循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展前景

薛建宏，盧 威，陸 遒（兗煤菏澤趙樓綜合利用電廠，山東 菏澤 274705）

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循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展前景

薛建宏，盧 威，陸 遒
（兗煤菏澤趙樓綜合利用電廠，山東 菏澤 274705）

摘 要：循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)具有較強(qiáng)的燃料適應(yīng)性和負(fù)荷調(diào)節(jié)能力，同時(shí)又有非常高的燃燒效率和極低污染控制成本，在實(shí)踐中得到廣泛應(yīng)用。本文主要闡述了流化床燃燒技術(shù)的概念和流化床鍋爐技術(shù)的特點(diǎn)及現(xiàn)狀，并分析了循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床；鍋爐技術(shù)；發(fā)展現(xiàn)狀

1　概念闡述

流化床燃燒技術(shù)是一種固體燃料顆粒在爐床內(nèi)經(jīng)氣體硫化后再進(jìn)行燃燒的一種技術(shù)。當(dāng)氣流經(jīng)過固體燃料顆粒床層時(shí)，如氣流的流動(dòng)曳力與固體燃料顆粒所受的浮力等于顆粒重力時(shí)，固體顆粒會(huì)出現(xiàn)懸浮現(xiàn)象。若進(jìn)一步加大氣流速度則會(huì)使顆粒層的高度不斷增加，加快顆粒運(yùn)動(dòng)速度，出現(xiàn)沸騰現(xiàn)象，這時(shí)固體床料已被流態(tài)化，固體顆粒在該狀態(tài)下燃燒稱為流化燃燒。當(dāng)氣流速度較低時(shí)，在稀相區(qū)會(huì)出現(xiàn)高濃度的顆粒，造成爐膛出口處煙氣的物料濃度過高，需要利用分離器進(jìn)行物料捕集再通過回料裝置送到爐膛。物料在爐膛、分離器、回料器之間進(jìn)行反復(fù)循環(huán)的燃燒，即循環(huán)流化床燃燒技術(shù)。

2　流化床鍋爐技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和特點(diǎn)

2.1循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

從1960年我國在第一次應(yīng)用流化床鍋爐技術(shù)開始，經(jīng)過50多年的發(fā)展我國流化床鍋爐技術(shù)發(fā)展突飛猛進(jìn)。其發(fā)展過程主要經(jīng)歷了舊鍋爐改造、新型鍋爐開發(fā)、循環(huán)流化床鍋爐的研制等三個(gè)階段。剛應(yīng)用流化床鍋爐階段由于經(jīng)濟(jì)條件的不足，所選用的燃料質(zhì)量較差，在第一階段的改造主要針對(duì)一些工廠所用的塊狀鍋爐及鏈條鍋爐進(jìn)行改造，形成了鼓泡流化床鍋爐。鼓泡流化床鍋爐在實(shí)際的應(yīng)用中弊端很多，最主要的弊端是煤炭燃燒利用率極低，且燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生碳含量超標(biāo)的飛灰，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的危害。

第二階段改造是在鼓泡流化床基礎(chǔ)上進(jìn)行升級(jí)，使得鼓泡流化床熱效率提升了25%～30%，繼而研發(fā)出新型鍋爐褐煤流化床鍋爐，進(jìn)一步將熱效率提升至80%以上。第三階段主要是創(chuàng)新研制新型循環(huán)流化床鍋爐，主要結(jié)合第一階段和第二階段兩種鍋爐的聯(lián)合應(yīng)用，這樣中應(yīng)用方式可以有效減低飛灰中的碳含量起到凈化空氣的目的，經(jīng)過相關(guān)科研人員的不斷改進(jìn)研究，目前一些大型循環(huán)流化床鍋爐被廣泛應(yīng)用到鍋爐廠中，可以看出循環(huán)床鍋爐技術(shù)的應(yīng)用前景極為廣泛。

2.2流化床鍋爐技術(shù)的特點(diǎn)

2.2.1燃料的實(shí)用性較廣

循環(huán)流化床鍋爐采用的是循環(huán)燃燒技術(shù)，在鍋爐爐膛中存有大量受熾熱固體顆粒形成的床料，熱容量相當(dāng)大，而新加入的燃料所占比重僅是整個(gè)循環(huán)床料的5%-7%左右，新燃料加入后會(huì)隨著循環(huán)迅速的被加熱到著火溫度達(dá)到燃燒釋放熱量。煤質(zhì)變化對(duì)鍋爐燃燒及帶負(fù)荷影響較小，有助于電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

2.2.2燃料的應(yīng)用效率較高

新型循環(huán)流化床鍋爐熱效率可達(dá)87%以上，能夠在運(yùn)行變化范圍內(nèi)保持較高的燃燒效率。循環(huán)硫化床鍋爐使得進(jìn)入爐膛內(nèi)的固體燃料顆粒得以均勻充分的燃燒，對(duì)未燃燒盡的燃料顆粒會(huì)通過分離器和回料裝置返回爐膛內(nèi)進(jìn)行燃燒，這大大降低了機(jī)械不完全燃燒造成的損失。多次燃燒的方式保證燃料充分燃盡，提高燃燒效率。

2.2.3污染物的排放量較少

基于循環(huán)流化床鍋爐的低溫燃燒特性，有效降低了煙氣中SO2的排放量，提高了脫硫效率。其中采用石灰石脫硫與煤粉爐煙氣干濕法脫硫相比效果要好，還能節(jié)約脫硫成本和運(yùn)行費(fèi)用，循環(huán)流化床低溫燃燒的性質(zhì)可有效控制NOx的生產(chǎn)，降低對(duì)CO、HCI、HF等污染物的排放。

2.2.4循環(huán)流化床鍋爐調(diào)節(jié)能力較強(qiáng)

爐膛內(nèi)大料熾熱的床料使循環(huán)流化床鍋爐具有良好的負(fù)荷調(diào)節(jié)能力，在25%負(fù)荷下仍能穩(wěn)定燃燒，受截面風(fēng)速高、易控制吸熱等特點(diǎn)，循環(huán)流化床鍋爐也具有較高的負(fù)荷調(diào)節(jié)速率，每分鐘可達(dá)4%，而且當(dāng)壓火12小時(shí)后重新啟動(dòng)則在1小時(shí)內(nèi)達(dá)到滿負(fù)荷狀態(tài)。

3　循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的發(fā)展前景

3.1超臨界大型化發(fā)展

循環(huán)流化床超臨界的發(fā)展方向與其獨(dú)特的燃燒特點(diǎn)有密切的關(guān)系，循環(huán)流化床鍋爐煤粉熱量比常規(guī)循環(huán)流化床鍋爐煤粉熱量要低，因此，在這種情況之下，對(duì)水冷壁的要求就相對(duì)較高。在循環(huán)流化床鍋爐的使用過程中，其所產(chǎn)生的固體傳熱系數(shù)與鍋爐溫度及固定濃度之間都呈反比的關(guān)系，即固體傳熱系數(shù)隨鍋爐溫度或固定濃度的降低變得越來越高，然而這種關(guān)系可以對(duì)水冷壁的溫度起到一定的調(diào)節(jié)和控制作用，有利于確保流化床鍋爐的使用效果，推動(dòng)超臨界大型化流化床鍋爐的發(fā)展。

3.2深度脫硝與脫硫

周所周知，循環(huán)流化床鍋爐具有空氣分級(jí)供給燃燒及低溫燃燒的特性，該特性有助于氧氮化物的形成，相對(duì)于同期的一些鍋爐可以降低氮氧含量的濃度，使得NO濃度低于300mg/m3.，隨著國家對(duì)鍋爐污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的要求逐漸提高，因此鍋爐深度脫硝是循環(huán)流化床的重點(diǎn)發(fā)展方向.CFB鍋爐在我國分布很廣，雖然CFB鍋爐數(shù)量眾多但是脫硫技術(shù)卻不以為然。在日益嚴(yán)峻的環(huán)境污染下鍋爐技術(shù)的重點(diǎn)研發(fā)方向是解決煤炭的深度脫硫問題，根據(jù)我國公布的電廠污染排放相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)SO2的排放標(biāo)準(zhǔn)降低到400mg/m3，為解決污染排放問題通過在循環(huán)流化床中添加石灰石進(jìn)行脫硫，該方式比傳統(tǒng)濕脫硫方式相比效果更好。但這種方法需要對(duì)灰渣進(jìn)行處理，在實(shí)際應(yīng)用中降低競爭力，使得對(duì)循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)行深度脫硫成為主要發(fā)展目標(biāo)。

3.3綜合利用能源

能源綜合利用是未來循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)發(fā)展的另一重要方向。主要有三點(diǎn)：一是以循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)為平臺(tái)對(duì)一些低級(jí)能源做整合及優(yōu)化利用，二是使循環(huán)流化床鍋爐與其他原料及能源進(jìn)行加工整合提高能源高效利用，三是對(duì)大型循環(huán)流化床鍋爐燃燒后產(chǎn)生的灰渣進(jìn)行加工利用，這是循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)發(fā)展過程中的難點(diǎn)問題，主要是因?yàn)椴捎檬沂摿蚣夹g(shù)不僅增加了灰渣的數(shù)量，還使得它與其他物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)存在差異，難以利用常規(guī)的方法對(duì)于灰渣做統(tǒng)一處理。如何研究出適合循環(huán)流化床鍋爐脫硫灰渣的處理方式成為目前國內(nèi)外循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)研究的熱點(diǎn)問題。

參考文獻(xiàn)：

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DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.13.071

作者簡介：薛建宏（1981-），男，河南許昌人，助理工程師，研究方向：循環(huán)流化床鍋爐燃燒。