循环流化床锅炉技术的现状及发展前景

韩成

摘 要：本文首选简要介绍了循环流化床锅炉的原理和工艺特点，系统的总结了循环流化床锅炉的发展历史，以及目前我国循环流化床使用过程中所面临的问题，最后从数学模型研究、实时监控系统、全局控制与细节控制、仿真模拟系统、实时故障检测系统和全程启动热工自动控制系统等六个方面对循环流化床锅炉的发展前景进行了展望，以希望对我国循环流化床锅炉高效、节能和环保的应用提供参考。

关键词：循环流化床锅炉；现状；前景

我国经济年平均增长率为9.7%，是目前世界上发展最快的国家之一，对以煤炭为主的能源供应提出更高的要求，为了使能源和环境实现可持续发展，我们要通过合理科学的手段，发展清洁高效的燃烧技术。循环流化床技术是新一代高效洁净燃煤技术，在国际上迅速推广。

一、循环流化床锅炉的特点及原理

循环流化床燃烧技术是一种不仅可适应不同的燃料，还可使燃料高效燃烧并且减少污染物排放浓度的洁净燃烧技术。循环流化床锅炉简称CFB（CirculatingFluidized Bed Boiler），锅炉中燃料和脱硫剂被粉碎成细颗粒，通过气流被输送通过炉膛，同时有一部分颗粒返回炉膛，保证炉内温度均匀分布，这样多次循环往复，燃料和脱硫剂反复进行低温燃烧和脱硫反应，具有高效的脱硫效果，降低了氮氧化物的排放，并且燃料达到高效燃烧，生成的灰渣也有利于综合利用。

典型的循环流化床锅炉由炉膛、气固分离器、固体物料再循环设备、外置热交换器、和对流烟道组成。燃烧室是循环流化床锅炉的主体。燃料和脱硫剂（石灰石）破碎成细粒，通过给料机送入炉膛，炉膛底部送入一次风，从侧墙送入二次风，在一次风和二次风的作用下送入颗粒呈流化态，加剧燃烧强度，同时也有大量没有燃烧完全的燃料随气流被带出，经气固分离器分离，通过物料再循环设备返回炉膛，形成一个床料循环，如此往复，直至燃料完全燃烧，烟气在对流烟道进行热交换，通过除尘器排入大气。

循环流化床锅炉与普通锅炉相比有很多优点：燃料适应性好，循环流化床锅炉中燃料呈流化态，固体和气体完全充分混合，有利于充分燃烧也可以使再次循环的物料与之混合，迅速达到燃烧状态，即使难燃烧的燃料也可以充分燃烧，因此，各种质量和品种的煤都可以使用，并且无需使用任何辅助燃料助燃；燃烧效率高，由于特殊的流体动力特征，气固混合充分，燃料循环燃烧加大了其在炉膛的停留时间，都有助于燃料高效燃烧；污染物排放量低，循环流化床锅炉是低温燃烧，温度一般控制在850℃-950℃，二次风使燃料和脱硫剂均匀混合，对脱硫反应有促进作用，并且可以抑制氮氧化物的生成，其他污染物排放也较低；负荷调节操作灵活，循环流化床锅炉的负荷调节操作简单，只需调节燃料给入量，送风量和物料循环量，调节范围特别大，一般可由30%到110%，负荷调节速度也非常快，达到每分钟4%；废弃物灰渣易于综合利用，经燃烧后产生的灰渣含碳量低，适合做建筑材料的原料；投资和运行费用低于配置脱硫装置的锅炉。循环流化床锅炉也有不少缺点：能耗大，一次送风风压高，耗电量大；再循环系统和两次送风布置相对复杂；高温分离器和飞灰回送器有体积较大的耐火材料内砌体，冷热惯性大，给支撑和快速启停带来了困难；自动控制系统、设备系统配套仍不完善，需进一步研究。

二、国内外现状

循环流化床用于实际应用在八十年代初，在国外倍受推崇，广泛应用于电力、供热、化工等行业中。1979年芬兰奥斯龙公司开发的世界首台20t/h商用循环流化锅炉投入运行，此后循环流化床锅炉技术发展很快，并且由中小型发展成容量越来越大的大型循环流化床锅炉，大型流化床锅炉大量使用于电站，其中最大的于1995年投入法国电运行，采用鲁奇（Lurgi）技木的250MW 700h/t循环流化床锅炉。国外主要研究和制造循环流化床锅炉的公司，2009年在波兰南部的瓦基莎（Lagisza）电厂，世界上首台460MW超临界循环流化床锅炉投入运行，制造商为美国FW公司。目前国外中小型循环流化床技术已经相当成熟，大型循环流化床技术也在逐渐成熟，可以适应各种用户的需求。

1965年，我国建成第一台以油页岩为燃料的工业流化床锅炉。此后，循环流化床锅炉很快在全国得到推广。上个世纪八十年代后循环流化床锅炉技术发展很快，不在局限于中小型工业锅炉，在1995年12月国内第一座410t/h高温高压循环流化床锅炉示范电站在四川内江高坝发电厂成功投运。截止到2009年，我国安装的大、中、小型循环流化床锅炉总量为世界第一，达到3000台，总容量约72870MW，其中有27台容量为300

MW级，在这27台大型循环流化床锅炉中有17台采用引进技术设计制造，绝大多数为容量为75曲的循环流化床锅炉。目前在四川白马电厂正在投建世界上最大容量的600MW超临界循环流化床锅炉。由此可见，不管是在国外还是在国内，循环流化床锅炉技术尤其是大型循环流化床技术将会得到更大发展。约60%的循环流化床锅炉系统在设计、制造、安装、调试、运行和维护等多方面出现问题，严重威胁到操作人员和运行环境的安全性和运行经济性问题。随着环境保护力度逐渐加大，烟气脱硫技术不断成熟，所需成本不断降低，循环流化床锅炉的脱硫优势正在逐渐消失，应把重点放在研究提高燃烧效率和投资运行成本上来。把握循环流化床锅炉运行规律，确定最佳运行参数，减轻机组损耗，稳定蒸汽温度和压力，提高燃烧效率对循环流化床锅炉稳定、经济运行有重要意义。

三、发展前景

鉴于循环流化床的高效、洁净和低污染的优势，该技术一直在全世界范围内受到广泛重视。可以预见，在未来几十年内，循环流化床仍将是我国燃煤技术的生力军。因此，大力研发循环流化床技术及其智能控制系统是一项迫在眉睫的战略任务。综合我国目前循环流化床发展特点，目前迫切需要发展适合我国国情的整体循环流化床锅炉热工的自动化控制系统。同时，循环流化床锅炉被控对象的建模也是一个非常复杂的问题，至今都没有一个适用性较广的数学模型。

因此，笔者认为在未来我国发展循环流化床技术方面，应着重从以下几个方面进行：（1）完善循环流化床锅炉数学模型，并对该模型进行定量化设计；（2）深入研究循环流化床锅炉脱硝和脱硫数学模型的研究，以加强循环流化床锅炉对环境污染的实时监控；（3）深入研究循环流化床整体的控制规律和控制策略，以更为高效的实现对循环流化床的跟踪控制；（4）深入研究可以实现全局最优化的多变量控制的热工自动化控制系统，实现对循环流化床全局统筹的优化控制；（4）大力研发循环流化床锅炉的实时仿真与模拟培训系统；（5）大力研发循环流化床锅炉的监控与操作系统以及循环流化床的故障诊断专家系统；（6）大力研发循环流化床锅炉机组全程启动热工自动控制系统。同时，循环流化床锅炉是一个系统的工程，在大力发展循环流化床锅炉的过程中，应该统筹研究上述各种策略的相互匹配，以实现循环流化床在我国高效、节能和环保的应用。不容置疑的是，随着我国科学技术的飞速发展，随着国家对循环流化床锅炉研发的加大投入，随着功能更为强大、更高可靠性自动控制设备的不断推出，随着成熟专家系统算法的不断完善，我国循环流化床锅炉的整体设计必将在原来基础上不断实现锅炉的最佳工况运行，从而实现最优化的经济效益、环境效率和社会效益。

参考文献：

[1] 杨建球，曾庭华，李焕辉.大型循环流化床锅炉运行优化及改进[M].北京：中国电力出版社，2010. 1-5

[2] 孙献斌，黄中.大型循环流化床锅炉技术与工程应用[M].北京：中国电力出版社，2009. 215-216