循環(huán)流化床鍋爐在城市集中供熱行業(yè)中的應(yīng)用

王寧

（寧夏百新熱力有限公司 寧夏銀川 750001）

循環(huán)流化床鍋爐在城市集中供熱行業(yè)中的應(yīng)用

王寧

（寧夏百新熱力有限公司 寧夏銀川 750001）

隨著人民生活水平和環(huán)保意識(shí)的不斷提高，城市居民對(duì)采暖供熱的品質(zhì)和城市環(huán)境質(zhì)量要求也在不斷地提高。所以城市集中供熱企業(yè)既要確保供熱的質(zhì)量、安全和穩(wěn)定，又要充分考慮供熱鍋爐對(duì)城市環(huán)境的影響。循環(huán)流化床鍋爐因其具有高效率和低污染等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于城市集中供熱中。

城市集中供熱；循環(huán)流化床；鍋爐；節(jié)能；環(huán)境

前言

城市集中供熱是在城市居民聚集區(qū)范圍內(nèi)建設(shè)集中的熱源，向該地區(qū)及周邊企事業(yè)單位、居民提供生產(chǎn)和生活用熱的一種能源地域生產(chǎn)組織方式。城市集中供熱與居民單獨(dú)自建鍋爐供熱比較而言，具有節(jié)約能源、能源利用率高、有利于環(huán)境保護(hù)、鍋爐設(shè)備故障率低及自動(dòng)化程度高等優(yōu)勢(shì)，城市集中供熱也做為國(guó)家相關(guān)部門積極推廣的市政建設(shè)項(xiàng)目之一。隨著我國(guó)能源短缺的加劇和環(huán)境保護(hù)政策的出臺(tái)，集中供熱鍋爐在環(huán)保和節(jié)約能源方面的優(yōu)點(diǎn)，將成為集中供熱鍋爐在選型方面首當(dāng)其沖考慮的因素。

1 循環(huán)流化床鍋爐概述

循環(huán)流化床鍋爐是在80年代發(fā)展起來(lái)的，具有效率高、污染低等特點(diǎn)，其在煤種適應(yīng)性、變負(fù)荷能力及排放污染物上具有鮮明的優(yōu)勢(shì)，加快了其發(fā)展的步伐，帶來(lái)了一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

循環(huán)流化床鍋爐所采用的燃燒方式主要是流態(tài)化，也被成為半懸浮燃燒方式。循環(huán)流化床鍋爐在循環(huán)流化床燃燒技術(shù)出現(xiàn)后，更是得到了一定程度的發(fā)展，被廣泛應(yīng)用在世界各地，循環(huán)流化床鍋爐是被國(guó)際公認(rèn)的潔凈煤燃燒技術(shù)，在我國(guó)燃煤電站的應(yīng)用中取得較好成果，其燃料具有適應(yīng)性強(qiáng)、脫硫效果好及負(fù)荷調(diào)節(jié)性能好等優(yōu)點(diǎn)。目前，我國(guó)循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)已具有較高的發(fā)展水平，其總機(jī)容量位于世界第一。隨著城市現(xiàn)代化的快速發(fā)展，城鎮(zhèn)化人口及建設(shè)規(guī)模也在不斷增大，從而大大增加了人們對(duì)能源的需求，環(huán)境污染問(wèn)題也日益嚴(yán)重，因此，要加強(qiáng)對(duì)城市集中供熱設(shè)備的重視?？偟膩?lái)說(shuō)，循環(huán)流化床鍋爐的使用有效符合了國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策的相關(guān)要求和供熱產(chǎn)業(yè)的實(shí)際需要。

2 循環(huán)流化床鍋爐的特點(diǎn)

2.1 燃料具有較強(qiáng)的適應(yīng)性

循環(huán)流化床中的燃料占床料的3%，不需要其它輔助燃料，可燃用各種劣質(zhì)的煤及其它可燃物，主要包括高硫煤、煤泥、煤矸石、垃圾等，有效解決了環(huán)境污染問(wèn)題。

2.2 燃料具有較高的燃燒率

和鼓泡床流化床相比而言，循環(huán)流化床具有較高的燃燒率，基本在97%以上，和煤粉相當(dāng)。

2.3 燃料具有較高的脫硫率

循環(huán)流化床的脫硫率可高達(dá)90%，有利于降低經(jīng)濟(jì)成本。

2.4 氮氧化物排放低

該特點(diǎn)是循環(huán)流化床最突出的特點(diǎn)，主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：①在低溫下燃燒，燃燒的溫度在850～900℃間，就不會(huì)導(dǎo)致空氣中的氮氮生成NOx；②分段燃燒，可有效抑制氮轉(zhuǎn)化成NOx，并還原部分已生成的NOx。

3 循環(huán)流化床內(nèi)的燃燒加工過(guò)程

循環(huán)流化床鍋爐脫硫方式的主要原理是在燃燒過(guò)程中，適當(dāng)加入一定比例和顆粒度的石灰石，使其和燃料進(jìn)行循環(huán)燃燒，由于石灰石在鍋爐內(nèi)循環(huán)燃燒的時(shí)間會(huì)比較長(zhǎng)，從而使得石灰石磨得很細(xì)，導(dǎo)致其從分離器中飛出去。一般情況下，循環(huán)流化床鍋爐的燃燒溫度約控制在900℃，這個(gè)溫度比較合適，不僅能抑制二氧化硫的生成，還能保證石灰石的充分分解。

3.1 煤粒的添加

煤粒在被送入循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)時(shí)，會(huì)在高溫物料和煙氣的輻射下而被加熱，最初是水分的蒸發(fā)，其次是煤粒中的揮發(fā)粉析出并燃燒，最后是焦炭進(jìn)行燃燒，在燃燒過(guò)程中，煤粒會(huì)漸漸被破碎或磨損，其揮發(fā)份析出和焦炭的燃燒過(guò)程會(huì)出現(xiàn)重疊的現(xiàn)象。循環(huán)流化床根據(jù)高度，可將其分為密相床層和稀相空間，密相床層的運(yùn)行狀況處在鼓泡床和紊流床的狀態(tài)。循環(huán)流化床所使用的燃料大多都是灼熱床料，該床料具有較強(qiáng)的惰性，可燃物只占很小一部分，這些惰性灼熱床料是煤粒的主要加熱源，在其加熱過(guò)程中，吸收極少熱量，而煤粒的燃燒時(shí)間在10s左右，從而對(duì)床溫具有較小的影響。

3.2 循環(huán)流化床內(nèi)煤的燃料著火

固體質(zhì)點(diǎn)表面溫度，在一定程度上決定了循環(huán)流化床內(nèi)燃料著火方式的選取，這類固體物質(zhì)主要包括細(xì)煤粒、高溫灰粒及床料。一旦固體質(zhì)點(diǎn)表面溫度上升，煤粒會(huì)迅速著火。除此之外，顆粒直徑的大小也會(huì)對(duì)著火造成影響。對(duì)于一些反應(yīng)能力較強(qiáng)的煤種，在一定溫度條件下，存在一個(gè)臨界的著火粒徑，比這個(gè)顆粒直徑要小，但是由于散熱的損失較大，導(dǎo)致這個(gè)顆粒不會(huì)著火，從而逸出爐膛。

3.3 循環(huán)流化床內(nèi)煤的破碎特性

所謂煤的破碎特性主要是指燃燒顆粒在進(jìn)入流化床后，處在高溫狀態(tài)下，顆粒度迅速減小的性質(zhì)，影響顆粒磨損的主要因素有：燃燒顆粒表面的結(jié)構(gòu)特性、外部操作條件及機(jī)械強(qiáng)度等。當(dāng)煤粒進(jìn)入循環(huán)流化床時(shí)，在熾熱床料加熱的作用下，會(huì)加快水分的蒸發(fā)速度，一旦煤粒溫度達(dá)到熱解溫度時(shí)，煤粒會(huì)發(fā)生脫揮發(fā)份反應(yīng)，對(duì)于一些具有高揮發(fā)份的煤種，在進(jìn)行熱解時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)短時(shí)間的擬塑性階段，顆粒內(nèi)部會(huì)存在一定的壓力梯度，若壓力大于一定值，被固化的顆粒表層會(huì)發(fā)生破碎現(xiàn)象；而對(duì)于一些低揮發(fā)份煤種，不具備突出的擬塑性，且在熱解過(guò)程中，要沖破密實(shí)的孔隙結(jié)構(gòu)，才能從煤粒中逸出，在種情況下，顆粒內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生較高的壓力。

煤粒在發(fā)生破碎后，會(huì)有大量的細(xì)小粒子形成，尤其是可揚(yáng)折粒子，該粒子會(huì)對(duì)鍋爐的燃燒效率產(chǎn)生影響。煤粒破碎可分為一級(jí)破碎和二級(jí)破碎：①一級(jí)破碎。在揮發(fā)份逸出后，煤粒內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生一定的壓力，該壓力和孔隙結(jié)構(gòu)中揮發(fā)份的壓力相重疊而形成的；②二級(jí)破碎。在顆粒中起到聯(lián)結(jié)作用的聯(lián)結(jié)骨架（和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)類似）被燒斷而導(dǎo)致的破碎。煤粒在發(fā)生破碎時(shí)，還會(huì)引起顆粒發(fā)生膨脹，導(dǎo)致煤結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，總的來(lái)說(shuō)，影響煤粒破碎和膨脹的主要因素有：揮發(fā)份的析出量、母粒的孔隙結(jié)構(gòu)、床溫、顆粒的直徑大小等諸多方面。

4 在供熱運(yùn)行對(duì)循環(huán)流化床鍋爐存在問(wèn)題的處理辦法

循環(huán)流化床鍋爐的爐膛沒(méi)有安裝埋管，所以，就不會(huì)造成埋管的磨損，或者點(diǎn)火時(shí)出現(xiàn)冷水系統(tǒng)直接帶走一部分熱量的問(wèn)題，點(diǎn)火啟動(dòng)和停爐都比較方便、快捷，20min就可以點(diǎn)著冷爐，熱爐則只需要5～6min，壓火在24h中都不會(huì)存在異常，對(duì)環(huán)境的污染較小。由于循環(huán)流化床鍋爐具有低溫燃燒的特點(diǎn)，二氧化硫和氮氧化物的排放濃度較低，這是鏈條爐和煤粉所不具備的。進(jìn)行循環(huán)燃燒時(shí)，爐內(nèi)的煤渣基本不含碳，呈現(xiàn)出黃褐色的小顆粒，可將其用于水泥產(chǎn)品的制作中，并相對(duì)減少了總出渣量。循環(huán)流化床鍋爐是在沸騰燃燒鍋爐基礎(chǔ)上發(fā)展的，其燃燒方式比較獨(dú)特，對(duì)于發(fā)熱量低、含灰量高以及揮發(fā)分低的劣質(zhì)燃料、中煤、矸石及一般煤粉鍋爐不能使用的燃料都能較好的適用；循環(huán)流化床鍋爐煙氣中具有較低的一氧化氮，在燃燒時(shí)加入脫硫劑，可以進(jìn)行脫硫處理，減少煙氣中的NOx和SO2，從而有利于降低大氣污染。

循環(huán)流化床鍋爐的最大特點(diǎn)就是進(jìn)入爐內(nèi)的燃料除了顆粒細(xì)小的，其它的燃料都要循環(huán)多次，并且在多次循環(huán)中燃料可以燃透燃燼，通常可以有2.5～40的物料循環(huán)倍率。節(jié)約能源是循環(huán)流化床鍋爐的燃燒特點(diǎn)，可以對(duì)大氣的污染有所減少，是當(dāng)前熱能動(dòng)力發(fā)展的主要方向。

5 結(jié)語(yǔ)

循環(huán)流化床鍋爐作為一種新型的燃料設(shè)備，其對(duì)燃料的高效利用、循環(huán)燃燒及再利用的特點(diǎn)，在節(jié)能環(huán)保方面具有很大的優(yōu)勢(shì)，對(duì)目前的節(jié)能發(fā)展建設(shè)和城市環(huán)境保護(hù)有著重要意義，但目前循環(huán)流化床鍋爐還存在很多問(wèn)題，因此需要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。寧夏百新熱力有限公司綜合考慮循環(huán)流化床鍋爐具有的優(yōu)點(diǎn)，已改造及購(gòu)置了7臺(tái)SHX29-1.25/115/70-AI循環(huán)流化床燃煤熱水鍋爐替代鏈條爐排燃煤熱水鍋爐，走出了將循環(huán)流化床鍋爐應(yīng)用在城市集中供熱行業(yè)中的第一步，在以后的鍋爐運(yùn)行過(guò)程中，將通過(guò)不斷的探索，逐步完善和克服循環(huán)流化床在供熱過(guò)程中存在的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)循環(huán)流化床鍋爐在供熱行業(yè)的安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。

循環(huán)流化床燃燒技術(shù)是一種固體物料流態(tài)化的一個(gè)循環(huán)過(guò)程，且該過(guò)程具有速度快、濃度高及通量高的特點(diǎn)。相關(guān)企業(yè)采用循環(huán)流化床燃燒技術(shù)，能大大提高其燃煤的效率，對(duì)工作流程進(jìn)行簡(jiǎn)化，有利于企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提高?，F(xiàn)階段，二氧化硫所產(chǎn)生的酸雨對(duì)環(huán)境已造成嚴(yán)重影響，一般工業(yè)的鍋爐配套設(shè)備不僅投入資金較多。而且脫硫水平不夠高，循環(huán)流化床燃燒技術(shù)的采用，能有效解決這一問(wèn)題。除此之外，溫室效應(yīng)、水污染、沙漠化等問(wèn)題日益突出，對(duì)控制二氧化碳的要求也越來(lái)越高，而我國(guó)作為一個(gè)二氧化碳的排放大國(guó)，只有提高鍋爐的運(yùn)行效率和燃燒率，才能有效解決燃煤消耗問(wèn)題。因此，循環(huán)流化床鍋爐的投入使用對(duì)節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)具有重大意義。

[1]曾享麟，解魯生，蔡啟林，潘耀輝，湯崚.關(guān)于循環(huán)流化床鍋爐應(yīng)用的考察報(bào)告[J].區(qū)域供熱，2004（03）：32～33.

[2]陳偉，陳一平.循環(huán)流化床鍋爐特點(diǎn)及其發(fā)展現(xiàn)狀[J].湖南電力，2005（01）：56.

[3]鄭合飛.淺談循環(huán)流化床鍋爐的燃燒原理[J].能源與節(jié)能，2015（11）：102～103.

TK229

A

1004-7344（2016）14-0231-02

2016-5-2

王 寧（1973-），男，暖通工程師，本科，主要從事鍋爐運(yùn)行、安裝、改造工作。