朱健

摘 要 隨著當(dāng)前我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)不斷發(fā)展，各個(gè)行業(yè)科技水平日新月異，筆者結(jié)合當(dāng)前我國(guó)循環(huán)流化床鍋爐方面發(fā)展的現(xiàn)狀，針對(duì)當(dāng)前的科研發(fā)展水平，分析和探討了循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)在未來(lái)時(shí)期的發(fā)展態(tài)勢(shì)。

關(guān)鍵詞 動(dòng)力機(jī)械工程 鍋爐技術(shù) 循環(huán)流化床 進(jìn)展

一、前言

當(dāng)前由于我國(guó)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度越來(lái)越高，人們的生活環(huán)境也是越來(lái)越好，對(duì)于資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)也越來(lái)越引起大眾的重視。為了適應(yīng)時(shí)代發(fā)展和需求，循環(huán)流化床技術(shù)正不斷受到推廣和應(yīng)用，這門(mén)技術(shù)目前已經(jīng)逐步作為了可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略以及清潔煤燃燒技術(shù)的核心戰(zhàn)略之一。循環(huán)流化床技術(shù)有諸多優(yōu)點(diǎn)：能源利用率高、燃燒十分清潔、安全性能高、環(huán)境友好。由于現(xiàn)在電廠中的低負(fù)荷調(diào)節(jié)要求程度比較高，而自備電站的負(fù)荷波動(dòng)幅度也比較大、調(diào)峰電廠的負(fù)荷變化也比較頻繁，針對(duì)這些特點(diǎn)，在電廠中選擇循環(huán)流化床技術(shù)無(wú)疑最為有益。

二、國(guó)內(nèi)外循環(huán)流化床發(fā)展概況

其實(shí)早在20世紀(jì)20年代就已經(jīng)出現(xiàn)了循環(huán)流化床技術(shù)，而成為真正行業(yè)領(lǐng)域的實(shí)用技術(shù)則是在20世紀(jì)50年代和60年代之后。在上世紀(jì)50年代的南非首先研制發(fā)明了費(fèi)一托反應(yīng)器，在上世紀(jì)60年代末，德國(guó)魯奇公司開(kāi)發(fā)和運(yùn)行1VAW氫氧化鋁熔化反應(yīng)堆。之后由于具有高活性、高度選擇性的沸石催化劑取代了流化床，并且取得了廣泛的應(yīng)用。在1971年Deh首先研究了循環(huán)流化床的流化圖，這個(gè)流化圖成功的將整個(gè)循環(huán)過(guò)程的基本特征描述出來(lái)。在1976年，快速流態(tài)化概率被提出。通過(guò)持續(xù)的研究，才逐漸使得越來(lái)越多的人開(kāi)始重視循環(huán)流化床技術(shù)，而自從上世紀(jì)80之后，對(duì)于循環(huán)流化床技術(shù)的研究進(jìn)入了一個(gè)高峰時(shí)期。

我國(guó)對(duì)循環(huán)流化床的研究是從上世紀(jì)50年代末首先由中科院牽頭開(kāi)始，此后特別是80年代以來(lái)， 國(guó)內(nèi)很多研究院所以及高效都陸續(xù)開(kāi)始投入對(duì)循環(huán)流化床的研究開(kāi)發(fā)工作之中，并且在某些地區(qū)開(kāi)始試點(diǎn)引進(jìn)循環(huán)流化床機(jī)組。國(guó)家計(jì)委在2001年7月發(fā)出通知，對(duì)于使用潔凈煤燃燒的技術(shù)示范予以政策優(yōu)惠，并且還會(huì)進(jìn)入我國(guó)重點(diǎn)鼓勵(lì)產(chǎn)業(yè)名單之中。最近這些年，我國(guó)對(duì)于循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的研發(fā)不斷深入，已經(jīng)取得很多階段性成果。在1998年底已經(jīng)有500多臺(tái)容量在35t/h以上的循環(huán)流化床鍋爐投入運(yùn)轉(zhuǎn)。而400t/h 級(jí)的國(guó)產(chǎn)循環(huán)流化床鍋爐目前也越來(lái)越成熟，很多400t/h級(jí)的循環(huán)流化床鍋爐在很多電廠也在陸續(xù)投入使用之中。對(duì)于傳統(tǒng)的燃燒鍋爐而言，會(huì)產(chǎn)生大量的有害氣體，而國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于這些氣體排放是有嚴(yán)格指標(biāo)控制的，因此對(duì)于傳統(tǒng)鍋爐而言必須要進(jìn)行相應(yīng)的煙氣脫硝裝置的安裝，此種改造費(fèi)用是大多數(shù)發(fā)電企業(yè)難以承受的。正是基于這個(gè)現(xiàn)狀，可以預(yù)見(jiàn)在未來(lái)的發(fā)電市場(chǎng)中循環(huán)流化床技術(shù)的應(yīng)用前景會(huì)越來(lái)越廣泛。

三、循環(huán)流化床燃燒原理及主要特點(diǎn)

循環(huán)流化床燃燒是通過(guò)燃燒廢物以及化石燃料而產(chǎn)生能量的一種燃燒技術(shù)。而其核心技術(shù)則是將燃料加熱到流化狀態(tài)下使其燃燒產(chǎn)生熱能。通常而言，細(xì)粒子在燃燒室上部燃燒，而粗粒子則位于燃燒室下部燃燒。有些很細(xì)的粒子會(huì)被吹出燃燒室，但是隨后在分離器的作用下會(huì)立即被送回床內(nèi)繼續(xù)燃燒。循環(huán)流化床燃燒系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成：流化床燃燒室、飛灰回送器、飛灰分離燃料收集裝置組成。也存在循環(huán)流化床燃燒系統(tǒng)具有外部流化床熱交換器這個(gè)部件，通過(guò)這個(gè)部件可以使得熱傳遞和燃料燃燒快速轉(zhuǎn)換。

循環(huán)流化床燃燒技術(shù)使得燃料的利用效率很高：一般工業(yè)生產(chǎn)中常用的流化床鍋爐以及工業(yè)鍋爐可以達(dá)到85～90%的燃燒效率，而循環(huán)流化床鍋爐通過(guò)將飛灰循環(huán)燃燒可以使得最終燃燒效率高達(dá)95%以上。

循環(huán)流化床燃燒技術(shù)具備強(qiáng)化燃燒以及低溫的特點(diǎn)：煤的灰渣變形溫度通常為1000～2000攝氏度，而流化床中溫度控制在850～1050攝氏度之間，因此在燃燒過(guò)程中殘?jiān)灰仔纬?。結(jié)渣現(xiàn)象在流化床技術(shù)中是最忌諱的，一旦出現(xiàn)結(jié)渣會(huì)使得設(shè)備很難正常運(yùn)轉(zhuǎn)，燃料部分順利進(jìn)入流化狀態(tài)，最終煤炭等燃料燃燒不夠充分，使得機(jī)器停止工作。

通過(guò)分級(jí)燃燒的手段，循環(huán)流化床技術(shù)可以有效降低NOX排放量，必須要足夠重視二級(jí)燃燒組織過(guò)程時(shí)的送風(fēng)問(wèn)題，必須要在二次送風(fēng)過(guò)程中保證NOX的分解能夠順利完成。床內(nèi)的過(guò)量空氣系數(shù)應(yīng)保證在0.9最佳，為了實(shí)現(xiàn)脫硫所需以及降低NOX排放效果。與此同時(shí)，NOX生成量會(huì)顯著減少，當(dāng)保持爐內(nèi)溫度在830～850攝氏度之間。

循環(huán)流化床燃燒技術(shù)還很大程度上提高了鍋爐的容積熱負(fù)荷以及爐膛截面熱強(qiáng)度，通過(guò)再循環(huán)利用飛灰，使得一般流化床中大量熱量釋放的缺點(diǎn)被有效避免。大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)果表明：普通流化床的爐膛容積熱強(qiáng)度為0.1～ 0.2MW/m2，爐膛截面熱強(qiáng)度為1～3MW/m2； 而循環(huán)流化床的爐膛容積熱強(qiáng)度為0. 16～0.32MW/m2，爐膛截面熱強(qiáng)度為3～8MW/m2。

循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)還具備調(diào)節(jié)性能良好，負(fù)荷變化幅度大的優(yōu)點(diǎn)。只需要將流化速度以及給煤量予以適當(dāng)調(diào)節(jié)使其能夠滿(mǎn)足負(fù)荷的變化，當(dāng)鍋爐負(fù)荷變化時(shí)。當(dāng)處于低負(fù)荷時(shí)，不需要像煤粉爐用油助燃，也不需要像常規(guī)流化床鍋爐采取分床壓火，因此更加適合用于調(diào)峰機(jī)組。

床料中未發(fā)生脫硫反應(yīng)的石灰石通過(guò)飛灰的再循環(huán)燃燒過(guò)程能夠再回到燃燒床內(nèi)與SO2反應(yīng)，通過(guò)這種方式可以很大程度上將石灰石的利用率大幅提升，大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明：常規(guī)流化床， 脫硫效率必須要鈣硫比在3～4時(shí)才達(dá)到85%～90%，而在循環(huán)流化床中的鈣硫比為1.5～2.0時(shí)， 脫硫效率就已經(jīng)可以高達(dá)85%～90%。

四、循化流化床鍋爐技術(shù)有待解決的問(wèn)題

在鼓泡床鍋爐基礎(chǔ)上循環(huán)流化床鍋爐得以逐漸發(fā)展起來(lái)，而鼓泡床鍋爐存在的很多缺點(diǎn)和問(wèn)題，通過(guò)循環(huán)流化床技術(shù)都可以解決，但是即便如此，與常規(guī)的粉煤爐相比還是有一些問(wèn)題是循環(huán)流化床鍋爐亟需解決的。

（一）磨損問(wèn)題

循環(huán)流化床鍋爐爐膛內(nèi)物料濃度通常會(huì)是常規(guī)煤粉爐的十至幾十倍，并且其燃料粒徑也比較大。鑒于這種特殊性，在循環(huán)流化床鍋爐之中設(shè)置了很多的防磨措施，不過(guò)在實(shí)際工作之中還是存在著鍋爐的分離器和受熱面的磨損速度過(guò)高的現(xiàn)象。

（二）大型化問(wèn)題

雖然這些年我國(guó)在循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)上取得了很大的發(fā)展，目前投入運(yùn)行的單爐容量也已經(jīng)超過(guò)了500t/h，也正在加緊研制更大容量的鍋爐。但是由于目前的技術(shù)還不成熟，要短時(shí)間實(shí)現(xiàn)容量過(guò)1000t/h還有困難。

（三）自動(dòng)化水平要求高

相對(duì)于常規(guī)鍋爐而言，在灰渣控制系統(tǒng)和風(fēng)煙系統(tǒng)方面循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)比較復(fù)雜，因此存在很多操作點(diǎn)，而各爐型燃燒調(diào)整方式也千差萬(wàn)別，因此要使用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行操作還很煩躁，需要進(jìn)一步簡(jiǎn)化操作，提升自動(dòng)化水平。

（四）理論和技術(shù)問(wèn)題

我國(guó)對(duì)于循環(huán)流化床燃燒技術(shù)雖然研發(fā)速度很快，但是由于起步比較晚，因此還存在很多技術(shù)問(wèn)題，而對(duì)于國(guó)外而言技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，無(wú)論在鍋爐設(shè)計(jì)、運(yùn)轉(zhuǎn)以及各方面研究都取得很大成果。當(dāng)前對(duì)于國(guó)內(nèi)行業(yè)而言，近些年也研制、運(yùn)行了一些高壓電站鍋爐，但是理論和相關(guān)技術(shù)問(wèn)題還是沒(méi)有得到根本解決，必須要進(jìn)一步加深研究。在鍋爐的運(yùn)轉(zhuǎn)方面也沒(méi)有一套成熟、系統(tǒng)的管理經(jīng)驗(yàn)，缺少統(tǒng)一、合理的標(biāo)準(zhǔn)體系，因此對(duì)于電廠設(shè)備調(diào)試和改造往往都會(huì)帶來(lái)很多問(wèn)題。當(dāng)前我國(guó)在這方面的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)進(jìn)步都在改善，必須要針對(duì)這些問(wèn)題給與充分重視。

五、結(jié)束語(yǔ)

隨著當(dāng)前我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)不斷發(fā)展，各個(gè)行業(yè)科技水平日新月異，循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的發(fā)展也取得了很多成果， 未來(lái)綜合了超臨界機(jī)組高供電效率以及循環(huán)流化床污染控制、成本低及兩個(gè)優(yōu)勢(shì)的循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)必定會(huì)逐漸成為發(fā)展方向。作為科研技術(shù)人員，必須要不斷通過(guò)學(xué)習(xí)，努力創(chuàng)新，為行業(yè)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

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