探析循环流化床锅炉的优点、特点以及环保效益

姜延忠　吴高军

【摘 要】循环流化床锅炉是在流化床锅炉的基础上，采用飞灰再循环燃烧，保持了原有流化床锅炉的燃料适应性强、传热效果好、负荷调节方便等优点。普遍认为，对于75t/h容量以下的流化床锅炉采用带飞灰循环燃烧的常规流化床锅炉是较佳方案。

【关键词】循环流化床锅炉；燃烧；效益

循环流化床锅炉主要由燃烧系统、气固分离循环系统、对流烟道三部分组成。其中燃烧系统包括风室、燃烧室、炉膛、给煤系统等几部分；气固分离循环系统包括物料分离装置和返料装置两部分；对流烟道包括省煤器、空气预热器等几部分。循环流化床的燃烧方式采用了低温、分级、循环燃烧的方式，既控制了NOx的生成，又可在炉内添加石灰石进行简单的炉内脱除SO2，具有较好的环保性能。

1.循环流化床锅炉的优点

1.1燃烧效率高

国外的循环流化床锅炉效率能达到99%，我国循环流化床锅炉效率也能达到95～98%。能有这么高效率，很大一部分原因在于煤粒在循环流化床锅炉炉膛内能充分燃尽。

循环流化床锅炉燃烧属低温燃烧。燃料由炉前给煤系统送入炉膛，送风一般设有一次风和二次风，有的生产还设置三次风。一次风由布风板下部送入燃烧室，主要保证料层流化；二次风沿燃烧室高度分级多点送入，主要是为了保证充足的氧量保证燃料燃尽；三次风进一步强化燃烧。燃烧室内的物料在一定的流化风速作用下，发生剧烈扰动，在高速气流的携带下离开燃烧室进入炉膛，其中较大颗粒因重力作用沿炉膛内壁向下流动，一些较小颗粒离开炉膛进入物料分离装置，炉膛内形成气固两相流，进入分离装置的烟气通过对流烟道内的受热面吸热后，离开锅炉。循环流化床锅炉一大特点是采用分离回料装置。分离回料装置有惯性分离和旋风分离两种。

1.2煤种适应性强

循环流化床锅炉对低热值无烟煤、劣质煤、页炭、炉渣石矸等都有很好的适应能力，适应性比煤粉炉、层燃炉好。原因一个是循环流化床配备分离回料装置能够保证煤粒得到充分地燃烧，另外，循环流化床锅炉使煤粒在炉内产生一定的流化，保证煤粒能够得到充分燃烧。国产循环流化床采用较低流化速度（4.5m/s～5.5m/s）较低循环倍率约（10～20），能够减小分离受热面的磨损。此外，循环流化床锅炉不仅可全烧当地煤，还可掺烧邻炉（如链条炉）的炉渣。

1.3添加石灰石，有较高脱硫效果

循环流化床炉内燃烧过程中产生氧化硫与流化床炉燃烧添加剂一氧化钙发生反应：CaCO3=CaO+CO2；CaO+SO2+（1/2）O2=CaSO4。

石灰石脱硫剂在多次循环过程中，延长了与烟气中SO2的接触时间，Ca/S比显著降低，即以少量的石灰石达到较高的脱硫效率，脱硫效果可达95%，产生硫酸钙随渣排出。这种低倍率循环流化床锅炉适用于20t/h、35t/h、65t/h容量等级的发电锅炉和工业锅炉的旧炉改造，在利用当地劣质煤资源方面尤效显著。另外，含有硫酸钙的灰渣是综合利用的好材料。

1.4添加石灰石，降低了氮氧化物生成量

煤粒和添加的石灰石在炉膛内以800～900℃温度燃烧，可以控制NOX的生成。这是因为生成的NOX被炉子部未燃烧的碳或CaO还原，因此减少的NOX的排放。

1.5系统简单，运行操作方便

从原煤到落煤经螺旋给煤机进入炉膛；一次风经布风板引入炉膛底部；煤粉（10mm以下）悬空燃烧；二次风从前后墙引入，起助燃搅拌作用；随烟气向炉膛尾部带起走的较大颗粒旋风分离器后返回到炉膛，循环燃烧，进入尾部烟道只剩下很小的灰粒。经过上述简单流程，锅炉即达到应当的蒸汽量，满足汽轮机蒸汽品质要求。经初步估算，使用流化床锅炉厂房，土建费用节约10%左右，与煤粉炉相比，设备费用节约20-30%，运行人员操作的辅机设备少，控制简单。

1.6灰渣综合利用，前途广泛

渣中有一定的硫酸钙，可作各种建筑材料的掺合料，水泥行业、制砖行业利用灰渣前途最广泛。该炉型推广应用可减少除灰渣场地，对无灰场条件的中小城市而言，不仅可以大大改善环境条件，而且可以推进建材行业的发展，变废为宝，使煤炭发挥综合效益。

2.循环流化床锅炉的技术特点

2.1燃料适应性广

由于大量灰粒子的稳定循环，新加入循环流化床锅炉的燃料（煤）将只占床料的很小份额。由于循环流化床的特殊流体动力特性，使其中的质量和热量交换非常充分。这就为新加入燃料的预热、着火创造了十分有利的条件。而未燃尽的煤粒子通过多次循环既可增加其炉内停留时间又可多次参与床层中剧烈的质量和热量交换，十分有利于其燃尽。这就使循环流化床锅炉不仅可高效燃用烟煤、褐煤等易燃煤种，同样可高效燃用无烟煤等难燃煤种，还可高效燃用各种低热值、高灰分或高水分的矸石、固体垃圾等废弃物。

2.2截面热强度高

同样由于流化床中剧烈的质量和热量交换，不仅使燃烧过程能在较小截面内完成，还使炉膛内床层和烟气流与水冷壁之间的传热效率也大大增加。这就使循环流化床锅炉的炉膛截面和容积可小于同容量的链条炉，沸腾床锅炉甚至煤粉炉。这一点对现有锅炉的改造尤其具有现实意义。

2.3污染物排放少

可利用脱硫剂进行炉内高效脱硫是循环流化床锅的突出优点。常用的脱硫剂是石灰石。通常循环流化床锅炉的床温保持在800-1000oC之间，过高可能因床内产生焦、渣块而破坏正常流化工况，过低则难以保证必要的燃烧温度。而这一区间正是脱硫反应效率最高的温度区间。因而在适当的钙硫比和石灰石粒度下，可获得高达80%-90%的脱硫率。同样由于较低的燃烧温度，加以分级送风，使循环流化床锅炉燃烧时产生的氮氧化物也远低于煤粉炉。

2.4锅炉负荷适应性好

循环流化床锅炉中床料绝大部分是高温循环灰，这就为新加入燃料的迅速着火和燃烧提供了稳定的热源。因而循环流化床锅炉的负荷可以很低，如额定负荷的30%左右，无需辅助的液体燃料，也不会发生煤粉炉难于保持正常燃烧甚至熄火的情况。 由于同样原因， 循环流化床锅炉能够适应负荷的快速变化。

2.5燃料制备系统相对简单

循环流化床锅炉无需煤粉炉的复杂的制粉系统，只需简单的干燥及破碎装置即可满足燃烧要求。另一方面，与循环流化床锅炉相比，链条炉虽一般不需燃料制备装置，但其燃烧效率一般很低。为保证燃料在链条炉排上的高效燃烧，燃料颗粒必须很均匀，这样的燃料制备装置同样会比循环流化床锅炉的复杂。

3.循环流化床锅炉的环保效益

3.1低温燃烧，低NOx排放

循环流化床锅炉的燃烧温度在950℃以下，属于低温燃烧，在这个温度区间内氮氧化物不易生成，这一点是与其它燃烧方式的锅炉重要区别之一，也就是说再不必增加任何设备及运行投入的情况下就可以实现低NOx排放。

3.2炉内脱硫

在烧高硫煤并需要脱硫时，可利用白云石废料，破碎到0-4mm的碎末，与煤一同送入炉内，流化床特有的燃烧方式可在Ca/S=2时大量降低烟气中SO2，脱硫效率可>80%，每吨煤只增加数元费用。

3.3燃烧充分林格曼黑度可达标

链条锅炉经常存在碳燃不尽而随烟气一起排放，往往会造成林格曼黑度不好达标，造成污染。而循环流化床锅炉煤燃烧充分，经除尘处理后及可林格曼黑度达标。 [科]