循環(huán)流化床鍋爐及其在煤礦供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用的分析

李 波

（大同煤礦集團(tuán)白洞礦業(yè)有限公司， 山西 大同 037029）

引言

循環(huán)流化床是在傳統(tǒng)沸騰爐技術(shù)的基礎(chǔ)上衍生出的新一代產(chǎn)品，該技術(shù)具有更高的效率及更少的污染。循環(huán)流化床主要是利用硫化劑對(duì)鍋爐內(nèi)的床料反復(fù)進(jìn)行低溫燃燒和脫硫反應(yīng)，不但能夠使鍋爐脫硫效率達(dá)到98%，還能實(shí)現(xiàn)與煤粉相同的燃燒效率，使鍋爐排放的氣體中一氧化氮的濃度也達(dá)到較低水平，具有燃燒效率高、有害氣體排放量少、使用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)[1]。

1 循環(huán)流化床鍋爐工作原理

該鍋爐爐膛的下方安裝兩相流化床，兩相流化床具有較高的固體顆粒濃度。在正常工作時(shí)，鍋爐內(nèi)的床料在濃相區(qū)沸騰后，里面發(fā)生揚(yáng)析的較小顆粒會(huì)伴隨煙霧移動(dòng)到爐膛出口內(nèi)的高溫分離器內(nèi)，高溫分離器能夠?qū)熿F中的較小顆粒與氣體進(jìn)行分離，分離后的較小顆粒再次回到爐膛內(nèi)，氣體則漂移到鍋爐尾部，較小顆粒再次經(jīng)過高溫分離器后揚(yáng)析、分離，使整個(gè)循環(huán)形成閉合回路。經(jīng)過對(duì)顆粒反復(fù)的循環(huán)，使該設(shè)備爐膛內(nèi)顆粒濃度為普通燃燒爐的三百倍。這種工藝與傳統(tǒng)的工藝相比具有較大的改變[2]。

2 循環(huán)流化床鍋爐優(yōu)點(diǎn)

2.1 燃料適應(yīng)性廣

該設(shè)備可以使用普通燃燒爐無法使用的燃料。比如：劣質(zhì)的無煙煤、劣質(zhì)的高灰煙煤、泥煤、矸石等。

2.2 燃燒效率高

各類物料在該設(shè)備內(nèi)能夠產(chǎn)生劇烈反應(yīng)，反應(yīng)后的物料及灰渣經(jīng)過再回收，能夠?qū)⑽锪系娜紵蔬_(dá)到85.4%～98.3%。

2.3 脫硫效率高

該鍋爐正常的燃燒溫度通常在965～995 ℃，石灰石及白云石在該溫度區(qū)域可以進(jìn)行脫硫。由于物料脫硫是一個(gè)漫長的過程，因此可以將脫硫劑放置在爐內(nèi)較長時(shí)間，以達(dá)到充分的脫硫效果。通常鍋爐經(jīng)過脫硫后的脫硫效率能夠達(dá)到98%左右[3]。

2.4 NO 排放低

當(dāng)鍋爐內(nèi)的溫度達(dá)到1 300～1 400 ℃時(shí)會(huì)大量產(chǎn)生NO，而該鍋爐內(nèi)的溫度通常為965～995 ℃，因此使用該鍋爐不會(huì)產(chǎn)生大量的NO。此外，燃燒的全部過程都在爐膛內(nèi)進(jìn)行，因此對(duì)爐膛內(nèi)的布風(fēng)與分級(jí)燃燒進(jìn)行合理控制，能夠有效降低NO 的出現(xiàn)。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，該鍋爐內(nèi)能夠有效將NO 的排放量控制在0.001 mg/m3.

2.5 負(fù)荷調(diào)節(jié)比大

該鍋爐由于具有較大的熱容量，熱量不論是在徑向還是在高度上都具有較均勻的分布，因此增大給煤量對(duì)鍋爐內(nèi)的燃燒穩(wěn)定性影響不大。經(jīng)過計(jì)算后可以將物料的調(diào)節(jié)比增大，鍋爐不僅能夠在一定范圍內(nèi)保持正常的運(yùn)轉(zhuǎn)，而且還具有較高的燃燒率，非常適合各類電廠使用。

2.6 鍋爐體積小

由于該鍋爐比普通鍋爐具有更高的熱負(fù)荷，因此該鍋爐的受熱面積僅僅是普通鍋爐的50%，體積是原來鍋爐的一半，生產(chǎn)鍋爐的成本也較低[4]。

2.7 給料點(diǎn)少

該鍋爐內(nèi)的物料能夠在燃燒區(qū)域進(jìn)行擴(kuò)展，因此一個(gè)給料點(diǎn)能夠滿足50 個(gè)給料點(diǎn)提供的負(fù)荷。雖然體積較小，但能夠達(dá)到220 t/h 的蒸發(fā)量。

2.8 受熱面磨損輕

由于該鍋爐沒有埋管部分，減少了原來鍋爐埋管磨損的難題。鍋爐內(nèi)的分離器將煙霧中的顆粒進(jìn)行回收，降低了顆粒物對(duì)尾部受熱面的損害。

2.9 燃燒制備簡單

該鍋爐對(duì)各類顆粒均具有良好的適應(yīng)性，在30 mm 以下的顆粒均能使用，因此減少了制粉過程，降低了生產(chǎn)成本。

2.10 灰渣利用率高

經(jīng)過鍋爐內(nèi)965～995 ℃高溫燃燒，燃燒后的灰渣由于沒有融化，且具有抗腐蝕性和高強(qiáng)度性。因此可以利用這些灰渣制作水泥及陶瓷[5]。

3 循環(huán)流化床鍋爐應(yīng)用前景

1）在更廣的范圍內(nèi)利用循環(huán)硫化床鍋爐技術(shù)，可以將原來廢棄的劣質(zhì)無煙煤、劣質(zhì)高灰煙煤、泥煤、矸石充分使用來產(chǎn)生熱量，不僅能夠變廢為寶，還能產(chǎn)生較大的供熱效率，降低大氣中廢氣的排放量，非常適合現(xiàn)代化煤礦的發(fā)展理念。如果能夠?qū)⒃摷夹g(shù)與供熱、供電點(diǎn)結(jié)合，合理統(tǒng)一進(jìn)行規(guī)劃布局，能夠大大提高煤礦的電力效率，降低污染物的排放，直接推動(dòng)煤礦的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

2）該技術(shù)不僅能夠降低廢氣中污染物的排放量，還能將原有的廢舊資源進(jìn)行重新整合后使用，滿足節(jié)約化礦井的建設(shè)要求。如果在年產(chǎn)量為1000 萬t的礦井中使用該鍋爐，能夠在使用原來一半煤矸石的基礎(chǔ)上產(chǎn)生大量熱能及電能，大大節(jié)約供熱及供電資源，每年能夠?yàn)榈V井節(jié)約資金200 萬元。劣質(zhì)的無煙煤、劣質(zhì)的高灰煙煤、泥煤、矸石的成本均比較低，循環(huán)流化床鍋爐能夠?qū)⑦@些資源充分利用，這是

傳統(tǒng)鍋爐無法比擬的優(yōu)勢。循環(huán)流化床鍋爐如果能結(jié)合礦井供熱及供電的需求，對(duì)礦井資源分布、使用區(qū)域進(jìn)行合理化分配，對(duì)礦井可持續(xù)發(fā)展具有較大的意義。

4 實(shí)際應(yīng)用效果

大同煤礦集團(tuán)白洞礦業(yè)有限公司工業(yè)場地安裝了SHL10-1.25-AⅡ型蒸汽鍋爐，鍋爐蒸發(fā)量為1.25 t/h，供熱效率為60%～72%，供熱效率相對(duì)較低，熱能損耗大，浪費(fèi)嚴(yán)重，且鍋爐房分散性大，不利于集中管理。

2018 年4 月白洞礦業(yè)對(duì)場地鍋爐系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，采用了循環(huán)流化床鍋爐，并利用煤矸石、煤泥等作為燃源，截止2018 年8 月系統(tǒng)改造完成，從2018年10 月截止2019 年5 月，通過7 個(gè)月供熱應(yīng)用來看，采用循環(huán)流化床鍋爐后脫硫效率達(dá)95%以上，大大減少了NOx排放量，全年可節(jié)約優(yōu)質(zhì)燃煤量達(dá)12.4 萬t，減少了煤矸石排放量。