淺談大容量循環(huán)流化床熱水鍋爐在集中供熱中的應(yīng)用

摘 要：文章針對(duì)我國(guó)面臨的環(huán)境問(wèn)題，闡述了大容量循環(huán)流化床鍋爐在集中供暖中的優(yōu)勢(shì)，具有爐內(nèi)脫硫、低氮排放、高效燃燒及燃用劣質(zhì)煤等特點(diǎn)，在集中供熱中得到廣泛應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐；高效；低氮；環(huán)保

1 我國(guó)面臨的環(huán)境問(wèn)題

改革開(kāi)放三十年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)以每年8%左右的速度遞增，經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)帶來(lái)能源巨大消耗。隨著城市人口的增長(zhǎng)和工業(yè)發(fā)展、機(jī)動(dòng)車(chē)輛猛增，污染物排放和懸浮物大量增加，產(chǎn)生嚴(yán)重的生態(tài)破壞及環(huán)境污染，特別是近兩年全國(guó)范圍內(nèi)霧霾施虐。

除了氣象條件，工業(yè)生產(chǎn)、機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放、冬季取暖燒煤等導(dǎo)致大氣中顆粒物（包括粗顆粒物PM10和細(xì)顆粒物PM2.5）濃度增加，是霧霾產(chǎn)生的重要因素。如今很多城市的污染物排放水平已處于臨界點(diǎn)，對(duì)氣象條件非常敏感，空氣質(zhì)量在擴(kuò)散條件較好時(shí)能達(dá)標(biāo)，一旦遭遇不利天氣條件，空氣質(zhì)量和能見(jiàn)度就會(huì)迅速下滑。為此國(guó)家對(duì)污染物的排放要求越來(lái)越嚴(yán)格，從鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)變化可見(jiàn)國(guó)家正在加大空氣治理力度。

表1 新建鍋爐大氣污染物排放限值（GB13271-2014）

從表1可以看出，對(duì)鍋爐煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放的要求，一般層燃鍋爐實(shí)現(xiàn)相當(dāng)困難，即使達(dá)標(biāo)，也會(huì)增加很多成本，循環(huán)流化床鍋爐則有獨(dú)到優(yōu)勢(shì)。

2 選擇合理的供暖方式，降低環(huán)境污染

為解決霧霾問(wèn)題，2014年9月國(guó)家三部委（國(guó)家發(fā)展改革委、環(huán)境保護(hù)部、國(guó)家能源局）聯(lián)合發(fā)文《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)》（2014-2020年）。其中指出到2020年，力爭(zhēng)使煤炭占一次能源消費(fèi)比重下降到62%以?xún)?nèi)，電煤占煤炭消費(fèi)比重提高到60%以上，說(shuō)明今后五年燃煤工業(yè)鍋爐還應(yīng)占相當(dāng)比例。我國(guó)是貧油、少氣、多煤的國(guó)家，一次能源煤炭比例即使將來(lái)也至少占25%左右，那么如何利用好煤炭資源，降低大氣污染物排放，一直是鍋爐設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)工作者的使命，通過(guò)作者調(diào)查，目前內(nèi)蒙供暖，循環(huán)流化床鍋爐是主力軍，遼吉黑各地也是循環(huán)流化床鍋爐占據(jù)重要位置。近年來(lái)，由于國(guó)家節(jié)能政策的要求，我國(guó)城鎮(zhèn)集中供熱快速發(fā)展。城鎮(zhèn)集中供熱系統(tǒng)熱能消耗數(shù)量巨大，品位較低，通常是120℃以下低位熱能，卻主要以高品位的一次能源來(lái)供應(yīng)，故有較大的節(jié)能減排潛力。集中供熱優(yōu)點(diǎn)如下：（1）選用較大容量鍋爐，提高能源利用率，節(jié)約能源，減少排放。（2）煙囪設(shè)置較高和煙塵進(jìn)一步凈化，便于消煙除塵，減輕大氣污染。（3）減少司爐人數(shù)及燃料、灰渣的運(yùn)輸量和散落量，降低運(yùn)行費(fèi)用，改善環(huán)境衛(wèi)生。（4）易于實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理，提高供熱質(zhì)量。

這也給大容量熱水鍋爐提供了廣闊的市場(chǎng)。尤其是循環(huán)流化床熱水鍋爐。大容量循環(huán)流化床熱水鍋爐在我國(guó)北方城市供暖份額越來(lái)越大，其爐內(nèi)脫硫、低氮排放、高效燃燒將會(huì)給我國(guó)集中供暖工程帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。目前全國(guó)供暖工程中，集中供熱是我國(guó)政府長(zhǎng)期以來(lái)積極鼓勵(lì)的供熱方式。集中供熱，是以熱水或蒸汽作為熱媒，由一個(gè)或多個(gè)熱源，通過(guò)熱網(wǎng)，向城鎮(zhèn)居民區(qū)供暖，集中供熱是我國(guó)城市最主要的基礎(chǔ)設(shè)施之一。集中供熱面積快速增長(zhǎng)的區(qū)域主要集中在華北與東北地區(qū)。集中供熱包括住宅及商業(yè)建筑，其中，住宅供熱面積約占總供熱面積70%，商業(yè)建筑占集中供熱面積30%左右。全國(guó)六百多個(gè)城市中有近半城市配備了集中供熱設(shè)施。集中供熱面積超過(guò)25億平方米。集中供熱可實(shí)現(xiàn)污染物在線(xiàn)監(jiān)控、集中治理，是今后供暖行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。

3 大容量循環(huán)流化床熱水鍋爐在集中供暖中有不可替代的特殊地位

主要由以下幾方面決定：

（1）環(huán)保效益好?？蓪?shí)現(xiàn)爐內(nèi)脫銷(xiāo)。循環(huán)流化床鍋爐分內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)，無(wú)論內(nèi)循環(huán)還是外循環(huán)，床身燃燒溫度都低于900℃，可實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)脫硫、脫氮，大大降低了鍋爐出口二氧化硫及氮氧化物的排放。即使?fàn)t外再進(jìn)一步脫硫脫氮，因硫及氮氧化物含量較低而降低設(shè)備投入成本。氮氧化物排放低是循環(huán)流化床鍋爐另一個(gè)非常吸引人的特點(diǎn)。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，循環(huán)流化床鍋爐的NOX排放范圍為50-150ppm或40-120mg/MJ。循環(huán)流化床鍋爐NOX排放低是由于以下兩個(gè)原因：一是低溫燃燒，此時(shí)空氣中的氮一般不會(huì)生成NOX；二是分段燃燒，抑制燃料中的氮轉(zhuǎn)化為NOX，并使部分已生成的NOX得到還原。大容量層燃熱水鍋爐一般爐膛燃燒溫度在1200-1300℃，無(wú)法實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)脫硫、脫氮。向循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)加入脫硫劑（石灰石或白云石粉），可以脫去燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的二氧化硫（SO2）。根據(jù)燃料中含硫量決定加入的石灰石劑量，在Ca/S摩爾比=2～2.5時(shí)，脫硫效率可達(dá)90%。

（2）煤種適應(yīng)性廣。這是循環(huán)流化床鍋爐的主要優(yōu)點(diǎn)之一。在循環(huán)流化床鍋爐中按重量計(jì)算，燃料僅占床料的1～3%，其余是不可燃的固體顆粒，如脫硫劑、灰渣等。因此，加到床中的新鮮煤顆粒被相當(dāng)于一個(gè)“大蓄熱池”的灼熱灰渣顆粒所包圍。由于床內(nèi)混合劇烈，這些灼熱的灰渣顆粒實(shí)際上起到了無(wú)窮的“理想拱”的作用，把煤料加熱到著火溫度而開(kāi)始燃燒。在這個(gè)加熱過(guò)程中，所吸收的熱量只占床層總熱容量的千分之幾，因而對(duì)床層溫度影響很小，而煤顆粒的燃燒，又釋放出熱量，從而能使床層保持一定的溫度水平，這也是流化床一般著火容易，并且煤種適應(yīng)性很廣的原因所在。

大容量循環(huán)流化床熱水鍋爐可以燒褐煤，燒無(wú)煙煤，Ⅰ、Ⅱ類(lèi)煙煤要求煤的粒度為0-10mm，而目前國(guó)內(nèi)運(yùn)行的工業(yè)煤粉鍋爐只能燒Ⅲ類(lèi)煙煤，且燃燒器技術(shù)還不夠成熟，大容量層燃鍋爐要想燒的完全，對(duì)煤的揮發(fā)分要求在30%左右，熱值4500kal/kg，為了保證良好的通風(fēng)，煤的粒度、焦結(jié)性要求也較嚴(yán)，且燃燒效率低。

（3）鍋爐熱效率高。鍋爐燃燒用不同燃料時(shí)，燃燒效率也可保持在95-99%以上。循環(huán)流化床鍋爐經(jīng)測(cè)試鍋爐熱效率近90%。是一種高效節(jié)能的產(chǎn)品。

（4）負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍寬。當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，只需調(diào)節(jié)給煤量、空氣量和物料循環(huán)量，不必像鼓泡流化床鍋爐那樣采用分床壓火技術(shù)。也不像煤粉鍋爐那樣，低負(fù)荷時(shí)要用油助燃，維持穩(wěn)定燃燒。一般而言，循環(huán)流化床鍋爐的負(fù)荷調(diào)節(jié)比可達(dá)（3-4）：1。負(fù)荷調(diào)節(jié)速率也很快，負(fù)荷調(diào)節(jié)速率每分鐘可達(dá)4%。負(fù)荷可在30%-110%范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，鍋爐效率不減。這一點(diǎn)是層燃爐所辦不到的。

（5）床溫控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。在整個(gè)負(fù)荷變化范圍內(nèi)始終保持濃相床床溫850-950℃間的某一恒定值，這個(gè)值是最佳的脫硫溫度。

（6）可實(shí)現(xiàn)大型化。層燃鍋爐向大型化發(fā)展，必然增大爐排面積，要么加寬，要么加長(zhǎng)，爐排過(guò)長(zhǎng)效益較差，煤從進(jìn)入爐排預(yù)熱、揮發(fā)分著火、焦炭燃燒到燃盡需要的爐排長(zhǎng)度是一定的，再增加爐排長(zhǎng)度，也無(wú)法過(guò)多的增加鍋爐出力。增加寬度受到鋼架構(gòu)跨距影響，目前112MW已過(guò)于勉強(qiáng)，不適合再繼續(xù)大型化。循環(huán)流化床熱水鍋爐則不然，它可借鑒電站鍋爐的成熟經(jīng)驗(yàn)，向大型化發(fā)展。

（7）易于實(shí)現(xiàn)灰渣綜合利用。循環(huán)流化床燃燒過(guò)程屬于低溫燃燒，同時(shí)爐內(nèi)優(yōu)良的燃盡條件使得鍋爐的灰渣含炭量低（含炭量小于1%），屬于低溫?zé)福子趯?shí)現(xiàn)灰渣的綜合利用，如作為水泥摻和料或做建筑材料。同時(shí)低溫?zé)敢灿欣诨以邢∮薪饘俚奶崛　?/p>

循環(huán)床鍋爐可燃用劣質(zhì)煤，還可在爐內(nèi)脫硫更有利于環(huán)境保護(hù)。由于節(jié)省大量燃料，鍋爐容量大，熱效率高，除塵效果好并能高空排放，能有效地改善環(huán)境質(zhì)量。故在集中供熱中被廣泛采用。

4 循環(huán)流化床熱水鍋爐選型問(wèn)題

對(duì)熱水鍋爐而言，大容量通常是指29MW以上的鍋爐，循環(huán)流化床鍋爐經(jīng)近20余年的發(fā)展，基本已成熟，但運(yùn)行中仍然存在一定問(wèn)題，比如埋管磨損問(wèn)題、返料裝置結(jié)焦問(wèn)題、爐墻密封問(wèn)題等，因此用戶(hù)選用循環(huán)流化床熱水鍋爐應(yīng)考慮煤質(zhì)適應(yīng)性問(wèn)題，一般29MW及以下鍋爐可選擇內(nèi)循環(huán)鍋爐，如圖1所示。循環(huán)流化床鍋爐物料固體顆粒在爐膛壁面形成面壁流。當(dāng)物料呈湍流時(shí)，四壁的物料濃度較中心大，并沿壁面向下流動(dòng)。中心區(qū)物料顆粒相對(duì)稀少，并隨氣流向上運(yùn)動(dòng)。這些物料在爐內(nèi)慘混循環(huán)，稱(chēng)為內(nèi)循環(huán)見(jiàn)圖1。

外循環(huán)（見(jiàn)圖2）：顧名思義，即床料經(jīng)過(guò)爐膛出口，熱旋風(fēng)分離器，立管，返料閥，回料管，回到爐膛密相區(qū)再次燃燒。內(nèi)循環(huán)是分離器和返料設(shè)在爐體內(nèi)。保溫效果好，可提高熱效率，但處理故障不方便。大于29MW的應(yīng)選擇外循環(huán)，性能穩(wěn)定，負(fù)荷容易調(diào)節(jié)，檢修方便運(yùn)行平穩(wěn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

集中供暖企業(yè)最看重的循環(huán)流化床鍋爐兩大優(yōu)點(diǎn)：（1）寬范圍的負(fù)荷調(diào)整；（2）燃用劣質(zhì)煤。冬季供暖是關(guān)系到北方城鎮(zhèn)居民切身利益的大事，現(xiàn)在供熱企業(yè)自負(fù)盈虧，既要使居民供暖達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)又要使企業(yè)運(yùn)行成本達(dá)到最低，這就要求供暖企業(yè)挖掘內(nèi)部潛力，做好供暖調(diào)節(jié)工作以節(jié)約能源，減少排放。供暖的初寒期、末寒期鍋爐無(wú)需滿(mǎn)負(fù)荷，循環(huán)流化床鍋爐可根據(jù)用戶(hù)實(shí)際需要進(jìn)行負(fù)荷調(diào)整。根據(jù)國(guó)內(nèi)外鍋爐行業(yè)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，依據(jù)國(guó)內(nèi)集中供暖實(shí)際需求，國(guó)內(nèi)大量劣質(zhì)煤市場(chǎng)龐大的現(xiàn)實(shí)，選用循環(huán)流化床鍋爐能給供暖單位帶來(lái)可觀的效益?？紤]到大容量循環(huán)流化床熱水鍋爐的節(jié)能、環(huán)保等特點(diǎn)，大容量循環(huán)流化床熱水鍋爐必定在我國(guó)北方集中供熱行業(yè)里一定時(shí)期內(nèi)存在。

參考文獻(xiàn)

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