循环流化床锅炉技术现状及其发展方向探讨

于顺良

摘要：文章基于对循环流化床锅炉技术的特点分析，介绍目前此技术的发展和应用现状，并能够对此技术的未来发展方向进行展望，以供参考。

关键词：循环流化床锅炉;技术现状;发展方向

一、引言

近年来随着全球工业化进程的加快，全球变暖等环境污染问题也日益加剧，威胁人类的生存与可持续发展。尤其是在人们的电能需求在大幅度增加的趋势下，传统的火力发电厂不仅需要消耗大量的不可再生资源，同时也对大气环境等造成严重的污染。为此在我国加大发展新能源行业的同时，也积极推廣应用具有较高效率和较小污染物排放量的循环流化床锅炉。这主要由于此类锅炉应用流态化的原理，也就是利用固体燃料向类似燃烧状态的流体转换原理，表现出具有较高传热率和较少的硫氧化物、氮氧化物等排放等优点。随着气体温度的增加，一旦流化床内的压力降与此高度下的单位面积床的重量状态相同时就会出现在气流中悬浮单个颗粒的现象，因此也将此种锅炉成为流化床锅炉。在流化床运行中，空气速度的增加会在床内产生气泡，所形成的气泡以及固体颗粒的床层具有沸腾液体的特点，此阶段的床层也就是鼓泡流化床，但是由于速度较高，形成的气泡会很快消失，这就使得固体颗粒被吹出流化床，使得这些颗粒重新进入系统中循环，所以也被称为循环流化床锅炉。

二、循环流化床锅炉技术的特点分析

（一）较高的燃料利用率

正如对循环流化床原理的介绍，其运行原理就是利用流体动力学形成故土颗粒和气体流动的强混合系统，保持颗粒在动态运动状态。目前常用的流化床类型有鼓泡和湍流化床等系统类型，也分别被称为鼓泡床和涡轮流化床。通过循环流化床的设计可以形成特定的强制循环，使得与主燃烧室比较靠近的位置形成一个大型的旋风分离器，可以起到对流体中大固体颗粒的分离作用，在流化床中的热烟气经过加力燃烧区之后被分离出此旋风分离器，利用此种原理表现出良好的气固混合程度，因此使得燃烧速率较高。

（二）较广的燃料适应性

在此锅炉技术的发展过程中，在市场应用中表现出可以适应更多类型燃料的发展趋势，也正是如此，此类锅炉和技术在市场中受到广泛应用。这主要由于在流化床系统中会在吸附过程中产生强烈的湍流，尤其通过硫氧化物和钙镁氧化物的反映与结合，发挥这些吸附剂的作用，可以将废物中的氢氧化钙，或者是碳酸钙或细颗粒尺寸的氢氧化钙等进入流化床中，也正是如此，可以实现此系统运行中应用低品位煤进行燃烧，同时不需要二次脱硫措施就可以减少90%足有的二氧化硫排放量。在平均燃料混合物的应用中，其可以适应5～8MJ/kg，甚至超过40MJ/kg范围的燃料混合物，极端条件下还可以适应热值在3MJ/kg的燃料混合物，表现出具有较为广泛的燃料适应性优点。

（三）较大的负荷调节范围和较快的调节速度

传统的流化床运行中会采用分离床压火技术来应对鼓泡流化床锅炉中的床层负荷压力变化情况，但是此种方法的操作复杂且难度较大。但是通过循环流化床的应用则可以只需要对煤、空气和物料循环进行调整，具有较大的调节范围和较为简单的操作，同时负荷调节速度也较快。此外，相对于移动炉排炉内的燃烧速率来说，此类锅炉内的垃圾燃烧速率较高，这也会大大降低锅炉底部和飞灰残留物、烟气中未燃烧有机物的浓度。同时在锅炉燃烧过程中还可以进行精确控制，保证在满足完全燃烧的同时，尽量减少过量空气，实现了烟气热损失的大幅度减少。

（四）较少的污染物排放量

此类锅炉技术应用中利用其底部进料喷嘴可以将混合之后的粉煤灰固体和湍流床层物质从密相去送回，实现热质交换。而且还会磨掉氧化钙表面的硫酸钙。这不仅使得在正常条件下可以降低粉煤灰的着火难度，同时在粉煤灰颗粒进行稀相区时仍然保持高温状态，在此区中进一步燃烧。通过上述循环延长了炉内停留时间，因此也大幅度减少了燃料燃烧时释放出的有害气体以及其他污染物排放量。

三、循环流化床锅炉技术现状分析

从上述介绍可以看出，目前所用循环流化床锅炉技术是基于鼓泡床锅炉技术发展而来的，基于旧锅炉的改造和新锅炉的研究所提供的数据和经验，推动了循环流化床锅炉技术的发展和广泛应用。主要由于此种锅炉运行中的燃烧效率较高、可以使用多种燃料，而且在运行中具有较小的过剩空气系数、受热面积以及良好的负荷跟踪能力，较低的有害污染物排放量等。在现阶段，基于智能化技术的应用对此类锅炉进行智能化设计，主要依据燃烧室内物理化学流体动力学的应用，在此特性方面也表现出此类锅炉运行中煤炭燃料燃烧时受到温度、颗粒尺寸以及氧向颗粒表面的转移速率等因素的影响。

四、循环流化床锅炉技术的发展方向

（一）向超临界和大型化方向发展

近年来循环流化床锅炉的容量在进一步增加，且运行参数也在不断条，表现出锅炉尺寸和容量的增加，锅炉的蒸汽参数也逐渐向超临界方向发展。在此类锅炉运行中，由于炉高度增加会降低热通量，造成只有在炉底会出现最大热通量，也就是最大热通量会出现在水冷壁中水温最低的位置，因此比较便于对水冷壁的金属温度进行控制。此外，由于此类锅炉运行中的燃烧温度通常在灰熔点以下，使得固体颗粒比较密集，便于水冷壁吸热。因此，也比较适合流化燃烧技术和临界蒸汽参数结合。利用上述技术结合所形成的超临界鼓励，采用的是水冷壁一次循环，在从蒸汽分离器顶部排除饱和蒸汽之后会通过再热系统进入炉膛中，并且向涡轮中输送超临界参数的蒸汽，表现出具有更高燃烧效率和较大容量等优点。

（二）向深度脱硫和脱硝方向发展

近年来空气污染问题日益严重，各个国家更加关注环保问题，但是由于锅炉燃烧中会产生大量的污染物，尤其是氮氧化物以及二氧化硫等。但是通过循环流化床鼓励技术的应用，可以增加粉煤灰再循环率的同时会降低二氧化硫排放量，这不仅通过粉煤灰循环可以降低密相床温，使得温度在850℃左右，是最佳的脱硫温度，便于硫酸钙分解，实现脱硫效率的提升。而且还可以通过粉煤灰再循环流程将其中没有被钙化的碳酸钙和氧化钙送回炉子。在此过程中会去除碳酸钙或氧化钙表面的硫酸钙，提升吸附剂的活跃性。加之延长了吸附剂在炉内的停留时间，因此也提升了脱硫效率。也就是通过循环流化床脱硫技术的应用，提升了除尘效率，并且具有烟气洁净、较低循环费用等优点。

（三）进一步降低材料磨损并延长锅炉设备使用寿命

在此类锅炉技术的应用中，由于燃料在高速运动过程中以及高温环境下会对锅炉设备造成不可逆转的永久性损伤，因此可以通过防磨损技术的研究和应用，通过更多耐磨炉料的开发和应用，提升其防磨损能力，提升锅炉设备的使用寿命。

五、结语

在目前的火电行业中，对具有较高燃烧效率和较低污染物排放的循环流化床锅炉的应用较为广泛。但是在目前的市场化经济体制下，对此类锅炉的容量和负荷等提出更高要求。因此基于现有技术，需要进一步技术创新，进一步提升锅炉容量和运行参数、研发和应用防磨损技术以及深度脱硫和脱硝技术，提升对能源的综合性利用效率，更好地满足我国社会经济可持续发展的要求。

参考文献：

[1] 张文忠. 循环流化床锅炉技术的现状及发展前景[J]. 科技创新导报， 2019， 16（05）：72-73.

[2] 王俊彦， 王卫军. 大容量循环流化床锅炉技术发展应用现状分析[J]. 中国化工贸易， 2019， 011（012）：63.

[3] 柏延枢. 论循环流化床锅炉技术现状及发展前景[J]. 中国设备工程， 2019， No.429（17）：223-224.

[4] 魏捷. 论循环流化床锅炉技术现状及发展前景[J]. 南方农机， 2020， 051（007）：118.