环保所需——循环流化床锅炉

(蒙电华能热电股份有限公司 包头第二热电厂，内蒙古 包头 014030)
摘 要：文章介绍了新开发的循环硫化床(CFB)锅炉的技术特性及在其经济发展中的应用前景。
关键词：循环流化床；锅炉；环保
中图分类号：TM611  文献标识码：A  文章编号：1007—6921(2009)02—0081—02
1 背景介绍

我国是世界上少数几个以煤为主要能源的国家之一，电力生产用煤在一次能源供应中占中心地位。但我国燃煤机组每年约排放二氧化硫1 400万t(约占全国SO2总排放量的1／3)、氮氧化物约600万t，将进一步破坏人类赖以生存的大气环境，能源节约与环境保护已成为现有燃煤技术所需解决的主要问题。因此，发展一种高效、低污染燃烧技术，开发新的燃烧设备成为当务之急。循环流化床锅炉能实现脱硫脱氮，氧化氮的生成量仅为煤粉锅炉的25%，它煤种适应性广、经济性好，锅炉启动时间短，调峰性能好，是全球火电设备的未来发展方向之一。    

在我国目前情况下，循环流化床锅炉已成首选的高效低污染的新型燃烧设备。
1.1 循环流化床锅炉优点

流化床燃烧技术在极短的时间内能够得到迅速的发展和广泛的应用，是因为它有一些常规的燃烧技术如层燃烧和煤粉燃烧都不具备的优点，这些优点表现在如下几个方面。
1.1.1  燃烧适应性广。它几乎可以燃烧一切种类的燃料并达到很高的燃烧效率。其中包括高灰份、高水份、低热值、低灰熔点的劣质燃料。
1.1.2  燃烧热强度大，可以减小炉膛体积。流化床燃烧具有很高的燃烧热强度，其截面热负荷可达4—6MW/m2，炉膛容积热负荷为1.5~2MW/m3，是煤粉炉的8-11倍，因此流化床锅炉的体积可以做得比一般常规锅炉小得多。
1.1.3 床内传热能力强，可以节省受热面的金属消耗，使受热面的布置更为紧凑。
1.1.4 负荷调节性能好，负荷调节幅度大，其负荷调节范围可以从100%-30%，在低负荷下也能保持燃烧稳定，所以适合调峰运行。
1.1.5 由于燃烧温度低，灰渣不会软化和黏结，燃烧的腐蚀作用也比常规锅炉小。
1.1.6 锅炉热效率高，循环流化床锅炉的燃料是在多次循环中完成燃烧的，所以燃料的化学不完全燃烧和机械不完全燃烧的热损几乎可以达到“0”的水平，同时灰渣的的热量也能得充分的回收。
1.1.7 综合经济效益好。如果燃用煤矸石、油页岩等燃料发电，低温燃烧所产生的灰渣，具有较好的活性，燃后的灰渣可作为水泥的掺料和轻质建筑材料，有利灰渣的综合利用。这一优点对焕发老煤矿的生机大有可为。
1.2 循环流化床锅炉缺点

在具有众多优点的同时，循环流化床锅炉也有一些缺点或问题。主要是： 烟-风系统阻力较高，风机用电量大。受热面磨损问题比较严重，可能成为影响锅炉长期连续运行的重要原因。上述问题在循环流化床锅炉的发展过程中大多已经得到较好的解决。如正确选择和设计分离器，既可保证很高的分离效率也能避免自身的磨损；而冷渣器和高压风机等主要辅助设备随着循环流化床锅炉的发展，也都有了成熟的产品。

由于循环流化床不但具有流化床锅炉的全部优点，而且几乎可以解决鼓泡床具有的全部缺点，所以循环床锅炉出现以后，立刻受到世界各国的高度重视，并得到迅速的发展，成为新一代高效率、低污染燃煤锅炉设备。
2 循环流化床锅炉技术介绍

循环流化床锅炉热效率与常规煤粉炉相当，同时由于采用低温分级燃烧和向炉膛内给入石灰石，可在燃烧过程中方便地脱除含硫燃料产生的SO2，并抑制NOx生成量，使其具有高效低污染、燃料适应性广等突出特点。循环流化床锅炉包括本体设备和辅助系统两部分。

循环流化床锅炉本体设备由炉膛及布风装置、循环灰分离器、回料阀、尾部受热面竖井烟道及可以加置的外置式循环灰换热器组成。其中炉膛由膜式水冷壁构成，底部为布风板。炉膛下部锥段(浓相区)用耐火防磨材料覆盖，并依燃烧工艺要求开设二次风口、 循环灰回灰口给及石灰石通常与循环灰一并入炉)、排底渣(粗灰)口以及点火启动油燃烧器等孔口。上部直段炉膛四壁为水冷壁受热面。炉膛出口与循环灰分离器入口相连，分 离器出口则与布置过热器、省煤器和空预器等对流受热面的尾部竖井连接。为平衡炉膛换热量，可在炉膛内或灰循环回路中另布置部分受热面。炉膛下部外置底渣冷却处理系统。为提高燃烧效率，有时采用飞灰再循环技术，将尾部除尘器收集的飞灰气力回送至炉膛底部复燃。炉膛出口处、分离器及回料系统内壁面也大都覆盖耐火防磨材料。锅炉本体多采 用钢架悬吊和支承相结合的方式固定。
3 循环流化床的气——固两相流动特征

在鼓泡床中，碾碎成细颗粒的燃料从前墙面通过螺旋给煤机送入床内，床内布置有倾斜的埋管蒸发受热面，空气由风箱经过床底部的布风板送入床层将固体颗粒吹起，在重力作用下升起到一定高度的固体颗粒又会落下。在一定的空气流速下，在布风板上的颗粒的一部或全部就会产生双向运动，即在风压的作用下颗粒上升或浮起，又在重力的影响下下落，类似于液体在沸腾时状态一样，固体颗粒床层也膨胀起来，此时称固体颗粒(又称床料)进入流化状态，或沸腾状态，因此流化床又称沸腾床。

在燃烧室中，从床的底部至膨胀起来的床层上界面称为流化床(沸腾床或鼓泡床)，上界面以上的炉膛空间称为悬浮段。悬浮段应有足够的高度和温度，以保证从床层表面飞出的细颗粒能在悬浮段燃尽。床内用过的床料和灰渣则从与床层上界面高度相同处开设的溢流口，或从床底部的冷渣排放管中排出。
4 循环流化床内的燃烧工况

流化床燃烧方式是介于层燃和煤粉燃烧之间的一种新型的燃烧方式，它的一个显著特点就是炉内的流体动力学工况，其燃烧过程和传热规律与燃料的化学特性、炉内运动的物料的物理特性及粒径分布密切相关。循环流化床燃烧关键技术之一就是如何控制炉内物料粒子的运动，物料包括加入炉内的煤和脱硫剂。

当一个煤粒子进入流化床炉内燃烧室后，立刻被大量炽热的床料所包围，煤粒子被迅速干燥和加热，接着是挥发份的析出和燃烧。与此同时还伴随着煤粒子的膨胀、磨耗和粉化等过程，使得煤粒子的尺寸发生变化，对流化床内的燃烧产生重要影响。一般地，在挥发份的释放过程中，约420℃～500℃时，煤粒子会变软并成为所谓塑性状态。

沸腾床为固体燃料的燃烧创造了良好的条件。这首先是因为沸腾床内燃料颗粒在气流中进行非常强烈的湍动和混合，强化了气固两相的热量和质量交换。其次，燃料颗粒在床层内上下翻滚，延长了它在炉内的时间 。第三，沸腾床的料层是由炽热的灰渣粒子和煤粒组成的，其中95%以上都是灰粒子，新煤不超过5%，床层内有很大的蓄热量。新煤加入后，煤粒立刻被高温炽热的惰性灰渣颗粒所包围，强烈的传热使煤粒迅速得到加热、干燥以至着火燃烧。沸腾燃烧的床层温度一般控制在850℃～950℃范围内，床层温度过低时，煤中析出的某些挥发份和燃烧中产生的一氧化碳可能来不及燃尽就从床层溢出，到了悬浮段就更难燃尽，从而降低了燃烧效率。
5 循环流化床(CFB)锅炉在经济发展全局中的应用前景

环境保护是我国的基本国策之一，生态环境保护迫在眉睫。在新建火力发电站时，应充分采取措施减轻火力发电站对于生态环境的影响。采用CFB锅炉可在付出代价相对较小的前提下满足国家环保标准中对于SO₂、NO_x有害气体的排放要求，减轻燃煤电站对大气环境的污染，可切实有效地保护脆弱的生态环境，为经济发展提供新的清洁电源。

采用CFB锅炉不仅可以解决有害气体排放问题，而且还可使火电厂燃煤锅炉排烟中的另一种污染物——NOx气体的排放量减少80％～90％，有效减轻锅炉排烟对大气环境的污染。而且，由于有脱硫功能，CFB锅炉的初投资和建成后的运行费用要稍高于常规煤粉锅炉，但明显低于配备尾部烟气脱硫装置的煤粉锅炉。

因此，在新建电厂、老厂改造、城市集中供热、电网调负荷(CFB锅炉可以30％～40％MCR稳定运行，不需助燃油)等项目中，应积极采用CFB锅炉技术，以便合理利用西部地区的高硫份、高灰份、低挥发份、低灰熔点劣质煤资源。在提供新电源的同时，保护人类赖以生存的生态环境。
6 结束语

在我国政府日益重视环保的今天，结合我区的现状，大力发展循环流化床锅炉是适合既要发展经济又要保护环境的政策要求的。从不久前召开的两会中国家发改委将经济增速预计下调两个百分点就可见政府的决心，毕竟付出10％GDP的代价有点过大。
［参考文献］
［1］ 锅炉技术.北京八威公司,2001.3.
［2］ 动力工程［J］.中国动力工程学会,2002.5.
［3］ 热能动力工程［J］.哈尔滨船舶锅炉涡轮机研究所,2003.9.
［4］ 热力发电［J］.电力工业部热工研究院中国电机工程学会,2000.4.
［5］ 电站系统工程［J］.机械工业部哈尔滨电站设备成套设计研究所,1997.5.