摘要：循环流化床燃烧技术作为一种新型成熟的高效低污染清洁燃煤技术，其发展前景相当可观。基于此，本文首先阐述了循环流化床的发展现状，分析了循环流化床锅炉技术的特点，并详细探讨了循环流化床锅炉技术的发展前景。
关键词：循环流化床；发展现状；特点；发展前景
循环流化床燃烧技术是20世纪80年代在锅炉上得到成功应用的清洁煤燃烧技术，它具有燃料适应性广、燃烧效率高、氮氧化物排放低、负荷调节比大、负荷调节快等突出优点。主循环回路是循环流化床锅炉的关键，其主要作用是将大量高温固体物料从气流中分离出来，送回燃烧室，从而保持燃烧室稳定的流态化状态，保证燃料与脱硫剂多次循环、反复燃烧与反应，从而提高燃烧效率及脱硫效率。
一、循环流化床的发展现状
1、第一代循环流化床燃烧技术。旋风分离器广泛应用于化工、冶金等行业，它是一种较成熟的气体固体分离装置，在循环流化床锅炉中应用最多。德国较早开发出保温、耐火、耐磨性能好的高温绝热式旋风分离器循环流化床锅炉。在这种锅炉中，分离器入口温度一般控制在850℃左右，以绝热旋风筒为分离器的循环流化床锅炉也被称为第一代循环流化床锅炉。目前，许多企业在对循环流化床锅炉进行改造与创新时采用的基本原型都是这种锅炉形式。这种分离器的分离性能良好，据统计，目前有78%的循环流化床锅炉采用了高温绝热旋风分离器，基本上已常规化。但这种分离器存在一定问题，主要是因旋风筒的体积较大，如果用钢材做耗材，其成本较高，占地面积较大，并且旋风筒内衬较厚，需很多材料，在运行过程中，需较长的启动时间，并在运行过程中易出现各种故障，特别是当一些活性差的煤燃烧时，旋风筒内的燃烧使分离后的物料温度升高，从而导致筒内的超温结焦问题。随着循环流化床锅炉技术的不断更新，中温分离技术在一定程度上缓解了高温旋风筒问题，炉膛上部布置了大量受热面，从而降低了旋风筒入口烟气温度和体积，相对减小了旋风筒的体积与重量，在一定程度上克服了绝热旋风筒的技术缺陷。
2、第二代循环流化床锅炉燃烧技术。第二代循环流化床锅炉燃烧技术对应的是水(汽)冷分离循环流化床锅炉，是为了克服第一代循环流化床锅炉缺陷的一种新技术，由Foster Wheeler公司设计而成，在这种锅炉结构中，分离器外壳主要是水冷或汽冷管，采用弯制、焊装工艺制成，取消了绝热旋风筒的高温绝热层，取而代之的是，由受热面制成的曲面及其内侧布满销钉后再涂一层较薄厚度的高温耐磨浇注料，分离器壳外侧还覆盖有一层保温层，内侧敷设一层较薄的防磨材料。在锅炉运行过程中，水(汽)冷旋风筒能吸收锅炉运行过程中产生的部分热量，并且分离器内物料的温度不会上升，甚至可能会下降，因此很好地解决了旋风筒内侧防磨问题。采用该技术的循环流化床锅炉在运行中，回料系统几乎没有结焦问题，旋风筒也没有出现磨损问题，从而体现了锅炉性能的优越性。
3、第三代循环流化床锅炉技术。第三代循环流化床锅炉采用方形分离器，分离器的分离机理与圆形旋风筒并无本质区别，分离器壳体仍采用FW式水(汽)冷管壁式，但由于分离器旋风筒为平面结构，并且分离器壁面作为炉膛壁面水循环系统的一部分，在运行过程中，炉膛与锅炉间免除热膨胀节，与前两种锅炉燃烧技术相比具有一定的优越性。循环流化床锅炉内的方形分离器可紧贴炉膛布置，从而减少整个循环流化床锅炉的体积，为了防止严重磨损，方形分离器表面还敷设了一层薄的耐火层，使分离器起到传热表面的作用，以及使锅炉的启动和冷却速度加快。
目前，我国已投入运行的循环流化床锅炉还存在一些问题，例如，流化床的燃烧工况组织不好，流化床温度高，旋风分离器中的一氧化碳和残碳后燃会引起数十度甚至上百度的温度变化，使流化床内的结焦温度降低，因此，结焦一直是我国循环流化床锅炉运行中的一个安全隐患。根据循环流化床锅炉的燃烧原理，若采用带冷却功能的旋风筒，可控制分离器内的温度，从而消除锅炉运行中的结焦风险。
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二、循环流化床锅炉技术的特点
1、燃料利用率高。与以往的鼓泡床锅炉相比，循环流化床锅炉的燃料利用率有了显著提高。循环流化床锅炉由于具有良好的气固两相混合、高燃烧率和对飞灰进行再循环燃烧的特点，在现有技术的基础上，能最大限度地节约资源，减少燃煤损失，燃烧效率在95%～99%范围内。
2、燃料适应性广。自循环流化床锅炉发展以来，已能适应大多数燃料，这是循环流化床锅炉技术在市场上被广泛应用的一个重要因素。在循环流化床锅炉中，实现了燃料与脱硫剂、灰渣等不可燃固体颗粒物的良好配合，灰渣将燃料加热到着火点开始燃烧，煤燃烧又释放热量，从而使床体保持一定的温度。因此，循环流化床锅炉的使用使燃料更易燃烧，而且对燃料的适应性也更广。
3、负载调节范围大，速度快。当床体负荷压力变化时，过去使用的鼓泡流化床锅炉采用分床压火技术，操作困难，而循环流化床锅炉将操作简单化，只需调节给煤量、空气量及物料循环量，负载调节速度快，调节范围大幅度增加。
4、排放污染物少。对工业生产来说，减少环境污染代表着生产技术的进一步优化。循环流化床锅炉在污染物排放量上进行了技术性革新，通过一级飞灰分离循环燃烧技术，极大地减少了燃料燃烧过程中产生的有害气体及其他污染副产物，从而对环境十分友好。
三、循环流化床锅炉技术的发展前景
1、超临界大型化发展。超临界循环流化床的发展方向与其独特的燃烧特性密切相关，循环流化床锅炉的煤粉热量低于常规循环流化床锅炉煤粉热量，因此，在这种情况下，对水冷壁的要求相对较高。在循环流化床锅炉使用过程中，其所产生的固体传热系数与锅炉温度和固定浓度呈反比关系，即随着锅炉温度或固定浓度的降低，固体传热系数越来越高，但这种关系可在一定程度上调节与控制水冷壁的温度，有利于保证流化床锅炉的使用效果，从而促进超临界大型流化床锅炉的发展。
2、深度脱硝脱硫。循环流化床锅炉具有空气分级供给燃烧和低温燃烧的特性，它有利于氧氮化物的形成，与同期一些锅炉相比，可降低氮氧浓度，使NO浓度低于300mg/m3。随着国家对锅炉污染物排放标准要求的不断提高，锅炉深度脱硝是循环流化床的重点发展方向。循环流化床锅炉在我国分布较广，虽然有很多循环流化床锅炉，但其脱硫技术却不以为然。在日益严重的环境污染下，解决煤的深度脱硫问题是锅炉技术的重点研发方向，根据国家有关电厂污染物排放标准，将二氧化硫排放标准降低至400mg/m3，为了解决污染排放问题，在循环流化床中加入石灰石进行脱硫，该方式比传统的湿法脱硫效果更好。但这种方法在实际应用中需对灰渣进行处理以降低竞争力，这使得循环流化床锅炉深度脱硫成为主要的发展目标。
3、综合利用能源。能源综合利用是未来循环流化床锅炉技术发展的另一个重要方向。主要有三点：一是在循环流化床锅炉技术的基础上，对部分低级能源进行整合优化利用；二是将循环流化床锅炉与其他原料、能源进行加工整合，以提高能源利用率；三是对大型循环流化床锅炉燃烧后产生的灰渣进行加工利用，这是循环流化床锅炉技术发展中的难题，主要是因采用石灰石脱硫技术不仅增加了灰渣数量，而且使它与其他物质化学性质存在差异，因此很难采用常规方法对灰渣进行统一处理。如何研究出一种适合处理循环流化床锅炉脱硫灰渣的方法，已成为当前国内外循环流化床锅炉技术研究的热点问题。
参考文献：
[1]王耀昕.大型循环流化床锅炉的发展趋势[J].电站系统工程，2014(02)．
[2]蔡润夏.超临界循环流化床锅炉技术的发展[J].中国电力,2016(07).
[3]李云飞.循环流化床锅炉技术的现状及发展前景[J].民营科技,2015(12).
论文作者:刘皎月
论文发表刊物:《电力设备》2019年第22期
论文发表时间:2020/4/13
标签：流化床论文; 锅炉论文; 旋风论文; 技术论文; 分离器论文; 燃料论文; 温度论文; 《电力设备》2019年第22期论文;