李立明

摘 要：流化床燃燒技術(shù)研究初期，研究者們?yōu)槲覀兠枋隽艘环鶚O富魅力的發(fā)展前景：循環(huán)流化床鍋爐的發(fā)展勢(shì)不可擋，因?yàn)樗哂袔缀跛蟹矫娴南冗M(jìn)性。本文就流化床燃燒在電廠燃煤領(lǐng)域的地位進(jìn)行探討，以供參考！

關(guān)鍵詞：電廠;流化床;燃燒技術(shù);燃煤

1流化床燃燒技術(shù)的理想與現(xiàn)實(shí)

1.1流化床燃燒技術(shù)的理想

1.1.1高效率。

由于未燃燼碳粒隨固體物料的多次循環(huán)，使飛灰含碳量下降，保證了燃燒效率可與煤粉燃燒媲美（99%，甚至更高）。

1.1.2低污染。

由于低溫燃燒（850-900C）和分級(jí)送風(fēng)（二次風(fēng)率40%-50%），NOx的生成量很低。同時(shí)，因其燃燒溫度正處于爐內(nèi)加鈣固硫的最佳反應(yīng)區(qū)，脫硫劑隨固體物料多次循環(huán)，所以具有高的脫硫效率（Ca/S比為1.5時(shí)，脫硫效率可達(dá)90%）?！?/p>

1.1.3廣泛的燃料適應(yīng)性。

由于床內(nèi)存在許多循環(huán)物料，熱容量很大，可保證燃料著火的穩(wěn)定性，所以一般燃燒方式難以燃燒的石煤、煤研石、泥煤、洗煤泥、高硫煤、油頁(yè)巖、低熱值無(wú)煙煤以及各種工農(nóng)業(yè)垃圾都可在流化床中有效燃燒。

1.1.4負(fù)荷調(diào)節(jié)性能好。

可通過(guò)控制物料循環(huán)量和一、二次風(fēng)配比迅速有效地調(diào)節(jié)負(fù)荷。若采用外置式熱交換器，可優(yōu)化工質(zhì)側(cè)調(diào)節(jié)性能，負(fù)荷調(diào)節(jié)性能更好。

1.1.5燃料制備系統(tǒng)簡(jiǎn)單。

所要求的燃料粒徑在。0--8mm范圍內(nèi)，只需要簡(jiǎn)單的燃料破碎設(shè)備。它既可省去復(fù)雜的磨煤設(shè)備，又可減少?gòu)S用電耗。

1.1.6鍋爐造價(jià)低。

流化床燃燒具有很高的燃燒熱強(qiáng)度，所以其爐膛比常規(guī)鍋爐小。同時(shí)，床內(nèi)傳熱系數(shù)比常規(guī)鍋爐大得多，可減少受熱面金屬消耗量。另外，輔機(jī)系統(tǒng)也比煤粉燃燒鍋爐簡(jiǎn)單。

1.1.7防止結(jié)焦。

對(duì)低灰熔點(diǎn)的煤來(lái)說(shuō)，低溫燃燒可有效防止結(jié)焦。同時(shí)，可避免高溫腐蝕。

1.1.8磨損小。

與鼓泡床相比，循環(huán)流化床取消了床內(nèi)埋管，大大減少了受熱面磨損。

1.1.9灰渣綜合利用。

流化床燃燒溫度正處于灰渣的中濕活性區(qū)，灰渣可作為生產(chǎn)水泥的填料。

1.2流化床燃燒技術(shù)的現(xiàn)實(shí)。

20多年過(guò)去了，在大量理論研究和試驗(yàn)驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，循環(huán)流化床鍋爐已經(jīng)進(jìn)入了商業(yè)化運(yùn)行階段?，F(xiàn)在，我們可以回過(guò)頭來(lái)看一看，當(dāng)年對(duì)流化床燃燒技術(shù)的憧憬有多少變成了現(xiàn)實(shí)。

1.2.1效率。

運(yùn)行結(jié)果證實(shí)，循環(huán)流化床鍋爐的高燃燒效率是可以實(shí)現(xiàn)的，但是絕大多數(shù)此類鍋爐的燃燒效率都比希望的低，僅95%一97%，甚至更低。這是因?yàn)橐@得高燃燒效率必須滿足兩個(gè)基本條件：嚴(yán)格的燃料粒徑分布和高循環(huán)倍率。然而，嚴(yán)格的燃料粒徑要求增加了設(shè)備投資費(fèi)用和運(yùn)行成本，高循環(huán)倍率增加了設(shè)備磨損和流動(dòng)阻力。所以，片面追求高效率將帶來(lái)難以克服的負(fù)面影響。因此，從綜合經(jīng)濟(jì)性和設(shè)備可靠性考慮，大多數(shù)此類鍋爐不得不選擇燃燒效率相對(duì)較低的寬篩分煤和低倍率循環(huán)方式。

1.2.2污染物排放。

總體上說(shuō)，污染物排放控制達(dá)到了預(yù)想的目標(biāo)，NO二排放在100一ZOOppm。一氧化碳和碳?xì)浠衔锏呐欧帕恳埠艿停ㄟ@是低溫燃燒所

擔(dān)心的），床內(nèi)加鈣脫硫也具有較好的效果。但是，脫硫效果并不如原先想象的那么好。影響脫硫效果的因素很多，燃料特性、脫硫劑特性、循環(huán)倍率、運(yùn)行工況等等都對(duì)脫硫效果產(chǎn)生影響。從運(yùn)行情況看，要達(dá)到90%的脫硫效率，Ca/S比需1.8一2.5。

1.2.3燃料適應(yīng)性。

燃料適應(yīng)性好是可以肯定的。然而，對(duì)“燃料適應(yīng)性好”需要作概念上的澄清，對(duì)這一概念的正確理解是：對(duì)于各種燃料，包括一些一般燃燒方式難以燃燒的燃料，都可以進(jìn)行循環(huán)流化床鍋爐的特殊設(shè)計(jì)，使其有效利用。而不是說(shuō)一臺(tái)循環(huán)流化床鍋爐可以適應(yīng)各種燃料。事實(shí)上，受燃燒狀況和受熱面布置方式的限制，一臺(tái)循環(huán)流化床鍋爐的燃料適應(yīng)性是有限的。

1.2.4負(fù)荷調(diào)節(jié)性能。

運(yùn)行證明，循環(huán)流化床鍋爐的負(fù)荷調(diào)節(jié)性能優(yōu)于常規(guī)鍋爐，負(fù)荷調(diào)節(jié)速度快，調(diào)節(jié)比寬。但是控制物料循環(huán)量的回料閥故障率比較高，需要在結(jié)構(gòu)上加以改進(jìn)。

1.2.5燃料制備。

對(duì)于寬篩分煤（0--8mm），燃料制備系統(tǒng)是比較簡(jiǎn)單的。運(yùn)行費(fèi)用也小，但如果需要比較嚴(yán)格的燃料粒徑分布，燃料制備系統(tǒng)就復(fù)雜得多，運(yùn)行費(fèi)用也要增加。

1.2.6結(jié)焦與腐蝕。

低溫燃燒有利于避免高溫腐蝕是顯然的，但是結(jié)焦問(wèn)題比原先想象的復(fù)雜得多。實(shí)踐證明，相同的燃料，循環(huán)流化床內(nèi)的結(jié)焦溫度比煤

粉爐內(nèi)低得多。例如，有些tl>1150℃的煤，在循環(huán)流化床中燃燒溫度IOOO℃時(shí)就出現(xiàn)嚴(yán)重結(jié)焦。最新研究證實(shí)，這是由于結(jié)焦機(jī)理不同所致，流化床燃燒中的灰粒只要表面處于熔融狀態(tài)就會(huì)不斷粘結(jié)，造成結(jié)焦。所以，防止流化床嫉燒中結(jié)焦是一個(gè)全新的課題。

1.2.7磨損問(wèn)題。

循環(huán)流化床鍋爐的磨損仍然是存在的，尤其是高倍率循環(huán)鍋爐，磨損非常嚴(yán)重。低倍率循環(huán)鍋爐的磨損情況好些，磨損主要在分離器區(qū)，通過(guò)對(duì)材料和工藝的改進(jìn)，磨損量可有效控制。

1.2.8灰渣綜合利用。

流化床燃燒灰渣的綜合利用有一些成功的例子，但大部分并沒(méi)有能夠綜合利用。原因有二：一是灰渣特性與燃料有關(guān)，換言之，并不是所有灰渣都能綜合利用;二是很多地方?jīng)]有條件進(jìn)行綜合利用。

從以上的分析可以看出，循環(huán)流化床確實(shí)具有一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，但也存在不少技術(shù)障礙，其中有些是可以克服的，有些則是先天性缺陷，是難以克服的。

2影響流化床燃燒技術(shù)發(fā)展的問(wèn)題

2.1熱力計(jì)算方法

非常不幸的是，循環(huán)流化床鍋爐已經(jīng)進(jìn)人商業(yè)運(yùn)行階段，但卻沒(méi)有一份各方都能接受的、權(quán)威性的熱力計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。

常規(guī)鍋爐的爐膛熱力計(jì)算是以氣固均相流動(dòng)為基礎(chǔ)的，其計(jì)算方法不適用于循環(huán)流化床的爐膛熱力計(jì)算。循環(huán)流化床內(nèi)粒子分布存在明顯的不均勻，粒子濃度沿床的高度方向呈非線性遞減分布，在爐膛出口附近，粒子濃度又有較小幅度的遞增。更為重要的是粒子沿床的橫截面方向的不均勻性，靠近壁面區(qū)域的粒子濃度是中心區(qū)域的數(shù)倍至數(shù)十倍。另外，粒子運(yùn)動(dòng)特性也很復(fù)雜，爐膛中心區(qū)的粒子向上運(yùn)動(dòng)，而靠近壁面的粒子則向下回落（大量貼壁回落的粒子與受熱面直接接觸，存在導(dǎo)熱過(guò)程），爐膛出口附近還有一個(gè)氣固兩相運(yùn)動(dòng)的旋渦區(qū)。目前有許多種不同的熱力計(jì)算方法在被運(yùn)用，它們基本上都是從幅射換熱出發(fā)，用模型試驗(yàn)測(cè)得的傳熱數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納和修正，以此得出綜合傳熱系數(shù)。但是，由于模型試驗(yàn)和實(shí)際運(yùn)行之間的變化規(guī)律并沒(méi)有真正掌握，所以這些計(jì)算方法都不準(zhǔn)確。其不準(zhǔn)確性已被實(shí)踐證實(shí)。

要真正掌握熱力計(jì)算方法，需要認(rèn)真做好兩個(gè)方面的工作：一是要加強(qiáng)對(duì)床內(nèi)流動(dòng)特性和傳熱機(jī)理的理論研究工作，建立能真實(shí)反映床內(nèi)物理量變化特征的數(shù)學(xué)模型;二是要在已經(jīng)運(yùn)行的循環(huán)流化床鍋爐上進(jìn)行大量的測(cè)試工作，為完善數(shù)學(xué)模型提供真實(shí)數(shù)據(jù)。

2.2理論研究與實(shí)用化

流化床燃燒技術(shù)的理論研究工作已經(jīng)進(jìn)行得很多、很廣，有些問(wèn)題的研究已經(jīng)進(jìn)行得比較深人，但總體上看，理論研究工作存在三個(gè)問(wèn)題：一是大量的重復(fù)研究，二是研究工作缺乏系統(tǒng)性，三是研究工作沒(méi)有能夠和實(shí)用化緊密結(jié)合起來(lái)，致使大量研究成果被擱置。

理論研究只有與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)緊密結(jié)合起來(lái)，才能體現(xiàn)其價(jià)值。在這一點(diǎn)上，煤粉燃燒技術(shù)理論研究工作的方法值得借鑒，煤粉燃燒技術(shù)理論研究工作基本都是與煤粉燃燒器的開(kāi)發(fā)緊密結(jié)合的。

在產(chǎn)品實(shí)用化方面，對(duì)關(guān)鍵設(shè)備（氣固分離器、回料閥、外置式熱交換器等）的可靠性研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，這方面的工作需要加強(qiáng)。

3結(jié)論

3.1在可預(yù)見(jiàn)的將來(lái)，流化床燃燒技術(shù)尚不足以取代煤粉燃燒技術(shù)在煤燃燒領(lǐng)域的統(tǒng)治地位。煤燃燒領(lǐng)域以煤粉燃燒為主的總體格局不會(huì)有大的改變。

3.2流化床燃燒技術(shù)在某些方面具有一定的優(yōu)勢(shì)，尤其在劣質(zhì)燃燒利用方面，可能將出現(xiàn)以流化床燃燒技術(shù)為主的格局。同時(shí)，增壓流化床聯(lián)合循環(huán)的發(fā)展被普遍看好。

3.3在抑制NO2、SO2排放方面，流化床燃燒技術(shù)因其不需要昂貴的煙氣凈化設(shè)備而具有價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)。

3.4流化床燃燒技術(shù)取代煤粉燃燒技術(shù)是不太可能的。但是，流化床燃燒技術(shù)不久將參與到大型燃煤電站鍋爐的商業(yè)化競(jìng)爭(zhēng)中則是完全可能的。