循環(huán)流化床鍋爐
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2026-01-05
循環(huán)流化床鍋爐的實例教程
循環(huán)流化床（CFB，Circulating Fluidized Bed）鍋爐作為一種高效且環(huán)保的燃燒設(shè)備，在發(fā)電廠和工業(yè)供熱領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。它通過在爐膛內(nèi)構(gòu)建高速流動的顆粒床層，實現(xiàn)燃料的高效燃燒，并且具備處理多種燃料的能力，涵蓋劣質(zhì)煤、生物質(zhì)等。為保障燃燒過程的高效與環(huán)保，精準(zhǔn)控制煙氣中的氧含量顯得非常關(guān)鍵。
燃燒控制系統(tǒng)的特性
對循環(huán)流化床鍋爐的燃燒系統(tǒng)進(jìn)行分析可知，該系統(tǒng)具有多輸入、多輸出以及滯后性顯著等非線性時變特征，各參數(shù)在強(qiáng)耦合狀態(tài)下相互作用，具體表現(xiàn)如下：
其一，在控制某一參數(shù)時，往往受到多個條件變量的影響。例如，在控制煙氣含氧量時，需對一級風(fēng)量、二級風(fēng)量、燃燒量等多個參數(shù)進(jìn)行協(xié)同操作與調(diào)節(jié)。
其二，一個參數(shù)的調(diào)整又會對其他多個參數(shù)產(chǎn)生影響。比如，調(diào)節(jié)一次風(fēng)量時，會波及床溫、煙氣含氧量等參數(shù)。因此，要重視并加強(qiáng)對鍋爐燃燒效率的分析，首先需著重研究各參數(shù)之間的強(qiáng)耦合性。一般的自動控制系統(tǒng)難以勝任此任務(wù)，需采用有效方法對參數(shù)的過度變化情況進(jìn)行控制。
循環(huán)流化床鍋爐煙氣氧含量的控制
控制煙氣氧含量的主要目的在于提高循環(huán)流化床鍋爐的燃燒效率，進(jìn)而實現(xiàn)節(jié)能減排。而要提升鍋爐的燃燒效率，關(guān)鍵在于確保燃料量與空氣量達(dá)到最佳配比。若配比比例不當(dāng)，無論是過大還是過小，都會降低鍋爐的燃燒效率。
當(dāng)空氣比例過大時，會產(chǎn)生額外的能量損耗。由于空氣中氮氣占比達(dá) 79%，而氮氣無法參與燃燒，且在燃燒過程中會吸收一定熱量并排放到大氣中，導(dǎo)致這些熱量被帶走。盡管此類能量損耗難以完全避免，但可通過有效手段加以控制。反之，若運行過程中空氣比例過小，燃料將無法充分燃燒，不僅會造成燃料中熱量的損失，還會產(chǎn)生氫氣和一氧化碳等有毒可燃?xì)怏w，對大氣環(huán)境造成污染。
展開 將分離下來的飛灰順利地送入爐內(nèi)，并隨鍋爐參數(shù)及負(fù)荷的變化完成對循環(huán)物料量的自動調(diào)節(jié)；②#1、#2外置床用來調(diào)節(jié)再熱汽溫；#3、#4外置床用來調(diào)整床溫；③密封。防止?fàn)t膛的煙氣反竄進(jìn)入旋風(fēng)分離器。210MW負(fù)荷進(jìn)行了外置床性能試驗。試驗表明，在保證返料正常的情況下，開大內(nèi)、外均流風(fēng)有利于返料穩(wěn)定、降低溫床，減少減溫水用量。當(dāng)鍋爐負(fù)荷變化時，可通過開大或關(guān)小外置床均流風(fēng)來控制進(jìn)入爐膛的循環(huán)灰量，以此來控制爐膛溫度。當(dāng)密相區(qū)床溫過高時，可以開大#3、#4外置床均流風(fēng)，增加循環(huán)灰量，降低床溫；反之，關(guān)小#3、#4外置床均流風(fēng)，減少循環(huán)灰量，提高床溫。
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結(jié)論
富氧燃燒技術(shù)與CFB鍋爐結(jié)合具有爐內(nèi)換熱性能增強(qiáng)、鍋爐效率提高、污染物排放低等優(yōu)點，是將來具有競爭力的一種潔凈煤發(fā)電技術(shù)。對CFB鍋爐二次風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行富氧燃燒改造，輔以煙氣再循環(huán)技術(shù)，有利于爐內(nèi)的分級燃燒，遏制氮氧化物生成，提高鍋爐效率。
文章來源：熱電熱力技術(shù)
展開 3)利用氨水替代尿素作為 SNCR 還原劑，可提升 CFB 鍋爐低負(fù)荷下的 SNCR 脫硝效率，降低氨氮比。
文獻(xiàn)信息
段
守保,辛勝偉,顧從陽,杜佳軍,王虎,謝國威,鄔萬竹.循環(huán)流化床鍋爐低負(fù)荷下超低NO_x排放研究[J].潔凈煤技術(shù),2021,27(S2):299-303.DOI:10.13226/j.issn.1006-6772.21120901.
440t循環(huán)流化床-燃燒-3維全尺寸模擬，難點：循環(huán)物質(zhì)從出口逃逸的量=循環(huán)物質(zhì)從入口增加的量，通過UDF實現(xiàn)，保持內(nèi)部循環(huán)粒子守恒
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隨著丹麥水冷振動爐排技術(shù)的引進(jìn)及推廣運行，國內(nèi)多家企業(yè)通過學(xué)習(xí)和消化推出了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的生物質(zhì)爐排爐燃燒技術(shù)，已規(guī)模化投入運行，代表廠家包括上海四方鍋爐廠、無錫華光鍋爐有限公司等。
流化床技術(shù)作為一種以固體顆粒流態(tài)化為特征的燃燒技術(shù)在燃用生物質(zhì)方面相比層燃技術(shù)有著眾多優(yōu)點。首先流化床內(nèi)有大量惰性床料，熱容高，對高含水率生物質(zhì)燃料的適應(yīng)性強(qiáng)；其次，流化床內(nèi)氣固混合物的高效傳熱傳質(zhì)使得生物質(zhì)燃料進(jìn)入爐膛后可以迅速加熱升溫，同時高熱容床料可維持爐膛溫度，保證在燃用低熱值生物質(zhì)燃料時的燃燒穩(wěn)定性，在機(jī)組負(fù)荷調(diào)整方面也具有一定優(yōu)勢。在國家科技支撐計劃支持下，清華大學(xué)開發(fā)了“高蒸汽參數(shù)生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)”，并采用該技術(shù)成功開發(fā)了目前世界容量最大的125 MW超高壓一次再熱生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐、首臺純?nèi)加衩捉斩挼?30 t/h高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐。
由于生物質(zhì)尤其是農(nóng)業(yè)廢棄物堿金屬和氯含量普遍較高，燃燒過程中存在高溫受熱面積灰、結(jié)渣和腐蝕等問題，國內(nèi)外生物質(zhì)鍋爐蒸汽參數(shù)多為中溫中壓，發(fā)電效率不高，生物質(zhì)層燃直燃發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性制約了其健康發(fā)展。
2. 生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)
生物質(zhì)氣化發(fā)電采用特殊的氣化反應(yīng)器，把生物質(zhì)廢棄物，包括木料、秸稈、稻草、甘蔗渣等轉(zhuǎn)換為可燃?xì)怏w，產(chǎn)生的可燃?xì)怏w再經(jīng)過除塵除焦等凈化工序后，送到燃?xì)廨啓C(jī)或內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行發(fā)電[3]。目前常用的氣化反應(yīng)器可以劃分為固定床氣化爐、流化床氣化爐和氣流床氣化爐。在固定床氣化爐中，物料床層相對穩(wěn)定，會順序完成干燥、熱解、氧化以及還原等反應(yīng)，最后轉(zhuǎn)化為合成燃?xì)狻８鶕?jù)氣化劑與合成燃?xì)饬鲃臃较虻牟町悾潭?em>床氣化爐主要有上吸式（逆流式）、下吸式（順流式）、橫吸式氣化爐三種形式。流化床氣化爐由氣化室和布風(fēng)板等組成，氣化劑通過布風(fēng)板均勻給入氣化爐中，按氣固流動特性不同，可以分為鼓泡流化床氣化爐和循環(huán)流化床氣化爐。
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循環(huán)流化床鍋爐煙氣氧含量的控制
控制煙氣氧含量的主要目的在于提高循環(huán)流化床鍋爐的燃燒效率，進(jìn)而實現(xiàn)節(jié)能減排。而要提升鍋爐的燃燒效率，關(guān)鍵在于確保燃料量與空氣量達(dá)到最佳配比。若配比比例不當(dāng)，無論是過大還是過小，都會降低鍋爐的燃燒效率。
當(dāng)空氣比例過大時，會產(chǎn)生額外的能量損耗。由于空氣中氮氣占比達(dá) 79%，而氮氣無法參與燃燒，且在燃燒過程中會吸收一定熱量并排放到大氣中，導(dǎo)致這些熱量被帶走。
循環(huán)流化床(CFB)鍋爐具有燃燒效率高、燃料適應(yīng)性強(qiáng)、環(huán)保性能好等特性，近幾十年在我國快速發(fā)展。隨著 CFB 鍋爐技術(shù)的不斷進(jìn)步，其負(fù)荷調(diào)節(jié)能力不斷增強(qiáng)，通過依靠爐膛內(nèi)大量循環(huán)物料，CFB 鍋爐正常可在低負(fù)荷下安全運行而無需投入助燃油。
中國循環(huán)流化床（CFB）鍋爐總裝機(jī)近1億kW，CFB鍋爐數(shù)量超過3000臺，對CFB鍋爐進(jìn)行富氧燃燒技術(shù)的改造有巨大的市場，改造后的CFB鍋爐可以繼續(xù)保持污染物排放低的特點，又同時具有傳熱效率高、燃燒完全、排煙損失小等優(yōu)點。富氧燃燒技術(shù)與CFB鍋爐結(jié)合將成一種更具競爭力的燃燒技術(shù)，是未來潔凈煤發(fā)電技術(shù)的新趨勢。
在國家科技支撐計劃支持下，清華大學(xué)開發(fā)了“高蒸汽參數(shù)生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)”，并采用該技術(shù)成功開發(fā)了目前世界容量最大的125 MW超高壓一次再熱生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐、首臺純?nèi)加衩捉斩挼?30 t/h高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐。
15年以上相關(guān)科研及項目經(jīng)歷,長期從事 Ansys Fluent相關(guān)的工作，出的書籍有循環(huán)流化床鍋爐Fluent理論與技術(shù)，精通Fluent流體力學(xué)等。
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以一個生物質(zhì)電廠建兩臺75噸／小時鍋爐為例，按國產(chǎn)設(shè)備價格計算，兩臺水冷爐排爐和兩臺循環(huán)流化床鍋爐相比，約增加費用1000萬元，年增加折舊費約50萬元，按年息6%計息、年增財務(wù)費用60萬元。另外，水冷爐排爐秸稈輸送系統(tǒng)費用也要有所增加。
秸稈打捆需設(shè)秸稈收購點，使費用增加。
440t循環(huán)流化床-燃燒-3維全尺寸模擬，難點：循環(huán)物質(zhì)從出口逃逸的量=循環(huán)物質(zhì)從入口增加的量，通過UDF實現(xiàn)，保持內(nèi)部循環(huán)粒子守恒
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對于循環(huán)流化床鍋爐、反應(yīng)器、焙燒爐等實際工業(yè)設(shè)備，其中包含顆粒-流體流動，顆粒數(shù)量達(dá)到天文數(shù)字且密相-稀相并存，化學(xué)反應(yīng)也極為復(fù)雜，F(xiàn)luent等通用CFD軟件無法勝任。遇到該類問題時，CAE工程師往往會另辟蹊徑，選擇基于CPFD方法（強(qiáng)耦合的歐拉-拉格朗日方法）的Barracuda等軟件以解決難題。
