岳光溪 清华大学热能工程系, 中国 北京 100084
将化工领域的态化气固反应器引入燃烧领域即使流化床燃烧技 术。 由于流态化能够使气体和固体颗粒之间发生强烈的相互作用， 加强了气固，固固之间的传热传质，因此流化床燃烧具备低热 值固体燃料适应性，低成本石灰石炉内脱硫特性和本征的低氮 氧化物排放特性。 中国是一个燃煤大国。燃煤引发的空气污染及二氧化碳排放对 中国的发展形成制约。因此具备燃料适应性强，低成本污染控 制的流化床燃烧技术得到长足发展。总装机容量已经超过8000 万千瓦。 中国循环流化床锅炉研究取得了巨大进步，走向世界先进水平。
循环流化床燃烧理论研究历史演 变
•先有工程经验，后有研究：1970德国鲁奇公司开发
出第一台循环流化床锅炉。引发80年代后的大量研究 工作。形成全世界若干技术流派，如鲁奇型技术，芬 兰奥斯龙技术，美国FW技术，德国Babcock 技术等。 •所有的研究均是基于化工流化床反应器的研究基础， 因而不能完美解释流化床燃烧现象。 •中国的循环流化床研究开发始于80年，基于鼓泡床 燃烧经验。初期十年遇到了巨大障碍。90年后才步入 正轨。逐步形成了完整循环流化床燃烧设计理论 •循环流化床燃烧设计理论由流动，燃烧，传热，污 染控制四部分构成。
国外研究集中于单颗粒煤在流化床内的燃烧历史。 中国研究则将煤颗粒燃烧时间尺度演变与颗粒运动空间演变结合。提 出了循环流化床内燃烧份额分配概念。并找到了燃烧份额与流化风速 和煤种，煤粒度的关系。形成了锅炉燃料基配设计标准。
1.00 0.5~0.6mm 1.0~1.6mm 0.75
1.00 半焦 Vdaf=2.58% 原煤 Vdaf=34.4% 0.75
30 A 技术 25 B 技术 C 技术 D 技术 15 E 技术 推荐 流动下限 颗粒粒径 5 软煤(褐煤) 硬煤(无烟煤) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 F 技术 G 技术 H 技术 I 技术 旋风筒 磨损极限 高效分离器
循环流率 GS kg/(m2s)
20
10
流化速度 uf m/s
325
换热系数 αW/ (m2K)
1.12
1 2
225
无量纲传热系数 K
275
1.08
距离布风板高度 h=12.0m 距离布风板高度 h=18.5m 距离布风板高度 h=23.0m
1.04
175
1-模型计算结果 800℃ 2-商业化模型结果 800℃
1.00
12510
20
30
40
50
60
0.96 0.00
ut m/s 0.8 upt Gs1 鼓泡 流化 床区 Gs2 Gs3 Gs5 Gs4 快速流 化床区 upt 气力 输送 床区 0.9 1.0
0.7

0.6 A
散式膨胀
up=0
C 初始快速流化 Al2O3 dp=54m s=3580kg/m3 p=870kg/m3 1.0 2.0 uf, m/s 3.0 4.0 Gs1=0.00076 Gs2=0.00191 Gs3=0.01810 Gs4=0.02570 Gs5=0.04050
100
0.4
P(i)/(%/m) 频率分布
75
(i)/%
0.3
效率
50 分离器分离效率 排渣效率 系统保存效率 床料粒度分布 250 500 750 颗粒粒径 di/m
0.2
25
0.1
0 0
0.0 1000
快速床具备多态性 在快速床区域，即使流化风速相同，如果颗粒上升流率Gs不 同，快速床的状态也可以不同。因此，颗粒上升流率Gs和流化 风速uf两个参数确定一个快速床状态。 各个技术流派的快速床状态点均分布在快速床最小夹带率线 和系统综合保存效率线之间的三角区域内
0.8
临界流化点 鼓泡点 B 0.1 umb
0.5 umf
0.7 7.0
5.0
6.0
广义流化分区

化工流化床内的固体颗 粒为窄粒径催化剂。分 离器保证催化剂不流失。 是闭口系。 循环流化床燃烧锅炉内 的固体颗粒为宽粒径煤 灰。随燃料加入，必须 有灰分排出，是开口系。 系统对不同粒径颗粒有 不同保存效率。平衡结 果向一个粒度集中。仅 当该粒度物料浓度达到 饱和时才能进入快速床 状态。 按照该理论，确定了分 离器性能设计要求。
1.00 uf=7.5m/s uf=6.2m/s 0.75
相对高度 H
0.50
相对高度 H
相对高度 H
0.50
0.50
0.25
0.25
0.25
0.00 0.0
0.25
0.50
0.75 1.00
0.00 0.0
0.25
0.50
0.75 1.00
0.00 0.0
0.25
0.50
0.75 1.00
累计燃烧份额 R/%
累计燃烧份额 R/%
累计燃烧份额 R/%
中国学者发现了循环流化床密相区在富氧条件下的欠氧燃烧现象及其 对密相区燃烧份额的抑制。修正了国际上的模型计算错误。 中国学者还发现了循环流化床稀相区中心欠氧现象，给二次风动量设 计提供了依据。
贫氧区 二次风 二次风
国外研究集中于颗粒流对水冷壁传热机制。 中国学者则将传热机制简化为颗粒对流和颗粒辐射两项。并依 此进行了大规模现场试验，形成了在燃烧室二维传热系数的分 布经验关系式。直接用于锅炉设计。
物料浓度 ρ kg/m3
基本流态分类
Lm
Lmf
LB
气体
气体
气体
气体
气体
气体
固定床 起始流化
0.8
鼓泡床
湍动床
ut m/s upt Gs1 鼓泡 流化 床区 Gs2
快速床
气力 输送 床区 Gs3 Gs5 Gs4 快速流 化床区 upt
气力输送
1.0
0.7
0.9

0.6 A
散式膨胀
up=0
C 初始快速流化 Al2O3 dp=54m s=3580kg/m3 p=870kg/m3 1.0 2.0 uf, m/s 3.0 4.0 Gs1=0.00076 Gs2=0.00191 Gs3=0.01810 Gs4=0.02570 Gs5=0.04050
0.8
临界流化点 鼓泡点 B 0.1 umb
0.5 umf
0.7 7.0
5.0
6.0ຫໍສະໝຸດ 传统循环流化床锅炉设计仅确定流化风速，Gs自然平衡。运行时流化 状态不稳定。 清华研究者提出循环流化床定态设计概念，即流化状态的两个参数事 先设定。运行时将Gs控制到设计点。 依此提出了循环流化床流化状态设定图谱。使循环流化床设计进入先 验阶段