循環流化床燃燒技術介紹

【摘 要】 目前燃煤鍋爐因為成本低，占據了鍋爐行業的主流。這類鍋爐材料消耗大、熱效率低，嚴重污染空氣。循環流化床燃燒技術排放控制嚴格、成本較低，即使是劣質燃料也可拿來利用，在灰渣綜合利用以及負荷適應性方面具有綜合優勢，在鍋爐的節能環保改造方面提供了一條可行途徑[1]。

【關鍵詞】 鍋爐 熱效率 節能環保

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2017.04.008

引言

近些年來，循環流化床燃燒技術因具有燃燒清潔，高效能低污染等優點而迅速發展，在國際上的廢棄物處理利用、燃煤鍋爐等商業領域得到了廣泛應用，循環流化床鍋爐已逐步發展到幾十萬千瓦級的規模。該技術的開發應用在國內也逐漸興起，正在制造或已投入運行的循環流化床鍋爐已達上百臺，該技術將會在未來幾年內快速發展[2]。

1 循環流化床鍋爐的優點

1.1 燃燒效率高

循環流化床鍋爐的燃燒效率一般在95%～99%左右，比鼓泡流化床鍋爐高，和煤粉鍋爐不相上下。因具有較高的燃燒速率，良好的氣固混合，飛灰可再循環燃燒等因素，所以循環流化床鍋爐的燃燒效率高。

1.2 燃料適應性廣

這是循環流化床技術的一個重要優點。按重量計算，燃料僅占循環流化床鍋爐床料的1%～3%，剩余部分皆為不可燃的脫硫劑、灰渣等固體顆粒。灼熱灰渣顆粒形成了一個“大蓄熱池”，包圍了新加入床中的煤顆粒。這些灼熱的灰渣顆粒因為床內的劇烈混合，起到了無窮的“理想拱”的作用，煤料達到著火溫度而燃燒，床層總熱容量的千分之幾在加熱過程中被灼熱灰渣顆粒吸收，對床層溫度影響很小，床層的溫度因煤顆粒燃燒所釋放出的熱量而保持在一定水平。這就是循環流化床鍋爐燃料適應性廣、容易著火的原因。

1.3 脫硫高效

床料中部分石灰和石灰石沒有發生脫硫反應便被吹出燃燒室，又因為飛灰的循環燃燒而被送回至床內進行再利用。生成了硫酸鈣的大粒子和部分已發生脫硫反應的床料，在循環燃燒過程中形成碰撞而破裂，在硫化反應的氣氛中生成新的氧化鈣粒子。與鼓泡流化床燃燒相比，循環流化床燃燒的脫硫性能大幅改善。鼓泡流化床鍋爐和循環流化床鍋爐相比，達到相同脫硫效率時，鈣的消耗量大了一倍。循環流化床鍋爐不需要安裝尾部脫硝脫硫裝置，制造和運行費用與煤粉燃燒鍋爐相比大大降低[3]。

1.4 燃燒強度高，爐膛截面積小

循環流化床鍋爐的另一優點是爐膛單位截面積的熱負荷高，是相同爐膛截面積下鼓泡流化床鍋爐熱負荷的（2～3）倍，約為（3.5～4.5）MW/m2。

1.5 氮氧化物排放低

循環流化床鍋爐一個重要優點就是氮氧化物（NOX）排放低，范圍約為（40～120）mg/MJ或（50～150）ppm，這是由以下兩個因素決定的：

（1）空氣中的氮在低溫燃燒狀態時，幾乎不生成NOX；

（2）燃料中的氮元素在分段燃燒中被抑制轉化成NOX，并能還原已生成的部分NOX。

1.6 給煤點少

循環流化床鍋爐自身的爐膛截面積小，又因為擴展了燃燒區域，具有良好的固態混合環境，所以需要的給煤點數大幅降低。這既簡化了給煤系統，又有利于燃料的燃燒。

1.7 簡單的燃料預處理系統

循環流化床鍋爐的給煤粒度在13mm以下，燃料的制備破碎系統相對于煤粉鍋爐而言得到了很大的簡化。

1.8 負荷調節快，調節范圍大

既不像鼓泡流化床鍋爐采用分床壓火技術，也不像煤粉鍋爐在低負荷時必須用油助燃，循環流化床鍋爐在負荷變化時，只需要調節自身的物料循環量、給煤量和空氣量，就可以穩定燃燒。一般情況下，其負荷調節速率可以達到每分鐘4%，負荷調節比可達（3-4）：1。

1.9 床內不布置埋管受熱面

不同于鼓泡流化床鍋爐容易磨損埋管受熱面，循環流化床鍋爐的床內沒有埋管受熱面，因此結焦、啟動、停爐處理所需時間少，可以長時間壓火[4]。

1.10 灰渣綜合利用容易實現

循環流化床鍋爐在低溫燃燒中，其灰渣含碳量因爐內優良的燃盡條件可低于1%。這有利于提取灰渣中的稀有金屬，也利于對灰渣實行綜合利用，將其制成建筑材料或者水泥摻和料。

2 影響循環流化床鍋爐效率的因素

2.1 循環的速度

（1）循環速度是在一定給煤量時，以一次風量來控制，床溫會隨著風量加大而降低，溫度場因燃燒效率降低變的不勻，增加了可燃物的排放并制約鍋爐熱效率，料層隨著時間變化而增加，容易堵塞排渣管造成流化不良，有一定量大料存在于風帽與料層連接中，因長時間不能及時排掉而逐步大面積冷卻，形成細燃料分層燃燒與死區，容易出現結焦事故[5]。

（2）在一定給煤量并且不低于流化風量的情況下，理論上床溫會隨著一次風量的降低而提高，與此同時部分受熱面的溫度場會隨著循環速度降低而降低，稀相區煙氣灰濃度也隨著爐膛內燃料顆粒摩擦力的降低而減少，影響傳熱效果。所以給風量也影響鍋爐效率。

（3）給煤量在風量加大的同時，增加到一定程度后要停止增加。因為煤進入爐內，燃燒過程會受到燃料的燃盡程度和料層高度的制約，同時排渣管可能因燃燒不充分情況下，燃燒時間過長而造成堵塞，容易發生事故。

（4）即使燃料在一定負荷下低風量運行并完全燃盡，排渣也同樣困難，因為多數大料不能帶動部分接近風帽處總處于靜止態的大顆粒流化，容易結小焦坯，造成排渣困難和后續的一系列問題[6]。

2.2 溫度場均勻控制

循環速度，循環灰量，料層高度，二次風的進入等因素決定了溫度場均勻與否；旋風分離器分離效率越高，返料量越多；循環速度，料層高度都調整到最佳范圍內。如果沒有達到最佳調整效果會造成各部位溫差過大。找原因并精心細調才能使溫度場均勻。

2.3 燃料顆粒度

調整燃料顆粒粗細也可以增加循環灰量和爐膛內灰濃度，增加傳熱效果，提高鍋爐熱效率并節約燃料。筆者認為循環灰量速度適當，溫度場均勻，煙氣灰濃度高，熱效率就越高。

3 結束語

循環流化床燃燒技術是國際公認的前途光明的潔凈煤燃燒技術，為處理劣質煤和高硫煤并滿足嚴格的大氣排放標準帶來了美好的前景，定會成為鍋爐行業的主導方向。

參考文獻

[1]王耀昕.大型循環流化床鍋爐的發展趨勢[J].電站系統工程，2004，2.

[2]駱仲泱，何宏舟，王勤輝，岑可法.循環流化床鍋爐技術的現狀及發展前景[J].動力工程，2004，12.

[3]路春美，等.循環流化床鍋爐設備與運行[M].北京：中國電力出版社，2008.

[4]林宗虎，魏敦崧，安恩科，李茂德，等.循環流化床鍋爐[M].北京：中國化學工業出版社，2003.

[5]李彥，彭鋼.循環流化床鍋爐機組控制系統[M].北京：中國電力出版社，2008.

[6]四川省電力工業局，四川省電力教育協會編.循環流化床燃燒技術[Z].北京：中國電力出版社，1998.

作者簡介

邢哲，本科，助理工程師，現工作于丹東市特種設備監督檢驗所總工室。