循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行原理與應(yīng)用優(yōu)勢

李春軼

（長春黃金設(shè)計(jì)院有限公司，吉林長春 130012）

0.引言

循環(huán)流化床鍋爐主要由燃燒室和循環(huán)回爐組成。燃燒室由密相區(qū)和稀相區(qū)組成，而循環(huán)回爐則由飛灰分離器和燃料返料器兩部分組成。除了以上兩個(gè)主要部分外，循環(huán)流化床鍋爐的構(gòu)造與其他形式燃煤鍋爐有很多不同之處，主要體現(xiàn)在循環(huán)流化床鍋爐所特有的輔助部件：飛灰分離捕集器、物料返料器、燃燒室下部設(shè)置的布風(fēng)板和鍋爐的外置熱交換器等。

1.循環(huán)流化床鍋爐的工作原理

循環(huán)流化床鍋爐的工作原理：將固體燃料煤破碎到一定的粒度，采用機(jī)械輸送的方式將破碎后的粒狀物送入爐膛燃燒室內(nèi)[1]。鼓風(fēng)機(jī)將風(fēng)吹進(jìn)鍋爐底部，經(jīng)由燃燒室下部的布風(fēng)板進(jìn)入，使?fàn)t膛內(nèi)的物料被均勻吹起，均勻受熱，處于可迅速被流化的狀態(tài)燃燒。被吹出燃燒室的飛灰及未燃盡的物料顆粒在分離器的作用下，由返料器重新送回燃燒室內(nèi)進(jìn)行循環(huán)反復(fù)燃燒。煙氣夾帶著固體物料顆粒，在燃燒室內(nèi)向上部運(yùn)動(dòng)，小顆粒燃盡的同時(shí)爐膛內(nèi)部分大顆粒，會(huì)在爐膛中上升到不同高度的地方停止運(yùn)動(dòng)，然后沿著爐膛邊壁沉降，大顆粒燃燒變?yōu)樾☆w粒，重新回到爐膛下部，從下部進(jìn)入的一次風(fēng)再次吹起這些顆粒，物料顆粒被風(fēng)夾帶著在爐膛內(nèi)再次向上部運(yùn)動(dòng)，這樣的的燃燒過程為內(nèi)循環(huán)；飛灰顆粒及物料小顆粒，從爐膛內(nèi)進(jìn)入分離器，被捕集分離后，再由返料裝置運(yùn)輸重新返回爐膛中，此過程稱為外循環(huán)過程，因此燃料在循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)，既參與了外循環(huán)過程又參與了內(nèi)循環(huán)過程，兩種循環(huán)運(yùn)動(dòng)過程大大提高了煤的充分燃燒效率。未被捕集下來的顆粒隨煙氣進(jìn)入尾部煙道受熱面，最后排出室外。

2.循環(huán)流化床鍋爐的實(shí)際應(yīng)用

本項(xiàng)目為內(nèi)蒙古某礦山新建鍋爐房，因當(dāng)?shù)厝狈θ加?、燃?xì)赓Y源，電資源無政府峰谷平價(jià)補(bǔ)助，只有煤質(zhì)資源豐富，但煤質(zhì)較差，鍋爐的噸位較大，符合《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，比較后決定采用一臺(tái)20t循環(huán)流化床鍋爐[2]。

3.循環(huán)流化床鍋爐的特點(diǎn)

循壞流化床鍋爐的燃燒方式與傳統(tǒng)的燃燒方式不同，尤其是它的循環(huán)流化方式是其他鍋爐而不具備的，其特點(diǎn)如下：

3.1 燃料方面的優(yōu)點(diǎn)

循環(huán)流化床鍋爐具有特點(diǎn)為：其燃燒用的燃料適應(yīng)范圍較為廣泛，不僅僅可燃燒優(yōu)質(zhì)煤，也可燃燒劣質(zhì)煤料，如煤矸石、煤泥、高灰份煤及煤灰等灰分大且發(fā)熱量低的煤質(zhì)[3]。循環(huán)流化床具有快速燃燒，且燃燒強(qiáng)度大的特點(diǎn)，煤質(zhì)燃料在爐膛形成內(nèi)循環(huán)運(yùn)動(dòng)，此運(yùn)動(dòng)形式較為強(qiáng)烈，可使煤燃料被吹起并均勻受熱。再加上鍋爐的外循環(huán)運(yùn)動(dòng)的共同作用下，使煤料得到充分燃燒，極大地提高了鍋爐的燃燒效率，能使燃燒室內(nèi)的溫度保持在850℃左右的恒定溫度，這種恒溫高溫條件下可使燃燒室內(nèi)的燃枓顆粒能夠得到均勻受熱，能快速地被加熱到燃燒室內(nèi)事先設(shè)定的溫度，從而達(dá)到著火燃燒的程度。這樣在不添加任何輔助燃燒的燃料的前提下，能使循環(huán)流化床鍋爐繼續(xù)運(yùn)行。鍋爐可以燃燒的固體燃料，例如低揮發(fā)分煤、從無煙煤到高硫煙煤和灰分含量高的煤，這些都能得到有效地燃燒并達(dá)到燃燒效果。可見其燃料適用范闈十分寬廣。

3.2 燃燒效率高

循環(huán)流化床鍋爐燃燒運(yùn)行過程中，需要滿足特有的前提條件，例如要求鍋爐給煤的顆粒大小一般在10mm以內(nèi)，大于煤粉粒度，但其燃燒效率可以達(dá)到煤粉爐的水平，其燃料的破碎系統(tǒng)，相比的煤粉爐的結(jié)構(gòu)形式也簡化了不少。燃料顆粒通過循環(huán)流化床鍋爐給料器被送入爐膛內(nèi)部，即可迅速與爐內(nèi)已經(jīng)被加熱的大量高溫煤料進(jìn)行充分混合，可立即著火燃燒，而且在燃燒室內(nèi)部，氣體、固體混合較為均勻、強(qiáng)烈，燃燒的速率及高，使物料得到充分燃燒。而固體顆粒及飛灰隨高溫?zé)煔饬鞒鰻t膛，經(jīng)過旋風(fēng)分離器時(shí)，在飛灰分離器的作用下被分離出來，捕集分離出來的物料，將其收集起來，再由返料器在返料風(fēng)系統(tǒng)的作用下，送回燃燒室爐膛內(nèi)進(jìn)行再次循環(huán)燃燒。由于經(jīng)過反復(fù)多次的循環(huán)燃燒，大大延長了燃料在爐內(nèi)的燃燒時(shí)間，有利于燃料完全充分的燃燒，達(dá)到很高的燃燒效率。循環(huán)流化床也可以從返料管送入鍋爐燃料，這樣的好處是燃料進(jìn)入爐膛前可以先進(jìn)行預(yù)熱，更有利于燃料的充分燃燒，還簡化了給煤系統(tǒng)。

3.3 環(huán)保方面的優(yōu)點(diǎn)

鍋爐運(yùn)行時(shí)，所排煙氣中含有SO2和氮氧化物等危害物，煙氣排入大氣后將嚴(yán)重污染環(huán)境，鍋爐所排灰渣可回收利用。

（1）其他形式的燃煤鍋爐運(yùn)行過程中，排出的煙塵中含有大量的SO2氣體。含有SO2的煙氣排入大氣后將對大氣環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重危害。為了減少煙氣中的SO2含量，并使之達(dá)到環(huán)保要求，一般會(huì)在鍋爐出口加設(shè)煙氣脫硫裝置，這樣會(huì)增大投資，也可在燃燒過程中加入脫硫劑脫硫，但脫硫劑加入鍋爐內(nèi)因反應(yīng)不充分，因而使脫硫效果達(dá)不到高效率。本工程采用加入石灰石作為脫硫劑。在循環(huán)流化床鍋爐的運(yùn)行過程中，脫硫工作必須在爐膛的最佳反應(yīng)溫度下完成，脫硫劑也隨鍋爐的運(yùn)行模式一樣，在鍋爐內(nèi)不斷的進(jìn)行循環(huán)燃燒反應(yīng)，因而可有效的延長在爐內(nèi)的停留時(shí)間，使脫硫劑得到充分燃燒反應(yīng)，脫硫劑的利用率也隨之得到提高，使煙氣中排入大氣的SO2氣體含量得到有效的控制，符合國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，所以循環(huán)流化床鍋爐并不需要額外再配置昂貴的煙氣脫硫裝置，只需要進(jìn)行單一的爐內(nèi)脫硫即可滿足環(huán)保要求。這樣不僅減少了占地空間，縮小了鍋爐房面積，且大大降低了投資及運(yùn)行成本。

（2）鍋爐排放的煙氣中含有大量有害物質(zhì)，均超出國家排放標(biāo)準(zhǔn)，如氮氧化物等均需要被處理，鍋爐分為分段送風(fēng)和分段燃燒相結(jié)合的形式，這是循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行時(shí)的主要兩種形式。燃料燃燒過程中生成的氮氧化合物等有害物質(zhì)，可以有效地防止并減少其生成物。從而解決了循環(huán)流化床鍋爐排放的煙氣中的氮氧化合物超標(biāo)的問題，排放標(biāo)準(zhǔn)均可以滿足各國的環(huán)保法規(guī)要求，是其他形式鍋爐所不具備的特點(diǎn)。

（3）循環(huán)流化床鍋爐燃燒后所排出的燃煤灰渣具有利用率很高的優(yōu)點(diǎn)，可將其與水泥混合在一起，可用在建筑材料和磚瓦的生產(chǎn)等多個(gè)領(lǐng)域。

3.4 鍋爐出力調(diào)節(jié)范圍廣，調(diào)節(jié)速率快

循環(huán)流化床鍋爐負(fù)荷可調(diào)節(jié)范圍大，且調(diào)節(jié)控制的操作方法簡單，只需調(diào)節(jié)給煤量、空氣輸送量和物料循環(huán)量，即可調(diào)控使?fàn)t溫保持在最佳狀況下運(yùn)行。此外，由于爐膛循環(huán)次數(shù)多、速度快、傳熱效率高，因而其高效熱負(fù)荷的調(diào)控速率較快。

4.循環(huán)流化床鍋爐實(shí)際運(yùn)行情況

礦山運(yùn)行循環(huán)流化床鍋爐后，因煤種適應(yīng)性能范圍廣，燃料進(jìn)貨渠道多，采購容易、方便，不易出現(xiàn)煤料供應(yīng)不上，影響鍋爐運(yùn)行的情況，且燃料在流化床著火容易，使氣體固體都混合充分均勻，燃燒速率極高，且飛灰可進(jìn)行再循環(huán)燃燒，供熱效果明顯上升，供熱效率大大提高，鍋爐采用爐內(nèi)脫硫，未設(shè)置煙氣脫硫裝置，降低了投資成本，大氣排放物含量符合國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，大氣和環(huán)境質(zhì)量明顯比以前提高很多。因循環(huán)流化床給煤粒度一般要求在10mm以內(nèi)，物料的制備破碎系統(tǒng)等都比煤粉爐簡化很多。因在爐內(nèi)固體和氣體混合充分，燃燒效率高，這樣可相應(yīng)的減少鍋爐的給煤點(diǎn)數(shù)，給煤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式也得到大大的簡化。由此大大節(jié)省了人力物力。鍋爐產(chǎn)生的灰渣含碳量低，可再次銷售用于水泥參和料、建筑材料等方面的綜合利用。大大降低了運(yùn)行成本。

5.結(jié)語

總體來說，循環(huán)流化床鍋爐的這些優(yōu)點(diǎn)已使其成為一種適用燃料范圍廣、高效率、安全可靠且節(jié)約能源、潔凈燃燒、低污染排放及煤渣具有良好的綜合利用性質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)于一體的燃煤鍋爐，不僅被廣泛地應(yīng)用于石油化工、冶金能源、環(huán)境保護(hù)等工業(yè)領(lǐng)域中的工業(yè)鍋爐，也適用于大型電站鍋爐等，在很多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。