通煤粉炉也有一定差别。 由于循环流化床锅炉采用布风板上床层流化燃烧方式,其燃烧控制方案与煤粉炉完全不一样。 由于流化床锅炉要在炉内进行石灰石脱硫,故循环流化床锅炉必须增加石灰石料控制管理系统。 另外，循环流化床锅炉烟气中的未燃粒子经过旋风分离器后要由返料装置送回炉床继续燃烧，所以循环流化床锅炉一定要有返料控制管理系统。 循环流化床锅炉正常燃烧时需要控制一定的床层厚度，而床层厚度由排渣系统来进行控制，所以循环流化术锅炉一定要有排渣控制（床层高度控制）系统。 除此之外，循环流化床锅炉的其它控制管理系统与常规煤粉的控制要求及控制方案基本相同，包括给水调节系统，一次风控制管理系统，二次风控制管理系统，主汽温控制管理系统及引风控制管理系统等。 循环流化床锅炉控制与普通煤粉炉的区别 Page * Page * Good morning. 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