循環流化床鍋爐運行原理與應用優勢

李春軼

（長春黃金設計院有限公司，吉林長春 130012）

0.引言

循環流化床鍋爐主要由燃燒室和循環回爐組成。燃燒室由密相區和稀相區組成，而循環回爐則由飛灰分離器和燃料返料器兩部分組成。除了以上兩個主要部分外，循環流化床鍋爐的構造與其他形式燃煤鍋爐有很多不同之處，主要體現在循環流化床鍋爐所特有的輔助部件：飛灰分離捕集器、物料返料器、燃燒室下部設置的布風板和鍋爐的外置熱交換器等。

1.循環流化床鍋爐的工作原理

循環流化床鍋爐的工作原理：將固體燃料煤破碎到一定的粒度，采用機械輸送的方式將破碎后的粒狀物送入爐膛燃燒室內[1]。鼓風機將風吹進鍋爐底部，經由燃燒室下部的布風板進入，使爐膛內的物料被均勻吹起，均勻受熱，處于可迅速被流化的狀態燃燒。被吹出燃燒室的飛灰及未燃盡的物料顆粒在分離器的作用下，由返料器重新送回燃燒室內進行循環反復燃燒。煙氣夾帶著固體物料顆粒，在燃燒室內向上部運動，小顆粒燃盡的同時爐膛內部分大顆粒，會在爐膛中上升到不同高度的地方停止運動，然后沿著爐膛邊壁沉降，大顆粒燃燒變為小顆粒，重新回到爐膛下部，從下部進入的一次風再次吹起這些顆粒，物料顆粒被風夾帶著在爐膛內再次向上部運動，這樣的的燃燒過程為內循環；飛灰顆粒及物料小顆粒，從爐膛內進入分離器，被捕集分離后，再由返料裝置運輸重新返回爐膛中，此過程稱為外循環過程，因此燃料在循環流化床鍋爐內，既參與了外循環過程又參與了內循環過程，兩種循環運動過程大大提高了煤的充分燃燒效率。未被捕集下來的顆粒隨煙氣進入尾部煙道受熱面，最后排出室外。

2.循環流化床鍋爐的實際應用

本項目為內蒙古某礦山新建鍋爐房，因當地缺乏燃油、燃氣資源，電資源無政府峰谷平價補助，只有煤質資源豐富，但煤質較差，鍋爐的噸位較大，符合《大氣污染防治行動計劃》，比較后決定采用一臺20t循環流化床鍋爐[2]。

3.循環流化床鍋爐的特點

循壞流化床鍋爐的燃燒方式與傳統的燃燒方式不同，尤其是它的循環流化方式是其他鍋爐而不具備的，其特點如下：

3.1 燃料方面的優點

循環流化床鍋爐具有特點為：其燃燒用的燃料適應范圍較為廣泛，不僅僅可燃燒優質煤，也可燃燒劣質煤料，如煤矸石、煤泥、高灰份煤及煤灰等灰分大且發熱量低的煤質[3]。循環流化床具有快速燃燒，且燃燒強度大的特點，煤質燃料在爐膛形成內循環運動，此運動形式較為強烈，可使煤燃料被吹起并均勻受熱。再加上鍋爐的外循環運動的共同作用下，使煤料得到充分燃燒，極大地提高了鍋爐的燃燒效率，能使燃燒室內的溫度保持在850℃左右的恒定溫度，這種恒溫高溫條件下可使燃燒室內的燃枓顆粒能夠得到均勻受熱，能快速地被加熱到燃燒室內事先設定的溫度，從而達到著火燃燒的程度。這樣在不添加任何輔助燃燒的燃料的前提下，能使循環流化床鍋爐繼續運行。鍋爐可以燃燒的固體燃料，例如低揮發分煤、從無煙煤到高硫煙煤和灰分含量高的煤，這些都能得到有效地燃燒并達到燃燒效果?？梢娖淙剂线m用范闈十分寬廣。

3.2 燃燒效率高

循環流化床鍋爐燃燒運行過程中，需要滿足特有的前提條件，例如要求鍋爐給煤的顆粒大小一般在10mm以內，大于煤粉粒度，但其燃燒效率可以達到煤粉爐的水平，其燃料的破碎系統，相比的煤粉爐的結構形式也簡化了不少。燃料顆粒通過循環流化床鍋爐給料器被送入爐膛內部，即可迅速與爐內已經被加熱的大量高溫煤料進行充分混合，可立即著火燃燒，而且在燃燒室內部，氣體、固體混合較為均勻、強烈，燃燒的速率及高，使物料得到充分燃燒。而固體顆粒及飛灰隨高溫煙氣流出爐膛，經過旋風分離器時，在飛灰分離器的作用下被分離出來，捕集分離出來的物料，將其收集起來，再由返料器在返料風系統的作用下，送回燃燒室爐膛內進行再次循環燃燒。由于經過反復多次的循環燃燒，大大延長了燃料在爐內的燃燒時間，有利于燃料完全充分的燃燒，達到很高的燃燒效率。循環流化床也可以從返料管送入鍋爐燃料，這樣的好處是燃料進入爐膛前可以先進行預熱，更有利于燃料的充分燃燒，還簡化了給煤系統。

3.3 環保方面的優點

鍋爐運行時，所排煙氣中含有SO2和氮氧化物等危害物，煙氣排入大氣后將嚴重污染環境，鍋爐所排灰渣可回收利用。

（1）其他形式的燃煤鍋爐運行過程中，排出的煙塵中含有大量的SO2氣體。含有SO2的煙氣排入大氣后將對大氣環境產生嚴重危害。為了減少煙氣中的SO2含量，并使之達到環保要求，一般會在鍋爐出口加設煙氣脫硫裝置，這樣會增大投資，也可在燃燒過程中加入脫硫劑脫硫，但脫硫劑加入鍋爐內因反應不充分，因而使脫硫效果達不到高效率。本工程采用加入石灰石作為脫硫劑。在循環流化床鍋爐的運行過程中，脫硫工作必須在爐膛的最佳反應溫度下完成，脫硫劑也隨鍋爐的運行模式一樣，在鍋爐內不斷的進行循環燃燒反應，因而可有效的延長在爐內的停留時間，使脫硫劑得到充分燃燒反應，脫硫劑的利用率也隨之得到提高，使煙氣中排入大氣的SO2氣體含量得到有效的控制，符合國家環保標準，所以循環流化床鍋爐并不需要額外再配置昂貴的煙氣脫硫裝置，只需要進行單一的爐內脫硫即可滿足環保要求。這樣不僅減少了占地空間，縮小了鍋爐房面積，且大大降低了投資及運行成本。

（2）鍋爐排放的煙氣中含有大量有害物質，均超出國家排放標準，如氮氧化物等均需要被處理，鍋爐分為分段送風和分段燃燒相結合的形式，這是循環流化床鍋爐運行時的主要兩種形式。燃料燃燒過程中生成的氮氧化合物等有害物質，可以有效地防止并減少其生成物。從而解決了循環流化床鍋爐排放的煙氣中的氮氧化合物超標的問題，排放標準均可以滿足各國的環保法規要求，是其他形式鍋爐所不具備的特點。

（3）循環流化床鍋爐燃燒后所排出的燃煤灰渣具有利用率很高的優點，可將其與水泥混合在一起，可用在建筑材料和磚瓦的生產等多個領域。

3.4 鍋爐出力調節范圍廣，調節速率快

循環流化床鍋爐負荷可調節范圍大，且調節控制的操作方法簡單，只需調節給煤量、空氣輸送量和物料循環量，即可調控使爐溫保持在最佳狀況下運行。此外，由于爐膛循環次數多、速度快、傳熱效率高，因而其高效熱負荷的調控速率較快。

4.循環流化床鍋爐實際運行情況

礦山運行循環流化床鍋爐后，因煤種適應性能范圍廣，燃料進貨渠道多，采購容易、方便，不易出現煤料供應不上，影響鍋爐運行的情況，且燃料在流化床著火容易，使氣體固體都混合充分均勻，燃燒速率極高，且飛灰可進行再循環燃燒，供熱效果明顯上升，供熱效率大大提高，鍋爐采用爐內脫硫，未設置煙氣脫硫裝置，降低了投資成本，大氣排放物含量符合國家環保標準，大氣和環境質量明顯比以前提高很多。因循環流化床給煤粒度一般要求在10mm以內，物料的制備破碎系統等都比煤粉爐簡化很多。因在爐內固體和氣體混合充分，燃燒效率高，這樣可相應的減少鍋爐的給煤點數，給煤系統結構形式也得到大大的簡化。由此大大節省了人力物力。鍋爐產生的灰渣含碳量低，可再次銷售用于水泥參和料、建筑材料等方面的綜合利用。大大降低了運行成本。

5.結語

總體來說，循環流化床鍋爐的這些優點已使其成為一種適用燃料范圍廣、高效率、安全可靠且節約能源、潔凈燃燒、低污染排放及煤渣具有良好的綜合利用性質等優點于一體的燃煤鍋爐，不僅被廣泛地應用于石油化工、冶金能源、環境保護等工業領域中的工業鍋爐，也適用于大型電站鍋爐等，在很多領域得到了廣泛應用。