循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)現(xiàn)狀及其發(fā)展方向探討

于順良

摘要：文章基于對(duì)循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的特點(diǎn)分析，介紹目前此技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀，并能夠?qū)Υ思夹g(shù)的未來(lái)發(fā)展方向進(jìn)行展望，以供參考。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐;技術(shù)現(xiàn)狀;發(fā)展方向

一、引言

近年來(lái)隨著全球工業(yè)化進(jìn)程的加快，全球變暖等環(huán)境污染問(wèn)題也日益加劇，威脅人類的生存與可持續(xù)發(fā)展。尤其是在人們的電能需求在大幅度增加的趨勢(shì)下，傳統(tǒng)的火力發(fā)電廠不僅需要消耗大量的不可再生資源，同時(shí)也對(duì)大氣環(huán)境等造成嚴(yán)重的污染。為此在我國(guó)加大發(fā)展新能源行業(yè)的同時(shí)，也積極推廣應(yīng)用具有較高效率和較小污染物排放量的循環(huán)流化床鍋爐。這主要由于此類鍋爐應(yīng)用流態(tài)化的原理，也就是利用固體燃料向類似燃燒狀態(tài)的流體轉(zhuǎn)換原理，表現(xiàn)出具有較高傳熱率和較少的硫氧化物、氮氧化物等排放等優(yōu)點(diǎn)。隨著氣體溫度的增加，一旦流化床內(nèi)的壓力降與此高度下的單位面積床的重量狀態(tài)相同時(shí)就會(huì)出現(xiàn)在氣流中懸浮單個(gè)顆粒的現(xiàn)象，因此也將此種鍋爐成為流化床鍋爐。在流化床運(yùn)行中，空氣速度的增加會(huì)在床內(nèi)產(chǎn)生氣泡，所形成的氣泡以及固體顆粒的床層具有沸騰液體的特點(diǎn)，此階段的床層也就是鼓泡流化床，但是由于速度較高，形成的氣泡會(huì)很快消失，這就使得固體顆粒被吹出流化床，使得這些顆粒重新進(jìn)入系統(tǒng)中循環(huán)，所以也被稱為循環(huán)流化床鍋爐。

二、循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的特點(diǎn)分析

（一）較高的燃料利用率

正如對(duì)循環(huán)流化床原理的介紹，其運(yùn)行原理就是利用流體動(dòng)力學(xué)形成故土顆粒和氣體流動(dòng)的強(qiáng)混合系統(tǒng)，保持顆粒在動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。目前常用的流化床類型有鼓泡和湍流化床等系統(tǒng)類型，也分別被稱為鼓泡床和渦輪流化床。通過(guò)循環(huán)流化床的設(shè)計(jì)可以形成特定的強(qiáng)制循環(huán)，使得與主燃燒室比較靠近的位置形成一個(gè)大型的旋風(fēng)分離器，可以起到對(duì)流體中大固體顆粒的分離作用，在流化床中的熱煙氣經(jīng)過(guò)加力燃燒區(qū)之后被分離出此旋風(fēng)分離器，利用此種原理表現(xiàn)出良好的氣固混合程度，因此使得燃燒速率較高。

（二）較廣的燃料適應(yīng)性

在此鍋爐技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，在市場(chǎng)應(yīng)用中表現(xiàn)出可以適應(yīng)更多類型燃料的發(fā)展趨勢(shì)，也正是如此，此類鍋爐和技術(shù)在市場(chǎng)中受到廣泛應(yīng)用。這主要由于在流化床系統(tǒng)中會(huì)在吸附過(guò)程中產(chǎn)生強(qiáng)烈的湍流，尤其通過(guò)硫氧化物和鈣鎂氧化物的反映與結(jié)合，發(fā)揮這些吸附劑的作用，可以將廢物中的氫氧化鈣，或者是碳酸鈣或細(xì)顆粒尺寸的氫氧化鈣等進(jìn)入流化床中，也正是如此，可以實(shí)現(xiàn)此系統(tǒng)運(yùn)行中應(yīng)用低品位煤進(jìn)行燃燒，同時(shí)不需要二次脫硫措施就可以減少90%足有的二氧化硫排放量。在平均燃料混合物的應(yīng)用中，其可以適應(yīng)5～8MJ/kg，甚至超過(guò)40MJ/kg范圍的燃料混合物，極端條件下還可以適應(yīng)熱值在3MJ/kg的燃料混合物，表現(xiàn)出具有較為廣泛的燃料適應(yīng)性優(yōu)點(diǎn)。

（三）較大的負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍和較快的調(diào)節(jié)速度

傳統(tǒng)的流化床運(yùn)行中會(huì)采用分離床壓火技術(shù)來(lái)應(yīng)對(duì)鼓泡流化床鍋爐中的床層負(fù)荷壓力變化情況，但是此種方法的操作復(fù)雜且難度較大。但是通過(guò)循環(huán)流化床的應(yīng)用則可以只需要對(duì)煤、空氣和物料循環(huán)進(jìn)行調(diào)整，具有較大的調(diào)節(jié)范圍和較為簡(jiǎn)單的操作，同時(shí)負(fù)荷調(diào)節(jié)速度也較快。此外，相對(duì)于移動(dòng)爐排爐內(nèi)的燃燒速率來(lái)說(shuō)，此類鍋爐內(nèi)的垃圾燃燒速率較高，這也會(huì)大大降低鍋爐底部和飛灰殘留物、煙氣中未燃燒有機(jī)物的濃度。同時(shí)在鍋爐燃燒過(guò)程中還可以進(jìn)行精確控制，保證在滿足完全燃燒的同時(shí)，盡量減少過(guò)量空氣，實(shí)現(xiàn)了煙氣熱損失的大幅度減少。

（四）較少的污染物排放量

此類鍋爐技術(shù)應(yīng)用中利用其底部進(jìn)料噴嘴可以將混合之后的粉煤灰固體和湍流床層物質(zhì)從密相去送回，實(shí)現(xiàn)熱質(zhì)交換。而且還會(huì)磨掉氧化鈣表面的硫酸鈣。這不僅使得在正常條件下可以降低粉煤灰的著火難度，同時(shí)在粉煤灰顆粒進(jìn)行稀相區(qū)時(shí)仍然保持高溫狀態(tài)，在此區(qū)中進(jìn)一步燃燒。通過(guò)上述循環(huán)延長(zhǎng)了爐內(nèi)停留時(shí)間，因此也大幅度減少了燃料燃燒時(shí)釋放出的有害氣體以及其他污染物排放量。

三、循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)現(xiàn)狀分析

從上述介紹可以看出，目前所用循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)是基于鼓泡床鍋爐技術(shù)發(fā)展而來(lái)的，基于舊鍋爐的改造和新鍋爐的研究所提供的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，推動(dòng)了循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用。主要由于此種鍋爐運(yùn)行中的燃燒效率較高、可以使用多種燃料，而且在運(yùn)行中具有較小的過(guò)?？諝庀禂?shù)、受熱面積以及良好的負(fù)荷跟蹤能力，較低的有害污染物排放量等。在現(xiàn)階段，基于智能化技術(shù)的應(yīng)用對(duì)此類鍋爐進(jìn)行智能化設(shè)計(jì)，主要依據(jù)燃燒室內(nèi)物理化學(xué)流體動(dòng)力學(xué)的應(yīng)用，在此特性方面也表現(xiàn)出此類鍋爐運(yùn)行中煤炭燃料燃燒時(shí)受到溫度、顆粒尺寸以及氧向顆粒表面的轉(zhuǎn)移速率等因素的影響。

四、循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的發(fā)展方向

（一）向超臨界和大型化方向發(fā)展

近年來(lái)循環(huán)流化床鍋爐的容量在進(jìn)一步增加，且運(yùn)行參數(shù)也在不斷條，表現(xiàn)出鍋爐尺寸和容量的增加，鍋爐的蒸汽參數(shù)也逐漸向超臨界方向發(fā)展。在此類鍋爐運(yùn)行中，由于爐高度增加會(huì)降低熱通量，造成只有在爐底會(huì)出現(xiàn)最大熱通量，也就是最大熱通量會(huì)出現(xiàn)在水冷壁中水溫最低的位置，因此比較便于對(duì)水冷壁的金屬溫度進(jìn)行控制。此外，由于此類鍋爐運(yùn)行中的燃燒溫度通常在灰熔點(diǎn)以下，使得固體顆粒比較密集，便于水冷壁吸熱。因此，也比較適合流化燃燒技術(shù)和臨界蒸汽參數(shù)結(jié)合。利用上述技術(shù)結(jié)合所形成的超臨界鼓勵(lì)，采用的是水冷壁一次循環(huán)，在從蒸汽分離器頂部排除飽和蒸汽之后會(huì)通過(guò)再熱系統(tǒng)進(jìn)入爐膛中，并且向渦輪中輸送超臨界參數(shù)的蒸汽，表現(xiàn)出具有更高燃燒效率和較大容量等優(yōu)點(diǎn)。

（二）向深度脫硫和脫硝方向發(fā)展

近年來(lái)空氣污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，各個(gè)國(guó)家更加關(guān)注環(huán)保問(wèn)題，但是由于鍋爐燃燒中會(huì)產(chǎn)生大量的污染物，尤其是氮氧化物以及二氧化硫等。但是通過(guò)循環(huán)流化床鼓勵(lì)技術(shù)的應(yīng)用，可以增加粉煤灰再循環(huán)率的同時(shí)會(huì)降低二氧化硫排放量，這不僅通過(guò)粉煤灰循環(huán)可以降低密相床溫，使得溫度在850℃左右，是最佳的脫硫溫度，便于硫酸鈣分解，實(shí)現(xiàn)脫硫效率的提升。而且還可以通過(guò)粉煤灰再循環(huán)流程將其中沒有被鈣化的碳酸鈣和氧化鈣送回爐子。在此過(guò)程中會(huì)去除碳酸鈣或氧化鈣表面的硫酸鈣，提升吸附劑的活躍性。加之延長(zhǎng)了吸附劑在爐內(nèi)的停留時(shí)間，因此也提升了脫硫效率。也就是通過(guò)循環(huán)流化床脫硫技術(shù)的應(yīng)用，提升了除塵效率，并且具有煙氣潔凈、較低循環(huán)費(fèi)用等優(yōu)點(diǎn)。

（三）進(jìn)一步降低材料磨損并延長(zhǎng)鍋爐設(shè)備使用壽命

在此類鍋爐技術(shù)的應(yīng)用中，由于燃料在高速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中以及高溫環(huán)境下會(huì)對(duì)鍋爐設(shè)備造成不可逆轉(zhuǎn)的永久性損傷，因此可以通過(guò)防磨損技術(shù)的研究和應(yīng)用，通過(guò)更多耐磨爐料的開發(fā)和應(yīng)用，提升其防磨損能力，提升鍋爐設(shè)備的使用壽命。

五、結(jié)語(yǔ)

在目前的火電行業(yè)中，對(duì)具有較高燃燒效率和較低污染物排放的循環(huán)流化床鍋爐的應(yīng)用較為廣泛。但是在目前的市場(chǎng)化經(jīng)濟(jì)體制下，對(duì)此類鍋爐的容量和負(fù)荷等提出更高要求。因此基于現(xiàn)有技術(shù)，需要進(jìn)一步技術(shù)創(chuàng)新，進(jìn)一步提升鍋爐容量和運(yùn)行參數(shù)、研發(fā)和應(yīng)用防磨損技術(shù)以及深度脫硫和脫硝技術(shù)，提升對(duì)能源的綜合性利用效率，更好地滿足我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的要求。

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