循環(huán)流化床鍋爐的發(fā)展前景與目前存在的問(wèn)題

劉侃

【摘 ?要】循環(huán)流化床燃燒鍋爐是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型鍋爐。由于它具有氧化氮排放量低、脫硫效果好、負(fù)荷調(diào)節(jié)性能好、燃用劣質(zhì)煤等一系列優(yōu)點(diǎn)，所以近年來(lái)在國(guó)內(nèi)外得到了迅速發(fā)展。本文闡述了循環(huán)流化床鍋爐的特點(diǎn)、問(wèn)題及其發(fā)展前景。

【關(guān)鍵詞】循環(huán)流化床鍋爐;特點(diǎn);發(fā)展前景

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，燃煤發(fā)電向著高效率、低污染的方向發(fā)展，以滿足人類社會(huì)對(duì)能源和環(huán)境的要求。而循環(huán)流化床鍋爐是一種高效、清潔的燃燒設(shè)備。因此，循環(huán)硫化鍋爐在電力事業(yè)發(fā)展中具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

一、循環(huán)流化床鍋爐概述

循環(huán)流化床鍋爐是一種新型的燃用固體燃料鍋爐，物料在爐膛內(nèi)不斷聚焦、沉降、吹散、上升又再積聚，使循環(huán)床中氣體與固體粒子間發(fā)生劇烈的熱量和質(zhì)量的交換，形成爐內(nèi)的循環(huán)。同時(shí)氣流對(duì)固體顆粒的夾帶作用較大，使大量未燃盡的固體物料（包括部分未完全反應(yīng)的固硫劑顆粒）隨煙氣一起離開爐膛，被煙氣氣流帶出爐膛的大部分物料顆粒經(jīng)過(guò)旋風(fēng)分離器分離出來(lái)，經(jīng)回料裝置送回爐膛，以維持爐內(nèi)床料總量不變的連續(xù)工作狀態(tài)，加大可燃物燃燒深度和固硫劑的利用率，從而形成爐外物料循環(huán)系統(tǒng)。

此外，循環(huán)流化床鍋爐燃燒所需的一次風(fēng)和二次風(fēng)分別從爐膛的底部和側(cè)墻送入，燃料的燃燒主要在爐膛中完成，爐膛四周布置有水冷壁用于吸收燃燒所產(chǎn)生的部分熱量。由氣流帶出爐膛的固體物料在氣固分離裝置中被收集并通過(guò)返料裝置送回爐膛。

二、循環(huán)流化床鍋爐的特點(diǎn)

1、燃料適應(yīng)性廣。這是循環(huán)流化床鍋爐的主要優(yōu)點(diǎn)之一。在循環(huán)流化床鍋爐中按重量計(jì)，燃料僅占床料的1～3%，其余是不可燃的固體顆粒。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(wú)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(guò)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)床層溫度影響小，而煤顆粒的燃燒，又釋放出熱量，從而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，且煤種適應(yīng)性廣的原因所在。

2、負(fù)荷調(diào)節(jié)性能好。循環(huán)流化床鍋爐在運(yùn)行過(guò)程中的負(fù)荷可調(diào)節(jié)，其調(diào)節(jié)的范圍基本可控制在100%～30%間，當(dāng)鍋爐的燃燒負(fù)荷處于30%時(shí)，不需投油助燃，鍋爐中燃料的燃燒十分穩(wěn)定。由于循環(huán)流化床鍋爐具有該優(yōu)點(diǎn)，所以可用于電網(wǎng)供能，為電網(wǎng)提供充足且穩(wěn)定的能量。

3、環(huán)保性能好。循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行過(guò)程中的床層溫度一般控制在850℃～950℃間。根據(jù)燃煤的特性可在鍋爐中加入石灰石作為脫硫劑，可以在燃燒過(guò)程中脫去燃料燃燒生成的部分二氧化硫。同時(shí)，循環(huán)流化床鍋爐的運(yùn)行溫度維持在850℃～950℃間，能有效抑制熱反應(yīng)型NOx的生成。另外，采用分級(jí)燃燒的方式送入二次風(fēng)，也可以有效控制NOx的生成，因此，循環(huán)流化床鍋爐是一種比較潔凈的燃燒技術(shù)。

三、循化流化床鍋爐存在的問(wèn)題

1、磨損問(wèn)題：因循環(huán)流化床鍋爐燃料粒徑大且爐膛內(nèi)物料濃度高，因此受熱面磨損問(wèn)題是當(dāng)前影響循環(huán)流化床鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行的主要問(wèn)題。磨損在氣固分離器入口弧面部位最為嚴(yán)重，因該處直接受爐膛出來(lái)的煙氣沖刷，若該部位爐襯施工質(zhì)量不佳，可能因磨損導(dǎo)致爆管事故。

2、廠用電量大：因爐床部位布風(fēng)裝置及床層的送風(fēng)阻力遠(yuǎn)大于煤粉爐和鏈條爐，且增設(shè)的氣固分離器也對(duì)煙氣系統(tǒng)存在阻力，因此循化流化床鍋爐需設(shè)置功率更強(qiáng)的一次風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)，因而廠用電量大。

3、飛灰含碳量高：雖然循環(huán)流化床低渣含碳量低，但飛灰含碳量相對(duì)高。

4、局部爐襯易損：循環(huán)流化床鍋爐回料器區(qū)域因未設(shè)置吸熱面，因而爐襯結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，多層爐襯結(jié)構(gòu)在機(jī)組多次啟停后易發(fā)生保溫層侵蝕現(xiàn)象。

四、循環(huán)流化床鍋爐研制中的重要問(wèn)題

1、大型化問(wèn)題。大型化是循環(huán)流化床鍋爐的發(fā)展趨勢(shì)，也是它的生命力所在。目前，我國(guó)對(duì)循環(huán)流化床鍋爐大型化的努力不夠成功，這是因許多性能和結(jié)構(gòu)問(wèn)題沒有很好地解決，同時(shí)較低的燃燒效率使大型循環(huán)流化床鍋爐的研制失去了動(dòng)力。大型化不是一個(gè)孤立的問(wèn)題，實(shí)際上是循環(huán)流化床技術(shù)問(wèn)題的總和，所以，不必要在大型化問(wèn)題上急于求成，只有真正解決了目前存在的技術(shù)問(wèn)題，大型循環(huán)流化床鍋爐的研制才能成為可能。

2、爐內(nèi)脫硫。床內(nèi)加鈣固硫是循環(huán)流化床鍋爐的優(yōu)點(diǎn)之一，對(duì)高硫煤而言，這一點(diǎn)尤為重要。近年來(lái)，我國(guó)為此做過(guò)一些實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的試驗(yàn)研究，甚至做過(guò)一些工業(yè)性試驗(yàn)，但在已投運(yùn)的循環(huán)流化床鍋爐中沒有正式使用過(guò)。脫硫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題，它不僅包括脫硫劑的破碎、給料等硬件設(shè)計(jì)，而且需考慮加入脫硫劑對(duì)燃燒的傳熱影響。但脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)是循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)不可分割的一部分，只有真正解決脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)問(wèn)題，循環(huán)流化床鍋爐才能在高硫煤燃燒領(lǐng)域確定其不可動(dòng)搖的地位。

3、外置式熱交換器與回料閥。外置式熱交換器不但可回收灰渣物理熱，而且可對(duì)負(fù)荷及床溫進(jìn)行快速控制和調(diào)節(jié)，是循環(huán)流化床鍋爐的重要設(shè)備。但我國(guó)的循環(huán)流化床鍋爐沒有配備外置式熱交換器，這是因?qū)ν庵檬綗峤粨Q器的設(shè)計(jì)原則和結(jié)構(gòu)特性沒有完全掌握，并且外置式熱交換器對(duì)回料閥的要求高，而我國(guó)的物料回送裝置不完善，無(wú)法隨參數(shù)變化完成對(duì)循環(huán)灰量的調(diào)節(jié)，有時(shí)甚至出現(xiàn)堵灰的現(xiàn)象。由于外置式熱交換器對(duì)完善循環(huán)流化床鍋爐的性能十分重要，所以必須將外置式熱交換器和回料閥的設(shè)計(jì)列入循環(huán)流化床鍋爐的研究中，并予以充分重視。

4、分離器問(wèn)題。分離器是循環(huán)流化床鍋爐的關(guān)鍵設(shè)備，循環(huán)流化床鍋爐所要求達(dá)到的一系列技術(shù)參數(shù)，如循環(huán)倍率、燃燒效率、燃料適應(yīng)性等，都必須通過(guò)分離器的穩(wěn)定高效運(yùn)行來(lái)實(shí)現(xiàn)。可以說(shuō)，分離器的技術(shù)水平很大程度上決定了循環(huán)床鍋爐的水平。

目前我國(guó)的循環(huán)流化床鍋爐中使用的分離器種類較多，有各種撞擊式分離器、平面流化分離器和百葉窗式分離器，甚至有一些系統(tǒng)非常復(fù)雜的兩級(jí)式或多級(jí)式分離器。但這些分離器也都不能很好地解決磨損問(wèn)題，并且大部分的分離器效率較低。分離效率直接影響循環(huán)流化床鍋爐的燃燒效率，而燃燒效率低是目前制約循環(huán)流化床鍋爐發(fā)展的重要因素。因此，有必要重視循環(huán)流化床鍋爐使用的分離器問(wèn)題。

五、循環(huán)流化床鍋爐的發(fā)展前景

循環(huán)流化床鍋爐的燃燒方式是一種高效、清潔的燃燒方式，它在燃燒過(guò)程中集脫硫脫硝于一體，且操作簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)性好，所以，從戰(zhàn)略角度上講，隨著全社會(huì)對(duì)環(huán)境問(wèn)題的日益重視，循環(huán)流化床鍋爐必然會(huì)得到很大的發(fā)展，在不久的將來(lái)，大型循環(huán)流化床鍋爐將會(huì)參與到大型電站鍋爐競(jìng)爭(zhēng)的行列中。同時(shí)，在現(xiàn)階段，循環(huán)流化床鍋爐存在的問(wèn)題還很多。因此，必須有一個(gè)清醒的認(rèn)識(shí)，在對(duì)待循環(huán)流化床鍋爐的問(wèn)題上不能盲目樂觀，認(rèn)為前景一片光明，也不能因運(yùn)行中發(fā)生較多的問(wèn)題而一概否定，對(duì)運(yùn)行發(fā)生的問(wèn)題應(yīng)仔細(xì)分析，找出原因，并進(jìn)行認(rèn)真研究，逐個(gè)加以解決。只有這樣，循環(huán)流化床技術(shù)才能健康發(fā)展。相信經(jīng)過(guò)不懈的努力，能研制出適合我國(guó)煤資源特點(diǎn)的新一代高效低污染循環(huán)流化床鍋爐。

六、結(jié)語(yǔ)

我國(guó)是一個(gè)以煤炭為主要能源資源的國(guó)家，煤炭資源雖作為主要能源資源為世界的經(jīng)濟(jì)做出了巨大貢獻(xiàn)，但由于煤炭在生產(chǎn)和利用過(guò)程中產(chǎn)生大量的空氣污染物，而這些污染物是導(dǎo)致目前全球性的四大公害，因此清潔高效的利用煤炭資源是今后的主要發(fā)展方向。而循環(huán)流化床鍋爐就是在近年來(lái)快速發(fā)展起來(lái)的一種清潔燃燒技術(shù)，由于其燃料適應(yīng)性廣，而得到了快速推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]付萍.循環(huán)流化床鍋爐特點(diǎn)分析[J].鍋爐技術(shù)，2015（15）.

（作者單位：中海油大同煤制氣項(xiàng)目籌備組）