淺析循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展前景

吳昊

摘 要：循環(huán)流化床技術(shù)依托其燃料處理工序與負(fù)荷調(diào)節(jié)能力，發(fā)揮了低成本、高效率的作用，在鍋爐廠中具有較強應(yīng)用價值。本文分析了循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的研究現(xiàn)狀與技術(shù)特點，圍繞大型化與超臨界化、環(huán)境友好與減輕污染、低碳節(jié)能化發(fā)展等三個層面，探討了對循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的發(fā)展前景展望，以供參考。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床;鍋爐技術(shù);超臨界化;脫硫技術(shù)

引言：1960年代我國開始投入研究循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)，經(jīng)由半個多世紀(jì)的研發(fā)與技術(shù)革新，循環(huán)流化床鍋爐已由小型化鍋爐逐漸朝向660MW超超臨界型鍋爐發(fā)展。當(dāng)前我國關(guān)于新型能源的研發(fā)尚處于起步階段，燃煤發(fā)電仍在我國電力事業(yè)中占據(jù)主導(dǎo)地位，在此背景下研究循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的現(xiàn)實意義不言而喻。

1循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的研究現(xiàn)狀與技術(shù)特點

1.1鼓泡流化床鍋爐

在1960年代，我國首次研發(fā)出鼓泡流化床鍋爐。受當(dāng)時經(jīng)濟條件與生產(chǎn)力水平的限制，所應(yīng)用到的燃料局限于油頁巖、質(zhì)量普遍較低，研究人員主要圍繞工廠生產(chǎn)所使用的塊狀鍋爐、鏈條鍋爐進行研究與改造，最終研發(fā)出了鼓泡流化床鍋爐。然而這種鍋爐的燃煤利用率偏低，在煤炭燃燒的過程中還會產(chǎn)生大量的飛灰，碳含量的超標(biāo)將嚴(yán)重污染生態(tài)環(huán)境、危害人體健康。

1.2小型循環(huán)流化床鍋爐

在1980年代，國家科委會加大了對流化床燃燒技術(shù)的研發(fā)力度，經(jīng)由綜合試驗后研發(fā)出了2.8MW熱功率循環(huán)流化床，標(biāo)志著流化床燃燒技術(shù)由冷態(tài)向熱態(tài)的轉(zhuǎn)型。在此基礎(chǔ)上，研究院與國內(nèi)多家中小型鍋爐制造廠達成合作，從事循環(huán)流化床技術(shù)的研發(fā)，待1990年代便已研制出 循環(huán)流化床鍋爐并投入使用。然而這類小型循環(huán)流化床鍋爐的性能存在較大缺陷，諸如磨損情況嚴(yán)重、主氣溫偏低、自動化水平不足等，都嚴(yán)重影響到機組的使用效果。隨后在1990年代中期，先進生產(chǎn)技術(shù)的引進為國內(nèi)鍋爐制造業(yè)創(chuàng)造了前所未有的發(fā)展機遇， 循環(huán)流化床鍋爐正式投入市場，技術(shù)水平呈現(xiàn)出明顯提升。2009年，330MW循環(huán)流化床鍋爐投入試運行，在中等容量循環(huán)流化床技術(shù)的基礎(chǔ)上為超臨界化發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。

1.3超臨界型循環(huán)流化床鍋爐

隨著國家對電力行業(yè)節(jié)能減排要求的提升，大容量超臨界型循環(huán)流化床鍋爐的研究已成為當(dāng)前乃至未來鍋爐技術(shù)研究的主導(dǎo)方向。超臨界型循環(huán)流化床鍋爐主要是指鍋爐主蒸汽壓力大于 ，而大容量超臨界型鍋爐的主蒸汽壓力則高于 。相較于超臨界煤粉鍋爐而言，超臨界循環(huán)流化鍋爐所需的建設(shè)投資基本持平，但其爐內(nèi)燃燒脫硫效果顯著提升，所耗費的脫硫成本同比以往降低50%，所排放的 物質(zhì)質(zhì)量濃度將低于 。同時在爐內(nèi)脫硫燃燒模式下，該技術(shù)所排放氣體中的 物質(zhì)質(zhì)量濃度明顯降低，經(jīng)試驗表明超臨界型循環(huán)流化床鍋爐排放煙氣中 的質(zhì)量濃度低于 ，使得排煙酸露點溫度顯著降低，進一步為其排煙溫度低于 的目標(biāo)與煙氣余熱利用創(chuàng)設(shè)了條件，使鍋爐燃燒效率提高 ，具有顯著的節(jié)能作用[1]。

2循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的發(fā)展前景展望

2.1大型化、超臨界化

當(dāng)前我國循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)已朝向大型化、超臨界化趨勢發(fā)展，這一發(fā)展趨勢與其特有的燃燒機制密切相關(guān)。通常情況下，循環(huán)流化床鍋爐所產(chǎn)生的煤粉熱量低于常規(guī)鍋爐，在工作狀態(tài)下隨著鍋爐溫度及其固定濃度的降低，循環(huán)流化床鍋爐所生成的固體傳熱系數(shù)反而明顯升高，進而作用于水冷壁發(fā)揮溫度調(diào)控功能，使循環(huán)流化床鍋爐收獲顯著的應(yīng)用成效。基于此，未來循環(huán)流化床鍋爐必將朝向大型化、超臨界化方向發(fā)展，依托其低成本投資與高結(jié)構(gòu)性能創(chuàng)造更加寬廣的應(yīng)用價值。

2.2環(huán)境友好、減輕污染

受循環(huán)流化床鍋爐自身良好適應(yīng)性的影響，可在低溫狀態(tài)下保持正常燃燒，同時具有空氣分級供給燃燒效能，在其工作運行的過程中使氧氮化物得到充分釋放，相較于一般鍋爐而言其氧氮化物濃度低于 ，真正實現(xiàn)減少污染的目標(biāo)。在當(dāng)前國家不斷加大工業(yè)污染控制力度的背景下，關(guān)于電廠燃煤發(fā)電鍋爐所排放的二氧化硫、氮氧化物等污染物的濃度限值已被調(diào)整為35mg/m3和50mg/m3，未來循環(huán)流化床鍋爐的深度脫硫、脫硝必將成為該技術(shù)研發(fā)革新的主要方向[2]。相較于以往的濕脫硫技術(shù)來說，通過在循環(huán)流化床鍋爐中添加石灰石的方法，可以更好地提升其脫硫效果。然而該技術(shù)還需針對燃煤后爐內(nèi)殘余的灰渣進行處理，生產(chǎn)工序的增加不利于生產(chǎn)效率的提高，因此未來還需著重加強對循環(huán)流化床鍋爐深度脫硫技術(shù)的研究，強化電廠的綜合競爭實力。

2.3低碳節(jié)能化發(fā)展

當(dāng)前發(fā)展低碳經(jīng)濟是貫徹實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的重要舉措，低碳經(jīng)濟的其中一項要求便是實現(xiàn)能源節(jié)約與綜合利用，這也成為循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)未來發(fā)展的主要攻克方向。其研究重點主要體現(xiàn)在以下三方面：其一是通過研究循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)，為部分低級能源利用率的提高創(chuàng)設(shè)有效平臺，實現(xiàn)整合能源的目標(biāo);其二是在現(xiàn)有循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的基礎(chǔ)上，配合其他燃料、能源等提高能源利用率，實現(xiàn)技術(shù)的研發(fā)與革新;其三是實現(xiàn)能源的綜合利用，尤其以循環(huán)流化床鍋爐中產(chǎn)生的灰渣作為研究對象，通過研究灰渣的化學(xué)性質(zhì)尋找到不同物質(zhì)之間的性能差異，進而實現(xiàn)對灰渣的統(tǒng)一、集成化處理，進一步實現(xiàn)能源的高效利用與最大限度開發(fā)。

結(jié)論：總而言之，循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)能夠在高濃度、高速率條件下實現(xiàn)固體燃料在爐內(nèi)的高效循環(huán)，實現(xiàn)熱量、動量、質(zhì)量的均勻傳導(dǎo)與分布，具有良好的適應(yīng)性與低污染效果，在清潔煤技術(shù)研究領(lǐng)域具有較強的商業(yè)應(yīng)用價值。因此務(wù)必要不斷加強技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新，進一步拓展其應(yīng)用前景，助推電力事業(yè)長效發(fā)展。

參考文獻：

[1]常太華，徐浩，高明明.大型循環(huán)流化床鍋爐超臨界化技術(shù)與控制難點分析[J].華電技術(shù)，2011，33，（9）：31-33.

[2]呂清剛，宋國良，王東宇，等.新型660MW超超臨界環(huán)形爐膛循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)研究[J].中國電機工程學(xué)報，2018，38，（10）.