淺析流化床燃燒在電廠燃煤領域的地位

李立明

摘 要：流化床燃燒技術研究初期，研究者們?yōu)槲覀兠枋隽艘环鶚O富魅力的發(fā)展前景：循環(huán)流化床鍋爐的發(fā)展勢不可擋，因為它具有幾乎所有方面的先進性。本文就流化床燃燒在電廠燃煤領域的地位進行探討，以供參考！

關鍵詞：電廠;流化床;燃燒技術;燃煤

1流化床燃燒技術的理想與現(xiàn)實

1.1流化床燃燒技術的理想

1.1.1高效率。

由于未燃燼碳粒隨固體物料的多次循環(huán)，使飛灰含碳量下降，保證了燃燒效率可與煤粉燃燒媲美（99%，甚至更高）。

1.1.2低污染。

由于低溫燃燒（850-900C）和分級送風（二次風率40%-50%），NOx的生成量很低。同時，因其燃燒溫度正處于爐內加鈣固硫的最佳反應區(qū)，脫硫劑隨固體物料多次循環(huán)，所以具有高的脫硫效率（Ca/S比為1.5時，脫硫效率可達90%）?！?/p>

1.1.3廣泛的燃料適應性。

由于床內存在許多循環(huán)物料，熱容量很大，可保證燃料著火的穩(wěn)定性，所以一般燃燒方式難以燃燒的石煤、煤研石、泥煤、洗煤泥、高硫煤、油頁巖、低熱值無煙煤以及各種工農業(yè)垃圾都可在流化床中有效燃燒。

1.1.4負荷調節(jié)性能好。

可通過控制物料循環(huán)量和一、二次風配比迅速有效地調節(jié)負荷。若采用外置式熱交換器，可優(yōu)化工質側調節(jié)性能，負荷調節(jié)性能更好。

1.1.5燃料制備系統(tǒng)簡單。

所要求的燃料粒徑在。0--8mm范圍內，只需要簡單的燃料破碎設備。它既可省去復雜的磨煤設備，又可減少廠用電耗。

1.1.6鍋爐造價低。

流化床燃燒具有很高的燃燒熱強度，所以其爐膛比常規(guī)鍋爐小。同時，床內傳熱系數比常規(guī)鍋爐大得多，可減少受熱面金屬消耗量。另外，輔機系統(tǒng)也比煤粉燃燒鍋爐簡單。

1.1.7防止結焦。

對低灰熔點的煤來說，低溫燃燒可有效防止結焦。同時，可避免高溫腐蝕。

1.1.8磨損小。

與鼓泡床相比，循環(huán)流化床取消了床內埋管，大大減少了受熱面磨損。

1.1.9灰渣綜合利用。

流化床燃燒溫度正處于灰渣的中濕活性區(qū)，灰渣可作為生產水泥的填料。

1.2流化床燃燒技術的現(xiàn)實。

20多年過去了，在大量理論研究和試驗驗證的基礎上，循環(huán)流化床鍋爐已經進入了商業(yè)化運行階段?，F(xiàn)在，我們可以回過頭來看一看，當年對流化床燃燒技術的憧憬有多少變成了現(xiàn)實。

1.2.1效率。

運行結果證實，循環(huán)流化床鍋爐的高燃燒效率是可以實現(xiàn)的，但是絕大多數此類鍋爐的燃燒效率都比希望的低，僅95%一97%，甚至更低。這是因為要獲得高燃燒效率必須滿足兩個基本條件：嚴格的燃料粒徑分布和高循環(huán)倍率。然而，嚴格的燃料粒徑要求增加了設備投資費用和運行成本，高循環(huán)倍率增加了設備磨損和流動阻力。所以，片面追求高效率將帶來難以克服的負面影響。因此，從綜合經濟性和設備可靠性考慮，大多數此類鍋爐不得不選擇燃燒效率相對較低的寬篩分煤和低倍率循環(huán)方式。

1.2.2污染物排放。

總體上說，污染物排放控制達到了預想的目標，NO二排放在100一ZOOppm。一氧化碳和碳氫化合物的排放量也很低（這是低溫燃燒所

擔心的），床內加鈣脫硫也具有較好的效果。但是，脫硫效果并不如原先想象的那么好。影響脫硫效果的因素很多，燃料特性、脫硫劑特性、循環(huán)倍率、運行工況等等都對脫硫效果產生影響。從運行情況看，要達到90%的脫硫效率，Ca/S比需1.8一2.5。

1.2.3燃料適應性。

燃料適應性好是可以肯定的。然而，對“燃料適應性好”需要作概念上的澄清，對這一概念的正確理解是：對于各種燃料，包括一些一般燃燒方式難以燃燒的燃料，都可以進行循環(huán)流化床鍋爐的特殊設計，使其有效利用。而不是說一臺循環(huán)流化床鍋爐可以適應各種燃料。事實上，受燃燒狀況和受熱面布置方式的限制，一臺循環(huán)流化床鍋爐的燃料適應性是有限的。

1.2.4負荷調節(jié)性能。

運行證明，循環(huán)流化床鍋爐的負荷調節(jié)性能優(yōu)于常規(guī)鍋爐，負荷調節(jié)速度快，調節(jié)比寬。但是控制物料循環(huán)量的回料閥故障率比較高，需要在結構上加以改進。

1.2.5燃料制備。

對于寬篩分煤（0--8mm），燃料制備系統(tǒng)是比較簡單的。運行費用也小，但如果需要比較嚴格的燃料粒徑分布，燃料制備系統(tǒng)就復雜得多，運行費用也要增加。

1.2.6結焦與腐蝕。

低溫燃燒有利于避免高溫腐蝕是顯然的，但是結焦問題比原先想象的復雜得多。實踐證明，相同的燃料，循環(huán)流化床內的結焦溫度比煤

粉爐內低得多。例如，有些tl>1150℃的煤，在循環(huán)流化床中燃燒溫度IOOO℃時就出現(xiàn)嚴重結焦。最新研究證實，這是由于結焦機理不同所致，流化床燃燒中的灰粒只要表面處于熔融狀態(tài)就會不斷粘結，造成結焦。所以，防止流化床嫉燒中結焦是一個全新的課題。

1.2.7磨損問題。

循環(huán)流化床鍋爐的磨損仍然是存在的，尤其是高倍率循環(huán)鍋爐，磨損非常嚴重。低倍率循環(huán)鍋爐的磨損情況好些，磨損主要在分離器區(qū)，通過對材料和工藝的改進，磨損量可有效控制。

1.2.8灰渣綜合利用。

流化床燃燒灰渣的綜合利用有一些成功的例子，但大部分并沒有能夠綜合利用。原因有二：一是灰渣特性與燃料有關，換言之，并不是所有灰渣都能綜合利用;二是很多地方沒有條件進行綜合利用。

從以上的分析可以看出，循環(huán)流化床確實具有一定的技術優(yōu)勢，但也存在不少技術障礙，其中有些是可以克服的，有些則是先天性缺陷，是難以克服的。

2影響流化床燃燒技術發(fā)展的問題

2.1熱力計算方法

非常不幸的是，循環(huán)流化床鍋爐已經進人商業(yè)運行階段，但卻沒有一份各方都能接受的、權威性的熱力計算標準。

常規(guī)鍋爐的爐膛熱力計算是以氣固均相流動為基礎的，其計算方法不適用于循環(huán)流化床的爐膛熱力計算。循環(huán)流化床內粒子分布存在明顯的不均勻，粒子濃度沿床的高度方向呈非線性遞減分布，在爐膛出口附近，粒子濃度又有較小幅度的遞增。更為重要的是粒子沿床的橫截面方向的不均勻性，靠近壁面區(qū)域的粒子濃度是中心區(qū)域的數倍至數十倍。另外，粒子運動特性也很復雜，爐膛中心區(qū)的粒子向上運動，而靠近壁面的粒子則向下回落（大量貼壁回落的粒子與受熱面直接接觸，存在導熱過程），爐膛出口附近還有一個氣固兩相運動的旋渦區(qū)。目前有許多種不同的熱力計算方法在被運用，它們基本上都是從幅射換熱出發(fā)，用模型試驗測得的傳熱數據進行歸納和修正，以此得出綜合傳熱系數。但是，由于模型試驗和實際運行之間的變化規(guī)律并沒有真正掌握，所以這些計算方法都不準確。其不準確性已被實踐證實。

要真正掌握熱力計算方法，需要認真做好兩個方面的工作：一是要加強對床內流動特性和傳熱機理的理論研究工作，建立能真實反映床內物理量變化特征的數學模型;二是要在已經運行的循環(huán)流化床鍋爐上進行大量的測試工作，為完善數學模型提供真實數據。

2.2理論研究與實用化

流化床燃燒技術的理論研究工作已經進行得很多、很廣，有些問題的研究已經進行得比較深人，但總體上看，理論研究工作存在三個問題：一是大量的重復研究，二是研究工作缺乏系統(tǒng)性，三是研究工作沒有能夠和實用化緊密結合起來，致使大量研究成果被擱置。

理論研究只有與產品開發(fā)緊密結合起來，才能體現(xiàn)其價值。在這一點上，煤粉燃燒技術理論研究工作的方法值得借鑒，煤粉燃燒技術理論研究工作基本都是與煤粉燃燒器的開發(fā)緊密結合的。

在產品實用化方面，對關鍵設備（氣固分離器、回料閥、外置式熱交換器等）的可靠性研究還遠遠不夠，這方面的工作需要加強。

3結論

3.1在可預見的將來，流化床燃燒技術尚不足以取代煤粉燃燒技術在煤燃燒領域的統(tǒng)治地位。煤燃燒領域以煤粉燃燒為主的總體格局不會有大的改變。

3.2流化床燃燒技術在某些方面具有一定的優(yōu)勢，尤其在劣質燃燒利用方面，可能將出現(xiàn)以流化床燃燒技術為主的格局。同時，增壓流化床聯(lián)合循環(huán)的發(fā)展被普遍看好。

3.3在抑制NO2、SO2排放方面，流化床燃燒技術因其不需要昂貴的煙氣凈化設備而具有價格上的優(yōu)勢。

3.4流化床燃燒技術取代煤粉燃燒技術是不太可能的。但是，流化床燃燒技術不久將參與到大型燃煤電站鍋爐的商業(yè)化競爭中則是完全可能的。