循環流化床鍋爐節能減排關鍵問題探討

張宏 刁志偉 李愿

中鹽吉蘭泰鹽化集團有限公司熱電廠 內蒙古阿拉善盟 750336

循環流化床（簡稱“CFB”）鍋爐技術由于具有煤種適應性好、燃燒過程污染控制性能優等突出優點，已成為世界各國在解決劣質煤燃燒、固體廢棄物焚燒方面的首選技術。近年來，我國在超臨界CFB鍋爐技術領域取得十分顯著的進展。繼2013年投運世界首臺600MW超臨界CFB鍋爐后，截止到2019年6月，國內又投運了30余臺350MW超臨界CFB電站鍋爐，使我國的超臨界CFB鍋爐的總裝機量占世界同類鍋爐裝機量的70%以上，這表明我國在大型燃煤CFB鍋爐制造與運行技術方面居世界領先水平。隨著我國節能減排要求的不斷提高，未來的大型循環流化床鍋爐，尤其是660MW超超臨界CFB鍋爐將要求具有更高的鍋爐熱效率、更高的蒸汽參數以及更低的污染物排放，因此亟需對國內外現已投產的三十余臺超臨界CFB電站鍋爐的設計、運行等特性進行分析總結，為我國未來更高參數的超超臨界CFB鍋爐研發提供重要的技術參考。

1 循環流化床鍋爐技術的特點

（1）燃料利用率高。流化床系統可以設計成誘導特定的強制循環，即循環流化床鍋爐，如“內部循環”或“外部循環”，靠近主燃燒室是一個大型旋風分離器，用于分離返回到流體中的較大固體顆粒。燃料燃燒時，在一次風的流化及二次風的參混作用下，氣固混合良好，燃燒的速率高。（2）污染物排放少。對于工業生產來講，能夠降低對環境的污染代表生產技術的進一步優化。對于循環流化床鍋爐來講，燃料及脫硫劑在流化床狀態下經多次循環，反復地進行低溫燃燒和脫硫反應，床層內氣、固兩相擾動強烈，混合均勻，在爐內能達到 90%的脫硫效率，并且低溫燃燒抑制了 NOx 的生成，燃燒時的有害氣體和其他有污染的副產物大幅度減少[1]。

2 循環流化床鍋爐節能減排措施

2.1 床溫控制

一次風體積流量變化對床溫影響比較大，而二次風體積流量對床溫的影響相對較小。當一次風體積流量增加時，由于短時間內增強了床料的流化速度，但同時也帶走了燃燒熱量，所以床溫在一次風體積流量增加初期，床溫基本不變，而后隨著一次風體積流量的增加而降低，可見床溫隨一次風體積流量的變化不是單調關系，如果單純用床溫的控制來修正一次風體積流量，燃燒控制系統是不穩定的。因此，采用一次風調節成為控制床溫的主要手段，同時調節一、二次風配比，在采用一次風控制床溫的同時，相應改變二次風體積流量，保證鍋爐的總風量不變，維持煙氣氧量的恒定和床溫在合理范圍內[2]。

2.2 底渣及排煙余熱回收

CFB鍋爐灰渣顯熱損失通常占鍋爐熱效率的1%-2%，個別燃用高灰分煤種的CFB鍋爐，灰渣顯熱損失可達5%-10%，甚至更高。CFB鍋爐熱效率普遍低于同容量煤粉鍋爐，主要是由于CFB鍋爐灰渣顯熱損失較大造成。目前，回收底渣顯熱損失的主要方式是采用汽輪機側的冷凝水，通過滾筒冷渣器冷卻高溫底渣，回收的熱量全部進入回熱系統。這種熱回收方式，由于又帶來額外的冷源損失，使得從底渣回收的熱量只有10%-15%的熱量真正回收到熱力系統。目前某些CFB鍋爐采用的低溫省煤器也有類似問題。采用回熱水或除鹽水回收的煙氣余熱，由于余熱溫度低，無法進入鍋爐，只能進入回熱系統，導致回收熱量中的絕大部分（85%以上）又通過冷凝器損失到大氣環境中去而無法真正回收利用。為解決上述問題，需要開發一種能將底渣余熱和煙氣余熱回收到鍋爐系統的先進換熱裝置及系統[3]。

2.3 CFB鍋爐爐內燃燒均勻性問題

實爐運行及現場測試發現，超臨界CFB鍋爐由于爐膛容積大，需要控制的運行參數多，為保證較高的鍋爐熱效率（設計熱效率比亞臨界CFB鍋爐平均高1%-2%）和較低的污染物排放，在鍋爐設計與運行方面必須重點關注爐內燃燒均勻性問題。爐內燃燒均勻性，主要涉及到布風（包括二次風）均勻性和給煤、返料的均勻性問題。目前，國內投運的超臨界CFB鍋爐，凡是采用鏈式輸煤機作為第二級爐前給煤系統的，每個給煤口的給煤量都無法精確控制，導致不同給煤口的給煤量偏差較大。其次，由于爐膛截面大，布風板尺寸大，尤其在低負荷時，出現了布風均勻性問題和二次風射流穿透性問題?，F場實測結果表明，二次風區域的風煤匹配不均勻性，會一直延續到爐膛出口，會造成分離器溫升不均勻、返料量不均勻等一系列均勻性問題。此外，針對前墻給煤的鍋爐燃煤顆粒在爐內的初始分布，也是需要進一步研究的問題。

3 結語

循環流化床鍋爐由于具有燃燒效率高、污染排放低、燃料適應性廣等優點，在我國得到了廣泛的應用。但是，循環流化床鍋爐在大規模商業化過程中仍存在著長期不能滿負荷運行、燃燒效率低、分離器效率低、飛灰含碳量高、結渣、受熱面磨損等問題，從長遠來看，該技術仍存在一些不足。隨著循環流化床鍋爐技術更加廣泛的應用于生產當中，在市場經濟條件下必將實現技術創新，更好地促進未來工業生產的可持續發展，從而促進社會文明進步。