第一章 循環(huán)流化床燃燒技術(shù)發(fā)展概況.doc

第一章 循環(huán)流化床燃燒技術(shù)發(fā)展概況 20世紀(jì)中期，工業(yè)的迅速發(fā)展，包括大量燃煤鍋爐在內(nèi)的工業(yè)過(guò)程產(chǎn)生了嚴(yán)重的污染問(wèn)題，迫切要求發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)，包括煤的清潔燃燒技術(shù)。在60年代末至70年代初期，流化床煤燃燒技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。第一節(jié) 循環(huán)流化床燃燒技術(shù)的發(fā)展背景我國(guó)是世界上最大的發(fā)展中國(guó)家，煤在我國(guó)一次能源構(gòu)成中占據(jù)著絕對(duì)主要的地位。煤在燃燒過(guò)程中將產(chǎn)生大量的灰渣、粉塵、廢水、SO2、NOx等廢棄物，如不妥善處理，將會(huì)嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境甚至是永久性的，進(jìn)而危害人類(lèi)自身的生存和發(fā)展。改革開(kāi)放二十年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，能源工業(yè)前進(jìn)的步伐更快些。但在人民生活水平日益提高的同時(shí)，環(huán)境污染亦達(dá)到了驚人的程度，生態(tài)環(huán)境嚴(yán)重惡化。我國(guó)的SO2排放量居世界第一，酸雨區(qū)域已經(jīng)蔓延到40%的國(guó)土面積，多數(shù)大城市的空氣總懸浮顆粒濃度超過(guò)世界衛(wèi)生組織標(biāo)準(zhǔn)的十幾倍甚至幾十倍。目前，環(huán)境保護(hù)在我國(guó)開(kāi)始廣受關(guān)注，可持續(xù)發(fā)展是我們的基本國(guó)策，既然我們別無(wú)選擇，必須在保護(hù)環(huán)境、改善環(huán)境的條件下讓煤繼續(xù)為中國(guó)的發(fā)展提供動(dòng)力，那么唯一的出路就是依靠科學(xué)和技術(shù)，實(shí)現(xiàn)煤利用的高效和清潔。表1-1 典型脫硫技術(shù)的比較過(guò)程技術(shù)措施脫硫效率(%)運(yùn)行費(fèi)用(元/tSO2)壽命(年)總投資(元/tSO2)存在問(wèn)題燃前洗選脫硫304040020560.5洗出物處理民用型煤40501600152009工業(yè)型煤50703200153843成本及質(zhì)量燃中循環(huán)床脫硫8590500201241技術(shù)及管理燃后濕法煙氣脫硫9095110016002017002200成本高目前，國(guó)際上已投入使用或已基本成熟的高效清潔燃煤發(fā)電技術(shù)主要有四種：整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)、增壓流化床燃燒聯(lián)合循環(huán)(PFBC)、常壓循環(huán)流化床燃燒(CFBC)和超臨界煤粉爐蒸汽循環(huán)加煙氣脫硫(SCPC-FGD)。從技術(shù)完備性和經(jīng)濟(jì)適用性角度來(lái)看，IGCC和PFBC近期都不可能在我國(guó)投入大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用；SCPC-FGD在技術(shù)上最為成熟，國(guó)際上應(yīng)用最廣，但由于我國(guó)新材料開(kāi)發(fā)存在困難及FGD等凈化技術(shù)成本過(guò)高在我國(guó)作商業(yè)性推廣面臨一些現(xiàn)實(shí)的困難；相比之下，循環(huán)流化床燃燒技術(shù)基本成熟，制造和運(yùn)行成本都比較低，在保證高效燃燒的基礎(chǔ)上能顯著降低廢棄物排放，可以滿足目前世界上最嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。表1.2給出了各技術(shù)的投資、運(yùn)行費(fèi)用、技術(shù)現(xiàn)狀的比較。從初投資、運(yùn)行成本、技術(shù)的可靠性及系統(tǒng)的復(fù)雜程度綜合來(lái)看，循環(huán)流化床爐內(nèi)脫硫是一個(gè)良好的選擇。應(yīng)用于發(fā)電領(lǐng)域的常壓循環(huán)流化床燃燒技術(shù)始于七十年代末，作為一項(xiàng)高效、低成本的清潔燃燒技術(shù)，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1) 燃料適應(yīng)性強(qiáng)且燃燒效率高，不僅可以燃用煙煤等優(yōu)質(zhì)煤，而且可燃用各種劣質(zhì)燃料如褐煤、貧煤、洗中煤、泥煤、矸石、石油焦、油頁(yè)巖、廢木屑甚至工業(yè)廢棄物和城市垃圾等； (2) 負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大，在30%額定負(fù)荷下仍能穩(wěn)定燃燒，無(wú)需燃油支持；(3) 負(fù)荷調(diào)節(jié)方便快捷，負(fù)荷連續(xù)變化速率可達(dá)712%/ min；(4) 低溫燃燒，因此NOX排放量遠(yuǎn)低于煤粉爐，僅為200左右；同時(shí)可用石灰石作脫硫添加劑低成本實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)脫硫；(5) 灰渣便于綜合利用。我國(guó)于八十年代中期開(kāi)始投入力量積極從事循環(huán)流化床燃燒技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)，雖然起步較晚，但進(jìn)步很快。目前，國(guó)產(chǎn)蒸發(fā)量420t/h及以下級(jí)的小型循環(huán)流化床鍋爐已在國(guó)內(nèi)作大面積工業(yè)推廣，實(shí)現(xiàn)了商品化，更大容量的循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)正在積極醞釀和籌劃中。第二節(jié) 循環(huán)流化床燃燒技術(shù)的特點(diǎn)流化床煤燃燒技術(shù)在較短的時(shí)間內(nèi)能得到迅速的發(fā)展和應(yīng)用，是因?yàn)樗哂幸恍┏Ｒ?guī)燃煤技術(shù)所不具備的特點(diǎn)。表1-2為層燃、煤粉燃燒和流化床燃燒三種燃燒方式燃燒特性的比較，從中可以看出，流化床燃燒有別于其他兩種燃燒方式的最突出的特點(diǎn)是：低溫燃燒，長(zhǎng)的停留時(shí)間，以及強(qiáng)烈的湍流混合，這些特點(diǎn)給流化床燃燒帶來(lái)一系列優(yōu)點(diǎn)。表1-2 不同煤燃燒方式的燃燒特性比較燃燒特性層燃煤粉燃燒鼓泡床循環(huán)流化床燃燒溫度1100130012001500800900800900燃料尺寸mm05000.2012012氣流速度m/s2.534.591.34.57燃料停留時(shí)間幾十分鐘23秒13小時(shí)13小時(shí)燃料升溫速度/s1101010101010揮發(fā)分燃盡時(shí)間s1000.110501050焦炭燃盡時(shí)間s10001100500100500湍流混合差差強(qiáng)強(qiáng)燃燒過(guò)程控制因素?cái)U(kuò)散控制動(dòng)力控制為主邊界層擴(kuò)散控制邊界層擴(kuò)散控制(一) 低溫燃燒流化床燃燒和層燃及煤粉燃燒很不相同，任何時(shí)候其爐內(nèi)都需有大量的惰性物料(灰，石灰石或沙子等)的儲(chǔ)備，這些惰性物料占全部爐內(nèi)固體物料的9798%，即任何時(shí)候爐內(nèi)固體可燃物的份額不超過(guò)全部床料的23%，因此，即使在燃燒溫度僅為800900的情況，在有足夠的氧的條件下，任何固體燃料都能被燃盡，特別再加上燃料在爐內(nèi)很長(zhǎng)的停留時(shí)間及床內(nèi)強(qiáng)烈的湍流混合，這些足以保證在800900的低溫條件下流化床鍋爐能穩(wěn)定和高效地燃燒任何燃料。(二) 極好的燃料適應(yīng)性由于流化床鍋爐具有上述能在800900的低溫下穩(wěn)定和高效地燃燒任何燃料的特點(diǎn)，因此它具有極好的燃料適應(yīng)性，幾乎可以燃燒任何燃料，并保證燃燒過(guò)程的穩(wěn)定和很高的燃燒效率。至今，已成功地在流化床鍋爐上燃燒過(guò)的燃料包括一切種類(lèi)的煤，其中有高灰分高水分得褐煤，低揮發(fā)分的無(wú)煙煤，各種煤的煤矸石，洗桿，洗煤泥漿，石煤，各種石油焦，油頁(yè)巖，泥煤，城市垃圾，油污泥，農(nóng)林業(yè)生物質(zhì)廢料，如樹(shù)皮，木屑，稻殼，甘蔗渣，廢輪胎等。它也可用于燃燒各種液體和氣體燃料，各種燃料既可以單獨(dú)燃燒也可以混燒，這是任何其他燃燒方式不能與之相比的。(三) 低的污染物排放流化床鍋爐低溫燃燒的特點(diǎn)，有效地抑制了熱力型NOx的生成，而通過(guò)采用分級(jí)燃燒又可控制燃料型NOx的排放，因而，流化床鍋爐NOx的生成量?jī)H為煤粉爐的1/31/4，可以將循環(huán)床的NOx排放值控制在100200ppm。此外，如果在燃燒過(guò)程中直接向爐內(nèi)加入石灰石或白云石，由于800900的燃燒溫度正是石灰(CaO)和二氧化硫(SO2)反應(yīng)的最佳脫硫溫度，因此，根據(jù)煤中的含硫量投入流化床鍋爐爐膛內(nèi)適量的石灰石，就可以達(dá)到90%以上的脫硫效率。所以，流花床是一種最經(jīng)濟(jì)有效的低污染煤燃燒技術(shù)，這也是它在全世界受到重視，得到很快發(fā)展的最根本原因。(四)燃燒強(qiáng)度大由于流化床燃燒過(guò)程中強(qiáng)烈的湍流混合，大大地提高了其燃燒強(qiáng)度，從而提高了單位床面積的出力，減小了爐膛的截面積和體積。一般情況下，循環(huán)床的爐膛截面熱負(fù)荷為38MW/m2。(五)負(fù)荷調(diào)節(jié)性能好由于爐內(nèi)大量熱床料的儲(chǔ)備，使流化床鍋爐具有良好的負(fù)荷調(diào)節(jié)性能，負(fù)荷調(diào)節(jié)幅度大，其負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍可從100%到20%，在低負(fù)荷時(shí)也能保持穩(wěn)定燃燒。(六)易于操作和維護(hù)由于燃燒溫度低，灰渣不會(huì)軟化和黏結(jié)，因而不存在爐內(nèi)結(jié)渣的問(wèn)題，爐膛內(nèi)不需布置吹灰器。較低的爐膛溫度使?fàn)t內(nèi)受熱面熱流率較低，減少了爆管的機(jī)會(huì)。燃燒的腐蝕作用也較層燃爐和煤粉爐的小。這些都使得流化床鍋爐易于操作和維修。至于流化床鍋爐易產(chǎn)生的磨損問(wèn)題，已在易磨部位采取了諸如防磨耐火材料涂層等一系列防磨措施后得到了解決。(七) 灰渣便于綜合利用低溫燃燒所產(chǎn)生的灰渣具有較好的活性，而且其飛灰和底灰的含碳量低，通常低于45%，可以用作制造水泥的摻合料或其他建筑材料的原料，有利于灰渣的綜合利用。但是，循環(huán)流化床燃燒技術(shù)本身還存在以下的缺點(diǎn)：由于循環(huán)流化床鍋爐爐膛內(nèi)的傳熱系數(shù)與沿爐膛高度的氣固濃度比密切相關(guān)，爐膛上部稀相段的傳熱系數(shù)小于爐膛下部濃相區(qū)的，再加上煙氣流速高，床截面積小，因而必須增加爐膛高度，否則爐膛四周的爐墻面積不足以布置必要的受熱面，從而增加了鍋爐的初投資。循環(huán)床的氣固分離和床料循環(huán)系統(tǒng)比較復(fù)雜，如旋風(fēng)分離器尺寸龐大，造價(jià)較高，布風(fēng)板及系統(tǒng)的阻力增加，鍋爐自身電耗量大，約為機(jī)組發(fā)電量的7%左右，導(dǎo)致運(yùn)行費(fèi)用增加。由于床內(nèi)流速相對(duì)較高，固體顆粒濃度大，為控制NOx排放而采用分級(jí)燃燒時(shí)爐膛內(nèi)存在還原性氣氛區(qū)域等這些因素，受熱面與吊掛管處的磨損與腐蝕問(wèn)題仍要十分重視。第三節(jié) 循環(huán)流化床鍋爐的基本結(jié)構(gòu)圖1-1所示，為一燃煤循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)的流程圖。部分床料被煙氣帶出爐膛進(jìn)入旋風(fēng)分離器，在分離器中絕大部分固體顆粒被分離出來(lái)，通過(guò)返料器被送回爐膛下部，構(gòu)成了床料的再循環(huán)回路。煙氣則帶著分離器不能分離的細(xì)顆粒飛灰進(jìn)入尾部煙道，將熱量傳給尾部受熱面后經(jīng)過(guò)除塵器由煙囪排入大氣。循環(huán)流化床鍋爐的一次風(fēng)要克服布風(fēng)板和床層的阻力，因此須和二次風(fēng)系統(tǒng)分開(kāi)，并采用高壓的一次風(fēng)機(jī)。為了減少漏風(fēng)，一般循環(huán)流化床鍋爐采用管式空氣預(yù)熱器，循環(huán)流化床鍋爐可分為兩部分：圖1.1 燃煤循環(huán)床鍋爐系統(tǒng)的流程圖第一部分為物料循環(huán)回路，主要設(shè)備有：爐膛（快速流化床）、高溫旋風(fēng)分離器、回料器等。燃料的燃燒主要在爐膛中完成，通常布置有水冷壁、屏式過(guò)熱器。第二部分為對(duì)流煙道。與煤粉爐相近，對(duì)流煙道中布置有過(guò)熱器、再熱器、省煤器和空氣預(yù)熱器，煙氣的余熱在對(duì)流煙道中被吸收。循環(huán)流化床鍋爐與煤粉爐之間有許多共同之處，例如，對(duì)于自然循環(huán)鍋爐，其爐膛的膜式水冷壁結(jié)構(gòu)，自然循環(huán)系統(tǒng)，爐膛的頂部支撐，汽包及汽包內(nèi)件，尾部煙道的布置和設(shè)計(jì)，以及輔機(jī)中的二次風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)，吹灰器，管道，閥門(mén)和儀表等。循環(huán)流化床鍋爐的燃燒和傳熱過(guò)程和煤粉爐完全不同，其固體床料的循環(huán)系統(tǒng)是常規(guī)燃煤鍋爐完全沒(méi)有的，在結(jié)構(gòu)上與常規(guī)燃煤鍋爐不同的主要在以下的部件和系統(tǒng)：?jiǎn)?dòng)燃燒器；風(fēng)箱和布風(fēng)板；爐底灰排灰系統(tǒng)；給料系統(tǒng)；分離器；防磨耐火材料系統(tǒng)；爐膛；固體床料再循環(huán)回路上的換熱器等。第四節(jié) 循環(huán)流化床燃燒技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展七十年代，德國(guó)魯奇(Lurgi)公司第一個(gè)申請(qǐng)了循環(huán)流化床的專利權(quán)，并很快獲得了應(yīng)用。第一臺(tái)較大容量的循環(huán)流化床鍋爐于1985年9月1日在德國(guó)杜易斯促進(jìn)第一熱電廠投運(yùn)，其容量為95.8MW (270 t/h)。經(jīng)過(guò)一年多的調(diào)整、完善改造和試運(yùn)行，顯示了該技術(shù)的良好特性，既符合環(huán)境保護(hù)要求又具有很高的經(jīng)濟(jì)性，被稱為“清潔燃燒”的高新技術(shù)。美國(guó)ABB-CE公司引進(jìn)Lurgi技術(shù)制造的兩臺(tái)160MWe循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組安裝于美國(guó)德克薩斯大林州Waco電廠，分別于1990年9月和1991年10月正式投入運(yùn)行。芬蘭奧斯龍公司是世界上循環(huán)流化床鍋爐最大供應(yīng)商，市場(chǎng)份額達(dá)40%左右。目前世界上已經(jīng)投入商業(yè)運(yùn)行的最大的循環(huán)流化床鍋爐是法國(guó)的普理旺斯電站，為250MWe，由Stein公司制造。主循環(huán)回路是循環(huán)流化床鍋爐的關(guān)鍵，其主要作用是將大量的高溫固體物料從氣流中分離出來(lái)，送回燃燒室，以維持燃燒室的穩(wěn)定的流態(tài)化狀態(tài)，保證燃料和脫硫劑多次循環(huán)、反復(fù)燃燒和反應(yīng)，以提高燃燒效率和脫硫效率。主循環(huán)回路不僅直接影響整個(gè)循環(huán)流化床鍋爐的總體設(shè)計(jì)、系統(tǒng)布置，而且與其運(yùn)行性能有直接關(guān)系。分離器是主循環(huán)回路的主要部件，因而人們通常把分離器的形式、工作狀態(tài)作為循環(huán)流化床鍋爐的標(biāo)志。一 經(jīng)典的絕熱旋風(fēng)分離循環(huán)流化床燃燒技術(shù)圖1-2 高溫絕熱旋風(fēng)分離器的筒體結(jié)構(gòu)德國(guó)Lurgi公司較早地開(kāi)發(fā)出了采用保溫、耐火及防磨材料砌裝成筒身的高溫絕熱式旋風(fēng)分離器的循環(huán)流化床鍋爐。分離器入口煙溫在850左右。Lurgi公司、Ahlstrom公司、以及由其技術(shù)轉(zhuǎn)移的Stein、ABB-CE、AEE、EVT等設(shè)計(jì)制造的循環(huán)流化床鍋爐均采用了此種形式。這種分離器具有相當(dāng)好的分離性能，使用這種分離器的循環(huán)流化床鍋爐具有較高的性能。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前國(guó)際上有78的循環(huán)流化床鍋爐采用了高溫絕熱旋風(fēng)分離器，但這種分離器也存在一些問(wèn)題，主要是旋風(fēng)筒體積龐大，因而鋼耗較高，鍋爐造價(jià)高，占地較大，旋風(fēng)筒內(nèi)襯厚、耐火材料及砌筑要求高、用量大、費(fèi)用高，；啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)、運(yùn)行中易出現(xiàn)故障；密封和膨脹系統(tǒng)復(fù)雜；尤其是在燃用揮發(fā)份較低或活性較差的強(qiáng)后燃性煤種時(shí)，旋風(fēng)筒內(nèi)的燃燒導(dǎo)致分離下的物料溫度上升。但這種技術(shù)的成熟程度比較高，積累了大量的經(jīng)驗(yàn)。Circofluid的中溫分離技術(shù)在一定程度上緩解了高溫旋風(fēng)筒的問(wèn)題。爐膛上部布置較多數(shù)量的受熱面，降低了旋風(fēng)筒入口煙氣溫度和體積，旋風(fēng)筒的體積和重量有所減小，因此相當(dāng)程度上克服了絕熱旋風(fēng)筒技術(shù)的缺陷，使其運(yùn)行可靠性提高。該技術(shù)爐膛出口的煙氣溫度較低，爐膛上部需要布置大量的受熱面以降低爐膛出口煙氣溫度，需要采用塔式布置，爐膛比較高，鋼耗量大，鍋爐造價(jià)提高。二 進(jìn)化的冷卻型旋風(fēng)分離循環(huán)流化床燃燒技術(shù)為保持絕熱旋風(fēng)筒循環(huán)流化床鍋爐的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)有效地克服該爐型的缺陷，F(xiàn)oster Wheeler公司設(shè)計(jì)出了堪稱典范的水(汽)冷旋風(fēng)分離器，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1-3。該分離器外殼由水冷或汽冷管彎制、焊裝而成，取消絕熱旋風(fēng)筒的高溫絕熱層，代之以受熱面制成的曲面及其內(nèi)側(cè)布滿銷(xiāo)釘涂一層較薄厚度的高溫耐磨澆注料。殼外側(cè)覆以一定厚度的保溫層，內(nèi)側(cè)只敷設(shè)一薄層防磨材料，見(jiàn)圖1-4。水(汽)冷旋風(fēng)筒可吸收一部分熱量，分離器內(nèi)物料溫度不會(huì)上升，甚至略有下降，較好地解決了旋風(fēng)筒內(nèi)側(cè)防磨問(wèn)題。該公司投運(yùn)的循環(huán)流化床鍋爐從未發(fā)生回料系統(tǒng)結(jié)焦的問(wèn)題，也未發(fā)生旋風(fēng)筒內(nèi)磨損問(wèn)題，充分顯了其優(yōu)越性。這樣，高溫絕熱型旋風(fēng)分離循環(huán)床的優(yōu)點(diǎn)得以繼續(xù)發(fā)揮，缺點(diǎn)則基本被克服。圖1-3水(汽)冷旋風(fēng)分離器筒體結(jié)構(gòu)圖1-4 水(汽)冷旋風(fēng)筒耐火材料示意圖當(dāng)然，任何一種設(shè)計(jì)都難以盡善盡美，水(汽)冷旋風(fēng)分離器的問(wèn)題是生產(chǎn)工藝復(fù)雜，制造成本較高。三 快速發(fā)展的緊湊型循環(huán)流化床燃燒技術(shù)為克服汽冷旋風(fēng)筒制造成本高的問(wèn)題，芬蘭Ahlstrom公司創(chuàng)造性地提出了Pyroflow Compact設(shè)計(jì)構(gòu)想。Pyroflow Compact循環(huán)流化床鍋爐采用其獨(dú)特專利技術(shù)的方形分離器，分離器的分離機(jī)理與圓形旋風(fēng)筒本質(zhì)上無(wú)差別，殼體仍采用FW式水(汽)冷管壁式，但因筒體為平面結(jié)構(gòu)而別具一格。這就是第三代循環(huán)流化床鍋爐。它與常規(guī)循環(huán)流化床鍋爐的最大區(qū)別是采用了方形的氣固分離裝置，分離器的壁面作為爐膛壁面水循環(huán)系統(tǒng)的一部分，因此與爐膛之間免除熱膨脹節(jié)。同時(shí)方形分離器可緊貼爐膛布置從而使整個(gè)循環(huán)流化床鍋爐的體積大為減少，布置顯得十分緊湊。此外，為防止磨損，方形分離器水冷表面敷設(shè)了一層薄的耐火層，這使得分離器起到傳熱表面的作用，并使鍋爐啟動(dòng)和冷卻速率加快。圖1-5是Pyroflow 緊湊型分離器示意圖。圖1.5 Pyroflow緊湊型分離器示意圖水冷或汽冷的方形旋風(fēng)分離器與不冷卻的鋼板卷成的旋風(fēng)筒制造成本基本相當(dāng)，考慮到前者所節(jié)省的大量的保溫和耐火材料，最終的實(shí)際成本有所下降。此外它還減少了散熱損失，提高了鍋爐效率。再則由于保溫厚度的減少，可以提高啟停速度，啟停過(guò)程中床料的溫升速率不再取決于耐火材料，而主要取決于水循環(huán)的安全性，使得啟停時(shí)間大大縮短。Ahlstrom公司的方形分離器緊湊型設(shè)計(jì)推出之后，立即引起了廣泛的重視。7年多的運(yùn)行表明，該技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢(shì)和發(fā)展前景。采用方形分離器技術(shù)的緊湊型循環(huán)流化床鍋爐已有68t/h至410t/h多臺(tái)運(yùn)行均比較成功，采用方形分離器的緊湊型布置循環(huán)流化床鍋爐的市場(chǎng)份額逐年增加。第五節(jié) 循環(huán)流化床燃燒技術(shù)的發(fā)展前景各循環(huán)流化床鍋爐制造廠家和研究機(jī)構(gòu)都十分重視循環(huán)流化床鍋爐的大型化。目前300MW等級(jí)循環(huán)流化床鍋爐已經(jīng)有幾個(gè)示范工程。大容量亞臨界循環(huán)床自然循環(huán)鍋爐技術(shù)已趨于成熟，蒸汽參數(shù)為18.3 MPa的300MW循環(huán)床自然循環(huán)鍋爐現(xiàn)已投入運(yùn)行，600MWe循環(huán)床鍋爐的設(shè)計(jì)現(xiàn)已不成問(wèn)題。常壓循環(huán)流化床(循環(huán)流化床鍋爐)燃燒技術(shù)是已經(jīng)為國(guó)際上公認(rèn)的商業(yè)化程度最好的潔凈煤技術(shù)。然而其高效供電方面還沒(méi)有在根本上提高，其燃燒效率和鍋爐熱效率僅僅與煤粉燃燒相近，在達(dá)到較高的供電效率方面并未具有明顯的優(yōu)越性，在高效方面沒(méi)有進(jìn)步，因此提高蒸汽參數(shù)以提高供電效率是在大型化的主要方向。80年代末期，蒸汽循環(huán)的要求使最大的帶有過(guò)熱和單級(jí)再熱的自然循環(huán)鍋爐的運(yùn)行壓力提高到了18.6MPa。從90年代的初期至今，這一運(yùn)行參數(shù)已被證明是可靠的。資料表明：9.81MPa、535C的高壓鍋爐電站供電效率為30.04%；12.7MPa、535C再熱電站供電效率為32.16%；16.3MPa、535/537C亞臨界鍋爐電站供電效率為37.12%；24.3MPa、540/560C超臨界鍋爐電站供電效率為40.95%，主蒸汽壓力對(duì)供電效率有明顯影響。大型電廠普遍采用的煤粉燃燒鍋爐即是沿著低壓高壓再熱亞臨界超臨界這一條路發(fā)展起來(lái)。由于循環(huán)流化床鍋爐的低溫燃燒，爐膛中的熱流比傳統(tǒng)爐膛低很多，這就使超臨界直流循環(huán)流化床鍋爐可以在相對(duì)低的質(zhì)量流速和相對(duì)高的工質(zhì)溫度條件下工作。循環(huán)流化床鍋爐與煤粉爐適于采用超臨界的幾大優(yōu)勢(shì)使得循環(huán)流化床鍋爐比煤粉爐更適合采用超臨界參數(shù)。在循環(huán)流化床鍋爐中，爐膛是唯一的蒸發(fā)器，沒(méi)有水平管簇。爐膛的固有特點(diǎn)決定了它在超臨界滑壓運(yùn)行中的顯著優(yōu)勢(shì)。循環(huán)流化床鍋爐燃燒室的傳熱系數(shù)和溫壓較低，亦即低熱流。對(duì)于同樣的負(fù)荷，循環(huán)流化床鍋爐的爐膛截面積接近于煤粉爐，但單位受熱面積上的傳熱量較小。平均爐膛設(shè)計(jì)面積上的較低熱量輸入(NHI/PA)導(dǎo)致了低的熱流。循環(huán)流化床鍋爐和煤粉爐的平均NHI/PA分別為1.605106W/m2和5.664106W/m2。總的來(lái)說(shuō)，循環(huán)流化床爐膛中的熱流率要比煤粉爐中的低得多。由于流化床中氣固兩相流動(dòng)對(duì)受熱面的沖刷，使得水冷壁的粘污系數(shù)較小，沉積物非常少并且比較均勻，爐墻清潔。水冷壁發(fā)生傳熱惡化的情況大幅減少。循環(huán)流化床燃燒室中熱流橫向分布比較均勻，縱向上部比下部低，下部較高部位被耐火材料覆蓋。最高熱流出現(xiàn)在底部并隨著爐高增加而逐漸減小，而工質(zhì)溫度恰恰相反。因此，最冷的工質(zhì)恰好在最高熱流處。這種特性使水冷壁面不至于超溫，在循環(huán)流化床鍋爐中發(fā)生傳熱惡化的幾率比煤粉爐小得多。循環(huán)流化床鍋爐的負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍廣。目前我國(guó)電網(wǎng)的峰谷差已達(dá)36以上，今后還會(huì)進(jìn)一步增加，再考慮到今后建設(shè)的原子能電站適合帶基本負(fù)荷，因此要求新建的火電機(jī)組的負(fù)荷變化范圍相對(duì)較大，從而要求火電機(jī)組必須具有高的經(jīng)濟(jì)性和可靠性以及優(yōu)良的負(fù)荷適應(yīng)性和燃料適應(yīng)性。循環(huán)流化床鍋爐投資和運(yùn)行費(fèi)用適中。循環(huán)流化床鍋爐的投資和運(yùn)行費(fèi)用略高于常規(guī)煤粉爐，但比配脫硫裝置的煤粉爐低1520。循環(huán)流化床鍋爐加石灰石在爐內(nèi)脫硫即可達(dá)到SOx國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，而煤粉爐要想達(dá)到國(guó)家SOx排放標(biāo)準(zhǔn)還需加裝脫硫設(shè)備，使供電煤耗增加。NOX的排放：在煤粉爐中，火焰溫度比較高，導(dǎo)致NOX的排放相對(duì)較高。即使采用性能比較好的低NOX燃燒器，NOX的排放要低于300ppm是比較困難的。由于循環(huán)流化床鍋爐采用低溫燃燒和分機(jī)送風(fēng)，其N(xiāo)OX的排放較小，一般為200ppm以下。超臨界蒸汽循環(huán)可以提高熱效率、減少排放、減少泵的電耗。循環(huán)流化床技術(shù)具有燃料的靈活性、低的排放、高的可靠性和成熟的設(shè)計(jì)特性等優(yōu)點(diǎn)。超臨界循環(huán)流化床鍋爐便是結(jié)合二者的優(yōu)勢(shì)。它們的結(jié)合從理論上說(shuō)技術(shù)難度不大。因此超臨界循環(huán)流化床鍋爐成為國(guó)際上的研究熱點(diǎn)問(wèn)題之一。隨著循環(huán)流化床大型化的發(fā)展和250MW再熱循環(huán)流化床的順利運(yùn)行，國(guó)際上多家循環(huán)流化床發(fā)展商均展開(kāi)了超臨界循環(huán)流化床的研究。原則上，循環(huán)流化床及超臨界