循环流化床锅炉发展现状及前景分析

李艳超

摘 要：循环流化床锅炉燃烧技术是发电行业中的一种新技术，相对于传统的锅炉燃烧技术，具有较多优点，例如燃料适应性广、燃烧效率较高、氮氧化物排放低等，自从循环流化床燃烧技术出现以来就在发电行业广泛应用，对发电厂的生产效率提升有很大帮助。本文对循环流化床锅炉发展现状及前景进行分析，旨在提高发电效率。

关键词：循环流化床锅炉 发电技术 应用前景

中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2017）09-0-01

引言

循环流化床锅炉燃烧技术是上世纪七十年代产生的一种高效、清洁燃烧技术，这种锅炉在发电行业中的应用越来越普遍，其运行过程中，燃料会随着床料在锅炉内多次循环，为燃烧提供了充足的时间，同时还可以使得飞灰含碳量下降。对于高热值燃料而言，使用性能良好的循环流化床锅炉可以达到98%～99%的燃烧效率。同时，由于这种锅炉的物料使用量是可以调节的，所以循环流化床锅炉运行过程中的性能可以调节，能够保持在低负荷状态下运转，以达到减少环境污染的目的，因此循环流化床锅炉在电力、供热以及化工生产中有十分广泛的应用。在循环流化床锅炉中，主循环回路是一个关键部分，其主要的作用是将大量高温固体物料从气流中分离出来，并且可以送回到燃烧室内，确保燃烧室可以保持稳定的流态化状态，保证燃料和脱硫剂可以多次循环、反复燃烧，提高燃料的燃烧效率和脱硫效率。我国自从引进循环流化床锅炉以来就开始大量生产，进行集中研制和开发，而且当前已经基本实现商业化，开始大量的循环流化床锅炉研发。

一、循环流化床的发展现状

1.第一代循环流化床燃烧技术

旋风分离器在化工以及冶金领域中的应用十分广泛，是一种比较成熟的气体固体分离装置，在循环流化床锅炉中的应用最多。德国较早地开发出保温性能、耐火性能以及防磨性能较好的高温绝热式旋风分离器的循环流化床锅炉。这种锅炉中，分离器入口的温度一般控制在850℃左右，应用绝热旋风筒作为分离器的循环流化床锅炉也叫做第一代循环流化床锅炉，当前很多公司对循环流化床锅炉进行改造和创新的时候采用的基本原型都是这种锅炉形式。这种分离器的分离性能十分良好，据统计，当前已经有78%的循环流化床锅炉都采用了高温绝热旋风分离器，已经基本常规化。但是这种分离器也存在一定问题，主要是由于旋风筒的体积比较大，如果采用钢材作为耗材，其成本造价比较高，占地面积也比较大，而且旋风筒内衬较厚，所需要的材料较多，在运行的过程中需要较长的启动时间，而且运行过程中容易出现各种故障，尤其是在燃烧一些活性较差的煤炭时，旋风筒内的燃烧导致分离后的物料温度上升，从而导致筒内出现超温结焦问题。随着循环流化床锅炉技术的不断更新，中温分离技术在一定程度上缓解了高温旋风筒问题，在炉膛上部布置了较多数量的受热面，从而降低了旋风筒入口处的烟气温度以及体积，使得旋风筒的体积和重量相对减少，从一定程度上克服了绝热旋风筒的技术缺陷。

2.第二代循环流化床锅炉燃烧技术

第二代循环流化床锅炉燃烧技术对应的是水（汽）冷分离循环流化床锅炉，是为了克服第一代循环流化床锅炉炉型的缺陷而产生的一种新型技术，由Foster Wheeler公司設计而成，在这种锅炉结构中，分离器的外壳主要是水冷或汽冷管，采用弯制、焊装工艺制成，取消绝热旋风筒的高温绝热层，取而代之的是用受热面制成的曲面及其在内侧布满销钉之后再涂一层较薄厚度的高温耐磨浇注料，在分离器的壳外侧还会覆盖一层保温层，在内侧则敷设一层比较薄的防磨材料。锅炉运行过程中水（汽）冷旋风筒可以吸收锅炉工作过程中产生的一部分热量，而且分离器中的物料的温度不仅不会上升，甚至还可能会下降，所以很好地解决了旋风筒内侧防磨问题。应用这种技术的循环流化床锅炉在运行过程中几乎没有发生回料系统结焦的问题，也不会出现旋风筒磨损的问题，体现出锅炉性能的优越性。

3.第三代循环流化床锅炉技术

第三代循环流化床锅炉采用方形分离器，其中分离器的分离机理与圆形旋风筒并没有本质上的区别，分离器的壳体依旧采用FW式水（汽）冷管壁式，但是因为分离器旋风筒的筒体是平面结构，而且分离器的壁面作为炉膛壁面水循环系统的一部分，在运行过程中与炉膛之间免除热膨胀节，所以与前两种锅炉燃烧技术相比起来有一定的优越性。循环流化床锅炉中的方形分离器可以紧贴炉膛布置，使得整个循环流化床锅炉的体积减少，为了防止严重的磨损，在方形分离器的表面还敷设了一层薄的耐火层，使得分离器起到了传热表面的作用，并且使得锅炉的启动以及冷却速度增快。

从当前我国已经投入并且运行的循环流化床锅炉来看，都还存在一些问题，例如锅炉流化床内的燃烧工况组织不好，流化床的温度较高，旋风分离器内的一氧化碳以及残碳后燃会造成数十度甚至上百度的温度变化，使得流化床中的结焦温度较低，因此结焦一直都是我国循环流化床锅炉运行过程中的一个安全隐患。通过循环流化床锅炉的燃烧原理可知，如果采用有冷却功能的旋风筒，则可以使得分离器内的温度得到控制，从而消除锅炉运行过程中的结焦风险。

二、循环流化床锅炉的特点

从当前形势来看，在国际上普遍认可的洁净煤发电技术主要有三种，一种是增压循环流化床技术，一种是整体煤气化联合循环技术，一种是常压循环流化床技术。其中，常压循环流化床发电技术应用比较普遍，是国际上公认的一种成熟技术，是从上世纪八十年代开始流行的一种洁净煤燃烧技术，为高硫煤和劣质煤处理所带来的大气污染问题提供了很好的解决方案。循环流化床锅炉技术具有以下三个方面的特点：

1.燃料适应性广

燃烧是锅炉燃烧过程中的主要原料，由于循环流化床锅炉采用的循环燃烧技术，在炉膛、旋风分离器以及虹吸密封回路中进行循环的燃料的热容量十分巨大，对新加入的燃料进行计算，发现其重量只占整个循环床料的5%～7%左右，加入新的燃料之后会随着循环锅炉的运行迅速释放出大量的热量，而且在循环过程中，颗粒之间的相互碰撞也是使得燃料中较大的颗粒被碰撞成为较小的颗粒物质，有利于燃料的充分燃烧。因此，在循环流化床锅炉中对于任何燃料基本都适用，可以使用灰分水分含量较高、热值较低的劣质燃料，例如泥煤、褐煤、油页岩、贫煤、无烟煤、石油焦等，由于可以提供稳定的热量，所以有利于电网的稳定运行。endprint

2.负荷调节性能好

循环流化床锅炉在运行过程中的负荷是可以调节的，其调节的范围基本可以控制在100%～30%之间，当锅炉的燃烧负荷处于30%的时候，不需要投油助燃，锅炉中燃料的燃烧就十分稳定。正是由于循环流化床锅炉具有该优点，所以可以用于电网供能，为电网提供充足且稳定的能量。

3.环保性能好

循环流化床锅炉运行过程中的温度一般控制在850℃～950℃之间，同时，根据燃煤的特性可以在锅炉中加入石灰石粉作为脱硫剂，从而在燃烧过程中脱去燃料燃烧生成的二氧化硫，所以石灰石粉的温度控制在850℃～950℃之间可以达到良好的脱硫效果。同时，循环流化床锅炉的运行温度维持在850℃～950℃之间，可以有效地抑制热反应型NOx的生成，同时还采用了分级燃烧的方式送入二次风，有效地控制了NOx的生成。所以是一种比较洁净的燃烧技术。

三、循环流化床锅炉技术发展前景

就当前实际情况来看，循环流化床锅炉技术是一种最清洁、最经济的燃烧技术，随着煤炭储备量不断减少，加上环保要求不断提高，也给循环流化床锅炉提出了新的要求。在未来循环流化床锅炉的发展要注意以下几个方面：第一，要對其他燃料的燃烧效率进行提升，煤炭属于重要的化工原料，但是储备量不断减少，循环流化床对于各种燃料都比较适用，在未来的研究过程中要加强对其他燃料的应用，使得循环流化床锅炉具有更强的适用性。第二，对环保技术进行研究和应用。在循环流化床锅炉技术的研究过程中，要结合环保、绿色的要求，达到脱硫甚至是脱硝的目的，同时要减少循环流化床锅炉的成本消耗水平。

结语

循环流化床锅炉技术是一种新型锅炉供能技术，在发电行业中的应用十分广泛。循环流化床锅炉技术的燃烧效率高、污染少，在未来的发展过程中可以进一步加强对循环流化床锅炉的深入研究，拓展循环流化床锅炉燃料的适用性，不断提高循环流化床锅炉的应用水平。

参考文献

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