浅谈循环流化床锅炉技术的发展与应用

朱健

摘 要 随着当前我国经济社会不断发展，各个行业科技水平日新月异，笔者结合当前我国循环流化床锅炉方面发展的现状，针对当前的科研发展水平，分析和探讨了循环流化床锅炉技术在未来时期的发展态势。

关键词 动力机械工程 锅炉技术 循环流化床 进展

一、前言

当前由于我国的社会经济发展程度越来越高，人们的生活环境也是越来越好，对于资源节约和环境保护也越来越引起大众的重视。为了适应时代发展和需求，循环流化床技术正不断受到推广和应用，这门技术目前已经逐步作为了可持续发展战略以及清洁煤燃烧技术的核心战略之一。循环流化床技术有诸多优点：能源利用率高、燃烧十分清洁、安全性能高、环境友好。由于现在电厂中的低负荷调节要求程度比较高，而自备电站的负荷波动幅度也比较大、调峰电厂的负荷变化也比较频繁，针对这些特点，在电厂中选择循环流化床技术无疑最为有益。

二、国内外循环流化床发展概况

其实早在20世纪20年代就已经出现了循环流化床技术，而成为真正行业领域的实用技术则是在20世纪50年代和60年代之后。在上世纪50年代的南非首先研制发明了费一托反应器，在上世纪60年代末，德国鲁奇公司开发和运行1VAW氢氧化铝熔化反应堆。之后由于具有高活性、高度选择性的沸石催化剂取代了流化床，并且取得了广泛的应用。在1971年Deh首先研究了循环流化床的流化图，这个流化图成功的将整个循环过程的基本特征描述出来。在1976年，快速流态化概率被提出。通过持续的研究，才逐渐使得越来越多的人开始重视循环流化床技术，而自从上世纪80之后，对于循环流化床技术的研究进入了一个高峰时期。

我国对循环流化床的研究是从上世纪50年代末首先由中科院牵头开始，此后特别是80年代以来， 国内很多研究院所以及高效都陆续开始投入对循环流化床的研究开发工作之中，并且在某些地区开始试点引进循环流化床机组。国家计委在2001年7月发出通知，对于使用洁净煤燃烧的技术示范予以政策优惠，并且还会进入我国重点鼓励产业名单之中。最近这些年，我国对于循环流化床锅炉技术的研发不断深入，已经取得很多阶段性成果。在1998年底已经有500多台容量在35t/h以上的循环流化床锅炉投入运转。而400t/h 级的国产循环流化床锅炉目前也越来越成熟，很多400t/h级的循环流化床锅炉在很多电厂也在陆续投入使用之中。对于传统的燃烧锅炉而言，会产生大量的有害气体，而国家标准对于这些气体排放是有严格指标控制的，因此对于传统锅炉而言必须要进行相应的烟气脱硝装置的安装，此种改造费用是大多数发电企业难以承受的。正是基于这个现状，可以预见在未来的发电市场中循环流化床技术的应用前景会越来越广泛。

三、循环流化床燃烧原理及主要特点

循环流化床燃烧是通过燃烧废物以及化石燃料而产生能量的一种燃烧技术。而其核心技术则是将燃料加热到流化状态下使其燃烧产生热能。通常而言，细粒子在燃烧室上部燃烧，而粗粒子则位于燃烧室下部燃烧。有些很细的粒子会被吹出燃烧室，但是随后在分离器的作用下会立即被送回床内继续燃烧。循环流化床燃烧系统主要由以下几个部分组成：流化床燃烧室、飞灰回送器、飞灰分离燃料收集装置组成。也存在循环流化床燃烧系统具有外部流化床热交换器这个部件，通过这个部件可以使得热传递和燃料燃烧快速转换。

循环流化床燃烧技术使得燃料的利用效率很高：一般工业生产中常用的流化床锅炉以及工业锅炉可以达到85～90%的燃烧效率，而循环流化床锅炉通过将飞灰循环燃烧可以使得最终燃烧效率高达95%以上。

循环流化床燃烧技术具备强化燃烧以及低温的特点：煤的灰渣变形温度通常为1000～2000摄氏度，而流化床中温度控制在850～1050摄氏度之间，因此在燃烧过程中残渣不易形成。结渣现象在流化床技术中是最忌讳的，一旦出现结渣会使得设备很难正常运转，燃料部分顺利进入流化状态，最终煤炭等燃料燃烧不够充分，使得机器停止工作。

通过分级燃烧的手段，循环流化床技术可以有效降低NOX排放量，必须要足够重视二级燃烧组织过程时的送风问题，必须要在二次送风过程中保证NOX的分解能够顺利完成。床内的过量空气系数应保证在0.9最佳，为了实现脱硫所需以及降低NOX排放效果。与此同时，NOX生成量会显著减少，当保持炉内温度在830～850摄氏度之间。

循环流化床燃烧技术还很大程度上提高了锅炉的容积热负荷以及炉膛截面热强度，通过再循环利用飞灰，使得一般流化床中大量热量释放的缺点被有效避免。大量统计数据结果表明：普通流化床的炉膛容积热强度为0.1～ 0.2MW/m2，炉膛截面热强度为1～3MW/m2； 而循环流化床的炉膛容积热强度为0. 16～0.32MW/m2，炉膛截面热强度为3～8MW/m2。

循环流化床锅炉技术还具备调节性能良好，负荷变化幅度大的优点。只需要将流化速度以及给煤量予以适当调节使其能够满足负荷的变化，当锅炉负荷变化时。当处于低负荷时，不需要像煤粉炉用油助燃，也不需要像常规流化床锅炉采取分床压火，因此更加适合用于调峰机组。

床料中未发生脱硫反应的石灰石通过飞灰的再循环燃烧过程能够再回到燃烧床内与SO2反应，通过这种方式可以很大程度上将石灰石的利用率大幅提升，大量数据统计表明：常规流化床， 脱硫效率必须要钙硫比在3～4时才达到85%～90%，而在循环流化床中的钙硫比为1.5～2.0时， 脱硫效率就已经可以高达85%～90%。

四、循化流化床锅炉技术有待解决的问题

在鼓泡床锅炉基础上循环流化床锅炉得以逐渐发展起来，而鼓泡床锅炉存在的很多缺点和问题，通过循环流化床技术都可以解决，但是即便如此，与常规的粉煤炉相比还是有一些问题是循环流化床锅炉亟需解决的。

（一）磨损问题

循環流化床锅炉炉膛内物料浓度通常会是常规煤粉炉的十至几十倍，并且其燃料粒径也比较大。鉴于这种特殊性，在循环流化床锅炉之中设置了很多的防磨措施，不过在实际工作之中还是存在着锅炉的分离器和受热面的磨损速度过高的现象。

（二）大型化问题

虽然这些年我国在循环流化床锅炉技术上取得了很大的发展，目前投入运行的单炉容量也已经超过了500t/h，也正在加紧研制更大容量的锅炉。但是由于目前的技术还不成熟，要短时间实现容量过1000t/h还有困难。

（三）自动化水平要求高

相对于常规锅炉而言，在灰渣控制系统和风烟系统方面循环流化床锅炉技术比较复杂，因此存在很多操作点，而各炉型燃烧调整方式也千差万别，因此要使用计算机技术对其进行操作还很烦躁，需要进一步简化操作，提升自动化水平。

（四）理论和技术问题

我国对于循环流化床燃烧技术虽然研发速度很快，但是由于起步比较晚，因此还存在很多技术问题，而对于国外而言技术已经趋于成熟，无论在锅炉设计、运转以及各方面研究都取得很大成果。当前对于国内行业而言，近些年也研制、运行了一些高压电站锅炉，但是理论和相关技术问题还是没有得到根本解决，必须要进一步加深研究。在锅炉的运转方面也没有一套成熟、系统的管理经验，缺少统一、合理的标准体系，因此对于电厂设备调试和改造往往都会带来很多问题。当前我国在这方面的实践经验和技术进步都在改善，必须要针对这些问题给与充分重视。

五、结束语

随着当前我国经济社会不断发展，各个行业科技水平日新月异，循环流化床锅炉技术的发展也取得了很多成果， 未来综合了超临界机组高供电效率以及循环流化床污染控制、成本低及两个优势的循环流化床锅炉技术必定会逐渐成为发展方向。作为科研技术人员，必须要不断通过学习，努力创新，为行业发展做出贡献。

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