探讨循环流化床燃烧技术

摘要：循环流化床燃烧技术是清洁煤技术中商业化程度最好、投资和运行费用最低的技术之一。随着理论研究的不断创新和实际应用技术的日臻完善，循环流化床燃烧技术必将发挥出更大的作用。

关键词：循环流化床锅炉；燃烧技术；特点；工程示范

循环流化床燃烧是液态化燃烧方式之一。结构取决于流化床的气体流速，气体和床物料的特性。当气体和床料一定时，从压力下降速度与气流状态的变化特性的流化床可以判断。对于固定床，气流通过床层的压降与截面气流速度成正比。流动速度达到最小流化速度后，床材料开始扩大和流化。在最小流化速度和夹带速度之间，随流化速度的增加，气流通过这个流化区。鼓泡床有清晰的床面。湍流床床面比较混杂，床料的夹带量加多，气泡不再存在，有强烈的粒子回混和成团现象，并且无论是气体相还是粒子相都可以认为是连续的，而不是鼓泡床那样不连续。粒子达到夹带速度后，随气流速度的进一步增加，床料的夹带量增多，为了维持一个连续、稳定的流化过程，被带出的床料必须通过炉膛出口处的分离器从高温烟气中分离下来，并送回床内。循环流化床就处在夹带速度和气力输送状之间的流化区间。这个区间具有如下流化特征：

（1）不再有鼓泡床内清晰的床面。高速流化气体（4～10m/s）把粒子带到整个燃烧室高度，有极其强烈的床粒回混和成团现象。形成的粒子团逆着气流向下流动，接着被气流冲散，冲散之后又被气流向上夹带，夹带过程中又形成粒子团，如此循环重复上述过程，这些团聚的粒子行为表现就像一个较大的粒子。

（2）粒子和气流之间的相对速度大，并且与床层空隙率和粒子循环量有关。当粒子的循环流量为某一定值时，相对速率对床层空隙率（膨胀高度）有一最大值。

（3）流化速度为其他流化床的3 ～4 倍。四是床层压降随气流速度和粒子的质量流量而变。

（4）五是强烈的湍流流化，床内、床外急剧的粒子循环和较好的横向粒子混合。循环流化床的特性决定了它在燃料的适应性等方面优于其他流化床锅炉和其他形式的锅炉。

一、循环流化床技术特点

1.1燃料的适应性

循环流化床锅炉有一个较大的储热层，能够稳定燃烧多种劣质燃料，燃料适应性广。除了烟煤外，还可燃用无烟煤、高灰煤、高硫煤、高灰高硫煤、高水分煤、褐煤、石煤以至歼石等固体燃料，并且可以达到较高的燃烧效率。循环流化床锅炉低负荷运行能力强，在30% 的负荷下不投油可以稳定燃烧。

1.2低温分级强化燃烧

由于循环流化床采用850℃ ～900℃的低温燃烧，因此可以方便高效地实现炉内脱硫，比较容易地控制NOX 等排放，使SOX、NOX 的生成量大幅度地降低，减轻对环境的污染。炉内不易结渣，灰渣活性好，便于综合利用等。

1.3燃烧效率高

总体来说，燃烧强度为其他流化床锅炉的2 倍左右，无论烧劣质煤还是优质煤，燃烧效率均能达到95%～99%，与煤粉锅炉相媲美。

1.4锅炉负荷在很大范围内都能调节

负荷的变化范围为100%～25%，负荷的连续变化率可达每分钟5%～10%，负荷调节简单灵敏。

1.5锅炉的灰渣、飞灰含碳量低

此利于灰渣，飞灰的综合利用。如灰渣做建筑材料或水泥熟料的添加剂，也有利于灰渣中稀有金属的提炼。

二、我国超大型循环流化床锅炉示范

2.1 200MW 循环流化床锅炉的工程经过20年的发展，我国循环流化床锅炉技术积累了大量的经验，目前国产技术的200 MWe 循环流化床锅炉的示范工程正在进行中。

表1 200MW 超高压循环流化床锅炉设计燃料

该锅炉按国产超高压汽轮机参数设计，锅炉最大连续蒸发量与汽轮机调节阀门全开工况时的蒸汽流量相匹配，主要参数见表2。基本尺寸为：

两侧水冷壁距离17480 mm；前后水冷壁中心线距离7760mm；尾部包墙宽度13600 mm；尾部包墙深度7200mm；空气预热器烟道宽度14800 mm；空气预热器烟道深度7200 mm；锅筒中心线标高56850 mm；两侧外支柱中心线距离34000 mm；锅炉深度（柱中心线）36700 mm。锅炉设置膨胀中心点。通过水平和垂直方向的导向与约束，防止炉顶、炉墙开裂和受热变形。密封设计充分考虑受热面的膨胀。水冷壁与旋风分离器、水冷壁与回料装置及水冷壁与风室接合处有良好的密封结构，保证水冷壁能自由膨胀和密封。

表2 200Mwe 超高压循环床锅炉参数

炉膛截面采用较大宽深比，有利于二次风对物料有良好的穿透能力。各种运行工况下床温均匀。炉膛内下部四周水冷壁、炉膛出口烟道内表面及相邻的侧水冷壁部分表面、水冷壁与浇注材料交界处以及水冷屏、二级过热器屏、二级再热器屏的下部表面及穿墙位置等易磨损处，采取可靠的防磨措施。布风板及风室采用膜式水冷壁弯制围成，有足够的强度，燃烧室整体热膨胀，并密封可靠。风帽的布置保证床内布风均匀，流化稳定，防止局部结焦、大渣沉积或灰渣落入风室。风帽材质允许的运行温度为1100 ℃。

炉膛后部布置两个旋风分离器，使进入的烟气进行离心分离，将气固两相流中的大部分固体粒子分离下来，通过料腿进入返料装置，继而送回燃烧室，分离后的较清洁的烟气经中心筒，流入连接烟道，最后进入尾部对流受热面。旋风分离器内径为Φ9 100 mm，旋风筒、锥体、料腿均由δ=12mm 碳钢钢板卷制而成，内敷保温、耐火防磨材料，钢板外表面设计温度为45 ℃。旋风分离器的重量通过焊在旋风筒外壳上的4 个支座支撑在钢梁上，并垫有膨胀板可沿径向自由膨胀。

2.2 300 MW 循环流化床锅炉的示范工程

为推进我国循环流化床锅炉的迅速发展，正在筹划300MWe 循环流化床锅炉的引进工作和示范工程。在可预见的几年内，300 MWe 循环流化床锅炉将在中国运行。

三、结束语

循环流化床燃烧技术作为一种新型的高效低污染清洁煤技术，具有燃料适应性广、燃烧效率高、氮氧化物排放低、负荷调节快等优点，在国内外都得到了迅速发展。如今，中型容量的循环流化床锅炉的研制与开发已进入商业化运行阶段，但要充分发挥其优势，必须走产业化和大型化的道路，开发制造具有我国自主知识产权的大型循环流化锅炉，并在容量上尽快达到煤粉炉的水平。

参考文献：

[1]钟辉，王晓严.循环流化床燃烧技术的发展.发电设备，2005，2

[2]吕俊复，张建胜，岳光溪. 循环流化床锅炉运行与检修[M].北京：水利水电出版社，2003.