循环流化床锅炉运行原理与应用优势

2021-11-28李春轶

中国科技纵横 2021年19期

李春轶

（长春黄金设计院有限公司，吉林长春 130012）

0.引言

循环流化床锅炉主要由燃烧室和循环回炉组成。燃烧室由密相区和稀相区组成，而循环回炉则由飞灰分离器和燃料返料器两部分组成。除了以上两个主要部分外，循环流化床锅炉的构造与其他形式燃煤锅炉有很多不同之处，主要体现在循环流化床锅炉所特有的辅助部件：飞灰分离捕集器、物料返料器、燃烧室下部设置的布风板和锅炉的外置热交换器等。

1.循环流化床锅炉的工作原理

循环流化床锅炉的工作原理：将固体燃料煤破碎到一定的粒度，采用机械输送的方式将破碎后的粒状物送入炉膛燃烧室内[1]。鼓风机将风吹进锅炉底部，经由燃烧室下部的布风板进入，使炉膛内的物料被均匀吹起，均匀受热，处于可迅速被流化的状态燃烧。被吹出燃烧室的飞灰及未燃尽的物料颗粒在分离器的作用下，由返料器重新送回燃烧室内进行循环反复燃烧。烟气夹带着固体物料颗粒，在燃烧室内向上部运动，小颗粒燃尽的同时炉膛内部分大颗粒，会在炉膛中上升到不同高度的地方停止运动，然后沿着炉膛边壁沉降，大颗粒燃烧变为小颗粒，重新回到炉膛下部，从下部进入的一次风再次吹起这些颗粒，物料颗粒被风夹带着在炉膛内再次向上部运动，这样的的燃烧过程为内循环；飞灰颗粒及物料小颗粒，从炉膛内进入分离器，被捕集分离后，再由返料装置运输重新返回炉膛中，此过程称为外循环过程，因此燃料在循环流化床锅炉内，既参与了外循环过程又参与了内循环过程，两种循环运动过程大大提高了煤的充分燃烧效率。未被捕集下来的颗粒随烟气进入尾部烟道受热面，最后排出室外。

2.循环流化床锅炉的实际应用

本项目为内蒙古某矿山新建锅炉房，因当地缺乏燃油、燃气资源，电资源无政府峰谷平价补助，只有煤质资源丰富，但煤质较差，锅炉的吨位较大，符合《大气污染防治行动计划》，比较后决定采用一台20t循环流化床锅炉[2]。

3.循环流化床锅炉的特点

循坏流化床锅炉的燃烧方式与传统的燃烧方式不同，尤其是它的循环流化方式是其他锅炉而不具备的，其特点如下：

3.1 燃料方面的优点

循环流化床锅炉具有特点为：其燃烧用的燃料适应范围较为广泛，不仅仅可燃烧优质煤，也可燃烧劣质煤料，如煤矸石、煤泥、高灰份煤及煤灰等灰分大且发热量低的煤质[3]。循环流化床具有快速燃烧，且燃烧强度大的特点，煤质燃料在炉膛形成内循环运动，此运动形式较为强烈，可使煤燃料被吹起并均匀受热。再加上锅炉的外循环运动的共同作用下，使煤料得到充分燃烧，极大地提高了锅炉的燃烧效率，能使燃烧室内的温度保持在850℃左右的恒定温度，这种恒温高温条件下可使燃烧室内的燃枓颗粒能够得到均匀受热，能快速地被加热到燃烧室内事先设定的温度，从而达到着火燃烧的程度。这样在不添加任何辅助燃烧的燃料的前提下，能使循环流化床锅炉继续运行。锅炉可以燃烧的固体燃料，例如低挥发分煤、从无烟煤到高硫烟煤和灰分含量高的煤，这些都能得到有效地燃烧并达到燃烧效果。可见其燃料适用范闱十分宽广。

3.2 燃烧效率高

循环流化床锅炉燃烧运行过程中，需要满足特有的前提条件，例如要求锅炉给煤的颗粒大小一般在10mm以内，大于煤粉粒度，但其燃烧效率可以达到煤粉炉的水平，其燃料的破碎系统，相比的煤粉炉的结构形式也简化了不少。燃料颗粒通过循环流化床锅炉给料器被送入炉膛内部，即可迅速与炉内已经被加热的大量高温煤料进行充分混合，可立即着火燃烧，而且在燃烧室内部，气体、固体混合较为均匀、强烈，燃烧的速率及高，使物料得到充分燃烧。而固体颗粒及飞灰随高温烟气流出炉膛，经过旋风分离器时，在飞灰分离器的作用下被分离出来，捕集分离出来的物料，将其收集起来，再由返料器在返料风系统的作用下，送回燃烧室炉膛内进行再次循环燃烧。由于经过反复多次的循环燃烧，大大延长了燃料在炉内的燃烧时间，有利于燃料完全充分的燃烧，达到很高的燃烧效率。循环流化床也可以从返料管送入锅炉燃料，这样的好处是燃料进入炉膛前可以先进行预热，更有利于燃料的充分燃烧，还简化了给煤系统。

3.3 环保方面的优点

锅炉运行时，所排烟气中含有SO2和氮氧化物等危害物，烟气排入大气后将严重污染环境，锅炉所排灰渣可回收利用。

（1）其他形式的燃煤锅炉运行过程中，排出的烟尘中含有大量的SO2气体。含有SO2的烟气排入大气后将对大气环境产生严重危害。为了减少烟气中的SO2含量，并使之达到环保要求，一般会在锅炉出口加设烟气脱硫装置，这样会增大投资，也可在燃烧过程中加入脱硫剂脱硫，但脱硫剂加入锅炉内因反应不充分，因而使脱硫效果达不到高效率。本工程采用加入石灰石作为脱硫剂。在循环流化床锅炉的运行过程中，脱硫工作必须在炉膛的最佳反应温度下完成，脱硫剂也随锅炉的运行模式一样，在锅炉内不断的进行循环燃烧反应，因而可有效的延长在炉内的停留时间，使脱硫剂得到充分燃烧反应，脱硫剂的利用率也随之得到提高，使烟气中排入大气的SO2气体含量得到有效的控制，符合国家环保标准，所以循环流化床锅炉并不需要额外再配置昂贵的烟气脱硫装置，只需要进行单一的炉内脱硫即可满足环保要求。这样不仅减少了占地空间，缩小了锅炉房面积，且大大降低了投资及运行成本。

（2）锅炉排放的烟气中含有大量有害物质，均超出国家排放标准，如氮氧化物等均需要被处理，锅炉分为分段送风和分段燃烧相结合的形式，这是循环流化床锅炉运行时的主要两种形式。燃料燃烧过程中生成的氮氧化合物等有害物质，可以有效地防止并减少其生成物。从而解决了循环流化床锅炉排放的烟气中的氮氧化合物超标的问题，排放标准均可以满足各国的环保法规要求，是其他形式锅炉所不具备的特点。

（3）循环流化床锅炉燃烧后所排出的燃煤灰渣具有利用率很高的优点，可将其与水泥混合在一起，可用在建筑材料和砖瓦的生产等多个领域。

3.4 锅炉出力调节范围广，调节速率快

循环流化床锅炉负荷可调节范围大，且调节控制的操作方法简单，只需调节给煤量、空气输送量和物料循环量，即可调控使炉温保持在最佳状况下运行。此外，由于炉膛循环次数多、速度快、传热效率高，因而其高效热负荷的调控速率较快。

4.循环流化床锅炉实际运行情况

矿山运行循环流化床锅炉后，因煤种适应性能范围广，燃料进货渠道多，采购容易、方便，不易出现煤料供应不上，影响锅炉运行的情况，且燃料在流化床着火容易，使气体固体都混合充分均匀，燃烧速率极高，且飞灰可进行再循环燃烧，供热效果明显上升，供热效率大大提高，锅炉采用炉内脱硫，未设置烟气脱硫装置，降低了投资成本，大气排放物含量符合国家环保标准，大气和环境质量明显比以前提高很多。因循环流化床给煤粒度一般要求在10mm以内，物料的制备破碎系统等都比煤粉炉简化很多。因在炉内固体和气体混合充分，燃烧效率高，这样可相应的减少锅炉的给煤点数，给煤系统结构形式也得到大大的简化。由此大大节省了人力物力。锅炉产生的灰渣含碳量低，可再次销售用于水泥参和料、建筑材料等方面的综合利用。大大降低了运行成本。