淺談大容量循環流化床熱水鍋爐在集中供熱中的應用

摘 要：文章針對我國面臨的環境問題，闡述了大容量循環流化床鍋爐在集中供暖中的優勢，具有爐內脫硫、低氮排放、高效燃燒及燃用劣質煤等特點，在集中供熱中得到廣泛應用。

關鍵詞：循環流化床鍋爐；高效；低氮；環保

1 我國面臨的環境問題

改革開放三十年來，我國經濟以每年8%左右的速度遞增，經濟快速發展的同時帶來能源巨大消耗。隨著城市人口的增長和工業發展、機動車輛猛增，污染物排放和懸浮物大量增加，產生嚴重的生態破壞及環境污染，特別是近兩年全國范圍內霧霾施虐。

除了氣象條件，工業生產、機動車尾氣排放、冬季取暖燒煤等導致大氣中顆粒物（包括粗顆粒物PM10和細顆粒物PM2.5）濃度增加，是霧霾產生的重要因素。如今很多城市的污染物排放水平已處于臨界點，對氣象條件非常敏感，空氣質量在擴散條件較好時能達標，一旦遭遇不利天氣條件，空氣質量和能見度就會迅速下滑。為此國家對污染物的排放要求越來越嚴格，從鍋爐大氣污染物排放標準變化可見國家正在加大空氣治理力度。

表1 新建鍋爐大氣污染物排放限值（GB13271-2014）

從表1可以看出，對鍋爐煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放的要求，一般層燃鍋爐實現相當困難，即使達標，也會增加很多成本，循環流化床鍋爐則有獨到優勢。

2 選擇合理的供暖方式，降低環境污染

為解決霧霾問題，2014年9月國家三部委（國家發展改革委、環境保護部、國家能源局）聯合發文《煤電節能減排升級與改造行動》（2014-2020年）。其中指出到2020年，力爭使煤炭占一次能源消費比重下降到62%以內，電煤占煤炭消費比重提高到60%以上，說明今后五年燃煤工業鍋爐還應占相當比例。我國是貧油、少氣、多煤的國家，一次能源煤炭比例即使將來也至少占25%左右，那么如何利用好煤炭資源，降低大氣污染物排放，一直是鍋爐設計、制造、檢驗工作者的使命，通過作者調查，目前內蒙供暖，循環流化床鍋爐是主力軍，遼吉黑各地也是循環流化床鍋爐占據重要位置。近年來，由于國家節能政策的要求，我國城鎮集中供熱快速發展。城鎮集中供熱系統熱能消耗數量巨大，品位較低，通常是120℃以下低位熱能，卻主要以高品位的一次能源來供應，故有較大的節能減排潛力。集中供熱優點如下：（1）選用較大容量鍋爐，提高能源利用率，節約能源，減少排放。（2）煙囪設置較高和煙塵進一步凈化，便于消煙除塵，減輕大氣污染。（3）減少司爐人數及燃料、灰渣的運輸量和散落量，降低運行費用，改善環境衛生。（4）易于實現科學管理，提高供熱質量。

這也給大容量熱水鍋爐提供了廣闊的市場。尤其是循環流化床熱水鍋爐。大容量循環流化床熱水鍋爐在我國北方城市供暖份額越來越大，其爐內脫硫、低氮排放、高效燃燒將會給我國集中供暖工程帶來巨大的經濟效益和社會效益。目前全國供暖工程中，集中供熱是我國政府長期以來積極鼓勵的供熱方式。集中供熱，是以熱水或蒸汽作為熱媒，由一個或多個熱源，通過熱網，向城鎮居民區供暖，集中供熱是我國城市最主要的基礎設施之一。集中供熱面積快速增長的區域主要集中在華北與東北地區。集中供熱包括住宅及商業建筑，其中，住宅供熱面積約占總供熱面積70%，商業建筑占集中供熱面積30%左右。全國六百多個城市中有近半城市配備了集中供熱設施。集中供熱面積超過25億平方米。集中供熱可實現污染物在線監控、集中治理，是今后供暖行業的發展趨勢。

3 大容量循環流化床熱水鍋爐在集中供暖中有不可替代的特殊地位

主要由以下幾方面決定：

（1）環保效益好?？蓪崿F爐內脫銷。循環流化床鍋爐分內循環和外循環，無論內循環還是外循環，床身燃燒溫度都低于900℃，可實現爐內脫硫、脫氮，大大降低了鍋爐出口二氧化硫及氮氧化物的排放。即使爐外再進一步脫硫脫氮，因硫及氮氧化物含量較低而降低設備投入成本。氮氧化物排放低是循環流化床鍋爐另一個非常吸引人的特點。運行經驗表明，循環流化床鍋爐的NOX排放范圍為50-150ppm或40-120mg/MJ。循環流化床鍋爐NOX排放低是由于以下兩個原因：一是低溫燃燒，此時空氣中的氮一般不會生成NOX；二是分段燃燒，抑制燃料中的氮轉化為NOX，并使部分已生成的NOX得到還原。大容量層燃熱水鍋爐一般爐膛燃燒溫度在1200-1300℃，無法實現爐內脫硫、脫氮。向循環流化床鍋爐內加入脫硫劑（石灰石或白云石粉），可以脫去燃燒過程中產生的二氧化硫（SO2）。根據燃料中含硫量決定加入的石灰石劑量，在Ca/S摩爾比=2～2.5時，脫硫效率可達90%。

（2）煤種適應性廣。這是循環流化床鍋爐的主要優點之一。在循環流化床鍋爐中按重量計算，燃料僅占床料的1～3%，其余是不可燃的固體顆粒，如脫硫劑、灰渣等。因此，加到床中的新鮮煤顆粒被相當于一個“大蓄熱池”的灼熱灰渣顆粒所包圍。由于床內混合劇烈，這些灼熱的灰渣顆粒實際上起到了無窮的“理想拱”的作用，把煤料加熱到著火溫度而開始燃燒。在這個加熱過程中，所吸收的熱量只占床層總熱容量的千分之幾，因而對床層溫度影響很小，而煤顆粒的燃燒，又釋放出熱量，從而能使床層保持一定的溫度水平，這也是流化床一般著火容易，并且煤種適應性很廣的原因所在。

大容量循環流化床熱水鍋爐可以燒褐煤，燒無煙煤，Ⅰ、Ⅱ類煙煤要求煤的粒度為0-10mm，而目前國內運行的工業煤粉鍋爐只能燒Ⅲ類煙煤，且燃燒器技術還不夠成熟，大容量層燃鍋爐要想燒的完全，對煤的揮發分要求在30%左右，熱值4500kal/kg，為了保證良好的通風，煤的粒度、焦結性要求也較嚴，且燃燒效率低。

（3）鍋爐熱效率高。鍋爐燃燒用不同燃料時，燃燒效率也可保持在95-99%以上。循環流化床鍋爐經測試鍋爐熱效率近90%。是一種高效節能的產品。

（4）負荷調節范圍寬。當負荷變化時，只需調節給煤量、空氣量和物料循環量，不必像鼓泡流化床鍋爐那樣采用分床壓火技術。也不像煤粉鍋爐那樣，低負荷時要用油助燃，維持穩定燃燒。一般而言，循環流化床鍋爐的負荷調節比可達（3-4）：1。負荷調節速率也很快，負荷調節速率每分鐘可達4%。負荷可在30%-110%范圍內調節，鍋爐效率不減。這一點是層燃爐所辦不到的。

（5）床溫控制系統可實現自動控制。在整個負荷變化范圍內始終保持濃相床床溫850-950℃間的某一恒定值，這個值是最佳的脫硫溫度。

（6）可實現大型化。層燃鍋爐向大型化發展，必然增大爐排面積，要么加寬，要么加長，爐排過長效益較差，煤從進入爐排預熱、揮發分著火、焦炭燃燒到燃盡需要的爐排長度是一定的，再增加爐排長度，也無法過多的增加鍋爐出力。增加寬度受到鋼架構跨距影響，目前112MW已過于勉強，不適合再繼續大型化。循環流化床熱水鍋爐則不然，它可借鑒電站鍋爐的成熟經驗，向大型化發展。

（7）易于實現灰渣綜合利用。循環流化床燃燒過程屬于低溫燃燒，同時爐內優良的燃盡條件使得鍋爐的灰渣含炭量低（含炭量小于1%），屬于低溫燒透，易于實現灰渣的綜合利用，如作為水泥摻和料或做建筑材料。同時低溫燒透也有利于灰渣中稀有金屬的提取。

循環床鍋爐可燃用劣質煤，還可在爐內脫硫更有利于環境保護。由于節省大量燃料，鍋爐容量大，熱效率高，除塵效果好并能高空排放，能有效地改善環境質量。故在集中供熱中被廣泛采用。

4 循環流化床熱水鍋爐選型問題

對熱水鍋爐而言，大容量通常是指29MW以上的鍋爐，循環流化床鍋爐經近20余年的發展，基本已成熟，但運行中仍然存在一定問題，比如埋管磨損問題、返料裝置結焦問題、爐墻密封問題等，因此用戶選用循環流化床熱水鍋爐應考慮煤質適應性問題，一般29MW及以下鍋爐可選擇內循環鍋爐，如圖1所示。循環流化床鍋爐物料固體顆粒在爐膛壁面形成面壁流。當物料呈湍流時，四壁的物料濃度較中心大，并沿壁面向下流動。中心區物料顆粒相對稀少，并隨氣流向上運動。這些物料在爐內慘混循環，稱為內循環見圖1。

外循環（見圖2）：顧名思義，即床料經過爐膛出口，熱旋風分離器，立管，返料閥，回料管，回到爐膛密相區再次燃燒。內循環是分離器和返料設在爐體內。保溫效果好，可提高熱效率，但處理故障不方便。大于29MW的應選擇外循環，性能穩定，負荷容易調節，檢修方便運行平穩。

5 結束語

集中供暖企業最看重的循環流化床鍋爐兩大優點：（1）寬范圍的負荷調整；（2）燃用劣質煤。冬季供暖是關系到北方城鎮居民切身利益的大事，現在供熱企業自負盈虧，既要使居民供暖達到標準又要使企業運行成本達到最低，這就要求供暖企業挖掘內部潛力，做好供暖調節工作以節約能源，減少排放。供暖的初寒期、末寒期鍋爐無需滿負荷，循環流化床鍋爐可根據用戶實際需要進行負荷調整。根據國內外鍋爐行業的現狀和發展趨勢，依據國內集中供暖實際需求，國內大量劣質煤市場龐大的現實，選用循環流化床鍋爐能給供暖單位帶來可觀的效益。考慮到大容量循環流化床熱水鍋爐的節能、環保等特點，大容量循環流化床熱水鍋爐必定在我國北方集中供熱行業里一定時期內存在。

參考文獻

[1]王慶峰.集中供熱系統運行調節優化及熱負荷預測方法研究[J].

[2]陳偉，等.循環流化床鍋爐特點及其發展現狀[J].