循環流化床鍋爐在城市集中供熱行業中的應用

王寧

（寧夏百新熱力有限公司 寧夏銀川 750001）

循環流化床鍋爐在城市集中供熱行業中的應用

王寧

（寧夏百新熱力有限公司 寧夏銀川 750001）

隨著人民生活水平和環保意識的不斷提高，城市居民對采暖供熱的品質和城市環境質量要求也在不斷地提高。所以城市集中供熱企業既要確保供熱的質量、安全和穩定，又要充分考慮供熱鍋爐對城市環境的影響。循環流化床鍋爐因其具有高效率和低污染等優點，被廣泛應用于城市集中供熱中。

城市集中供熱；循環流化床；鍋爐；節能；環境

前言

城市集中供熱是在城市居民聚集區范圍內建設集中的熱源，向該地區及周邊企事業單位、居民提供生產和生活用熱的一種能源地域生產組織方式。城市集中供熱與居民單獨自建鍋爐供熱比較而言，具有節約能源、能源利用率高、有利于環境保護、鍋爐設備故障率低及自動化程度高等優勢，城市集中供熱也做為國家相關部門積極推廣的市政建設項目之一。隨著我國能源短缺的加劇和環境保護政策的出臺，集中供熱鍋爐在環保和節約能源方面的優點，將成為集中供熱鍋爐在選型方面首當其沖考慮的因素。

1 循環流化床鍋爐概述

循環流化床鍋爐是在80年代發展起來的，具有效率高、污染低等特點，其在煤種適應性、變負荷能力及排放污染物上具有鮮明的優勢，加快了其發展的步伐，帶來了一定的經濟效益和社會效益。

循環流化床鍋爐所采用的燃燒方式主要是流態化，也被成為半懸浮燃燒方式。循環流化床鍋爐在循環流化床燃燒技術出現后，更是得到了一定程度的發展，被廣泛應用在世界各地，循環流化床鍋爐是被國際公認的潔凈煤燃燒技術，在我國燃煤電站的應用中取得較好成果，其燃料具有適應性強、脫硫效果好及負荷調節性能好等優點。目前，我國循環流化床鍋爐技術已具有較高的發展水平，其總機容量位于世界第一。隨著城市現代化的快速發展，城鎮化人口及建設規模也在不斷增大，從而大大增加了人們對能源的需求，環境污染問題也日益嚴重，因此，要加強對城市集中供熱設備的重視。總的來說，循環流化床鍋爐的使用有效符合了國家產業政策的相關要求和供熱產業的實際需要。

2 循環流化床鍋爐的特點

2.1 燃料具有較強的適應性

循環流化床中的燃料占床料的3%，不需要其它輔助燃料，可燃用各種劣質的煤及其它可燃物，主要包括高硫煤、煤泥、煤矸石、垃圾等，有效解決了環境污染問題。

2.2 燃料具有較高的燃燒率

和鼓泡床流化床相比而言，循環流化床具有較高的燃燒率，基本在97%以上，和煤粉相當。

2.3 燃料具有較高的脫硫率

循環流化床的脫硫率可高達90%，有利于降低經濟成本。

2.4 氮氧化物排放低

該特點是循環流化床最突出的特點，主要表現在以下兩個方面：①在低溫下燃燒，燃燒的溫度在850～900℃間，就不會導致空氣中的氮氮生成NOx；②分段燃燒，可有效抑制氮轉化成NOx，并還原部分已生成的NOx。

3 循環流化床內的燃燒加工過程

循環流化床鍋爐脫硫方式的主要原理是在燃燒過程中，適當加入一定比例和顆粒度的石灰石，使其和燃料進行循環燃燒，由于石灰石在鍋爐內循環燃燒的時間會比較長，從而使得石灰石磨得很細，導致其從分離器中飛出去。一般情況下，循環流化床鍋爐的燃燒溫度約控制在900℃，這個溫度比較合適，不僅能抑制二氧化硫的生成，還能保證石灰石的充分分解。

3.1 煤粒的添加

煤粒在被送入循環流化床鍋爐內時，會在高溫物料和煙氣的輻射下而被加熱，最初是水分的蒸發，其次是煤粒中的揮發粉析出并燃燒，最后是焦炭進行燃燒，在燃燒過程中，煤粒會漸漸被破碎或磨損，其揮發份析出和焦炭的燃燒過程會出現重疊的現象。循環流化床根據高度，可將其分為密相床層和稀相空間，密相床層的運行狀況處在鼓泡床和紊流床的狀態。循環流化床所使用的燃料大多都是灼熱床料，該床料具有較強的惰性，可燃物只占很小一部分，這些惰性灼熱床料是煤粒的主要加熱源，在其加熱過程中，吸收極少熱量，而煤粒的燃燒時間在10s左右，從而對床溫具有較小的影響。

3.2 循環流化床內煤的燃料著火

固體質點表面溫度，在一定程度上決定了循環流化床內燃料著火方式的選取，這類固體物質主要包括細煤粒、高溫灰粒及床料。一旦固體質點表面溫度上升，煤粒會迅速著火。除此之外，顆粒直徑的大小也會對著火造成影響。對于一些反應能力較強的煤種，在一定溫度條件下，存在一個臨界的著火粒徑，比這個顆粒直徑要小，但是由于散熱的損失較大，導致這個顆粒不會著火，從而逸出爐膛。

3.3 循環流化床內煤的破碎特性

所謂煤的破碎特性主要是指燃燒顆粒在進入流化床后，處在高溫狀態下，顆粒度迅速減小的性質，影響顆粒磨損的主要因素有：燃燒顆粒表面的結構特性、外部操作條件及機械強度等。當煤粒進入循環流化床時，在熾熱床料加熱的作用下，會加快水分的蒸發速度，一旦煤粒溫度達到熱解溫度時，煤粒會發生脫揮發份反應，對于一些具有高揮發份的煤種，在進行熱解時，會出現一個短時間的擬塑性階段，顆粒內部會存在一定的壓力梯度，若壓力大于一定值，被固化的顆粒表層會發生破碎現象；而對于一些低揮發份煤種，不具備突出的擬塑性，且在熱解過程中，要沖破密實的孔隙結構，才能從煤粒中逸出，在種情況下，顆粒內部會產生較高的壓力。

煤粒在發生破碎后，會有大量的細小粒子形成，尤其是可揚折粒子，該粒子會對鍋爐的燃燒效率產生影響。煤粒破碎可分為一級破碎和二級破碎：①一級破碎。在揮發份逸出后，煤粒內部會產生一定的壓力，該壓力和孔隙結構中揮發份的壓力相重疊而形成的；②二級破碎。在顆粒中起到聯結作用的聯結骨架（和網絡結構類似）被燒斷而導致的破碎。煤粒在發生破碎時，還會引起顆粒發生膨脹，導致煤結構發生變化，總的來說，影響煤粒破碎和膨脹的主要因素有：揮發份的析出量、母粒的孔隙結構、床溫、顆粒的直徑大小等諸多方面。

4 在供熱運行對循環流化床鍋爐存在問題的處理辦法

循環流化床鍋爐的爐膛沒有安裝埋管，所以，就不會造成埋管的磨損，或者點火時出現冷水系統直接帶走一部分熱量的問題，點火啟動和停爐都比較方便、快捷，20min就可以點著冷爐，熱爐則只需要5～6min，壓火在24h中都不會存在異常，對環境的污染較小。由于循環流化床鍋爐具有低溫燃燒的特點，二氧化硫和氮氧化物的排放濃度較低，這是鏈條爐和煤粉所不具備的。進行循環燃燒時，爐內的煤渣基本不含碳，呈現出黃褐色的小顆粒，可將其用于水泥產品的制作中，并相對減少了總出渣量。循環流化床鍋爐是在沸騰燃燒鍋爐基礎上發展的，其燃燒方式比較獨特，對于發熱量低、含灰量高以及揮發分低的劣質燃料、中煤、矸石及一般煤粉鍋爐不能使用的燃料都能較好的適用；循環流化床鍋爐煙氣中具有較低的一氧化氮，在燃燒時加入脫硫劑，可以進行脫硫處理，減少煙氣中的NOx和SO2，從而有利于降低大氣污染。

循環流化床鍋爐的最大特點就是進入爐內的燃料除了顆粒細小的，其它的燃料都要循環多次，并且在多次循環中燃料可以燃透燃燼，通常可以有2.5～40的物料循環倍率。節約能源是循環流化床鍋爐的燃燒特點，可以對大氣的污染有所減少，是當前熱能動力發展的主要方向。

5 結語

循環流化床鍋爐作為一種新型的燃料設備，其對燃料的高效利用、循環燃燒及再利用的特點，在節能環保方面具有很大的優勢，對目前的節能發展建設和城市環境保護有著重要意義，但目前循環流化床鍋爐還存在很多問題，因此需要對其進行優化。寧夏百新熱力有限公司綜合考慮循環流化床鍋爐具有的優點，已改造及購置了7臺SHX29-1.25/115/70-AI循環流化床燃煤熱水鍋爐替代鏈條爐排燃煤熱水鍋爐，走出了將循環流化床鍋爐應用在城市集中供熱行業中的第一步，在以后的鍋爐運行過程中，將通過不斷的探索，逐步完善和克服循環流化床在供熱過程中存在的問題，實現循環流化床鍋爐在供熱行業的安全、穩定的運行。

循環流化床燃燒技術是一種固體物料流態化的一個循環過程，且該過程具有速度快、濃度高及通量高的特點。相關企業采用循環流化床燃燒技術，能大大提高其燃煤的效率，對工作流程進行簡化，有利于企業經濟效益的提高。現階段，二氧化硫所產生的酸雨對環境已造成嚴重影響，一般工業的鍋爐配套設備不僅投入資金較多。而且脫硫水平不夠高，循環流化床燃燒技術的采用，能有效解決這一問題。除此之外，溫室效應、水污染、沙漠化等問題日益突出，對控制二氧化碳的要求也越來越高，而我國作為一個二氧化碳的排放大國，只有提高鍋爐的運行效率和燃燒率，才能有效解決燃煤消耗問題。因此，循環流化床鍋爐的投入使用對節約能源和環境保護具有重大意義。

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[3]鄭合飛.淺談循環流化床鍋爐的燃燒原理[J].能源與節能，2015（11）：102～103.

TK229

A

1004-7344（2016）14-0231-02

2016-5-2

王 寧（1973-），男，暖通工程師，本科，主要從事鍋爐運行、安裝、改造工作。