循環流化床鍋爐原理和特性

河南省太鍋鍋爐制造有限公司生產的流化床電站鍋爐出口巴基斯坦。循環流化床鍋爐是近十幾年發展起來的一項高效、低污染清潔燃燒技術。具有燃燒效率高、煤種適應性廣、煙氣中有害氣體排放濃度低、負荷調節范圍大、灰渣可綜合利用等優點。  
循環流化床鍋爐工作原理：  
　　固體粒子經與氣體或液體接觸而轉變為類似流體狀態的過程，稱為流化過程。流化過程用于燃料燃燒，即為流化燃燒，其爐子稱為流化床鍋爐。  
　　循環流化床鍋爐是在鼓泡流化床鍋爐技術的基礎上發展起來的新爐型，它與鼓泡床鍋爐的最大區別在于爐內流化風速較高（一般為4～8m/s），在爐膛出口加裝了氣固物料分離器。被煙氣攜帶排出爐膛的細小固體顆粒，經分離器分離后，再送回爐內循環燃燒。循環流化床鍋爐可分為兩個部分：第一部分由爐膛（快速流化床）、氣固物料分離器、固體物料再循環設備和外置熱交換器（有些循環流化床鍋爐沒有該設備）等組成，上述部件形成了一個固體物料循環回路。第二部分為對流煙道，布置有過熱器、再熱器、省煤器和空氣預熱器等，與其它常規鍋爐相近。  
　循環流化床鍋爐燃燒所需的一次風和二次風分別從爐膛的底部和側墻送入，燃料的燃燒主要在爐膛中完成，爐膛四周布置有水冷壁用于吸收燃燒所產生的部分熱量。由氣流帶出爐膛的固體物料在氣固分離裝置中被收集并通過返料裝置送回爐膛。  
　　循環流化床燃燒鍋爐的基本技術特點：  
　　(1)低溫的動力控制燃燒  
　　循環流化床燃燒是一種在爐內使高速運動的煙氣與其所攜帶的湍流擾動極強的固體顆粒密切接觸，并具有大量顆粒返混的流態化燃燒反應過程；同時，在爐外將絕大部分高溫的固體顆粒捕集，并將它們送回爐內再次參與燃燒過程,反復循環地組織燃燒。顯然，燃料在爐膛內燃燒的時間延長了。在這種燃燒方式下，爐內溫度水平因受脫硫最佳溫度限制，一般850℃左右。這樣的溫度遠低于普通煤粉爐中的溫度水平，并低于一般煤的灰熔點，這就免去了灰熔化帶來的種種煩惱。這種“低溫燃燒”方式好處甚多，爐內結渣及堿金屬析出均比煤粉爐中要改善很多，對灰特性的敏感性減低，也無須很大空間去使高溫灰冷卻下來，氮氧化物生成量低，可于爐內組織廉價而高效的脫硫工藝，等等。從燃燒反應動力學角度看，循環流化床鍋爐內的燃燒反應控制在動力燃燒區(或過渡區)內。由于循環流化床鍋爐內相對來說溫度不高，并有大量固體顆粒的強烈混合，這種情況下的燃燒速率主要取決于化學反應速率，也就是決定于溫度水平，而物理因素不再是控制燃燒速率的主導因素。循環流化床鍋爐內燃料的燃盡度很高，通常，性能良好的循環流化床鍋爐燃燒效率可達95～99％以上。  
　　(2)高速度、高濃度、高通量的固體物料流態化循環過程  
　　循環流化床鍋爐內的固體物料（包括燃料、殘炭、灰、脫硫劑和惰性床料等）經歷了由爐膛、分離器和返料裝置所組成的外循環。同時在爐膛內部因壁面效應還存在著內循環，因此循環流化床鍋爐內的物料參與了外循環和內循環兩種循環運動。整個燃燒過程以及脫硫過程都是在這兩種形式的循環運行的動態過程中逐步完成的。  
　　(3)高強度的熱量、質量和動量傳遞過程  
　　在循環流化床鍋爐中，大量的固體物料在強烈湍流下通過爐膛，通過人為操作可改變物料循環量，并可改變爐內物料的分布規律，以適應不同的燃燒工況。在這種組織方式下，爐內的熱量、質量和動量傳遞過程是十分強烈的，這就使整個爐膛高度的溫度分布均勻。  
循環流化床鍋爐的優點。  
　　(1)燃料適應性廣  
　　這是循環流化床鍋爐的主要優點之一。在循環流化床鍋爐中按重量計，燃料僅占床料的1～3％，其余是不可燃的固體顆粒，如脫硫劑、灰渣等。因此，加到床中的新鮮煤顆粒被相當于一個“大蓄熱池”的灼熱灰渣顆粒所包圍。由于床內混合劇烈，這些灼熱的灰渣顆粒實際上起到了無窮的“理想拱”的作用，把煤料加熱到著火溫度而開始燃燒。在這個加熱過程中，所吸收的熱量只占床層總熱容量的千分之幾，因而對床層溫度影響很小，而煤顆粒的燃燒，又釋放出熱量，從而能使床層保持一定的溫度水平，這也是流化床一般著火沒有困難，并且煤種適應性很廣的原因所在。  
　　(2)燃燒效率高  
　　循環流化床鍋爐的燃燒效率要比鼓泡流化床鍋爐高，通常在95～99％范圍內，可與煤粉鍋爐相媲美。循環流化床鍋爐燃燒效率高是因為有下述特點：氣固混合良好；燃燒速率高，其次是飛灰的再循環燃燒。  
　　(3)高效脫硫  
　　由于飛灰的循環燃燒過程，床料中未發生脫硫反應而被吹出燃燒室的石灰石、石灰能送回至床內再利用；另外，已發生脫硫反應部分，生成了硫酸鈣的大粒子，在循環燃燒過程中發生碰撞破裂，使新的氧化鈣粒子表面又暴露于硫化反應的氣氛中。這樣循環流化床燃燒與鼓泡流化床燃燒相比脫硫性能大大改善。當鈣硫比為1.5～2.0時，脫硫率可達85～90％。而鼓泡流化床鍋爐，脫硫效率要達到85～90％  ，鈣硫比要達到3～4，鈣的消耗量大一倍。與煤粉燃燒鍋爐相比，不需采用尾部脫硫脫硝裝置，投資和運行費用都大為降低。  
　　(4)氮氧化物（NOX）排放低  
　　氮氧化物排放低是循環流化床鍋爐另一個非常吸引人的特點。運行經驗表明，循環流化床鍋爐的NOX排放范圍為50～150ppm或40～120mg/MJ。循環流化床鍋爐NOX排放低是由于以下兩個原因：一是低溫燃燒，此時空氣中的氮一般不會生成NOX  ；二是分段燃燒，抑制燃料中的氮轉化為NOX  ，并使部分已生成的NOX得到還原。  
　　(5)燃燒強度高，爐膛截面積小  
　　爐膛單位截面積的熱負荷高是循環流化床鍋爐的另一主要優點。其截面熱負荷約為3.5～4.5MW/m2，接近或高于煤粉爐。同樣熱負荷下鼓泡流化床鍋爐需要的爐膛截面積要比循環流化床鍋爐大2～3倍。  
　　(6)負荷調節范圍大，負荷調節快  
　　當負荷變化時，只需調節給煤量、空氣量和物料循環量，不  必像鼓泡流化床鍋爐那樣采用分床壓火技術。也不象煤粉鍋爐那樣，低負荷時要用油助燃，維持穩定燃燒。一般而言，循環流化床鍋爐的負荷調節比可達（3～4）：1。負荷調節速率也很快，一般可達每分鐘4％。  
　　(7)易于實現灰渣綜合利用  
　　循環流化床燃燒過程屬于低溫燃燒，同時爐內優良的燃盡條件使得鍋爐的灰渣含炭量低（含炭量小于1％），屬于低溫燒透，易于實現灰渣的綜合利用，如作為水泥摻和料或做建筑材料。同時低溫燒透也有利于灰渣中稀有金屬的提取。  
　　(8)床內不布置埋管受熱面  
　　循環流化床鍋爐的床內不布置埋管受熱面，因而不存在鼓泡流化床鍋爐的埋管受熱面易磨損的問題。此外，由于床內沒有埋管受熱面，啟動、停爐、結焦處理時間短，可以長時間壓火等。  
　　(9)燃料預處理系統簡單  
　　循環流化床鍋爐的給煤粒度一般小于13mm，因此與煤粉鍋爐相比，燃料的制備破碎系統大為簡化。  
　　(10)給煤點少  
　　循環流化床鍋爐的爐膛截面積小，同時良好的混合和燃燒區域的擴展使所需的給煤點數大大減少。既有利于燃燒，也簡化了給煤系統。

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