循环流化床燃烧技术在清洁生产中的前景探讨

福建省锅炉压力容器检验所　何锦坤

循环流化床燃烧技术在清洁生产中的前景探讨

福建省锅炉压力容器检验所何锦坤

循环流化床（CBF）燃烧技术能更有效地提高燃烧效率，降低SO2和NOX的排放，在燃用劣质燃料、生物质燃料、垃圾的焚烧处理与余热利用等方面具有独特的前景。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为清洁生产和发展循环经济发挥出更大的作用。

循环流化床燃烧技术清洁生产

1　循环流化床燃烧技术简介

循环流化床锅炉与其他燃用固体燃料的锅炉最主要的区别是其燃料（包括惰性炉料）颗粒处流态化的燃料反应与热交换的过程。以煤为例，其颗粒度大小介于层烧炉块煤和粒煤与粉煤炉的煤粉之间（一般为1mm～10mm）。在气流的作用下，气流的吹托力和颗粒在气流中的浮力之和大于或等于颗粒的重力时，颗粒就可漂浮起来，颗粒间的距离扩大，并能在一定的高度范围内作一定程度的移动。随着气流速度的提高，颗粒层高度增加，颗粒运动加剧，上下翻滚，好像液体在沸点时的沸腾现象，燃料在这种状态下燃烧称为流化燃烧。燃料颗粒在炉膛中，质量密度较大的颗粒被气流带到一定高度，因为力的平衡关系而悬浮在一定的空间区域内。由于流动结构因素，颗粒间碰撞等而引起向四面八方运动，形成横向或纵向翻滚返混。质量密度大的颗粒在炉膛下部（密相区）燃烧、分解与破碎，形成小颗粒；质量较小的颗粒被气流托向炉膛上部（稀相区）继续燃烧。对于循环流化床来讲，一般的流化速度较高，小颗粒被吹起很多，在稀相区产生很高的颗粒浓度，以致于炉膛出口烟气物料浓度依然很高，大量的细物料被带出炉膛出口，而经分离器捕集后，由回料装置送到炉膛。

2　循环流化床锅炉的特点

2.1燃料适应广

循环流化床锅炉在燃用任何燃料时不需要添加辅助燃料。优质煤、劣质煤、油页岩、石油焦、废木材、垃圾等生物质燃料，由于气固混合良好，燃烧速率高，特别是通过颗粒分离回送循环燃烧，因此具有较高的燃烧效率。

2.2高强度热量、质量和动量传递过程

在循环流化床锅炉中，大量的固体物料在强烈湍流下通过炉膛内热量、质量和动量的传递十分强烈，这就使整个炉膛高度温度分布均匀。与其他燃烧方式的锅炉相比，在燃用同样燃料的情况下，锅炉有较高的热效率，有较大的负荷调节范围和较快的负荷调节速度。

2.3低温燃烧能高效地脱硫、脱氮，排放污染小，灰渣可综合利用

由于循环流化床锅炉的燃烧温度控制在850℃～900℃左右，有效提高了脱硫效率，还原气氛低温动力燃料和二次风分段送入，抑制了空气和燃料中的氮转化为NOX，且能使锅炉灰渣含碳量低且低温动力燃烧形成的灰渣活性不大，易于实现灰渣的综合利用或稀有金属的提取，资源得到有效综合利用。

3　中小容量循环流化床锅炉的作用

3.1产品的结构特色和技术要点

南通万达锅炉股份有限公司在以岑可法院士为首的教授专家指导下，开发出35t/h～130t/h各种压力、温度，燃用各种燃料（除烟煤和劣质煤外，还包括煤和垃圾混烧、煤与生物质混烧等）的热电联产的循环流化床锅炉。

该锅炉在炉膛结构和高度尺寸的选择，床下点火装置和水冷风室的布置，双鸭嘴型定向风帽结构改进和在布风板上的合理配置，高温旋风分离器的结构优化，loopseal平衡式回料密封装置的选用等方面都进行了优化组合。水冷风室与膜式水冷壁连成一体的结构，非金属柔性膨胀节在高温旋风分离器进出口处采用，炉膛和各受热面烟速的控制，密相区向稀相区扩口处水冷壁管外弯小R弧结构的应用，稀相区入口等处喷涂耐热耐磨镍基合金，烟道转角处焊制导向鳍片，采用膜式省煤器、卧式空气预热器等每一处的设计细节都努力考虑周到，以解决好膨胀、密封和磨损等问题，无论是性能参数指标，还是燃料的适应性、负荷调整速度，以及运行操作的可靠性等方面都表现出技术成熟、结构完善等特征。

3.2产品在农业产业结构调整和加快小城镇建设中的作用

35t/h～220t/h中小容量热电联产各类循环流化床锅炉机组，不仅能逐渐取代目前大量使用的热效率低、排放污染重、只能燃用优质煤的工业锅炉产品，而且还具有以下四方面的优势：

首先，这类循环流化床锅炉除能燃用优质煤和劣质煤之外，还能燃用农产品集中加工中的副产物（用煤助燃或补燃，如果壳、甘蔗渣、稻糠、秸杆等生物质燃料和生活垃圾等），已有实验研究表明，通过煤与生物质类的混合燃烧，对煤燃烧过程中的脱硫和抑制NOX的生成，尤其是抑制破坏臭氧层N2O生成，能起到很好作用。

第二，我国地域辽阔，小城镇分布地区广袤，各地可以根据各自不同的资源条件和产业模式因地制宜地选择合适的循环流化床锅炉，利于组织清洁生产，发展循环经济，保护生态环境。

第三，循环流化床锅炉机组起停灵活，负荷调节快，能快速缓和热电供求矛盾，对主力电网调峰有利。

第四，就我国目前的经济发展、投资金额、收益周期来说，中小热电机组有明显优势，对充分发挥地方财力和民营投资方面有很好的作用。

4　高参数、大容量循环流化床发电锅炉的发展

世界上几大著名电站锅炉制造商如F.W公司等，自1995年11月首台250Mwe循环流化床锅炉成功投运以后，陆续对250Mwe，300～350Mwe等级的产品进行技术开发，同时也开始更大容量（400～600Mwe）超临界压力参数锅炉的研究和前期产品开发工作。300Mwe亚临界参数循环流化床锅炉已于2003年投运。2003年3月，F.W公司获得世界上首台460Mwe超临界循环流化床锅炉（LagiszaPoland）的制造合同，这是迄今为止世界上最大的循环流化床锅炉机组。目前来讲，虽然常压循环流化床（ACFB）技术是国际公认、商业化程度最好的洁净煤燃烧技术，但目前的容量和参数尚不足以满足电力生产的需要，已投运的最大仅为300Mwe。多数以高压和超高压为主。而发电效率的提高只能通过提高蒸汽参数来实现。可见，超临界、甚至超超临界的蒸汽压力参数的循环流化床（CFB）锅炉作为下一代CBF技术将更加高效、低成本和洁净，显示出了巨大潜力。

5　循环流化床燃烧技术在福建的发展

近年来，循环流化床（CFB）锅炉燃烧技术在福建省发展迅猛。随着龙岩坑口电厂300MW CFB燃煤机组的投产，该厂成为目前国内最大的循环流化床锅炉基地，福建省在解决低挥发份劣质无烟煤的燃烧技术上处于国内领先水平。福建在推进CFB锅炉大型化进程中不断总结提高，在锅炉的优化燃烧、节能减排方面都取得实质性突破。针对CFB锅炉粉尘浓度较高的特点，为实现粉尘达标排放，龙岩坑口电厂300MWe CFB机组率先在国内首次采用“静电 +布袋”的复合除尘方式，取得良好的运行效果，优于国家排放标准，为福建劣质无烟煤的高效、清洁利用奠定了坚实的基础。

［1］童有武，张孝勇.锅炉安装调试运行维护实用手册［M］.北京：当代世界出版社，2007.