循環(huán)流化床燃燒技術(shù)在清潔生產(chǎn)中的前景探討

福建省鍋爐壓力容器檢驗(yàn)所　何錦坤

循環(huán)流化床燃燒技術(shù)在清潔生產(chǎn)中的前景探討

福建省鍋爐壓力容器檢驗(yàn)所何錦坤

循環(huán)流化床（CBF）燃燒技術(shù)能更有效地提高燃燒效率，降低SO2和NOX的排放，在燃用劣質(zhì)燃料、生物質(zhì)燃料、垃圾的焚燒處理與余熱利用等方面具有獨(dú)特的前景。隨著理論研究的不斷創(chuàng)新和實(shí)際應(yīng)用技術(shù)的日臻完善，循環(huán)流化床燃燒技術(shù)必將為清潔生產(chǎn)和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)揮出更大的作用。

循環(huán)流化床燃燒技術(shù)清潔生產(chǎn)

1　循環(huán)流化床燃燒技術(shù)簡(jiǎn)介

循環(huán)流化床鍋爐與其他燃用固體燃料的鍋爐最主要的區(qū)別是其燃料（包括惰性爐料）顆粒處流態(tài)化的燃料反應(yīng)與熱交換的過(guò)程。以煤為例，其顆粒度大小介于層燒爐塊煤和粒煤與粉煤爐的煤粉之間（一般為1mm～10mm）。在氣流的作用下，氣流的吹托力和顆粒在氣流中的浮力之和大于或等于顆粒的重力時(shí)，顆粒就可漂浮起來(lái)，顆粒間的距離擴(kuò)大，并能在一定的高度范圍內(nèi)作一定程度的移動(dòng)。隨著氣流速度的提高，顆粒層高度增加，顆粒運(yùn)動(dòng)加劇，上下翻滾，好像液體在沸點(diǎn)時(shí)的沸騰現(xiàn)象，燃料在這種狀態(tài)下燃燒稱(chēng)為流化燃燒。燃料顆粒在爐膛中，質(zhì)量密度較大的顆粒被氣流帶到一定高度，因?yàn)榱Φ钠胶怅P(guān)系而懸浮在一定的空間區(qū)域內(nèi)。由于流動(dòng)結(jié)構(gòu)因素，顆粒間碰撞等而引起向四面八方運(yùn)動(dòng)，形成橫向或縱向翻滾返混。質(zhì)量密度大的顆粒在爐膛下部（密相區(qū)）燃燒、分解與破碎，形成小顆粒；質(zhì)量較小的顆粒被氣流托向爐膛上部（稀相區(qū)）繼續(xù)燃燒。對(duì)于循環(huán)流化床來(lái)講，一般的流化速度較高，小顆粒被吹起很多，在稀相區(qū)產(chǎn)生很高的顆粒濃度，以致于爐膛出口煙氣物料濃度依然很高，大量的細(xì)物料被帶出爐膛出口，而經(jīng)分離器捕集后，由回料裝置送到爐膛。

2　循環(huán)流化床鍋爐的特點(diǎn)

2.1燃料適應(yīng)廣

循環(huán)流化床鍋爐在燃用任何燃料時(shí)不需要添加輔助燃料。優(yōu)質(zhì)煤、劣質(zhì)煤、油頁(yè)巖、石油焦、廢木材、垃圾等生物質(zhì)燃料，由于氣固混合良好，燃燒速率高，特別是通過(guò)顆粒分離回送循環(huán)燃燒，因此具有較高的燃燒效率。

2.2高強(qiáng)度熱量、質(zhì)量和動(dòng)量傳遞過(guò)程

在循環(huán)流化床鍋爐中，大量的固體物料在強(qiáng)烈湍流下通過(guò)爐膛內(nèi)熱量、質(zhì)量和動(dòng)量的傳遞十分強(qiáng)烈，這就使整個(gè)爐膛高度溫度分布均勻。與其他燃燒方式的鍋爐相比，在燃用同樣燃料的情況下，鍋爐有較高的熱效率，有較大的負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍和較快的負(fù)荷調(diào)節(jié)速度。

2.3低溫燃燒能高效地脫硫、脫氮，排放污染小，灰渣可綜合利用

由于循環(huán)流化床鍋爐的燃燒溫度控制在850℃～900℃左右，有效提高了脫硫效率，還原氣氛低溫動(dòng)力燃料和二次風(fēng)分段送入，抑制了空氣和燃料中的氮轉(zhuǎn)化為NOX，且能使鍋爐灰渣含碳量低且低溫動(dòng)力燃燒形成的灰渣活性不大，易于實(shí)現(xiàn)灰渣的綜合利用或稀有金屬的提取，資源得到有效綜合利用。

3　中小容量循環(huán)流化床鍋爐的作用

3.1產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特色和技術(shù)要點(diǎn)

南通萬(wàn)達(dá)鍋爐股份有限公司在以岑可法院士為首的教授專(zhuān)家指導(dǎo)下，開(kāi)發(fā)出35t/h～130t/h各種壓力、溫度，燃用各種燃料（除煙煤和劣質(zhì)煤外，還包括煤和垃圾混燒、煤與生物質(zhì)混燒等）的熱電聯(lián)產(chǎn)的循環(huán)流化床鍋爐。

該鍋爐在爐膛結(jié)構(gòu)和高度尺寸的選擇，床下點(diǎn)火裝置和水冷風(fēng)室的布置，雙鴨嘴型定向風(fēng)帽結(jié)構(gòu)改進(jìn)和在布風(fēng)板上的合理配置，高溫旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，loopseal平衡式回料密封裝置的選用等方面都進(jìn)行了優(yōu)化組合。水冷風(fēng)室與膜式水冷壁連成一體的結(jié)構(gòu)，非金屬柔性膨脹節(jié)在高溫旋風(fēng)分離器進(jìn)出口處采用，爐膛和各受熱面煙速的控制，密相區(qū)向稀相區(qū)擴(kuò)口處水冷壁管外彎小R弧結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，稀相區(qū)入口等處噴涂耐熱耐磨鎳基合金，煙道轉(zhuǎn)角處焊制導(dǎo)向鰭片，采用膜式省煤器、臥式空氣預(yù)熱器等每一處的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)都努力考慮周到，以解決好膨脹、密封和磨損等問(wèn)題，無(wú)論是性能參數(shù)指標(biāo)，還是燃料的適應(yīng)性、負(fù)荷調(diào)整速度，以及運(yùn)行操作的可靠性等方面都表現(xiàn)出技術(shù)成熟、結(jié)構(gòu)完善等特征。

3.2產(chǎn)品在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和加快小城鎮(zhèn)建設(shè)中的作用

35t/h～220t/h中小容量熱電聯(lián)產(chǎn)各類(lèi)循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組，不僅能逐漸取代目前大量使用的熱效率低、排放污染重、只能燃用優(yōu)質(zhì)煤的工業(yè)鍋爐產(chǎn)品，而且還具有以下四方面的優(yōu)勢(shì)：

首先，這類(lèi)循環(huán)流化床鍋爐除能燃用優(yōu)質(zhì)煤和劣質(zhì)煤之外，還能燃用農(nóng)產(chǎn)品集中加工中的副產(chǎn)物（用煤助燃或補(bǔ)燃，如果殼、甘蔗渣、稻糠、秸桿等生物質(zhì)燃料和生活垃圾等），已有實(shí)驗(yàn)研究表明，通過(guò)煤與生物質(zhì)類(lèi)的混合燃燒，對(duì)煤燃燒過(guò)程中的脫硫和抑制NOX的生成，尤其是抑制破壞臭氧層N2O生成，能起到很好作用。

第二，我國(guó)地域遼闊，小城鎮(zhèn)分布地區(qū)廣袤，各地可以根據(jù)各自不同的資源條件和產(chǎn)業(yè)模式因地制宜地選擇合適的循環(huán)流化床鍋爐，利于組織清潔生產(chǎn)，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

第三，循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組起停靈活，負(fù)荷調(diào)節(jié)快，能快速緩和熱電供求矛盾，對(duì)主力電網(wǎng)調(diào)峰有利。

第四，就我國(guó)目前的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、投資金額、收益周期來(lái)說(shuō)，中小熱電機(jī)組有明顯優(yōu)勢(shì)，對(duì)充分發(fā)揮地方財(cái)力和民營(yíng)投資方面有很好的作用。

4　高參數(shù)、大容量循環(huán)流化床發(fā)電鍋爐的發(fā)展

世界上幾大著名電站鍋爐制造商如F.W公司等，自1995年11月首臺(tái)250Mwe循環(huán)流化床鍋爐成功投運(yùn)以后，陸續(xù)對(duì)250Mwe，300～350Mwe等級(jí)的產(chǎn)品進(jìn)行技術(shù)開(kāi)發(fā)，同時(shí)也開(kāi)始更大容量（400～600Mwe）超臨界壓力參數(shù)鍋爐的研究和前期產(chǎn)品開(kāi)發(fā)工作。300Mwe亞臨界參數(shù)循環(huán)流化床鍋爐已于2003年投運(yùn)。2003年3月，F(xiàn).W公司獲得世界上首臺(tái)460Mwe超臨界循環(huán)流化床鍋爐（LagiszaPoland）的制造合同，這是迄今為止世界上最大的循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組。目前來(lái)講，雖然常壓循環(huán)流化床（ACFB）技術(shù)是國(guó)際公認(rèn)、商業(yè)化程度最好的潔凈煤燃燒技術(shù)，但目前的容量和參數(shù)尚不足以滿足電力生產(chǎn)的需要，已投運(yùn)的最大僅為300Mwe。多數(shù)以高壓和超高壓為主。而發(fā)電效率的提高只能通過(guò)提高蒸汽參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。可見(jiàn)，超臨界、甚至超超臨界的蒸汽壓力參數(shù)的循環(huán)流化床（CFB）鍋爐作為下一代CBF技術(shù)將更加高效、低成本和潔凈，顯示出了巨大潛力。

5　循環(huán)流化床燃燒技術(shù)在福建的發(fā)展

近年來(lái)，循環(huán)流化床（CFB）鍋爐燃燒技術(shù)在福建省發(fā)展迅猛。隨著龍巖坑口電廠300MW CFB燃煤機(jī)組的投產(chǎn)，該廠成為目前國(guó)內(nèi)最大的循環(huán)流化床鍋爐基地，福建省在解決低揮發(fā)份劣質(zhì)無(wú)煙煤的燃燒技術(shù)上處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。福建在推進(jìn)CFB鍋爐大型化進(jìn)程中不斷總結(jié)提高，在鍋爐的優(yōu)化燃燒、節(jié)能減排方面都取得實(shí)質(zhì)性突破。針對(duì)CFB鍋爐粉塵濃度較高的特點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)粉塵達(dá)標(biāo)排放，龍巖坑口電廠300MWe CFB機(jī)組率先在國(guó)內(nèi)首次采用“靜電 +布袋”的復(fù)合除塵方式，取得良好的運(yùn)行效果，優(yōu)于國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，為福建劣質(zhì)無(wú)煙煤的高效、清潔利用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

［1］童有武，張孝勇.鍋爐安裝調(diào)試運(yùn)行維護(hù)實(shí)用手冊(cè)［M］.北京：當(dāng)代世界出版社，2007.