【文章內(nèi)容簡介】 床中不存在定型氣泡，一部分顆粒均勻分散于氣體中而形成稀疏的連續(xù)相，其余的顆粒則呈絮團狀形式懸浮于稀相中，這樣可以采用很大的高徑比來增加顆粒停留時間，而不會發(fā)生騰涌?？焖倭鲬B(tài) 化 明顯不同于湍流床的一個特征是它的床層密度為固體加料率的函數(shù)，固體顆粒的負荷是可以變動的（但總低于鼓泡硫化床）。另外， 快速 流 化床也不同于氣力輸送，快速床內(nèi)，固體顆粒在床層中劇烈運動，反混量很大，且有很高的氣固滑移速度，而氣力輸送的兩相滑移速度幾乎為零。一般認為，粗顆粒不存在穩(wěn)定的快速流化?？焖倭鲬B(tài)化為氣固流化床實現(xiàn)高效、而又易于放大開辟了新的途徑。循環(huán)流化床燃燒技術就是基于快速流化的原理。 循環(huán)流化床燃燒過程 循環(huán)流化床燃煤鍋爐的燃燒過程，以攜帶燃料的大量高溫固體顆粒物料的循環(huán)燃燒為重要特征。 燃燒室內(nèi)的顆粒物料處于攜帶速度和氣力輸送狀態(tài)之間的流化區(qū)間，流化氣速大大高于鼓泡流化床，沒有鼓泡流化床那樣清晰的床層 上表面，氣泡不再存在，同時具有湍流流化和快速流化的特征，固體顆粒充滿整個爐膛，處于懸浮并強烈8 摻混燃燒方式。但與常規(guī)煤粉爐中發(fā)生的單純懸浮燃燒過程比較，顆粒在循環(huán)流化床燃燒室內(nèi)的濃度大于煤粉爐，但小于鼓泡流化床，并且存在顯著的顆粒成團和床料的顆?；鼗欤w粒與氣體間的相對速度大，這一點顯然與基于氣力輸送方式的煤粉懸浮燃燒過程完全不同。循環(huán)流化床燃煤鍋爐的燃燒與煙風流程 ： 經(jīng)過預熱的一次風（流化風）經(jīng)過風室由爐膛底部穿過布風板送入爐膛，爐膛內(nèi)的固體處于快速流化狀態(tài)，燃料在充滿整個爐膛的惰性床料中燃燒；爐膛下部為顆粒 濃度較大的密相區(qū)，上 部 為顆粒濃度較小的稀相區(qū)；較細小的顆粒被氣流夾帶飛出爐膛，并由飛灰分離收集裝置分離收集，通過分離器下的回料管與飛灰回送器（返料器）送回爐膛循環(huán)燃燒；燃料在燃燒系統(tǒng)內(nèi)完成燃燒和高溫煙氣向工質(zhì)的部分熱量傳遞過程。煙氣和未被分離器捕集的細顆粒排入尾部煙道，繼續(xù)與受熱面進行對流換熱，最后排出鍋爐。循環(huán)流化床燃煤鍋爐爐內(nèi)高速流動的煙氣與其攜帶的湍流擾動極強的固體顆粒密切接觸，燃料的燃燒過程發(fā)生在整個固體循環(huán)通道內(nèi)。在這種燃燒方式下，燃燒室內(nèi)，尤其是密相區(qū)的溫度水平受到燃煤過程的高溫結渣、低溫結焦和 最佳脫硫溫度的限制，料層溫度過高將形成灰渣熔化的高溫結渣，溫度過低，則易發(fā)生煤的低溫燒結結焦，也不利于燃料的燃燒，一旦結渣或結焦發(fā)生，將迅速增長。因此，燃燒室密相區(qū) 的溫度 必須維持在 900℃ 左右，這一溫度范圍也恰與最佳脫硫溫度吻合。盡管燃燒室內(nèi)的溫度較低，但由于爐內(nèi)顆粒的濃度大的多，所以，爐內(nèi)受熱面的傳熱條件優(yōu)于常規(guī)的煤粉鍋爐。循環(huán)流化床鍋爐爐膛不僅有輻射傳熱，而且還有對流及熱傳導等傳熱方式，這大大提高了爐膛的傳熱系數(shù)，確保鍋爐達到額定出力。 由于采用高溫固體顆粒物料的循環(huán)流化燃燒方式，爐內(nèi)的溫度分布十分均勻， 爐內(nèi)的熱容量很大，因此， 循環(huán)流化床鍋爐對燃料的適應性優(yōu)于常規(guī)煤粉爐，燃燒效率也基本相當。 循環(huán)流化床鍋爐的點火 循環(huán)流化床鍋爐 一般采用熱煙氣床下點火方式，在密相區(qū)和二次風口可設置助燃用的啟動燃燒器和床槍。鍋爐啟動采用床料循環(huán)加熱，即冷床料在流化并循環(huán)的條件下加熱升溫啟動時，最先投運風道燃燒器，以熱煙氣和空氣混合物加熱床料，之后投運啟動燃燒器，使溫度按照升溫升壓曲線上升。當床溫達到 500℃ 時，可根據(jù)需要投運床槍，使床溫進一步升高至 600℃ ，這時便可逐步投煤。燃燒所需要的一次風和二次風分別由爐膛的 底部和側(cè)墻送入。原煤塊經(jīng)過粗碎機和細碎機破碎后，通過刮板式給煤機將煤送入煤斗。煤斗下方有螺旋式給煤機，經(jīng)播煤風機將煤吹入爐內(nèi)。爐膛出口水平煙道內(nèi)裝有多級煙灰分離器，分離出的高溫灰落入灰斗，經(jīng)鎖灰裝置和 J 閥回送至爐膛 ；飛灰通過分離器，經(jīng)尾部煙道受熱面進入除塵器，經(jīng)灰溝沖到沉灰池； 床9 體下部已燃盡的灰渣定期排放。煤進入爐膛后，首先在主床燃燒。經(jīng)過預熱器的一次風，從爐床床下風室向上進入爐膛，使床上煤顆粒沸騰燃燒，當煙氣達到一定速度，大量的顆粒就會離開床層，由煙氣攜帶到爐膛上部燃燒，并隨煙氣直至爐膛出口。在爐膛出口處 一般裝有多級煙灰分離器，對顆粒和煙氣進行分離，而后進入煙道。為了使顆粒上升、分離，穿過并離開爐膛，要求煙氣必須達到某一最小速度。分離后的煙氣流入煙道，通過省煤器、空氣預熱器得到進一步的冷卻；而分離后的顆粒，下落回到爐膛繼續(xù)燃燒，再次進行燃燒上升、分離，形成顆粒循環(huán)。由于顆粒反復循環(huán)延長了在爐內(nèi)的停留時間，因此，各煤種均可在 850～ 950℃ 的低溫下得到充分的燃燒，提高了燃盡度。由于爐膛內(nèi)燃燒溫度較低，使得 NOx 的生成能得到有效控制。這個爐溫范圍，也有利于使為脫硫而加入爐膛的石灰石顆粒在循環(huán)燃燒中與燃料中的硫化物發(fā)生反應，達到最佳的脫硫效果。 循環(huán)流化床鍋爐的 燃燒 特點 循環(huán)流化床鍋爐具有低溫、強化燃燒的特點，流化床中一般溫度為 850℃ ～1050℃ 之間， 比起 煤的灰渣變形溫度 低了 100℃ ～ 200℃ ，不易結渣。且在流化床中最忌諱結渣，因為結渣后的流化床難以維持正常的流化狀態(tài)，更無法保證燃煤在爐膛中有效燃燒，最終被迫停爐。循環(huán)流化床鍋爐燃燒效率高，常規(guī)的工業(yè)鍋爐和流化床鍋爐燃燒效率為 85%～ 90%，循環(huán)流化床鍋爐由于采用了飛灰再循環(huán)，燃燒效率可達到 95%以上。由于飛灰再循環(huán)燃燒，克服了常規(guī)流化床內(nèi)釋放熱量大 和懸浮所釋放熱量少的缺點，提高了鍋爐的爐膛截面熱強度和容積熱負荷。資料顯示，普通流化床的爐膛截面熱強度為 1～ 3MW／ ㎡ ，爐膛容積熱強度為 ～ ／㎡ ；而循環(huán)流化床的爐膛截面熱強度為 3～ 8MW／㎡ ，爐膛容積熱強度為 ～ ／㎡ 。床料中未發(fā)生脫硫反應的石灰石能再回到床內(nèi)與 SO2 反應，提高了石灰石的利用率，資料表明，當鈣硫比為 ～ 時，脫硫效率可達 85%～ 90%； 而常規(guī)流化床，當鈣硫比為 3～ 4 時，脫硫效率才達到 85%～ 90%。 NOx 排放量低，流化床采取分級燃燒是降低 NOx 排放量最好 的手段，在組織二級燃燒時，應充分注意二次空氣送入位置和保護 NO 的分解反應完成。從控制 NO 濃度效果和保證脫硫所需的氧化性氣氛出發(fā)，床內(nèi)的過量空氣系數(shù)應保證在 最佳，另要求爐內(nèi)溫度控制在 830℃ ～ 850℃ 之間 ，NOx 生成量顯著減少，排放濃度為 100～ 200μL／ L。同時，循環(huán)流化床鍋爐還具有負荷變化范圍大，調(diào)節(jié)特性好的特點。當鍋爐負荷變化時，只要調(diào)節(jié)給煤量和流化速度就可滿足負荷的變化。在低負荷時，不再像常規(guī)流化床鍋爐那樣，采取分床壓火，也不像煤粉爐用油助燃，更適合調(diào)峰機組。 10 循環(huán)流化床鍋爐的優(yōu)點 燃料方面的優(yōu)點 循環(huán)流化床鍋爐燃料適應性廣，燃燒強度大，燃燒效率高，燃料預處理系統(tǒng)簡單，低 NOx 排放，高效脫硫，負荷調(diào)節(jié)范圍大，負荷調(diào)節(jié)快，投資和運行費用適中。燃料適應性廣是循環(huán)流化床鍋爐的主要優(yōu)點，循環(huán)流化床鍋爐可以不需輔助燃料而燃用任何燃料。循環(huán)流化床鍋爐可燃用優(yōu)質(zhì)煤，也可燃用各種劣質(zhì)燃料，如煤矸石、煤泥、泥煤、石油焦、油頁巖、高灰份煤、垃圾等。循環(huán)流化床鍋爐的截面熱負荷范圍為～ ／㎡ ，接近或高于煤粉爐，理論上 100MW 的循環(huán)流化床鍋爐只需一個給煤點 [2]，循環(huán)流化床鍋爐燃料 常給入返料管內(nèi)，進入爐膛前有預熱過程，既有利于燃燒，也簡化了給煤系統(tǒng)。循環(huán)流化床鍋爐的給煤粒度一般小于 10 ㎜ ，燃料的制備破碎系統(tǒng)較煤粉鍋爐大為簡化。此外，循環(huán)流化床鍋爐可直接燃用高水分煤（水分30%以上），而不需要專門的處理系統(tǒng)。循環(huán)流化床鍋爐的燃燒效率通常是 %～%，與煤粉鍋爐相近，并能在較寬的運行變化范圍內(nèi)保持高的燃燒效率。 環(huán)保方面的優(yōu)點 NOx 排放 低 、高效脫硫的優(yōu)點使循環(huán)流化床鍋爐最具市場競爭力。由于低溫燃燒和分段燃燒，使空氣中的氮一般不會生成 NOx，并抑制燃料中的氮轉(zhuǎn)化 為 NOx，還使部分已生成的 NOx 得到還原。 調(diào)控方面的優(yōu)點 循環(huán)流化床鍋爐負荷調(diào)節(jié)范圍大， 調(diào)節(jié)比可達 3:1；負荷調(diào)節(jié)快， 調(diào)節(jié)速率可達每分鐘 4%。調(diào)控操作簡單，只需調(diào)節(jié)給煤量、空氣量和物料循環(huán)量，不必像鼓泡流化床鍋爐那樣采用分床壓火技術。 投運費用方面的優(yōu)點 循環(huán)流化床鍋爐投資和運行費用適中，略高于常規(guī)煤粉鍋爐，但比配置脫硫裝置的煤粉爐低 15%～ 20%。 國內(nèi)外循環(huán)流化床技術發(fā)展 現(xiàn)狀 國外循環(huán)流化床技術發(fā)展概況 國外具有工業(yè)應用價值的循環(huán)流化床鍋爐是從 20 世 紀 60 年代末期發(fā)展起來的。到了 80 年代 ，國外循環(huán)流化床鍋爐的研究應用進入了高峰期。其中較著名的公司有芬蘭奧斯龍（ Ahlstrom）公司，美國巴特利（ Battelle）研究中心，德國巴布科克（ Bamp。W）公司，美國福斯特 惠勒（ Famp。W）公司等。奧斯龍公司的 Pyroflow 型循環(huán)流化床鍋 爐主要包含爐膛（一次風室、布風板、密相區(qū)、稀相區(qū)）、高溫旋風分離器、 U 型閥反11 料裝置、尾部煙道等。其最顯著的特點是無外置式熱交換器。美國巴特利研究中心的多粒子循環(huán)流化床（ MSFB）鍋爐，該鍋爐的爐膛是由下部的大粒子濃相床和上部的小粒 子夾帶床組成。大粒子床的作用是使細小粒子的運動速度減緩，延長了細小粒子在爐膛內(nèi)的停留時間，從而使燃燒充分。德國巴布科克（ Bamp。W）公司循環(huán)流化床鍋爐，該鍋爐爐膛下密相區(qū)采用湍流床，爐膛上部懸浮段設置了屏式過熱器和管式過熱器等蒸發(fā)受熱面，從而使得爐膛出口煙氣 溫 度下降至 400℃ ~500℃ 后進入旋風分離器。這樣可使 旋 風分離器體積縮小，壽命延長，啟動時間縮短。自從流化床燃燒技術問世以來，經(jīng)過不斷完成與發(fā)展，使得流化床鍋爐向清潔高效和低成本邁進了一大步。目前世界上各種容量、類型的循環(huán)流化床鍋爐投入運行的已達 600 臺以 上，而投入運行容量最大的循環(huán)流化床機組為法國普羅旺斯 250MW 機組循環(huán)流化床鍋爐。另有400t／ h 級及 200MW～ 300MW 機組的循環(huán)流化床鍋爐達幾十臺正在安裝或制造。 國內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐技術發(fā)展概況 我國對循環(huán)流化床的研究是從 20 世紀 50 年代末在中科院開始的，此后特別是20 世紀 80 年代以來，國內(nèi)各主要高等院校和一些研究所也相繼開始了循環(huán)流化床的研究開發(fā)工作，并在部分地區(qū)試點引進典型循環(huán)流化床機組。例如： 1996 年國內(nèi)首臺引進芬蘭奧斯龍公司 410t／ h , 循環(huán)流化床（ CFB）鍋爐在四 川內(nèi)江高壩電廠建成投運，效果良好。國內(nèi)相關鍋爐廠開發(fā)的國產(chǎn) 220t／ h 級循環(huán)流化床機組也陸續(xù)投運成功。原國家電力部早在 1996 年 5 月就在北京召開了 “國產(chǎn) 410t／ h 循環(huán)流化床鍋爐研制工作碰頭會 ”。 1999 年 4 月國家經(jīng)貿(mào)委、 國家電力公司等單位在四川內(nèi)江高壩電廠召開了 410t／ h 級循環(huán)流化床鍋爐技術交流會，會議要求在全面消化吸收的基礎上將循環(huán)流化床這一潔凈燃燒技術在全國推廣。 2020 年 7 月，國家計委發(fā)出通知，決定對潔凈煤燃燒技術 發(fā)電示范工程項目實行優(yōu)惠政策，并列入《當年國家重點鼓勵發(fā)展產(chǎn)業(yè)、 產(chǎn)品和技術目 錄》。近年隨著國內(nèi)多家鍋爐廠對循環(huán)流化床技術的引進及研制工作不斷深入。國產(chǎn) 400t／ h 級循環(huán)流化床鍋爐技術目趨成熟，目前已有 20 余臺 400t／ h 級各類循環(huán)流化床鍋爐在多個電廠建設 并 陸續(xù)投運，江西省分宜電廠的410t／ h 循環(huán)流化床示范工程將在 2020 年投產(chǎn)。循環(huán)流化床鍋爐的大型化和高參數(shù)化一直是循環(huán)流化床鍋爐發(fā)展的顯著標志，目前我國已經(jīng)從小容量的熱電聯(lián)產(chǎn)鍋爐，逐步發(fā)展到主要以發(fā)電為主的中大容量循環(huán)流化床鍋爐。國內(nèi)采用 135MW 循環(huán)流化床鍋爐已經(jīng)在許多 發(fā)電廠投運，一般而言，鍋爐負荷 、運行 參數(shù)都能夠達到 設計要求 ，但是也存在不同程度的問題，相信經(jīng)過不太長時間的完善和改進，可靠性和經(jīng)濟性是可以得到保證的。 12 大型循環(huán)流化床鍋爐 的 發(fā)展方向 世界上大型循環(huán)流化床鍋爐發(fā)展趨勢 近幾年來，大型電站循環(huán)流化床鍋爐在美國、法國，特別在中國得到了迅速的發(fā)展，隨著 300MW 級 CFB 鍋爐在法國、美國的投入運行和中國的引進、開發(fā)，可以預料 300MW 循環(huán)流化床鍋爐由于它的高性能（對燃料適應性廣，燃燒效率高，環(huán)境污染小，負荷調(diào)節(jié)范圍大，灰渣綜合利用），低成本（與帶煙氣脫硫、脫硝煤粉鍋爐機組相比），必將與煤粉鍋爐展開激烈 競爭，逐漸取代煤粉鍋爐或改造現(xiàn)有煤粉鍋爐成為循環(huán)流化床鍋爐。發(fā)展成熟和完善的循環(huán)流化床鍋爐并在新電廠中應用是大型循環(huán)流化床鍋爐發(fā)展方向之一。 用大型循環(huán)流化床燃燒技術改造超齡的或?qū)Νh(huán)境污染嚴重的煤粉鍋爐、運行成本高的燃油或燃氣鍋爐，是循環(huán)流化床發(fā)展方向之二。法國艾米路希 125MWCFB 鍋爐就是舊電廠的改造工程，用一臺新的燃燒洗粉泥漿的 CFB 鍋爐取代一臺原來燃燒洗煤泥粉的煤粉鍋爐。法國 Gardenner 250MW CFB 鍋爐也是一個燃油鍋爐的翻新改造工程。美國 JEA 300MW Intrex 型 CFB 鍋爐就是 燃油氣鍋爐的改造工程。伴隨著這些改造工程的完成，新的 125MW、 250MW、 300MW CFB 鍋爐也就問世了。可以說：循環(huán)流化床鍋爐的發(fā)展歷史就是一個將舊鍋爐改造成 CFB 鍋爐的歷史。這是發(fā)展CFB 鍋爐周期短、見效快、成本低的好模式。這種模式很值得我國借鑒。 發(fā)展 CFB 燃燒技術，燃燒固體廢棄物：垃圾、 各種生物質(zhì)燃料（廢木頭、樹皮、木屑 ） 、農(nóng)業(yè)廢棄物 （如谷殼、麥桿等）、 各種工業(yè)過程生產(chǎn)的廢棄物 （甘蔗渣、石油焦、煤矸石、爐渣、污泥、 紙廠廢棄物和