循環(huán)流化床鍋爐的特點(diǎn)

1、循環(huán)流化床鍋爐的特點(diǎn)循環(huán)流化床鍋爐的特點(diǎn)循環(huán)流化床鍋爐是近十幾年發(fā)展起來的一項(xiàng)高效、低污染清潔燃燒技術(shù)。因其具有燃燒效率高、煤種適應(yīng)性廣、煙氣中有害氣體排放濃度低、負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大、灰渣可綜合利用等優(yōu)點(diǎn)，在當(dāng)今日益嚴(yán)峻的能源緊缺和環(huán)境保護(hù)要求下，在國(guó)內(nèi)外得到了迅速的發(fā)展，并已商品化，正在向大型化發(fā)展。1.1 獨(dú)特的燃燒機(jī)理固體粒子經(jīng)與氣體或液體接觸而轉(zhuǎn)變?yōu)轭愃屏黧w狀態(tài)的過程，稱為流化過程。流化過程用于燃料燃燒，即為流化燃燒，其爐子稱為流化床鍋爐。流化理論用于燃燒始于上世紀(jì)20 年代， 40 年代以后主要用于 石油化工和冶金工業(yè)。流化燃燒是一種介于層狀燃燒與懸浮燃燒之間的燃燒方式。煤預(yù)先經(jīng)破碎加工

2、成一定大小的顆粒（一般為8mm） 而置于布風(fēng)板上，其厚度約在350 500mm 左右， 空氣則通過布風(fēng)板由下向上吹送。當(dāng)空氣以較低的氣流速度通過料層時(shí)，煤粒在布風(fēng)板上靜止不動(dòng)，料層厚度不變，這一階段稱為固定床。這正是煤在層燃爐中的狀態(tài)，氣流的推力小于煤粒重力，氣流穿過煤粒間隙，煤粒之間無相對(duì)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)氣流速度增大并達(dá)到某一較高值時(shí)，氣流對(duì)煤粒的推力恰好等于煤粒的重力，煤粒開始飄浮移動(dòng)，料層高度略有增長(zhǎng)。如氣流速度繼續(xù)增大，煤粒間的空隙加大，料層膨脹增高，所有的煤粒、灰渣紛亂混雜，上下翻騰不已，顆粒和氣流之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)十分強(qiáng)烈。這種處于沸騰狀態(tài)的料床，稱為流化床。這種燃燒方式即為流化燃燒。當(dāng)風(fēng)速繼

3、續(xù)增大并超過一定限度時(shí)，穩(wěn)定的沸騰工況就被破壞，顆粒將全部隨氣流飛走。 物料的這種運(yùn)動(dòng)形式叫做氣力輸送，這正是煤粉在煤粉爐中隨氣流懸浮燃燒的情景。1.2 鍋爐熱效率較高由于循環(huán)床內(nèi)氣固間有強(qiáng)烈的爐內(nèi)循環(huán)擾動(dòng)，強(qiáng)化了爐內(nèi)傳熱和傳質(zhì)過程，使剛進(jìn)入床內(nèi)的新鮮燃料顆粒在瞬間即被加熱到爐膛溫度（850），并且燃燒和傳熱過程沿爐膛高度基本可在恒溫下進(jìn)行，因而延長(zhǎng)了燃燒反應(yīng)時(shí)間。燃料通過分離器多次循環(huán)回到爐內(nèi)，更延長(zhǎng)了顆粒的停留和反應(yīng)時(shí)間，減少了固體不完全燃燒損失，從而使循環(huán)床鍋爐可以達(dá)到88 95的燃燒效率，可與煤粉鍋爐相媲美。1.3 運(yùn)行穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)單循環(huán)流化床鍋爐的給煤粒度一般小于10mm，因此與煤粉

4、鍋爐相比，燃料的制備破碎系統(tǒng)大為簡(jiǎn)化。循環(huán)流化床鍋爐燃料系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備少，主要有給煤機(jī)、冷渣器和風(fēng)機(jī)，較煤粉爐省去了復(fù)雜的制粉、送粉等系統(tǒng)設(shè)備，較鏈條爐省去了故障頻繁的爐排部分，給燃燒系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行創(chuàng)造了條件。90 年代循環(huán)流化床在國(guó)內(nèi)應(yīng)用初期，由于研究、設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)行等各方面經(jīng)驗(yàn)的缺乏，其應(yīng)用中的確存在著連續(xù)運(yùn)行時(shí)間短、出力不夠、點(diǎn)火難、磨損嚴(yán)重、易結(jié)焦、輔機(jī)故障率高等許多問題，但經(jīng)過十多年各方面不斷完善化工作，不僅可以保證連續(xù)運(yùn)行時(shí)間高于4000h，對(duì)有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、制造、安裝和運(yùn)行單位而言其他問題也已克服。 只要保證不間斷的給煤，保持爐膛膛壓穩(wěn)定，控制好爐膛溫度，在 30 100 B

5、MCR的負(fù)荷下連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行不成問題。1.4 燃料適應(yīng)性廣，對(duì)煤炭供應(yīng)市場(chǎng)波動(dòng)有較強(qiáng)的適應(yīng)性在循環(huán)流化床鍋爐中按重量計(jì)，燃料僅占床料的13，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(dāng)于一個(gè)“大蓄熱池”的灼熱灰渣顆粒所包圍。由于床內(nèi)混合劇烈，這些灼熱的灰渣顆粒實(shí)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(gè)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(duì)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沒有困難，并且煤種適應(yīng)性很廣的原因所在。循環(huán)流化床鍋爐具有很高的燃燒熱強(qiáng)度，其截

6、面熱負(fù)荷為4 6MW/m2，是鏈條爐的2 6 倍， 其爐膛容積熱負(fù)荷為1.5 2MW/m3， 是煤粉爐的8 11 倍，因此它幾乎可以燃燒在煤粉爐或鏈條爐中難以點(diǎn)燃和燃盡的貧煤、無煙煤、煤矸石等一切種類的燃料，并達(dá)到很高的熱效率，這對(duì)于燃用當(dāng)?shù)亓淤|(zhì)燃料、應(yīng)對(duì)煤炭供應(yīng)緊張形勢(shì)有重要意義。分宜國(guó)產(chǎn)首臺(tái)410t/h 具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的循環(huán)流化床鍋燃用當(dāng)?shù)亓淤|(zhì)煤，熱值在12000 21000Kj/kg 之間大幅波動(dòng)，但循環(huán)流化床鍋爐始終基本穩(wěn)定運(yùn)行，其優(yōu)越性非常明顯。而鏈條爐、煤粉爐由于煤種變化較大，不是達(dá)不到出力，就是頻繁發(fā)生滅火、結(jié)焦等故障。1.5 污染物排放量低循環(huán)流化床內(nèi)的燃燒溫度可以控制在85

7、0 950的范圍內(nèi)穩(wěn)定而高效燃燒，這一燃燒溫度抑制了熱反應(yīng)型NOx 的形成，同時(shí)采用分級(jí)燃燒方式向爐膛內(nèi)送入約30 40的二次風(fēng)，又可控制燃料型NOx的產(chǎn)生。 只要操作得當(dāng)，運(yùn)行平穩(wěn)，可以控制NOx的排放量小于200300mg/Nm3，其生成量?jī)H為煤粉爐的1/3 1/4。由于飛灰的循環(huán)燃燒過程，床料中未發(fā)生脫硫反應(yīng)而被吹出燃燒室的石灰石、石灰能送回至床內(nèi)再利用；另外，已發(fā)生脫硫反應(yīng)部分，生成了硫酸鈣的大粒子，在循環(huán)燃燒過程中發(fā)生碰撞破裂，使新的氧化鈣粒子表面又暴露于硫化反應(yīng)的氣氛中。這樣循環(huán)流化床燃燒與鼓泡流化床燃燒相比脫硫性能大大改善。當(dāng)鈣硫比為1.5 2.0時(shí)，脫硫率可達(dá)85 90。而鼓泡

8、流化床鍋爐，脫硫效率要達(dá)到8590，鈣硫比要達(dá)到3 4，鈣的消耗量大一倍。與煤粉燃燒鍋爐相比，不需采用尾部脫硫脫硝裝置，投資和運(yùn)行費(fèi)用都大為降低。根據(jù)煤中含硫量的大小直接向爐膛內(nèi)噴入或在給煤中摻入一定量的01mm 的石灰石粉，可以脫去在燃燒過程中生成的SO2，脫硫效率可達(dá)到90。1.6 燃燒強(qiáng)度高，爐膛截面積小爐膛單位截面積的熱負(fù)荷高是循環(huán)流化床鍋爐的另一主要優(yōu)點(diǎn)。其截面熱負(fù)荷約為3.5 4.5MW/m2，接近或高于煤粉爐。同樣熱負(fù)荷下鼓泡流化床鍋爐需要的爐膛截面積要比循環(huán)流化床鍋爐大2 3 倍。1.7 床內(nèi)不布置埋管受熱面循環(huán)流化床鍋爐的床內(nèi)不布置埋管受熱面，因而不存在鼓泡流化床鍋爐的埋管受

9、熱面易磨損的問題。此外，由于床內(nèi)沒有埋管受熱面，啟動(dòng)、停爐、結(jié)焦處理時(shí)間短，可以長(zhǎng)時(shí)間壓火等。1 . 前言中國(guó)是目前世界上經(jīng)濟(jì)發(fā)展最快的國(guó)家之一。在過去30 年里，我國(guó)經(jīng)濟(jì)一直保持9.7%年平均增長(zhǎng)率.未來幾十年內(nèi)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)仍將保持高速上升的發(fā)展勢(shì)頭。而這種發(fā)展勢(shì)頭卻給我們帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。 目前我國(guó)化石燃料的利用現(xiàn)狀是今后很長(zhǎng)一段時(shí)間仍會(huì)以煤炭為主,據(jù)專家預(yù)測(cè)到2050 年 ,我國(guó)的一次能源仍將以煤炭為主.而且環(huán)境污染嚴(yán)重且用能效率較低.為了解決這個(gè)矛盾,使能源生產(chǎn)利用與環(huán)境相協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，響應(yīng)黨中央提出的建設(shè)環(huán)保節(jié)約型社會(huì)的號(hào)召,我們必須發(fā)展清潔煤燃燒技術(shù).而循環(huán)流化床

10、燃煤技術(shù)正是清潔煤利用技術(shù)的重要形式。本文主要針對(duì)循環(huán)流化床鍋爐的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)做了綜合闡述。2 循環(huán)流化床鍋爐特點(diǎn)2.1 循環(huán)硫化床鍋爐的工作原理循環(huán)流化床燃燒技術(shù)是20世紀(jì) 70年代發(fā)展起來的一項(xiàng)新型燃燒技術(shù)。循環(huán)流化床燃燒特點(diǎn)有三,其一,是一種低溫的動(dòng)力控制燃燒;其二,是一種高濃度、高速度、高通量的固體液態(tài)化循環(huán)過程;其三,是一種高強(qiáng)度的熱量、質(zhì)量和動(dòng)量傳遞過程.這種燃燒方式是爐內(nèi)燃料在一種特殊的類似液體流動(dòng)的狀態(tài)下，爐膛內(nèi)部分較細(xì)顆粒被煙氣攜帶通過爐膛， 部分固體顆粒產(chǎn)生回流，被攜帶出的顆粒經(jīng)氣固分離器再回送爐內(nèi)反復(fù)燃燒，多次循環(huán)。由于循環(huán)流化床中燃料及脫硫劑多次循環(huán)，反復(fù)燃燒和反應(yīng)，

11、且爐內(nèi)紊流運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，因而能達(dá)到相當(dāng)高的脫硫效率和燃燒效率。2.2 循環(huán)流化床鍋爐的優(yōu)點(diǎn)循環(huán)流化床鍋爐具有如下優(yōu)點(diǎn)【1】 【 2】 【 3】 ：2.2.1 對(duì)燃料適應(yīng)性廣在循環(huán)流化床鍋爐中按質(zhì)量百分比計(jì)，燃料僅占床料的1% 3%，其余為灼熱的床料，循環(huán)流化床內(nèi)的特殊氣固流動(dòng)特性使得氣固相和固固相混合得非常好，因此， 即使是很難著火的燃料，進(jìn)入爐膛后也能很快與灼熱的床料混合，被迅速加熱至著火溫度以上，而床層溫度沒有明顯的降低.上述特點(diǎn)可以使得流化床既可以然用有質(zhì)煤,也可以使得循環(huán)流化床鍋爐幾乎可以很容易地燃用各種劣質(zhì)燃料。2.2.2 脫硫效率高，污染物排放率低和 是煤燃燒中產(chǎn)生的主要污染性氣體，這

12、兩種氣體對(duì)環(huán)境和人類的健康都能產(chǎn)生嚴(yán)重危害。由于爐內(nèi)溫度對(duì)脫硫有利，且脫硫劑多次循環(huán)，爐內(nèi)擾動(dòng)很大，與煙接觸時(shí)間長(zhǎng)，故可以在較低的Ca/S比下，達(dá)到較高的脫硫效率。另外循環(huán)流化床鍋爐采用較低的床溫790至900 ），可以獲得較高的脫硫效率（在850床溫下脫硫效率最高）.經(jīng)驗(yàn)表明,循環(huán)流化床鍋爐的排放范圍為50150ppm.循環(huán)流化床鍋爐排放低是有以下兩個(gè)原因:一是低溫燃燒,此時(shí)空氣中的氮很難轉(zhuǎn)化為;二是分段燃燒,抑制燃料中的氮轉(zhuǎn)化為,并使部分已生成的得到還原 .2.2.3 燃料預(yù)處理系統(tǒng)簡(jiǎn)單循環(huán)流化床鍋爐的給煤粒度一般小于12mm,與一般的煤粉爐相比,燃料的制備破碎系統(tǒng)都大為簡(jiǎn)化.此外,即便是

13、燃用高水分煤,也不需要專門的處理系統(tǒng).2.2.4 燃燒強(qiáng)度高,爐膛截面積小爐膛單位截面積的熱負(fù)荷高是循環(huán)流化床的主要有點(diǎn)之一.循環(huán)流化床鍋爐的截面熱負(fù)荷約為3.54.5MW/m2,接近或高于煤粉爐.同樣熱負(fù)荷鼓泡流化床需要的爐膛截面積要23 倍于循環(huán)流化床鍋爐.2.2.5 燃燒效率高在循環(huán)流化床鍋爐中，燃燒區(qū)域擴(kuò)展到整個(gè)爐膛乃至氣固分離器，攜帶出爐膛的顆粒被氣固分離器捕集，并直接送回燃燒室下部循環(huán)再燃燒，使燃料可以在爐膛停留較長(zhǎng)的時(shí)間有利于充分燃燒;在某些循環(huán)流化床鍋爐中，從分離器逃逸的細(xì)顆粒在尾部煙道被安裝在那里的回收設(shè)備所收集，并回送到燃燒室燃燒進(jìn)一步降低了不完全燃燒損失，提高了燃燒效率。

14、目前國(guó)內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐中,高循環(huán)倍率循環(huán)流化床鍋爐(循環(huán)倍率在20 上 )占主流地位,而循環(huán)倍率的提高將極大的提高爐膛燃燒效率.因而循環(huán)流化床鍋爐的燃燒效率可以達(dá)到煤粉爐的水平.2.2.6 負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大,負(fù)荷調(diào)節(jié)快當(dāng)負(fù)荷變化時(shí),只需調(diào)節(jié)給煤量、空氣量和物料循環(huán)量,不必像鼓泡流化床那樣采用分床壓火技術(shù).一般而言,循環(huán)流化床鍋爐的負(fù)荷調(diào)節(jié)比可達(dá) (34):1. 另外循環(huán)流化床鍋爐由于截面風(fēng)速高和吸熱控制容易，所以負(fù)荷調(diào)節(jié)很迅速,負(fù)荷調(diào)節(jié)速度可達(dá)5% 10%/min。當(dāng)循環(huán)流化床鍋爐用作電站鍋爐時(shí),電站供電負(fù)荷是個(gè)隨時(shí)間變化的實(shí)時(shí)變量,要求鍋爐的負(fù)荷能迅速調(diào)節(jié)相適應(yīng).而循環(huán)流化床鍋爐上述特點(diǎn)可以有

15、 效的滿足電站負(fù)荷實(shí)時(shí)變化的需求.2.2.7 爐內(nèi)不布置埋管受熱面循環(huán)流化床鍋爐一般不在下部固體濃度較大的密相區(qū)布置埋管受熱面， 而是采用水冷壁和上部對(duì)流輻射受熱面或者外置換熱器來吸收氣固混合物的熱量，因此可相對(duì)降低對(duì)受熱面的磨損。此外,由于爐內(nèi)沒有埋管受熱面,啟動(dòng)、停爐、結(jié)焦處理時(shí)間短,同時(shí)長(zhǎng)時(shí)間壓火后可直接啟動(dòng) .2.2.8 投資及運(yùn)行費(fèi)用低由于爐內(nèi)運(yùn)行溫度一般低于灰的熔點(diǎn)，因此大大降低了爐內(nèi)結(jié)渣和積灰的概率。與煤粉爐相比,循環(huán)流化床鍋爐可以方便的在爐膛內(nèi)實(shí)現(xiàn)石灰石脫硫,不必配備價(jià)格昂貴的脫硫設(shè)備,雖然流化床鍋爐的投資和運(yùn)行費(fèi)用略高于常規(guī)煤粉爐,但比起配置脫硫設(shè)備的煤粉爐要低15%20%.

16、由于循環(huán)流化床鍋爐具有以上這些特點(diǎn)，在有效利用煤炭資源的同時(shí)又有效經(jīng)濟(jì)地解決環(huán)保問題，從而使得循環(huán)流化床技術(shù)被認(rèn)為是煤炭燃燒技術(shù)重大革新，在國(guó)內(nèi)外都有極為光明的應(yīng)用前景。3. 循環(huán)流化床鍋爐的分類隨著循環(huán)流化床鍋爐的發(fā)展.出現(xiàn)了一系列具有不同結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和運(yùn)行參數(shù)的循環(huán)流化床鍋爐,分類標(biāo)準(zhǔn)有以下多種標(biāo)準(zhǔn):3.1 按分離器的工作溫度分類分離器是循環(huán)流化床的重要部件,其作用是保證將大量的固體物料從熱煙氣中分離出來,再送回爐膛以維持循環(huán)流化床鍋爐爐膛的循環(huán)流化床燃燒工況.依照分離器工作溫度的高低,可將循環(huán)流化床鍋爐分為采用高溫分離器的循環(huán)流化床鍋爐、用中溫分離器的循環(huán)流化床鍋爐和采用低溫分離器的循環(huán)流化

17、床鍋爐.具體來說:高溫分離器的工作溫度范圍為850900 ,與爐膛溫度基本相同;中溫分離器的工作溫度范圍為400600 ,這種鍋爐的一般通過在爐膛中部布置屏式受熱面和蒸發(fā)受熱面來吸熱使得爐膛出口煙溫降到約400 ,顯著改善了分離器的工作條件.低溫分離器的工作溫度為200300 .3.2 按分離器的結(jié)構(gòu)分類循環(huán)流化床鍋爐中應(yīng)用的分離器形式多樣,如按所用分理器的形式分類 ,可分以下幾類:采用旋風(fēng)分離器的循環(huán)流化床鍋爐;采用慣性分離器的循環(huán)流化床鍋爐;采用組合分離系統(tǒng)的循環(huán)流化床鍋爐和采用渦旋燃燒分離器的循環(huán)流化床鍋爐.這里重點(diǎn)談?wù)劜捎眯L(fēng)分離器的循環(huán)流化床鍋爐.3.2.1 采用旋風(fēng)分離器的循環(huán)流化

18、床鍋爐旋風(fēng)分離器無論在理論上和實(shí)踐上均較成熟,分離效率高,已在循環(huán)流化床鍋爐中得到廣泛應(yīng)用.從有無冷卻的角度來分,又可分為絕熱式旋風(fēng)分離器、水冷式旋風(fēng)分離器和汽冷式旋風(fēng)分離器.例如:廣西百色資源綜合利用電廠（田陽(yáng)火電廠）150MW 等級(jí) 480 蒸噸超高壓自然循環(huán)流化床鍋爐,該型鍋爐型號(hào)為DGJ480/13.73-II5物料循環(huán)倍率為,2535.這種鍋爐是由四川自貢東鍋從美國(guó)Foster Wheeler公司引進(jìn)技術(shù),自主研發(fā)的電站循環(huán)流化床鍋爐,其最大的特點(diǎn)之一就是每臺(tái)鍋爐配置兩個(gè)汽冷式旋風(fēng)分離器,實(shí)測(cè)表明該型鍋爐運(yùn)行狀況良好.該鍋爐的另一個(gè)最大特點(diǎn)就是尾部煙道由包墻分隔，在鍋爐深度方向形成雙

19、煙道結(jié)構(gòu)，前煙道布置了兩組低溫再熱器，后煙道從上到下依次布置有高溫過熱器、低溫過熱器，向下前后煙道合成一個(gè),而每個(gè)煙道都有煙道擋板調(diào)節(jié)煙道中煙氣流量,以此達(dá)到調(diào)節(jié)過熱汽溫和再熱汽溫的作用.下圖為該鍋爐汽冷式旋風(fēng)分離器圖片和鍋爐三維模型圖.3.3 按工質(zhì)壓力分類【4】按工質(zhì)壓力可分為低壓（蒸汽壓力小于1.275MPa）、中壓（壓力約為3.825 MPa） 、 高壓（壓力約為9.8 MPa） 、 超高壓（壓力約為13.8 MPa） 、亞臨界（壓力為16.67 MPa）循環(huán)流化床鍋爐和超臨界（壓力大于22.13MPa）循環(huán)流化床鍋爐.3.4 按物料循環(huán)倍率分類【5】物料循環(huán)倍率定義有多種,一般的定義是指由單位