循環(huán)流化床燃燒技術在清潔生產(chǎn)中的前景探討

福建省鍋爐壓力容器檢驗所　何錦坤

循環(huán)流化床燃燒技術在清潔生產(chǎn)中的前景探討

福建省鍋爐壓力容器檢驗所何錦坤

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

循環(huán)流化床燃燒技術清潔生產(chǎn)

1　循環(huán)流化床燃燒技術簡介

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)化的燃料反應與熱交換的過程。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，顆粒就可漂浮起來，顆粒間的距離擴大，并能在一定的高度范圍內作一定程度的移動。隨著氣流速度的提高，顆粒層高度增加，顆粒運動加劇，上下翻滾，好像液體在沸點時的沸騰現(xiàn)象，燃料在這種狀態(tài)下燃燒稱為流化燃燒。燃料顆粒在爐膛中，質量密度較大的顆粒被氣流帶到一定高度，因為力的平衡關系而懸浮在一定的空間區(qū)域內。由于流動結構因素，顆粒間碰撞等而引起向四面八方運動，形成橫向或縱向翻滾返混。質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。對于循環(huán)流化床來講，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

2.1燃料適應廣

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

2.2高強度熱量、質量和動量傳遞過程

在循環(huán)流化床鍋爐中，大量的固體物料在強烈湍流下通過爐膛內熱量、質量和動量的傳遞十分強烈，這就使整個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，有較大的負荷調節(jié)范圍和較快的負荷調節(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，還原氣氛低溫動力燃料和二次風分段送入，抑制了空氣和燃料中的氮轉化為NOX，且能使鍋爐灰渣含碳量低且低溫動力燃燒形成的灰渣活性不大，易于實現(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)品的結構特色和技術要點

南通萬達鍋爐股份有限公司在以岑可法院士為首的教授專家指導下，開發(fā)出35t/h～130t/h各種壓力、溫度，燃用各種燃料（除煙煤和劣質煤外，還包括煤和垃圾混燒、煤與生物質混燒等）的熱電聯(lián)產(chǎn)的循環(huán)流化床鍋爐。

該鍋爐在爐膛結構和高度尺寸的選擇，床下點火裝置和水冷風室的布置，雙鴨嘴型定向風帽結構改進和在布風板上的合理配置，高溫旋風分離器的結構優(yōu)化，loopseal平衡式回料密封裝置的選用等方面都進行了優(yōu)化組合。水冷風室與膜式水冷壁連成一體的結構，非金屬柔性膨脹節(jié)在高溫旋風分離器進出口處采用，爐膛和各受熱面煙速的控制，密相區(qū)向稀相區(qū)擴口處水冷壁管外彎小R弧結構的應用，稀相區(qū)入口等處噴涂耐熱耐磨鎳基合金，煙道轉角處焊制導向鰭片，采用膜式省煤器、臥式空氣預熱器等每一處的設計細節(jié)都努力考慮周到，以解決好膨脹、密封和磨損等問題，無論是性能參數(shù)指標，還是燃料的適應性、負荷調整速度，以及運行操作的可靠性等方面都表現(xiàn)出技術成熟、結構完善等特征。

3.2產(chǎn)品在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結構調整和加快小城鎮(zhèn)建設中的作用

35t/h～220t/h中小容量熱電聯(lián)產(chǎn)各類循環(huán)流化床鍋爐機組，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)質煤的工業(yè)鍋爐產(chǎn)品，而且還具有以下四方面的優(yōu)勢：

首先，這類循環(huán)流化床鍋爐除能燃用優(yōu)質煤和劣質煤之外，還能燃用農(nóng)產(chǎn)品集中加工中的副產(chǎn)物（用煤助燃或補燃，如果殼、甘蔗渣、稻糠、秸桿等生物質燃料和生活垃圾等），已有實驗研究表明，通過煤與生物質類的混合燃燒，對煤燃燒過程中的脫硫和抑制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，保護生態(tài)環(huán)境。

第三，循環(huán)流化床鍋爐機組起停靈活，負荷調節(jié)快，能快速緩和熱電供求矛盾，對主力電網(wǎng)調峰有利。

第四，就我國目前的經(jīng)濟發(fā)展、投資金額、收益周期來說，中小熱電機組有明顯優(yōu)勢，對充分發(fā)揮地方財力和民營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250Mwe循環(huán)流化床鍋爐成功投運以后，陸續(xù)對250Mwe，300～350Mwe等級的產(chǎn)品進行技術開發(fā)，同時也開始更大容量（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。2003年3月，F(xiàn).W公司獲得世界上首臺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)流化床鍋爐機組。目前來講，雖然常壓循環(huán)流化床（ACFB）技術是國際公認、商業(yè)化程度最好的潔凈煤燃燒技術，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提高蒸汽參數(shù)來實現(xiàn)。可見，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)流化床燃燒技術在福建的發(fā)展

近年來，循環(huán)流化床（CFB）鍋爐燃燒技術在福建省發(fā)展迅猛。隨著龍巖坑口電廠300MW CFB燃煤機組的投產(chǎn)，該廠成為目前國內最大的循環(huán)流化床鍋爐基地，福建省在解決低揮發(fā)份劣質無煙煤的燃燒技術上處于國內領先水平。福建在推進CFB鍋爐大型化進程中不斷總結提高，在鍋爐的優(yōu)化燃燒、節(jié)能減排方面都取得實質性突破。針對CFB鍋爐粉塵濃度較高的特點，為實現(xiàn)粉塵達標排放，龍巖坑口電廠300MWe CFB機組率先在國內首次采用“靜電 +布袋”的復合除塵方式，取得良好的運行效果，優(yōu)于國家排放標準，為福建劣質無煙煤的高效、清潔利用奠定了堅實的基礎。

［1］童有武，張孝勇.鍋爐安裝調試運行維護實用手冊［M］.北京：當代世界出版社，2007.