流化床鍋爐的特點和國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

1、流化床鍋爐的特點和國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢作者：張美法流化床鍋爐與層燃鍋爐、煤粉鍋爐相比，前者具有高效、低污染、低成本等特點，顯示了它強大的生命力，近10年來得到了迅速的發(fā)展，特別是加壓流化床燃燒技術(shù)能將煤化工和煤燃燒綜合，實現(xiàn)蒸汽燃?xì)饴?lián)合循環(huán)發(fā)電，是世界主要工業(yè)發(fā)達(dá)國家正在致力發(fā)展的第三代燃燒技術(shù)。一、流化床燃燒鍋爐的優(yōu)點1對燃燒的適應(yīng)性特別好，可以燒優(yōu)質(zhì)煤，也可以燒各種劣質(zhì)燃料高灰煤、高硫煤、高灰高硫煤、高水分煤、各種煤矸石，還可以燒油頁巖、石油焦、尾礦、煤泥、尾氣、爐渣、樹皮、廢木頭、垃圾等。在燃料來源、品種和質(zhì)量多變的情況下，采用流化床燃燒技術(shù)是特別適宜的。 2燃燒效率高。采用帶飛灰循環(huán)燃

2、燒的流化床鍋爐，根據(jù)爐型和煤種的不同，燃燒效率可達(dá)90%99%。3流化床的截面熱強度高，鼓泡床鍋爐的截?zé)崦鏌釓姸葹?3MW/m2，循環(huán)流化床的截面熱強度為38MW/m2。4流化床燃燒溫度一般為900左右，采用石灰石作為床料添加劑時，爐內(nèi)脫硫效果好。與煤粉鍋爐采用煙氣干法和濕法脫硫相比，前者電廠投資和運行費用大為降低。5流化床鍋爐一般采用分級燃燒，燃燒溫度不高，NOX的濃度為100200ppm。6流化床鍋爐的負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大，調(diào)節(jié)性能好。對鼓泡床鍋爐，采用分床壓火或調(diào)節(jié)料層厚度，負(fù)荷變化范圍為100%50%。對循環(huán)床鍋爐，采用改變灰循環(huán)量可使鍋爐的負(fù)荷變化范圍為100%25%。負(fù)荷的連續(xù)變化速率可

3、達(dá)5%10%。7流化床鍋爐的溢流渣、冷渣含碳量低，可作為水泥熟料的添加劑和建筑材料。二、流化床燃燒鍋爐的缺點1鼓泡床鍋爐如不采用飛灰循環(huán)燃燒，則燃燒效率不高；采用飛灰循環(huán)燃燒，燃燒效率可與煤粉鍋爐相媲美，但系統(tǒng)較復(fù)雜。2流化床鍋爐的排煙原始含塵濃度比一般層燃鍋爐高很多，特別在燒高灰分煤時就高得更多，這就對除塵設(shè)備的型式及除塵系統(tǒng)的組成提出了更高的要求。否則，將影響在第一類、二類環(huán)保地區(qū)的使用。 3流化床鍋爐采用高壓鼓風(fēng)機，其電耗較高，且噪聲大，污染環(huán)境。4床內(nèi)受熱面、爐墻及對流受熱面的磨損比層燃鍋爐和煤粉鍋爐嚴(yán)重。 流化床鍋爐的組成與分類一、流化床鍋爐的組成流化床鍋爐主要由濃相床、稀相床（懸浮

4、段）、床內(nèi)受熱面、布風(fēng)裝置和尾部受熱面五部分組成（圖1-1）。布風(fēng)裝置由風(fēng)室、布風(fēng)板和風(fēng)帽組成。濃相床內(nèi)的床料與煤礦被流化，煤被燃燒。細(xì)小煤粒吹入懸浮段繼續(xù)燃燒。燃燒室內(nèi)煤燃燒放出熱的一部分被床內(nèi)受熱面吸收；另一部分被煙氣和飛灰?guī)щx燃燒室被后面的對流受熱面吸收。布風(fēng)裝置將燃燒空氣均勻分配，使?jié)庀啻擦骰|(zhì)量良好，獲得好的燃燒效果和床與受熱面之間好的傳熱工況。二、流化床鍋爐的分類根據(jù)流化床的流動形態(tài)和床料的不同，流化床鍋爐可分成三大類：鼓泡床鍋爐、循環(huán)床鍋爐和加壓流化床鍋爐。1鼓泡床鍋爐（圖1-1）鼓泡床鍋爐的特點是流化速度較低。流化速度u=qv/(Ab×3600)，qv為進入燃燒室的流

5、化空氣量（m3/h），Ab為床的截面積（m2）。鼓泡床熱態(tài)流化速度一般為34m/s。煤粒的尺寸一般為010mm.濃相床由乳化相和氣泡相組成，床內(nèi)有埋管受熱面，是這種鍋爐的另外兩個特點。這類鍋爐的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)較簡單，缺點是飛灰含碳量高，燃燒效率不高。 圖1-1 流化床鍋爐結(jié)構(gòu)1-流化空氣 2-風(fēng)室 3-布風(fēng)板 4-濃相床5-懸浮段 6-水進口 7-汽水混合物出口8-高溫?zé)煔馊α魇軣崦?9-床內(nèi)受熱面圖 1-2 MSFB鍋爐1-大粒子床 2-小粒子床 3-布風(fēng)裝置 4-燃燒室 5-高溫分離器 6-高中溫?zé)熑α魇軣崦嫫?7-外部低速流化床熱交換器 8-液化空氣 9-給煤口2循環(huán)床鍋爐循環(huán)床鍋爐有如

6、下幾種類型：（1）多粒子流化床鍋爐（圖1-2）MSFB（Multi-solids Fluidized Bed）鍋爐是由美國科拜特爾（Battelle）哥倫布實驗室研制的。它主要由燃燒室、高溫分離器、飛灰回送裝置和外部低速流化床熱交換器組成。燃燒室由下部大粒子床和上部小粒子床組成。燃燒室內(nèi)沒有布置受熱面。高溫分離器收集燃燒室出來的飛灰送入外部低速流化床熱交換器，生產(chǎn)蒸汽和使蒸汽過熱。被冷卻了的飛灰再回送至燃燒室再燃燒。飛灰的回送采用非機械式的L閥。這種鍋爐的特點是燃燒與傳熱分開。來自高溫分離器和外部低速流化床熱交換器的高中溫?zé)煔饬魅胛膊繉α魇軣崦?，冷卻和除塵之后，經(jīng)引風(fēng)機排入大氣。這種鍋爐的優(yōu)點

7、是燃燒效率高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。（2）Pyroflow循環(huán)床鍋爐（圖1-3）這種鍋爐主要由燃燒室、高溫分離器、送灰裝置組成。與MSFB鍋爐相比，它沒有外部低速流化床熱交換器。它的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)較簡單，燃燒效率高。（3）Circofluid循環(huán)床鍋爐（圖1-4）這種鍋爐的特點是：鼓泡床上加了一個小粒子床；采用中溫分離器；沒有外部低速流化床熱交換器；燃燒室頂部布置有對流受熱面和采用了煙氣再循環(huán)。它的優(yōu)點是燃燒效率高，結(jié)構(gòu)比較簡單。 圖1-3 Pyroflow 循環(huán)床鍋爐1-風(fēng)室 2-燃燒室 3-高溫分離器 4-送灰器 5-布風(fēng)板 6-二次風(fēng) 7-給煤 8-循環(huán)灰通道 9-液化空氣 10-高溫?zé)煔馊ノ膊繉α魇?/p>

8、熱面圖1-4 Circofluid 循環(huán)床鍋爐1-大粒子床 2-小粒子床 3-對流受熱面 4-熱空氣(二次風(fēng)、三次風(fēng)) 5-中溫分離器 6-送灰器 7-廢熱鍋爐 8-冷空氣 9-循環(huán)煙氣 10-循環(huán)飛灰 11-煤倉 12-石灰石倉 13-排灰點 14-除塵器 15-煙囪鼓泡床鍋爐和循環(huán)床鍋爐在工業(yè)鍋爐和電站鍋爐中都已商品化了。表達(dá)式1-1給出了它們的有關(guān)數(shù)據(jù)。3加壓流化床鍋爐加壓流化床鍋爐是一種清潔、高效的燃燒新技術(shù)。由于它在滿足環(huán)保排放要求和實現(xiàn)電站大型化方面的顯著的優(yōu)越性，所以被認(rèn)為是燃煤聯(lián)合循環(huán)發(fā)電中十分有前途的方案之一，受到世界各國的普遍重視。瑞典ABB公司分別在瑞典、西班牙和美國建立

9、了發(fā)電功率為80MW的加壓流化床燃燒聯(lián)合循環(huán)示范性電站。美國擬建發(fā)電功率為330MW的加壓流化床聯(lián)合循環(huán)發(fā)電商業(yè)性電站。我國東南大學(xué)自1981年起，經(jīng)歷了10年的實驗室規(guī)模的研究，建立了1MW熱功率的試驗裝置，進行了燃燒和排放控制方面的試驗。目前正在研制試驗規(guī)模的電廠。 表1-1 流化床燃燒鍋爐的有關(guān)數(shù)據(jù)比較 形 式鼓泡床鍋爐Circofluid鍋爐Pyroflow鍋爐MSFB鍋爐項 目熱功率范圍(MW)110020400204004200流化速度(m/s)13.53.55.06.08.0710高溫分離器溫度()-300500(中溫)850850尾部除塵器溫度()130150130150130

10、150130150燃燒效率(%)9095999999飛灰循環(huán)倍率-102050100351MW熱功率消耗的電功率(kw)141826-啟動時間(h)221616脫硫效率/鈣硫比so2/(Ca/S)90%/390%/1.690%/1.690%/1.6NOX(mg/m3)300200200200流化床燃燒鍋爐發(fā)展概況流化床燃燒鍋爐具有許多優(yōu)點：對燃料適應(yīng)性強，燃燒效率高，污染控制特性好，負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大，適合改造超齡鍋爐，便于實現(xiàn)灰渣的綜合利用等。近年來，國際上主要工業(yè)發(fā)達(dá)國家都集中財力和人力加快了對它的理論研究和工業(yè)發(fā)展研究。一、國際上流化床燃燒鍋爐的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢當(dāng)前國際上流化床鍋爐的發(fā)展集中在

11、以下幾方面：1帶飛灰循環(huán)燃燒的鼓泡床鍋爐 美國TVA夏伍衣（Shawnee）示范電廠于1988年投入運行，蒸發(fā)量為499t/h的鍋爐可作為典型代表。試運行結(jié)果表明：該鍋爐具有高效、低污染燃燒。對煤種適應(yīng)性強，負(fù)荷調(diào)節(jié)特性好等優(yōu)點。2帶飛灰燃盡床的鼓泡床鍋爐 日本電力動力發(fā)展公司研制的蒸發(fā)量為156t/h、帶5萬KW機組的鍋爐可作為典型代表。自1987年投運以來已累計運行1萬h，運行結(jié)果表明：燃燒穩(wěn)定，對煤種適應(yīng)性好，鍋爐效率高，能達(dá)到環(huán)保要求。3循環(huán)床鍋爐 聯(lián)邦德國、美國、芬蘭、中國都在積極發(fā)展各自形式的循環(huán)床鍋爐。聯(lián)邦德國的Lurgi型，其典型代表是杜易斯堡（Duisberg）的270t/h

12、、帶9.6KW機組的鍋爐。到1994年4月它已累計運行6h，鍋爐效率達(dá)到了90.8%。美國的拜特爾（Battelle）MSFB鍋爐，典型代表是1984年在愛爾蘭Kerry縣投運的、蒸發(fā)量為53t/h的鍋爐。實踐證明：其對燃料適應(yīng)性、污染控制特性極好，燃燒效率達(dá)99%。芬蘭有奧期龍型（Ahlstrom），典型代表是美國紐克拉（Nucla）電廠420t/h、帶11萬KW電功率的鍋爐，到1994年底已累計運行3.4萬h。中國清華大學(xué)和華中理工大學(xué)研制了具有型布置的循環(huán)床鍋爐。清華大學(xué)和四川鍋爐廠聯(lián)合開發(fā)的35t/h循環(huán)床鍋爐于1989年在包頭紡織總廠點火試運行。華中理工大學(xué)與武昌鍋爐容器廠研制的35

13、t/h循環(huán)床鍋爐也在益陽石煤發(fā)電綜合利用實驗廠投入運行。4先進的加壓流化床燃燒系統(tǒng) 即將煤的氣化、煤的燃燒相結(jié)合，搞蒸汽輪機和燃?xì)廨啓C聯(lián)合循環(huán)發(fā)電。美國福斯特惠勒公司受能源部的委托正在試驗研究一種先進的加壓流化床燃燒系統(tǒng)。其主要研究內(nèi)容是：部件性能研究；污染控制新方法研究；降低發(fā)電成本22%。聯(lián)邦德國魯奇公司正在發(fā)展一種非傳統(tǒng)的循環(huán)床燃燒系統(tǒng)-18萬KW熱功率的循環(huán)電廠。該系統(tǒng)由一個產(chǎn)生煤部分氣化的加壓流化床和一個燃燒加壓流化床排出的殘?zhí)亢兔旱某貉h(huán)床組成。加壓流化床產(chǎn)生的高溫?zé)煔馔苿尤細(xì)廨啓C發(fā)電；常壓循環(huán)床產(chǎn)生的蒸汽推動蒸汽輪機發(fā)電。試驗廠的試驗證明：焦炭的氣化率達(dá)60%75%，燃燒效率大

14、于90%，CA/S=1.52.0時脫硫效率達(dá)90%97%。5各種新型流化床鍋爐 旋渦流化床鍋爐、煤的氣化和殘?zhí)咳急M兩段流化床鍋爐、快速內(nèi)循環(huán)床鍋爐、多提升管淺床流化床鍋爐等，各種新型流化床鍋爐正在美國、英國發(fā)展目前已進入工業(yè)性試驗研究階段。這些爐型的共同特點是結(jié)構(gòu)緊湊。6舊鍋爐、超齡鍋爐、燃油鍋爐改造和電廠擴容工程中流化床燃燒技術(shù)的應(yīng)用 煤粉鍋爐改帶飛灰循環(huán)燃燒的鼓泡床鍋爐，其典型代表是美國黑狗子電站二號機組，鍋爐蒸發(fā)量為472t/h，電功率為12.5萬KW。燃油鍋爐改燒煤泥的循環(huán)流化床鍋爐，其典型代表是法國Emile Huchet電廠10萬KW燃油鍋爐的改造，改造后果其電功率擴大到12.5萬

15、KW。燃油鍋爐改帶飛灰燃盡床的鼓泡床鍋爐，其典型代表是日本電力動力公司的Takehara電廠35萬KW燃油鍋爐的改造設(shè)計。綜上所述，目前國際上流化床鍋爐的發(fā)展趨勢是：1為了提高燃燒效率和脫硫劑的利用率，正在積極發(fā)展各種形式的帶飛灰燃盡床和飛灰循環(huán)燃燒的鼓泡床鍋爐和各種形式的循環(huán)床鍋爐。2正在尋求發(fā)展第三代燃燒技術(shù)-非常規(guī)加壓流化床燃?xì)?、蒸汽?lián)合循環(huán)發(fā)電，以達(dá)到高效、低污染、低成本的目的。3為了滿足大電網(wǎng)的需要，發(fā)展1035萬KW流化床鍋爐是當(dāng)前主要目標(biāo)。4采用流化床燃燒新技術(shù)，實現(xiàn)對舊鍋爐、超齡鍋爐改造和電廠擴容，提高效率，減少污染，增強對燃料的適應(yīng)性，亦是世界各國普遍關(guān)注的問題。二、我國流化

16、床燃燒鍋爐的發(fā)展我國發(fā)展流化床鍋爐已有近20年的歷史。這20年來，發(fā)展流化床鍋爐的主要目的是利用劣質(zhì)燃料。其發(fā)展過程大致可分為三個階段：1改造舊鍋爐，掌握流化床燃燒技術(shù)。從60年代中期到70年代中期，主要是改造舊鍋爐，利用當(dāng)?shù)亓淤|(zhì)燃料。其典型代表是廣東江門甘蔗化工廠的50t/h和四川永榮礦務(wù)局的19t/h的流化床鍋爐。通過這些改造舊鍋爐的試驗，基本上掌握了流化床燃燒技術(shù)，為研制新鍋爐打下了基礎(chǔ)。2研制新鍋爐，應(yīng)用流化床燃燒技術(shù)。上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計研究所和上海鍋爐廠在一系列試驗臺試驗和工業(yè)性試驗的基礎(chǔ)上，共同研制了電站用35t/h和130t/h流化床鍋爐，分別安裝在益陽石煤發(fā)電綜合利用試驗廠和

17、雞西礦務(wù)局滴道電廠。東方鍋爐廠也在試驗研究的基礎(chǔ)上制造了35t/h流化床鍋爐，安裝在四川永榮礦務(wù)局電廠。這幾臺鍋爐的運行實踐證明：流化床鍋爐是利用我國劣質(zhì)燃料的一條途徑。3發(fā)展循環(huán)床鍋爐，提高流化床燃燒技術(shù)。為了提高燃燒效率，各科研單位、高等學(xué)校和制造廠家合作，研制了各種形式的循環(huán)床鍋爐和帶飛灰循環(huán)燃燒的鼓泡床鍋爐。清華大學(xué)與中國科學(xué)院工程熱物理所研制的35、75t/h循環(huán)床鍋爐相繼運行；哈爾濱工業(yè)大學(xué)、上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計研究所研制的130t/h帶飛灰循環(huán)燃燒的新型130t/h鼓泡床鍋爐已投入運行；浙江大學(xué)研制的35t/h煤泥流化床鍋爐也已投入運行；華中理工大學(xué)研制的35t/h循環(huán)床鍋爐具有

18、典型的型布置和中溫除塵的特點，也已投入運行。清華大學(xué)與中國科學(xué)院工程熱物理所目前正在研制220t/h的循環(huán)床鍋爐。這階段發(fā)展的特點是循環(huán)床鍋爐與帶飛灰循環(huán)燃燒的鼓泡床鍋爐同時并舉，并以利用劣質(zhì)煤為中心轉(zhuǎn)向高效、低污染的煤燃燒技術(shù)的綜合發(fā)展。我國能源結(jié)構(gòu)是以煤為主，年原煤產(chǎn)量超過10億t，我國煤矸石的堆積量為1012億t，并以年近1億t的數(shù)量增加，其中1/3以上的煤矸石熱值在3350kJ/kg以上，有利用價值。石煤的儲量也十分豐富，僅南方幾省就有618.8億t。褐煤已查明的儲量為845億t。入洗原煤量1989年為1.9億t，1990年為2.1億t，相應(yīng)的煤泥量為1300萬t和1500萬t，熱值為

19、8374kJ/kg左右。應(yīng)用流化床燃燒技術(shù)，燃燒上述燃料，無凝有重要戰(zhàn)略意義?？梢灶A(yù)料末來的510年間，是我國流化床燃燒鍋爐向大型化發(fā)展的年代。我國的發(fā)展戰(zhàn)略布置是：因地制宜地發(fā)展帶飛灰循環(huán)燃燒的鼓泡床鍋爐和各種形式的循環(huán)床鍋爐，切忌一風(fēng)吹，一邊倒；在舊鍋爐和超齡鍋爐的改造中使用流化床燃燒技術(shù)，以達(dá)到既能提高燃燒效率、減少污染，又能利用低質(zhì)燃料的目的。發(fā)展流化床鍋爐的意義一、節(jié)約燃料和利用劣質(zhì)煤我國是一個以煤為主要能源的國家，煤炭資源僅次于前蘇聯(lián)、美國，煤炭年產(chǎn)量占世界第一位。已探明我國煤炭儲量達(dá)7700億t，南北煤炭儲量和質(zhì)量差別甚大。北方煤炭資源豐富、煤質(zhì)好。南方煤炭資源貧乏、煤質(zhì)差。多年來煤矸石的累積量為10