专业丨循环流化床燃烧技术的发展

自改革开放以来，我国社会和经济的发展越来越快，循环流化床锅炉大型化普及，开发超临界参数循环流化床锅炉也会成为流化床燃烧技术发展的一个重要的目标。循环流化床锅炉已经进入中国电力市场，并将进一步完善和放大，并向高参数、超临界发展。走出具有中国特色的大型循环流化床开发和应用之路。基于此，本文主要阐述了循环流化床技术特点、循环流化床技术的发展趋势、循环流化床燃烧技术的应用，以供参考。

循环流化床燃烧技术是一项近二十年发展起来的清洁煤燃烧技术。它具有燃料适应性广、燃烧效率高、氮氧化物排放低、低成本石灰石炉内脱硫、负荷调节比大和负荷调节快等突出优点。自循环流化床燃烧技术出现以来，循环床锅炉在世界范围内得到广泛的应用，大容量的循环床锅炉已被发电行业所接受。

一、循环流化床技术特点

1.1燃料的适应性

循环流化床锅炉有一个较大的储热层，能够稳定燃烧多种劣质燃料，燃料适应性广。除了烟煤外，还可燃用无烟煤、高灰煤、高硫煤、高灰高硫煤、高水分煤、褐煤、石煤以至歼石等固体燃料，并且可以达到较高的燃烧效率。循环流化床锅炉低负荷运行能力强，在30%的负荷下不投油可以稳定燃烧。

1.2低温分级强化燃烧

由于循环流化床采用850℃~900℃的低温燃烧，因此可以方便高效地实现炉内脱硫，比较容易地控制NOX等排放，使SOx、NOx的生成量大幅度地降低，减轻对环境的污染。炉内不易结渣，灰渣活性好，便于综合利用等。

1.3燃烧效率高

总体来说，燃烧强度为其他流化床锅炉的2倍左右，无论烧劣质煤还是优质煤，燃烧效率均能达到95%~99%，与煤粉锅炉相媲美。

1.4锅炉负荷

在很大范围内都能调节负荷的变化范围为100%~25%，负荷的连续变化率可达每分钟5%~10%，负荷调节简单灵敏。

1.5锅炉的灰渣、飞灰含碳量低

此利于灰渣，飞灰的综合利用。如灰渣做建筑材料或水泥熟料的添加剂，也有利于灰渣中稀有金属的提炼。

二、循环流化床技术的发展趋势

2.1循环流化床高参数化

循环流化床锅炉大型化发展的一个重要的目标是开发超临界参数循环流化床锅炉。常压循环流化床燃烧技术是国际上公认的商业化程度最好的洁净煤技术，但在达到较高的供电效率方面并未具有明显的优越性。超临界CFB作为下一代CFB技术，由于可以得到较高的供电效率，脱硫脱硝投资及成本比烟气净化低50%以上，是一种适于在中国大量推广的燃煤发电技术。由于超临界技术及大型循环流化床均是已经掌握的技术，将两者结合形成的超临界循环流化床锅炉将在环保及效率上实现双突破。

近期的研究证明，循环流化床锅炉及超临界均是成熟技术，两者的结合相对技术风险不大，然而，结合后产生的技术综合了循环流化床锅炉低成本污染控制及高供电效率两个优势。超临界循环流化床锅炉技术实现难度低于超临界煤粉炉，由于燃烧室内热负荷低，可以相对简单的本生炉垂直管方案构成燃烧室受热面;而且，低质量流率带来的低阻力降可能使其在低负荷亚临界区具有自然循环性质，运行十分安全。

2.2循环流化床调峰机组

循环流化床锅炉已证明具有远高于煤粉炉的负荷调节特性。它可以在30%MCR下不投油稳定运行。冷却型分离器循环流化床锅炉具有频繁调负荷的能力。因此，我国电网峰谷差逐年加大，调峰循环流化床锅炉是一个良好的解决方案。今后应加强调峰循环流化床锅炉的开发工作。

2.3循环流化床热水锅炉

中国城镇社区的快速发展，对大容量供暖锅炉需求加大。这些燃煤锅炉的污染排放极难解决。燃用天然气从经济到资源方面均不宜大面积推广。循环流化床热水锅炉是一个良好选择。我国新开发的116MW循环流化床热水锅炉经3年运行经验证明了该炉在节能、环保、可靠性方面的突出优势。

三、循环流化床燃烧技术的应用

3.1水(汽)冷旋风筒分离器

为保持绝热旋风筒循环流化床锅炉的优点，同时有效地克服该炉型的缺陷，Foster Wheeler公司设计出了堪称典范的水(汽)冷旋风分离器。应用水(汽)冷分离器的循环流化床锅炉被称为第二代循环流化床锅炉。该分离器外壳由水冷或汽冷管弯制、焊装而成，取消绝热旋风筒的高温绝热层，代之以受热面制成的曲面及其内侧布满销钉涂一层较薄厚度的高温耐磨浇注料，壳外侧覆以一定厚度的保温层。水(汽)冷旋风筒可吸收一部分热量，分离器内物料温度不会上升，甚至略有下降，同时较好地解决了旋风筒内侧防磨问题。该公司投运的循环流化床锅炉从未发生回料系统结焦的问题，也未发生旋风筒内磨损问题，充分显示了其优越性。这样，高温绝热型旋风分离循环床的优点得以继续发挥，缺点则基本被克服。当然，任何一种设计都难以尽善尽美，FW式水(汽)冷旋风分离器的问题是制造工艺及生产成本，这使其商业竞争力下降，通用性和推广价值受到了限制。同时该分离器的结构形式与高温绝热旋风筒并无本质差异，因此锅炉结构仍未恢复到传统锅炉完美的形式。为了各部件的热膨胀而设置的大型膨胀节成为该炉型最薄弱的环节，损坏事故频繁发生 。因此调整分离器的形状，进一步提高紧凑性和可靠性问题成为循环流化床燃烧技术发展的关键。

3.2方型水冷分离器

为克服汽冷旋风筒锅炉的结构问题及制造成本高的问题，芬兰Ahlstrom公司创造性地提出了Pyroflow Compact设计构想。Pyroflow Compact循环床锅炉采用其独特专利技术的方型分离器，分离器的分离机理与圆形旋风筒本质上无差别，壳体仍采用FW式水(汽)冷管壁式，但因筒体为平面结构而别具一格。这就是第三代循环流化床锅炉。它与常规循环流化床锅炉的最大区别是采用了方型的气固分离装置，分离器的壁面作为炉膛壁面水循环系统的一部分，因此与炉膛之间免除热膨胀节。同时方型分离器可紧贴炉膛布置从而使整个循环床锅炉的体积大为减少，布置显得十分紧凑。借鉴汽冷旋风筒成功的防磨经验，方型分离器水冷表面敷设了一层薄的耐火层，分离器成为受热面的一部分，为锅炉快速启停提供了条件。

结束语

综上所诉，循环流化床燃烧技术作为一种新型的高效低污染清洁煤技术，具有燃料适应性广、燃烧效率高、氮氧化物排放低、负荷调节快等优点，在国内外都得到了迅速发展。如今，中型容量的循环流化床锅炉的研制与开发已进入商业化运行阶段，但要充分发挥其优势，必须走产业化和大型化的道路，开发制造具有我国自主知识产权的大型循环流化锅炉，并在容量上尽快达到煤粉炉的水平。