循環(huán)流化床燃燒技術(shù)介紹

【摘 要】 目前燃煤鍋爐因為成本低，占據(jù)了鍋爐行業(yè)的主流。這類鍋爐材料消耗大、熱效率低，嚴重污染空氣。循環(huán)流化床燃燒技術(shù)排放控制嚴格、成本較低，即使是劣質(zhì)燃料也可拿來利用，在灰渣綜合利用以及負荷適應(yīng)性方面具有綜合優(yōu)勢，在鍋爐的節(jié)能環(huán)保改造方面提供了一條可行途徑[1]。

【關(guān)鍵詞】 鍋爐 熱效率 節(jié)能環(huán)保

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2017.04.008

引言

近些年來，循環(huán)流化床燃燒技術(shù)因具有燃燒清潔，高效能低污染等優(yōu)點而迅速發(fā)展，在國際上的廢棄物處理利用、燃煤鍋爐等商業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，循環(huán)流化床鍋爐已逐步發(fā)展到幾十萬千瓦級的規(guī)模。該技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用在國內(nèi)也逐漸興起，正在制造或已投入運行的循環(huán)流化床鍋爐已達上百臺，該技術(shù)將會在未來幾年內(nèi)快速發(fā)展[2]。

1 循環(huán)流化床鍋爐的優(yōu)點

1.1 燃燒效率高

循環(huán)流化床鍋爐的燃燒效率一般在95%～99%左右，比鼓泡流化床鍋爐高，和煤粉鍋爐不相上下。因具有較高的燃燒速率，良好的氣固混合，飛灰可再循環(huán)燃燒等因素，所以循環(huán)流化床鍋爐的燃燒效率高。

1.2 燃料適應(yīng)性廣

這是循環(huán)流化床技術(shù)的一個重要優(yōu)點。按重量計算，燃料僅占循環(huán)流化床鍋爐床料的1%～3%，剩余部分皆為不可燃的脫硫劑、灰渣等固體顆粒。灼熱灰渣顆粒形成了一個“大蓄熱池”，包圍了新加入床中的煤顆粒。這些灼熱的灰渣顆粒因為床內(nèi)的劇烈混合，起到了無窮的“理想拱”的作用，煤料達到著火溫度而燃燒，床層總熱容量的千分之幾在加熱過程中被灼熱灰渣顆粒吸收，對床層溫度影響很小，床層的溫度因煤顆粒燃燒所釋放出的熱量而保持在一定水平。這就是循環(huán)流化床鍋爐燃料適應(yīng)性廣、容易著火的原因。

1.3 脫硫高效

床料中部分石灰和石灰石沒有發(fā)生脫硫反應(yīng)便被吹出燃燒室，又因為飛灰的循環(huán)燃燒而被送回至床內(nèi)進行再利用。生成了硫酸鈣的大粒子和部分已發(fā)生脫硫反應(yīng)的床料，在循環(huán)燃燒過程中形成碰撞而破裂，在硫化反應(yīng)的氣氛中生成新的氧化鈣粒子。與鼓泡流化床燃燒相比，循環(huán)流化床燃燒的脫硫性能大幅改善。鼓泡流化床鍋爐和循環(huán)流化床鍋爐相比，達到相同脫硫效率時，鈣的消耗量大了一倍。循環(huán)流化床鍋爐不需要安裝尾部脫硝脫硫裝置，制造和運行費用與煤粉燃燒鍋爐相比大大降低[3]。

1.4 燃燒強度高，爐膛截面積小

循環(huán)流化床鍋爐的另一優(yōu)點是爐膛單位截面積的熱負荷高，是相同爐膛截面積下鼓泡流化床鍋爐熱負荷的（2～3）倍，約為（3.5～4.5）MW/m2。

1.5 氮氧化物排放低

循環(huán)流化床鍋爐一個重要優(yōu)點就是氮氧化物（NOX）排放低，范圍約為（40～120）mg/MJ或（50～150）ppm，這是由以下兩個因素決定的：

（1）空氣中的氮在低溫燃燒狀態(tài)時，幾乎不生成NOX；

（2）燃料中的氮元素在分段燃燒中被抑制轉(zhuǎn)化成NOX，并能還原已生成的部分NOX。

1.6 給煤點少

循環(huán)流化床鍋爐自身的爐膛截面積小，又因為擴展了燃燒區(qū)域，具有良好的固態(tài)混合環(huán)境，所以需要的給煤點數(shù)大幅降低。這既簡化了給煤系統(tǒng)，又有利于燃料的燃燒。

1.7 簡單的燃料預(yù)處理系統(tǒng)

循環(huán)流化床鍋爐的給煤粒度在13mm以下，燃料的制備破碎系統(tǒng)相對于煤粉鍋爐而言得到了很大的簡化。

1.8 負荷調(diào)節(jié)快，調(diào)節(jié)范圍大

既不像鼓泡流化床鍋爐采用分床壓火技術(shù)，也不像煤粉鍋爐在低負荷時必須用油助燃，循環(huán)流化床鍋爐在負荷變化時，只需要調(diào)節(jié)自身的物料循環(huán)量、給煤量和空氣量，就可以穩(wěn)定燃燒。一般情況下，其負荷調(diào)節(jié)速率可以達到每分鐘4%，負荷調(diào)節(jié)比可達（3-4）：1。

1.9 床內(nèi)不布置埋管受熱面

不同于鼓泡流化床鍋爐容易磨損埋管受熱面，循環(huán)流化床鍋爐的床內(nèi)沒有埋管受熱面，因此結(jié)焦、啟動、停爐處理所需時間少，可以長時間壓火[4]。

1.10 灰渣綜合利用容易實現(xiàn)

循環(huán)流化床鍋爐在低溫燃燒中，其灰渣含碳量因爐內(nèi)優(yōu)良的燃盡條件可低于1%。這有利于提取灰渣中的稀有金屬，也利于對灰渣實行綜合利用，將其制成建筑材料或者水泥摻和料。

2 影響循環(huán)流化床鍋爐效率的因素

2.1 循環(huán)的速度

（1）循環(huán)速度是在一定給煤量時，以一次風(fēng)量來控制，床溫會隨著風(fēng)量加大而降低，溫度場因燃燒效率降低變的不勻，增加了可燃物的排放并制約鍋爐熱效率，料層隨著時間變化而增加，容易堵塞排渣管造成流化不良，有一定量大料存在于風(fēng)帽與料層連接中，因長時間不能及時排掉而逐步大面積冷卻，形成細燃料分層燃燒與死區(qū)，容易出現(xiàn)結(jié)焦事故[5]。

（2）在一定給煤量并且不低于流化風(fēng)量的情況下，理論上床溫會隨著一次風(fēng)量的降低而提高，與此同時部分受熱面的溫度場會隨著循環(huán)速度降低而降低，稀相區(qū)煙氣灰濃度也隨著爐膛內(nèi)燃料顆粒摩擦力的降低而減少，影響傳熱效果。所以給風(fēng)量也影響鍋爐效率。

（3）給煤量在風(fēng)量加大的同時，增加到一定程度后要停止增加。因為煤進入爐內(nèi)，燃燒過程會受到燃料的燃盡程度和料層高度的制約，同時排渣管可能因燃燒不充分情況下，燃燒時間過長而造成堵塞，容易發(fā)生事故。

（4）即使燃料在一定負荷下低風(fēng)量運行并完全燃盡，排渣也同樣困難，因為多數(shù)大料不能帶動部分接近風(fēng)帽處總處于靜止態(tài)的大顆粒流化，容易結(jié)小焦坯，造成排渣困難和后續(xù)的一系列問題[6]。

2.2 溫度場均勻控制

循環(huán)速度，循環(huán)灰量，料層高度，二次風(fēng)的進入等因素決定了溫度場均勻與否；旋風(fēng)分離器分離效率越高，返料量越多；循環(huán)速度，料層高度都調(diào)整到最佳范圍內(nèi)。如果沒有達到最佳調(diào)整效果會造成各部位溫差過大。找原因并精心細調(diào)才能使溫度場均勻。

2.3 燃料顆粒度

調(diào)整燃料顆粒粗細也可以增加循環(huán)灰量和爐膛內(nèi)灰濃度，增加傳熱效果，提高鍋爐熱效率并節(jié)約燃料。筆者認為循環(huán)灰量速度適當，溫度場均勻，煙氣灰濃度高，熱效率就越高。

3 結(jié)束語

循環(huán)流化床燃燒技術(shù)是國際公認的前途光明的潔凈煤燃燒技術(shù)，為處理劣質(zhì)煤和高硫煤并滿足嚴格的大氣排放標準帶來了美好的前景，定會成為鍋爐行業(yè)的主導(dǎo)方向。

參考文獻

[1]王耀昕.大型循環(huán)流化床鍋爐的發(fā)展趨勢[J].電站系統(tǒng)工程，2004，2.

[2]駱仲泱，何宏舟，王勤輝，岑可法.循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J].動力工程，2004，12.

[3]路春美，等.循環(huán)流化床鍋爐設(shè)備與運行[M].北京：中國電力出版社，2008.

[4]林宗虎，魏敦崧，安恩科，李茂德，等.循環(huán)流化床鍋爐[M].北京：中國化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

[5]李彥，彭鋼.循環(huán)流化床鍋爐機組控制系統(tǒng)[M].北京：中國電力出版社，2008.

[6]四川省電力工業(yè)局，四川省電力教育協(xié)會編.循環(huán)流化床燃燒技術(shù)[Z].北京：中國電力出版社，1998.

作者簡介

邢哲，本科，助理工程師，現(xiàn)工作于丹東市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗所總工室。