循環流化床鍋爐技術現狀及其發展方向探討

于順良

摘要：文章基于對循環流化床鍋爐技術的特點分析，介紹目前此技術的發展和應用現狀，并能夠對此技術的未來發展方向進行展望，以供參考。

關鍵詞：循環流化床鍋爐;技術現狀;發展方向

一、引言

近年來隨著全球工業化進程的加快，全球變暖等環境污染問題也日益加劇，威脅人類的生存與可持續發展。尤其是在人們的電能需求在大幅度增加的趨勢下，傳統的火力發電廠不僅需要消耗大量的不可再生資源，同時也對大氣環境等造成嚴重的污染。為此在我國加大發展新能源行業的同時，也積極推廣應用具有較高效率和較小污染物排放量的循環流化床鍋爐。這主要由于此類鍋爐應用流態化的原理，也就是利用固體燃料向類似燃燒狀態的流體轉換原理，表現出具有較高傳熱率和較少的硫氧化物、氮氧化物等排放等優點。隨著氣體溫度的增加，一旦流化床內的壓力降與此高度下的單位面積床的重量狀態相同時就會出現在氣流中懸浮單個顆粒的現象，因此也將此種鍋爐成為流化床鍋爐。在流化床運行中，空氣速度的增加會在床內產生氣泡，所形成的氣泡以及固體顆粒的床層具有沸騰液體的特點，此階段的床層也就是鼓泡流化床，但是由于速度較高，形成的氣泡會很快消失，這就使得固體顆粒被吹出流化床，使得這些顆粒重新進入系統中循環，所以也被稱為循環流化床鍋爐。

二、循環流化床鍋爐技術的特點分析

（一）較高的燃料利用率

正如對循環流化床原理的介紹，其運行原理就是利用流體動力學形成故土顆粒和氣體流動的強混合系統，保持顆粒在動態運動狀態。目前常用的流化床類型有鼓泡和湍流化床等系統類型，也分別被稱為鼓泡床和渦輪流化床。通過循環流化床的設計可以形成特定的強制循環，使得與主燃燒室比較靠近的位置形成一個大型的旋風分離器，可以起到對流體中大固體顆粒的分離作用，在流化床中的熱煙氣經過加力燃燒區之后被分離出此旋風分離器，利用此種原理表現出良好的氣固混合程度，因此使得燃燒速率較高。

（二）較廣的燃料適應性

在此鍋爐技術的發展過程中，在市場應用中表現出可以適應更多類型燃料的發展趨勢，也正是如此，此類鍋爐和技術在市場中受到廣泛應用。這主要由于在流化床系統中會在吸附過程中產生強烈的湍流，尤其通過硫氧化物和鈣鎂氧化物的反映與結合，發揮這些吸附劑的作用，可以將廢物中的氫氧化鈣，或者是碳酸鈣或細顆粒尺寸的氫氧化鈣等進入流化床中，也正是如此，可以實現此系統運行中應用低品位煤進行燃燒，同時不需要二次脫硫措施就可以減少90%足有的二氧化硫排放量。在平均燃料混合物的應用中，其可以適應5～8MJ/kg，甚至超過40MJ/kg范圍的燃料混合物，極端條件下還可以適應熱值在3MJ/kg的燃料混合物，表現出具有較為廣泛的燃料適應性優點。

（三）較大的負荷調節范圍和較快的調節速度

傳統的流化床運行中會采用分離床壓火技術來應對鼓泡流化床鍋爐中的床層負荷壓力變化情況，但是此種方法的操作復雜且難度較大。但是通過循環流化床的應用則可以只需要對煤、空氣和物料循環進行調整，具有較大的調節范圍和較為簡單的操作，同時負荷調節速度也較快。此外，相對于移動爐排爐內的燃燒速率來說，此類鍋爐內的垃圾燃燒速率較高，這也會大大降低鍋爐底部和飛灰殘留物、煙氣中未燃燒有機物的濃度。同時在鍋爐燃燒過程中還可以進行精確控制，保證在滿足完全燃燒的同時，盡量減少過量空氣，實現了煙氣熱損失的大幅度減少。

（四）較少的污染物排放量

此類鍋爐技術應用中利用其底部進料噴嘴可以將混合之后的粉煤灰固體和湍流床層物質從密相去送回，實現熱質交換。而且還會磨掉氧化鈣表面的硫酸鈣。這不僅使得在正常條件下可以降低粉煤灰的著火難度，同時在粉煤灰顆粒進行稀相區時仍然保持高溫狀態，在此區中進一步燃燒。通過上述循環延長了爐內停留時間，因此也大幅度減少了燃料燃燒時釋放出的有害氣體以及其他污染物排放量。

三、循環流化床鍋爐技術現狀分析

從上述介紹可以看出，目前所用循環流化床鍋爐技術是基于鼓泡床鍋爐技術發展而來的，基于舊鍋爐的改造和新鍋爐的研究所提供的數據和經驗，推動了循環流化床鍋爐技術的發展和廣泛應用。主要由于此種鍋爐運行中的燃燒效率較高、可以使用多種燃料，而且在運行中具有較小的過?？諝庀禂?、受熱面積以及良好的負荷跟蹤能力，較低的有害污染物排放量等。在現階段，基于智能化技術的應用對此類鍋爐進行智能化設計，主要依據燃燒室內物理化學流體動力學的應用，在此特性方面也表現出此類鍋爐運行中煤炭燃料燃燒時受到溫度、顆粒尺寸以及氧向顆粒表面的轉移速率等因素的影響。

四、循環流化床鍋爐技術的發展方向

（一）向超臨界和大型化方向發展

近年來循環流化床鍋爐的容量在進一步增加，且運行參數也在不斷條，表現出鍋爐尺寸和容量的增加，鍋爐的蒸汽參數也逐漸向超臨界方向發展。在此類鍋爐運行中，由于爐高度增加會降低熱通量，造成只有在爐底會出現最大熱通量，也就是最大熱通量會出現在水冷壁中水溫最低的位置，因此比較便于對水冷壁的金屬溫度進行控制。此外，由于此類鍋爐運行中的燃燒溫度通常在灰熔點以下，使得固體顆粒比較密集，便于水冷壁吸熱。因此，也比較適合流化燃燒技術和臨界蒸汽參數結合。利用上述技術結合所形成的超臨界鼓勵，采用的是水冷壁一次循環，在從蒸汽分離器頂部排除飽和蒸汽之后會通過再熱系統進入爐膛中，并且向渦輪中輸送超臨界參數的蒸汽，表現出具有更高燃燒效率和較大容量等優點。

（二）向深度脫硫和脫硝方向發展

近年來空氣污染問題日益嚴重，各個國家更加關注環保問題，但是由于鍋爐燃燒中會產生大量的污染物，尤其是氮氧化物以及二氧化硫等。但是通過循環流化床鼓勵技術的應用，可以增加粉煤灰再循環率的同時會降低二氧化硫排放量，這不僅通過粉煤灰循環可以降低密相床溫，使得溫度在850℃左右，是最佳的脫硫溫度，便于硫酸鈣分解，實現脫硫效率的提升。而且還可以通過粉煤灰再循環流程將其中沒有被鈣化的碳酸鈣和氧化鈣送回爐子。在此過程中會去除碳酸鈣或氧化鈣表面的硫酸鈣，提升吸附劑的活躍性。加之延長了吸附劑在爐內的停留時間，因此也提升了脫硫效率。也就是通過循環流化床脫硫技術的應用，提升了除塵效率，并且具有煙氣潔凈、較低循環費用等優點。

（三）進一步降低材料磨損并延長鍋爐設備使用壽命

在此類鍋爐技術的應用中，由于燃料在高速運動過程中以及高溫環境下會對鍋爐設備造成不可逆轉的永久性損傷，因此可以通過防磨損技術的研究和應用，通過更多耐磨爐料的開發和應用，提升其防磨損能力，提升鍋爐設備的使用壽命。

五、結語

在目前的火電行業中，對具有較高燃燒效率和較低污染物排放的循環流化床鍋爐的應用較為廣泛。但是在目前的市場化經濟體制下，對此類鍋爐的容量和負荷等提出更高要求。因此基于現有技術，需要進一步技術創新，進一步提升鍋爐容量和運行參數、研發和應用防磨損技術以及深度脫硫和脫硝技術，提升對能源的綜合性利用效率，更好地滿足我國社會經濟可持續發展的要求。

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