于順良

摘要：文章基于對循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的特點分析，介紹目前此技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀，并能夠?qū)Υ思夹g(shù)的未來發(fā)展方向進(jìn)行展望，以供參考。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐;技術(shù)現(xiàn)狀;發(fā)展方向

一、引言

近年來隨著全球工業(yè)化進(jìn)程的加快，全球變暖等環(huán)境污染問題也日益加劇，威脅人類的生存與可持續(xù)發(fā)展。尤其是在人們的電能需求在大幅度增加的趨勢下，傳統(tǒng)的火力發(fā)電廠不僅需要消耗大量的不可再生資源，同時也對大氣環(huán)境等造成嚴(yán)重的污染。為此在我國加大發(fā)展新能源行業(yè)的同時，也積極推廣應(yīng)用具有較高效率和較小污染物排放量的循環(huán)流化床鍋爐。這主要由于此類鍋爐應(yīng)用流態(tài)化的原理，也就是利用固體燃料向類似燃燒狀態(tài)的流體轉(zhuǎn)換原理，表現(xiàn)出具有較高傳熱率和較少的硫氧化物、氮氧化物等排放等優(yōu)點。隨著氣體溫度的增加，一旦流化床內(nèi)的壓力降與此高度下的單位面積床的重量狀態(tài)相同時就會出現(xiàn)在氣流中懸浮單個顆粒的現(xiàn)象，因此也將此種鍋爐成為流化床鍋爐。在流化床運行中，空氣速度的增加會在床內(nèi)產(chǎn)生氣泡，所形成的氣泡以及固體顆粒的床層具有沸騰液體的特點，此階段的床層也就是鼓泡流化床，但是由于速度較高，形成的氣泡會很快消失，這就使得固體顆粒被吹出流化床，使得這些顆粒重新進(jìn)入系統(tǒng)中循環(huán)，所以也被稱為循環(huán)流化床鍋爐。

二、循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的特點分析

（一）較高的燃料利用率

正如對循環(huán)流化床原理的介紹，其運行原理就是利用流體動力學(xué)形成故土顆粒和氣體流動的強混合系統(tǒng)，保持顆粒在動態(tài)運動狀態(tài)。目前常用的流化床類型有鼓泡和湍流化床等系統(tǒng)類型，也分別被稱為鼓泡床和渦輪流化床。通過循環(huán)流化床的設(shè)計可以形成特定的強制循環(huán)，使得與主燃燒室比較靠近的位置形成一個大型的旋風(fēng)分離器，可以起到對流體中大固體顆粒的分離作用，在流化床中的熱煙氣經(jīng)過加力燃燒區(qū)之后被分離出此旋風(fēng)分離器，利用此種原理表現(xiàn)出良好的氣固混合程度，因此使得燃燒速率較高。

（二）較廣的燃料適應(yīng)性

在此鍋爐技術(shù)的發(fā)展過程中，在市場應(yīng)用中表現(xiàn)出可以適應(yīng)更多類型燃料的發(fā)展趨勢，也正是如此，此類鍋爐和技術(shù)在市場中受到廣泛應(yīng)用。這主要由于在流化床系統(tǒng)中會在吸附過程中產(chǎn)生強烈的湍流，尤其通過硫氧化物和鈣鎂氧化物的反映與結(jié)合，發(fā)揮這些吸附劑的作用，可以將廢物中的氫氧化鈣，或者是碳酸鈣或細(xì)顆粒尺寸的氫氧化鈣等進(jìn)入流化床中，也正是如此，可以實現(xiàn)此系統(tǒng)運行中應(yīng)用低品位煤進(jìn)行燃燒，同時不需要二次脫硫措施就可以減少90%足有的二氧化硫排放量。在平均燃料混合物的應(yīng)用中，其可以適應(yīng)5～8MJ/kg，甚至超過40MJ/kg范圍的燃料混合物，極端條件下還可以適應(yīng)熱值在3MJ/kg的燃料混合物，表現(xiàn)出具有較為廣泛的燃料適應(yīng)性優(yōu)點。

（三）較大的負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍和較快的調(diào)節(jié)速度

傳統(tǒng)的流化床運行中會采用分離床壓火技術(shù)來應(yīng)對鼓泡流化床鍋爐中的床層負(fù)荷壓力變化情況，但是此種方法的操作復(fù)雜且難度較大。但是通過循環(huán)流化床的應(yīng)用則可以只需要對煤、空氣和物料循環(huán)進(jìn)行調(diào)整，具有較大的調(diào)節(jié)范圍和較為簡單的操作，同時負(fù)荷調(diào)節(jié)速度也較快。此外，相對于移動爐排爐內(nèi)的燃燒速率來說，此類鍋爐內(nèi)的垃圾燃燒速率較高，這也會大大降低鍋爐底部和飛灰殘留物、煙氣中未燃燒有機物的濃度。同時在鍋爐燃燒過程中還可以進(jìn)行精確控制，保證在滿足完全燃燒的同時，盡量減少過量空氣，實現(xiàn)了煙氣熱損失的大幅度減少。

（四）較少的污染物排放量

此類鍋爐技術(shù)應(yīng)用中利用其底部進(jìn)料噴嘴可以將混合之后的粉煤灰固體和湍流床層物質(zhì)從密相去送回，實現(xiàn)熱質(zhì)交換。而且還會磨掉氧化鈣表面的硫酸鈣。這不僅使得在正常條件下可以降低粉煤灰的著火難度，同時在粉煤灰顆粒進(jìn)行稀相區(qū)時仍然保持高溫狀態(tài)，在此區(qū)中進(jìn)一步燃燒。通過上述循環(huán)延長了爐內(nèi)停留時間，因此也大幅度減少了燃料燃燒時釋放出的有害氣體以及其他污染物排放量。

三、循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)現(xiàn)狀分析

從上述介紹可以看出，目前所用循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)是基于鼓泡床鍋爐技術(shù)發(fā)展而來的，基于舊鍋爐的改造和新鍋爐的研究所提供的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，推動了循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用。主要由于此種鍋爐運行中的燃燒效率較高、可以使用多種燃料，而且在運行中具有較小的過?？諝庀禂?shù)、受熱面積以及良好的負(fù)荷跟蹤能力，較低的有害污染物排放量等。在現(xiàn)階段，基于智能化技術(shù)的應(yīng)用對此類鍋爐進(jìn)行智能化設(shè)計，主要依據(jù)燃燒室內(nèi)物理化學(xué)流體動力學(xué)的應(yīng)用，在此特性方面也表現(xiàn)出此類鍋爐運行中煤炭燃料燃燒時受到溫度、顆粒尺寸以及氧向顆粒表面的轉(zhuǎn)移速率等因素的影響。

四、循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的發(fā)展方向

（一）向超臨界和大型化方向發(fā)展

近年來循環(huán)流化床鍋爐的容量在進(jìn)一步增加，且運行參數(shù)也在不斷條，表現(xiàn)出鍋爐尺寸和容量的增加，鍋爐的蒸汽參數(shù)也逐漸向超臨界方向發(fā)展。在此類鍋爐運行中，由于爐高度增加會降低熱通量，造成只有在爐底會出現(xiàn)最大熱通量，也就是最大熱通量會出現(xiàn)在水冷壁中水溫最低的位置，因此比較便于對水冷壁的金屬溫度進(jìn)行控制。此外，由于此類鍋爐運行中的燃燒溫度通常在灰熔點以下，使得固體顆粒比較密集，便于水冷壁吸熱。因此，也比較適合流化燃燒技術(shù)和臨界蒸汽參數(shù)結(jié)合。利用上述技術(shù)結(jié)合所形成的超臨界鼓勵，采用的是水冷壁一次循環(huán)，在從蒸汽分離器頂部排除飽和蒸汽之后會通過再熱系統(tǒng)進(jìn)入爐膛中，并且向渦輪中輸送超臨界參數(shù)的蒸汽，表現(xiàn)出具有更高燃燒效率和較大容量等優(yōu)點。

（二）向深度脫硫和脫硝方向發(fā)展

近年來空氣污染問題日益嚴(yán)重，各個國家更加關(guān)注環(huán)保問題，但是由于鍋爐燃燒中會產(chǎn)生大量的污染物，尤其是氮氧化物以及二氧化硫等。但是通過循環(huán)流化床鼓勵技術(shù)的應(yīng)用，可以增加粉煤灰再循環(huán)率的同時會降低二氧化硫排放量，這不僅通過粉煤灰循環(huán)可以降低密相床溫，使得溫度在850℃左右，是最佳的脫硫溫度，便于硫酸鈣分解，實現(xiàn)脫硫效率的提升。而且還可以通過粉煤灰再循環(huán)流程將其中沒有被鈣化的碳酸鈣和氧化鈣送回爐子。在此過程中會去除碳酸鈣或氧化鈣表面的硫酸鈣，提升吸附劑的活躍性。加之延長了吸附劑在爐內(nèi)的停留時間，因此也提升了脫硫效率。也就是通過循環(huán)流化床脫硫技術(shù)的應(yīng)用，提升了除塵效率，并且具有煙氣潔凈、較低循環(huán)費用等優(yōu)點。

（三）進(jìn)一步降低材料磨損并延長鍋爐設(shè)備使用壽命

在此類鍋爐技術(shù)的應(yīng)用中，由于燃料在高速運動過程中以及高溫環(huán)境下會對鍋爐設(shè)備造成不可逆轉(zhuǎn)的永久性損傷，因此可以通過防磨損技術(shù)的研究和應(yīng)用，通過更多耐磨爐料的開發(fā)和應(yīng)用，提升其防磨損能力，提升鍋爐設(shè)備的使用壽命。

五、結(jié)語

在目前的火電行業(yè)中，對具有較高燃燒效率和較低污染物排放的循環(huán)流化床鍋爐的應(yīng)用較為廣泛。但是在目前的市場化經(jīng)濟體制下，對此類鍋爐的容量和負(fù)荷等提出更高要求。因此基于現(xiàn)有技術(shù)，需要進(jìn)一步技術(shù)創(chuàng)新，進(jìn)一步提升鍋爐容量和運行參數(shù)、研發(fā)和應(yīng)用防磨損技術(shù)以及深度脫硫和脫硝技術(shù)，提升對能源的綜合性利用效率，更好地滿足我國社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的要求。

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