循環(huán)流化床鍋爐發(fā)展現(xiàn)狀及前景分析

李艷超

摘 要：循環(huán)流化床鍋爐燃燒技術(shù)是發(fā)電行業(yè)中的一種新技術(shù)，相對于傳統(tǒng)的鍋爐燃燒技術(shù)，具有較多優(yōu)點，例如燃料適應(yīng)性廣、燃燒效率較高、氮氧化物排放低等，自從循環(huán)流化床燃燒技術(shù)出現(xiàn)以來就在發(fā)電行業(yè)廣泛應(yīng)用，對發(fā)電廠的生產(chǎn)效率提升有很大幫助。本文對循環(huán)流化床鍋爐發(fā)展現(xiàn)狀及前景進(jìn)行分析，旨在提高發(fā)電效率。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐 發(fā)電技術(shù) 應(yīng)用前景

中圖分類號：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-9082（2017）09-0-01

引言

循環(huán)流化床鍋爐燃燒技術(shù)是上世紀(jì)七十年代產(chǎn)生的一種高效、清潔燃燒技術(shù)，這種鍋爐在發(fā)電行業(yè)中的應(yīng)用越來越普遍，其運行過程中，燃料會隨著床料在鍋爐內(nèi)多次循環(huán)，為燃燒提供了充足的時間，同時還可以使得飛灰含碳量下降。對于高熱值燃料而言，使用性能良好的循環(huán)流化床鍋爐可以達(dá)到98%～99%的燃燒效率。同時，由于這種鍋爐的物料使用量是可以調(diào)節(jié)的，所以循環(huán)流化床鍋爐運行過程中的性能可以調(diào)節(jié)，能夠保持在低負(fù)荷狀態(tài)下運轉(zhuǎn)，以達(dá)到減少環(huán)境污染的目的，因此循環(huán)流化床鍋爐在電力、供熱以及化工生產(chǎn)中有十分廣泛的應(yīng)用。在循環(huán)流化床鍋爐中，主循環(huán)回路是一個關(guān)鍵部分，其主要的作用是將大量高溫固體物料從氣流中分離出來，并且可以送回到燃燒室內(nèi)，確保燃燒室可以保持穩(wěn)定的流態(tài)化狀態(tài)，保證燃料和脫硫劑可以多次循環(huán)、反復(fù)燃燒，提高燃料的燃燒效率和脫硫效率。我國自從引進(jìn)循環(huán)流化床鍋爐以來就開始大量生產(chǎn)，進(jìn)行集中研制和開發(fā)，而且當(dāng)前已經(jīng)基本實現(xiàn)商業(yè)化，開始大量的循環(huán)流化床鍋爐研發(fā)。

一、循環(huán)流化床的發(fā)展現(xiàn)狀

1.第一代循環(huán)流化床燃燒技術(shù)

旋風(fēng)分離器在化工以及冶金領(lǐng)域中的應(yīng)用十分廣泛，是一種比較成熟的氣體固體分離裝置，在循環(huán)流化床鍋爐中的應(yīng)用最多。德國較早地開發(fā)出保溫性能、耐火性能以及防磨性能較好的高溫絕熱式旋風(fēng)分離器的循環(huán)流化床鍋爐。這種鍋爐中，分離器入口的溫度一般控制在850℃左右，應(yīng)用絕熱旋風(fēng)筒作為分離器的循環(huán)流化床鍋爐也叫做第一代循環(huán)流化床鍋爐，當(dāng)前很多公司對循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)行改造和創(chuàng)新的時候采用的基本原型都是這種鍋爐形式。這種分離器的分離性能十分良好，據(jù)統(tǒng)計，當(dāng)前已經(jīng)有78%的循環(huán)流化床鍋爐都采用了高溫絕熱旋風(fēng)分離器，已經(jīng)基本常規(guī)化。但是這種分離器也存在一定問題，主要是由于旋風(fēng)筒的體積比較大，如果采用鋼材作為耗材，其成本造價比較高，占地面積也比較大，而且旋風(fēng)筒內(nèi)襯較厚，所需要的材料較多，在運行的過程中需要較長的啟動時間，而且運行過程中容易出現(xiàn)各種故障，尤其是在燃燒一些活性較差的煤炭時，旋風(fēng)筒內(nèi)的燃燒導(dǎo)致分離后的物料溫度上升，從而導(dǎo)致筒內(nèi)出現(xiàn)超溫結(jié)焦問題。隨著循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的不斷更新，中溫分離技術(shù)在一定程度上緩解了高溫旋風(fēng)筒問題，在爐膛上部布置了較多數(shù)量的受熱面，從而降低了旋風(fēng)筒入口處的煙氣溫度以及體積，使得旋風(fēng)筒的體積和重量相對減少，從一定程度上克服了絕熱旋風(fēng)筒的技術(shù)缺陷。

2.第二代循環(huán)流化床鍋爐燃燒技術(shù)

第二代循環(huán)流化床鍋爐燃燒技術(shù)對應(yīng)的是水（汽）冷分離循環(huán)流化床鍋爐，是為了克服第一代循環(huán)流化床鍋爐爐型的缺陷而產(chǎn)生的一種新型技術(shù)，由Foster Wheeler公司設(shè)計而成，在這種鍋爐結(jié)構(gòu)中，分離器的外殼主要是水冷或汽冷管，采用彎制、焊裝工藝制成，取消絕熱旋風(fēng)筒的高溫絕熱層，取而代之的是用受熱面制成的曲面及其在內(nèi)側(cè)布滿銷釘之后再涂一層較薄厚度的高溫耐磨澆注料，在分離器的殼外側(cè)還會覆蓋一層保溫層，在內(nèi)側(cè)則敷設(shè)一層比較薄的防磨材料。鍋爐運行過程中水（汽）冷旋風(fēng)筒可以吸收鍋爐工作過程中產(chǎn)生的一部分熱量，而且分離器中的物料的溫度不僅不會上升，甚至還可能會下降，所以很好地解決了旋風(fēng)筒內(nèi)側(cè)防磨問題。應(yīng)用這種技術(shù)的循環(huán)流化床鍋爐在運行過程中幾乎沒有發(fā)生回料系統(tǒng)結(jié)焦的問題，也不會出現(xiàn)旋風(fēng)筒磨損的問題，體現(xiàn)出鍋爐性能的優(yōu)越性。

3.第三代循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)

第三代循環(huán)流化床鍋爐采用方形分離器，其中分離器的分離機理與圓形旋風(fēng)筒并沒有本質(zhì)上的區(qū)別，分離器的殼體依舊采用FW式水（汽）冷管壁式，但是因為分離器旋風(fēng)筒的筒體是平面結(jié)構(gòu)，而且分離器的壁面作為爐膛壁面水循環(huán)系統(tǒng)的一部分，在運行過程中與爐膛之間免除熱膨脹節(jié)，所以與前兩種鍋爐燃燒技術(shù)相比起來有一定的優(yōu)越性。循環(huán)流化床鍋爐中的方形分離器可以緊貼爐膛布置，使得整個循環(huán)流化床鍋爐的體積減少，為了防止嚴(yán)重的磨損，在方形分離器的表面還敷設(shè)了一層薄的耐火層，使得分離器起到了傳熱表面的作用，并且使得鍋爐的啟動以及冷卻速度增快。

從當(dāng)前我國已經(jīng)投入并且運行的循環(huán)流化床鍋爐來看，都還存在一些問題，例如鍋爐流化床內(nèi)的燃燒工況組織不好，流化床的溫度較高，旋風(fēng)分離器內(nèi)的一氧化碳以及殘?zhí)己笕紩斐蓴?shù)十度甚至上百度的溫度變化，使得流化床中的結(jié)焦溫度較低，因此結(jié)焦一直都是我國循環(huán)流化床鍋爐運行過程中的一個安全隱患。通過循環(huán)流化床鍋爐的燃燒原理可知，如果采用有冷卻功能的旋風(fēng)筒，則可以使得分離器內(nèi)的溫度得到控制，從而消除鍋爐運行過程中的結(jié)焦風(fēng)險。

二、循環(huán)流化床鍋爐的特點

從當(dāng)前形勢來看，在國際上普遍認(rèn)可的潔凈煤發(fā)電技術(shù)主要有三種，一種是增壓循環(huán)流化床技術(shù)，一種是整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)技術(shù)，一種是常壓循環(huán)流化床技術(shù)。其中，常壓循環(huán)流化床發(fā)電技術(shù)應(yīng)用比較普遍，是國際上公認(rèn)的一種成熟技術(shù)，是從上世紀(jì)八十年代開始流行的一種潔凈煤燃燒技術(shù)，為高硫煤和劣質(zhì)煤處理所帶來的大氣污染問題提供了很好的解決方案。循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)具有以下三個方面的特點：

1.燃料適應(yīng)性廣

燃燒是鍋爐燃燒過程中的主要原料，由于循環(huán)流化床鍋爐采用的循環(huán)燃燒技術(shù)，在爐膛、旋風(fēng)分離器以及虹吸密封回路中進(jìn)行循環(huán)的燃料的熱容量十分巨大，對新加入的燃料進(jìn)行計算，發(fā)現(xiàn)其重量只占整個循環(huán)床料的5%～7%左右，加入新的燃料之后會隨著循環(huán)鍋爐的運行迅速釋放出大量的熱量，而且在循環(huán)過程中，顆粒之間的相互碰撞也是使得燃料中較大的顆粒被碰撞成為較小的顆粒物質(zhì)，有利于燃料的充分燃燒。因此，在循環(huán)流化床鍋爐中對于任何燃料基本都適用，可以使用灰分水分含量較高、熱值較低的劣質(zhì)燃料，例如泥煤、褐煤、油頁巖、貧煤、無煙煤、石油焦等，由于可以提供穩(wěn)定的熱量，所以有利于電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。endprint

2.負(fù)荷調(diào)節(jié)性能好

循環(huán)流化床鍋爐在運行過程中的負(fù)荷是可以調(diào)節(jié)的，其調(diào)節(jié)的范圍基本可以控制在100%～30%之間，當(dāng)鍋爐的燃燒負(fù)荷處于30%的時候，不需要投油助燃，鍋爐中燃料的燃燒就十分穩(wěn)定。正是由于循環(huán)流化床鍋爐具有該優(yōu)點，所以可以用于電網(wǎng)供能，為電網(wǎng)提供充足且穩(wěn)定的能量。

3.環(huán)保性能好

循環(huán)流化床鍋爐運行過程中的溫度一般控制在850℃～950℃之間，同時，根據(jù)燃煤的特性可以在鍋爐中加入石灰石粉作為脫硫劑，從而在燃燒過程中脫去燃料燃燒生成的二氧化硫，所以石灰石粉的溫度控制在850℃～950℃之間可以達(dá)到良好的脫硫效果。同時，循環(huán)流化床鍋爐的運行溫度維持在850℃～950℃之間，可以有效地抑制熱反應(yīng)型NOx的生成，同時還采用了分級燃燒的方式送入二次風(fēng)，有效地控制了NOx的生成。所以是一種比較潔凈的燃燒技術(shù)。

三、循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)發(fā)展前景

就當(dāng)前實際情況來看，循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)是一種最清潔、最經(jīng)濟的燃燒技術(shù)，隨著煤炭儲備量不斷減少，加上環(huán)保要求不斷提高，也給循環(huán)流化床鍋爐提出了新的要求。在未來循環(huán)流化床鍋爐的發(fā)展要注意以下幾個方面：第一，要對其他燃料的燃燒效率進(jìn)行提升，煤炭屬于重要的化工原料，但是儲備量不斷減少，循環(huán)流化床對于各種燃料都比較適用，在未來的研究過程中要加強對其他燃料的應(yīng)用，使得循環(huán)流化床鍋爐具有更強的適用性。第二，對環(huán)保技術(shù)進(jìn)行研究和應(yīng)用。在循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的研究過程中，要結(jié)合環(huán)保、綠色的要求，達(dá)到脫硫甚至是脫硝的目的，同時要減少循環(huán)流化床鍋爐的成本消耗水平。

結(jié)語

循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)是一種新型鍋爐供能技術(shù)，在發(fā)電行業(yè)中的應(yīng)用十分廣泛。循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的燃燒效率高、污染少，在未來的發(fā)展過程中可以進(jìn)一步加強對循環(huán)流化床鍋爐的深入研究，拓展循環(huán)流化床鍋爐燃料的適用性，不斷提高循環(huán)流化床鍋爐的應(yīng)用水平。

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