探析循環(huán)流化床鍋爐的優(yōu)點、特點以及環(huán)保效益

姜延忠　吳高軍

【摘 要】循環(huán)流化床鍋爐是在流化床鍋爐的基礎(chǔ)上，采用飛灰再循環(huán)燃燒，保持了原有流化床鍋爐的燃料適應(yīng)性強、傳熱效果好、負荷調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點。普遍認為，對于75t/h容量以下的流化床鍋爐采用帶飛灰循環(huán)燃燒的常規(guī)流化床鍋爐是較佳方案。

【關(guān)鍵詞】循環(huán)流化床鍋爐；燃燒；效益

循環(huán)流化床鍋爐主要由燃燒系統(tǒng)、氣固分離循環(huán)系統(tǒng)、對流煙道三部分組成。其中燃燒系統(tǒng)包括風室、燃燒室、爐膛、給煤系統(tǒng)等幾部分；氣固分離循環(huán)系統(tǒng)包括物料分離裝置和返料裝置兩部分；對流煙道包括省煤器、空氣預(yù)熱器等幾部分。循環(huán)流化床的燃燒方式采用了低溫、分級、循環(huán)燃燒的方式，既控制了NOx的生成，又可在爐內(nèi)添加石灰石進行簡單的爐內(nèi)脫除SO2，具有較好的環(huán)保性能。

1.循環(huán)流化床鍋爐的優(yōu)點

1.1燃燒效率高

國外的循環(huán)流化床鍋爐效率能達到99%，我國循環(huán)流化床鍋爐效率也能達到95～98%。能有這么高效率，很大一部分原因在于煤粒在循環(huán)流化床鍋爐爐膛內(nèi)能充分燃盡。

循環(huán)流化床鍋爐燃燒屬低溫燃燒。燃料由爐前給煤系統(tǒng)送入爐膛，送風一般設(shè)有一次風和二次風，有的生產(chǎn)還設(shè)置三次風。一次風由布風板下部送入燃燒室，主要保證料層流化；二次風沿燃燒室高度分級多點送入，主要是為了保證充足的氧量保證燃料燃盡；三次風進一步強化燃燒。燃燒室內(nèi)的物料在一定的流化風速作用下，發(fā)生劇烈擾動，在高速氣流的攜帶下離開燃燒室進入爐膛，其中較大顆粒因重力作用沿爐膛內(nèi)壁向下流動，一些較小顆粒離開爐膛進入物料分離裝置，爐膛內(nèi)形成氣固兩相流，進入分離裝置的煙氣通過對流煙道內(nèi)的受熱面吸熱后，離開鍋爐。循環(huán)流化床鍋爐一大特點是采用分離回料裝置。分離回料裝置有慣性分離和旋風分離兩種。

1.2煤種適應(yīng)性強

循環(huán)流化床鍋爐對低熱值無煙煤、劣質(zhì)煤、頁炭、爐渣石矸等都有很好的適應(yīng)能力，適應(yīng)性比煤粉爐、層燃爐好。原因一個是循環(huán)流化床配備分離回料裝置能夠保證煤粒得到充分地燃燒，另外，循環(huán)流化床鍋爐使煤粒在爐內(nèi)產(chǎn)生一定的流化，保證煤粒能夠得到充分燃燒。國產(chǎn)循環(huán)流化床采用較低流化速度（4.5m/s～5.5m/s）較低循環(huán)倍率約（10～20），能夠減小分離受熱面的磨損。此外，循環(huán)流化床鍋爐不僅可全燒當?shù)孛?，還可摻燒鄰爐（如鏈條爐）的爐渣。

1.3添加石灰石，有較高脫硫效果

循環(huán)流化床爐內(nèi)燃燒過程中產(chǎn)生氧化硫與流化床爐燃燒添加劑一氧化鈣發(fā)生反應(yīng)：CaCO3=CaO+CO2；CaO+SO2+（1/2）O2=CaSO4。

石灰石脫硫劑在多次循環(huán)過程中，延長了與煙氣中SO2的接觸時間，Ca/S比顯著降低，即以少量的石灰石達到較高的脫硫效率，脫硫效果可達95%，產(chǎn)生硫酸鈣隨渣排出。這種低倍率循環(huán)流化床鍋爐適用于20t/h、35t/h、65t/h容量等級的發(fā)電鍋爐和工業(yè)鍋爐的舊爐改造，在利用當?shù)亓淤|(zhì)煤資源方面尤效顯著。另外，含有硫酸鈣的灰渣是綜合利用的好材料。

1.4添加石灰石，降低了氮氧化物生成量

煤粒和添加的石灰石在爐膛內(nèi)以800～900℃溫度燃燒，可以控制NOX的生成。這是因為生成的NOX被爐子部未燃燒的碳或CaO還原，因此減少的NOX的排放。

1.5系統(tǒng)簡單，運行操作方便

從原煤到落煤經(jīng)螺旋給煤機進入爐膛；一次風經(jīng)布風板引入爐膛底部；煤粉（10mm以下）懸空燃燒；二次風從前后墻引入，起助燃攪拌作用；隨煙氣向爐膛尾部帶起走的較大顆粒旋風分離器后返回到爐膛，循環(huán)燃燒，進入尾部煙道只剩下很小的灰粒。經(jīng)過上述簡單流程，鍋爐即達到應(yīng)當?shù)恼羝?，滿足汽輪機蒸汽品質(zhì)要求。經(jīng)初步估算，使用流化床鍋爐廠房，土建費用節(jié)約10%左右，與煤粉爐相比，設(shè)備費用節(jié)約20-30%，運行人員操作的輔機設(shè)備少，控制簡單。

1.6灰渣綜合利用，前途廣泛

渣中有一定的硫酸鈣，可作各種建筑材料的摻合料，水泥行業(yè)、制磚行業(yè)利用灰渣前途最廣泛。該爐型推廣應(yīng)用可減少除灰渣場地，對無灰場條件的中小城市而言，不僅可以大大改善環(huán)境條件，而且可以推進建材行業(yè)的發(fā)展，變廢為寶，使煤炭發(fā)揮綜合效益。

2.循環(huán)流化床鍋爐的技術(shù)特點

2.1燃料適應(yīng)性廣

由于大量灰粒子的穩(wěn)定循環(huán)，新加入循環(huán)流化床鍋爐的燃料（煤）將只占床料的很小份額。由于循環(huán)流化床的特殊流體動力特性，使其中的質(zhì)量和熱量交換非常充分。這就為新加入燃料的預(yù)熱、著火創(chuàng)造了十分有利的條件。而未燃盡的煤粒子通過多次循環(huán)既可增加其爐內(nèi)停留時間又可多次參與床層中劇烈的質(zhì)量和熱量交換，十分有利于其燃盡。這就使循環(huán)流化床鍋爐不僅可高效燃用煙煤、褐煤等易燃煤種，同樣可高效燃用無煙煤等難燃煤種，還可高效燃用各種低熱值、高灰分或高水分的矸石、固體垃圾等廢棄物。

2.2截面熱強度高

同樣由于流化床中劇烈的質(zhì)量和熱量交換，不僅使燃燒過程能在較小截面內(nèi)完成，還使爐膛內(nèi)床層和煙氣流與水冷壁之間的傳熱效率也大大增加。這就使循環(huán)流化床鍋爐的爐膛截面和容積可小于同容量的鏈條爐，沸騰床鍋爐甚至煤粉爐。這一點對現(xiàn)有鍋爐的改造尤其具有現(xiàn)實意義。

2.3污染物排放少

可利用脫硫劑進行爐內(nèi)高效脫硫是循環(huán)流化床鍋的突出優(yōu)點。常用的脫硫劑是石灰石。通常循環(huán)流化床鍋爐的床溫保持在800-1000oC之間，過高可能因床內(nèi)產(chǎn)生焦、渣塊而破壞正常流化工況，過低則難以保證必要的燃燒溫度。而這一區(qū)間正是脫硫反應(yīng)效率最高的溫度區(qū)間。因而在適當?shù)拟}硫比和石灰石粒度下，可獲得高達80%-90%的脫硫率。同樣由于較低的燃燒溫度，加以分級送風，使循環(huán)流化床鍋爐燃燒時產(chǎn)生的氮氧化物也遠低于煤粉爐。

2.4鍋爐負荷適應(yīng)性好

循環(huán)流化床鍋爐中床料絕大部分是高溫循環(huán)灰，這就為新加入燃料的迅速著火和燃燒提供了穩(wěn)定的熱源。因而循環(huán)流化床鍋爐的負荷可以很低，如額定負荷的30%左右，無需輔助的液體燃料，也不會發(fā)生煤粉爐難于保持正常燃燒甚至熄火的情況。 由于同樣原因， 循環(huán)流化床鍋爐能夠適應(yīng)負荷的快速變化。

2.5燃料制備系統(tǒng)相對簡單

循環(huán)流化床鍋爐無需煤粉爐的復(fù)雜的制粉系統(tǒng)，只需簡單的干燥及破碎裝置即可滿足燃燒要求。另一方面，與循環(huán)流化床鍋爐相比，鏈條爐雖一般不需燃料制備裝置，但其燃燒效率一般很低。為保證燃料在鏈條爐排上的高效燃燒，燃料顆粒必須很均勻，這樣的燃料制備裝置同樣會比循環(huán)流化床鍋爐的復(fù)雜。

3.循環(huán)流化床鍋爐的環(huán)保效益

3.1低溫燃燒，低NOx排放

循環(huán)流化床鍋爐的燃燒溫度在950℃以下，屬于低溫燃燒，在這個溫度區(qū)間內(nèi)氮氧化物不易生成，這一點是與其它燃燒方式的鍋爐重要區(qū)別之一，也就是說再不必增加任何設(shè)備及運行投入的情況下就可以實現(xiàn)低NOx排放。

3.2爐內(nèi)脫硫

在燒高硫煤并需要脫硫時，可利用白云石廢料，破碎到0-4mm的碎末，與煤一同送入爐內(nèi)，流化床特有的燃燒方式可在Ca/S=2時大量降低煙氣中SO2，脫硫效率可>80%，每噸煤只增加數(shù)元費用。

3.3燃燒充分林格曼黑度可達標

鏈條鍋爐經(jīng)常存在碳燃不盡而隨煙氣一起排放，往往會造成林格曼黑度不好達標，造成污染。而循環(huán)流化床鍋爐煤燃燒充分，經(jīng)除塵處理后及可林格曼黑度達標。 [科]