循环流化床锅炉与煤粉锅炉之选择

(中国能源建设集团黑龙江省电力设计院有限公司，哈尔滨 150078)

0 引 言

以440 t/h锅炉为例，有煤粉炉和循环流化床锅炉两种选择，在火电厂中煤粉炉属于常规炉型，应用时间和范围特别广，它具有燃烧迅速、完全、容量大、效率高、适应煤种广，便于控制调节等优点。但是近年来在国际上发展起来的新一代高效、低污染的清洁燃烧技术的新炉型即循环流化床锅炉，其主要特点在于燃料和脱硫剂经多次循环、反复地进行低温燃烧和脱硫反应，炉内湍流运动强烈，具有燃料适应性好、燃烧效率高、气体污染物排放低、负荷调节范围大、飞灰和炉渣可综合利用等优点。目前, 循环流化床锅炉有一边倒的趋势, 循环流化床锅炉真有压倒优势吗?通过对煤粉炉和循环流化床锅炉在环境保护、投资成本、运行费用和供热安全方面比较，选用何种炉型，还须根据当地环保排放要求并综合考虑技术经济指标择优用之。

1 循环流化床锅炉相比煤粉锅炉的优势

1.1 对燃料适应性特别好

循环流化床锅炉通过分离器及返料阀组成飞灰再循环系统，煤质的燃烧产生的飞灰循环量大小的改变可调节燃烧室内的吸热量及床料温度，只要燃料燃烧产生的热值大于把燃料本身及燃烧所需空气加热到稳定温度(850～950 ℃)所需的热量，这种煤就可在流化床内稳定燃烧，因此，各种煤几乎都可在流化床锅炉中燃烧，用来燃烧各种劣质燃料。对于燃料煤质量供给不稳定的企业是一种比较好选择。 而煤粉炉对煤质的要求较高，燃用热值过低的煤种容易发生燃烧不稳定，锅炉灭火等事故。

1.2 燃料系统比较简单

流化床锅炉是适合于燃用宽筛分燃料(煤粒度要求为粒度范围0～10 mm，50%切割粒径d50=2 mm)，燃料的制备破碎系统大为简化。所以，循环流化床锅炉本体造价高于同容量的煤粉炉，省去了复杂的制粉系统，整体投资含土建略高于煤粉炉。

1.3 负荷的调节范围宽，调节性能好

煤粉锅炉的负荷调节范围通常在50%～110%，在低负荷时煤粉炉需投油枪进行助燃；而循环流化床锅炉由于炉内有大量床料，蓄热能力强，采用了飞灰再循环系统，调节范围要比煤粉炉宽得多，一般为30%～110%，负荷调节速率可达(5～10)B-MCR/min。

1.4 燃烧污染物排放低

向循环流化床锅炉内加入脱硫剂(石灰石或白云石粉)，可以脱去燃烧过程中产生的二氧化硫(SO2)。和煤粉炉比较，煤粉炉利用湿法脱硫的成本高，循环流化床锅炉在烧高硫煤时有较大的成本优势。循环流化床锅炉最佳的燃烧温度在850～950 ℃，在这个范围适合脱硝反应，NOx生成量明显减少，排放浓度在100～200 ppm,低于煤粉炉的500～600 ppm。

1.5 燃烧热强度大，炉内传热能力强

由于循环流化床锅炉采用飞灰再循环系统，燃烧热强度比较高。流化床炉内传热主要是上升烟气和物料与受热面的对流换热和辐射换热，炉膛内气固两相混合物对水冷壁的传热系数比煤粉锅炉炉膛的辐射传热系数大得多。与煤粉炉相比较，可大幅节省受热面的金属耗量。

1.6 给煤点数量少，布置简单

循环流化床锅炉横向混合特性较好，给煤点较煤粉炉少，给煤点的减少简化了给煤装置的布置，使给煤点不易结焦，运行可靠。

1.7 易于实现灰渣的综合利用

流化床的底渣含碳量一般为1%～3%，飞灰含碳量4%～15%，流化床锅炉最佳的燃烧温度在850～950 ℃，与煤粉炉相比较属中低温燃烧，产生的灰渣不会软化和黏结，活性较好，可用作制造水泥的掺和料或者建筑材料，综合利用前景广阔。

2 循环流化床相比煤粉炉优势降低的因素

(1)燃烧效率低。对440 t/h的煤粉锅炉，其保证效率一般为91%，而烧热值为12 545 kJ/lg煤的循环流化床锅炉，其保证效率一般为88%。

(2)在国家原有的环保排放指标要求不高的时期，循环流化床锅炉可以不用建设或简化建设脱硫脱硝装置就能满足环保排放要求，在这种情况下，立足于燃烧劣质煤且煤质含硫量高，供煤质量不稳定，良好的脱硫、脱硝投资和运行成本，对各种煤质良好的适应性，考虑循环流化床锅炉是好选择，在这种情况下，循环流化床锅炉如果不用上烟气脱硫脱硝装置的话，比同等规模的煤粉炉+烟气脱硫脱硝投资省。但现在随着国家对环保要求越来越高，循环流化床锅炉原有的排放指标也不能满足要求，还需要建设烟气脱硫、脱硝装置，那么建设脱硫、脱硝装置后的循环流化床锅炉投资就比煤粉炉+烟气脱硫脱硝要高。

3 环境保护要求方面比较

根据超低排放要求，烟尘排放浓度低于10 mg/m3，SO2排放浓度低于35 mg/m3，NOx排放浓度低于50 mg/m3。若采用循环流化床锅炉，无法采用工艺较为简单和洁净的干法工艺，需采用湿法脱硫，使循环流化床锅炉的优势大大降低。

经计算，若选用煤粉炉，则需选择除尘效率不小于99.98%的除尘器，且石灰石湿法脱硫系统除尘效率需大于50%，脱硫效率不小于97%。脱硝装置的脱硝效率应不小于86%。

若选用循环流化床锅炉，则需选择除尘效率不小于99.96%的除尘器，且石灰石湿法脱硫系统除尘效率需大于50%，脱硫效率不小于96.5%的脱硫装置，脱硝效率不小于75%的脱硝装置。

因此，无论选择煤粉炉或循环流化床锅炉，都需设置布袋除尘器(两种方案采用的除尘器效率不同，但设备本体相同，布袋虽有所不同，但差别较小)，并采用石灰石湿法脱硫，才能满足超低排放要求，循环流化床锅炉无优势。

煤粉炉需采用SCR脱硝技术，而循环流化床锅炉可采用SNCR/SCR 混合脱硝技术，从而减少SCR催化剂层数，减少投资。

4 投资成本比较

4.1 燃烧系统

4.1.1 循环流化床锅炉方案

燃烧系统投资分解约为：循环流化床锅炉4 200万元、风机828万元(包括电动机等)、其它辅机451万元(包括给煤机、定、连排、冷却水泵等)、六道300万元，合计5 779万元。

4.1.2 煤粉炉方案

燃烧系统投资分解约为：煤粉锅炉3 800万元、风机374万元(包括电动机等)、其它辅机1 273万元(包括磨煤机、给煤机、定、连排、冷却水泵等)，六道500万元，合计5 947万元。

4.2 输煤系统

循环流化床锅炉比煤粉炉的输煤系统多设一级细粒筛分破碎设备，入料粒度≤120 mm，出料粒度≤10 mm。投资估算约为430万元。

4.3 除灰系统

煤粉炉除灰系统建筑工程费用73万元，设备购置费用290万元，安装工程费用192万元。

循环流化床锅炉除灰系统建筑工程费用230万元，设备购置费用299万元，安装工程费用85万元。

合计投资煤粉炉为555万元，循环流化床锅炉为614万元。

4.4 厂房投资

因厂房变化循环流化床锅炉比煤粉炉投资预增加约570万元。

4.5 脱硝系统

4.5.1 煤粉炉方案

脱硝系统选用选择性催化还原技术(Selective Catalytic Reduction，简称SCR)，投资1 000万元。

4.5.2 循环流化床方案

脱硝系统选用SNCR/SCR 混合脱硝技术，投资800万元。

4.6 投资差异

循环流化床锅炉与煤粉炉投资对比表见表1。

表1 循环流化床锅炉与煤粉炉投资对比

通过上述经济的比较，煤粉炉投资低于流化床炉约691万元。

5 运行费用对比

5.1 燃料费用

煤粉炉设计入炉煤收到基低位发热量16 MJ/kg，折标煤19.59万t；循环流化床锅炉主要燃料低位发热量约为12.545 MJ/kg，折标煤20.2万t。按照2017年循环流化床标煤单价450元/t和煤粉炉标煤单价736元/t计算，循环流化床锅炉年可降低燃煤采购费用5 328万元，运行成本降低巨大。

5.2 厂用电耗电量对经济性的影响

辅机耗电率是影响锅炉经济性的主要指标之一。煤粉锅炉辅机主要包括引风机、送风机、排粉机、磨煤机；流化床炉辅机主要包括引风机、U阀风机、二次风机、一次风机。由于循环流化床锅炉采用循环流化燃烧方式，因此布风板、床料以及旋风分离器等都会对烟气流动产生很大的阻力，则必然会使风机的压头增高。在设计过程中，风系统阻力以及风机的压头往往被放大。根据运行统计结果，( 煤粉锅炉的厂用电率约为7%左右，循环流化床锅炉的厂用电率约为10%) 左右，按照年发电量3.71亿kWh计算，循环流化床锅炉厂用电耗电量比煤粉锅炉多1113万kWh，按2017年黑龙江上网标杆电价0.374元计算，煤粉炉可增加售电收入416.3万元。

5.3 脱硝剂费用

为了达到超低排放的标准，煤粉锅炉脱硝系统选用选择性催化还原技术(Selective Catalytic Reduction，简称SCR)，设计年耗用尿素387 t/h，按尿素单价1 700元/t计算，年消耗尿素费用65.79万元。

如选用循环流化床锅炉脱硝系统选用SNCR/SCR 混合脱硝技术，设计年耗用尿素434 t/h，按尿素单价1 700元/t计算，年消耗尿素费用73.78万元。

煤粉炉SCR比循环流化床SNCR/SCR 混合脱硝技术年耗脱硝费用少7.99万元。

5.4 循环硫化床防磨费用

浇注料每年维护和修理费每年70万元；喷涂炉膛、尾部受热面吊挂管每年30万元；防磨瓦，尾部过热器、再热器每年25万元；水冷壁防磨激光熔覆每年25万元；除渣刮板销钉每年35万元；给煤系统每年25万元；输煤落煤口每年20万元；空预器每年40万元。合计每年需要循环硫化床防磨费用270万元。

5.5 运行费用总差异

循环流化床锅炉与煤粉炉运行费用对比表见表2。

表2 循环流化床锅炉与煤粉炉运行费用对比

通过上述比较，煤粉炉运行费用高于流化床炉约4 634万元/年。

6 供热安全性方面比较

循环流化床锅炉经过近几年长足的发展，已经在电力行业得到广泛的应用，在锅炉运行可靠性、安全性方面有了很大的提高，但是出于锅炉本身运行的各种因素，还是不尽人意。特别是在检修周期上，煤粉炉四管等承压部件损坏的检修周期约为72 h；而循环流化床锅炉受检修工艺(浇注料)、检修后的烘炉( 热养生)等因素制约，通常检修周期约168 h，循环流化床过长的检修周期严重影响冬季供热的安全性，给以供热为主的热电联产机组带来了很高供热风险，一旦发生长时间供热事故将造成严重的社会影响，因此相对于煤粉炉来讲其供热安全性有一定的差距，因此，在热电联产机组锅炉的选择上煤粉锅炉还是具有一定的优势。

7 政策因素

劣质煤的大量使用和远距离运输，既不经济、不节能，也不环保，不符合我国转变发展方式的要求。依据《商品煤质量管理暂行办法》，设定远距离运距为600 km。

关于以600 km作为远距离运输的分界限是考虑到目前我国85%以上煤炭是通过铁路运输，全国平均铁路运距在600 km。为了避免低质煤远距离调运的大幅增长，提高煤炭运输效率，减轻运输压力，减少优质能源长距离运输低质能源的现状，提高我国煤炭利用和运输的总体效率，并考虑到低质煤炭的消费半径，设定远距离运距为600 开km。

8 结束语

可见，煤价对热电联产项目的收益影响巨大，然而国家对燃用劣质煤制定了暂行办法，故热电厂锅炉选型,应根据当地环保排放要求并综合考虑技术经济指标选择采用循环流化床锅炉或煤粉炉。