流化床锅炉

流化床锅炉(Fluidized bed boiler),也称沸腾炉,是采用流态化方式燃烧固体酒精的、应用清洁能源技术的锅炉,主要用来燃用劣质煤(如煤矸石等)。

流化床的概念最早出现在化工领域。1921年,德国科学家弗里茨·温克勒(Fritz Winkler)建立了第一个小型流化床燃烧试验台,进行了流态化技术的试验研究,并申请了专利。道格拉斯·埃利奥特(Douglass Elliott)于20世纪60年代初与英国煤炭利用研究协会和煤炭局一起开发流化床锅炉,几年之后第一台常规鼓泡流化床锅炉投入了运行。接着中国和美国的鼓泡流化床锅炉也先后投入运行。第一台商用循环流化床锅炉于1979年在芬兰投产。20世纪80年代,德国鲁奇公司首先取得了循环流化床的专利,并研究开发出当时世界上最大的270t/h循环流化床锅炉,由此引发出了全世界循环流化床的开发热潮。

二十世纪70年代末期以前,中国的锅炉改造以提高出力为主。进入80年代以后,中国对锅炉节能提出严格要求后,锅炉改造的目的就转移到提高锅炉热效率方面。经改造后的锅炉取得较明显的节能效果和较好的经济效益。随着中国流化床燃烧技术的发展,工业锅炉改流化床锅炉也得到了迅速发展。2000年起,中国与世界同步启动了超临界直流循环流化床锅炉的研究。2013年4月14日,中国自主研发、设计、制造的世界首台600MW超临界循环流化床机组在四川白马建成投产。该机组是世界上投运的单机容量最大、技术最先进的超临界循环流化床机组,代表了当时循环流化床发电技术的最高水平。2025年11月28日,世界首台660兆瓦高效超超临界循环流化床锅炉在中国安全运行一周年并通过权威鉴定评审。各项性能指标均达到或超过设计值,填补了全球行业空白,更标志中国在清洁发电技术领域实现重要突破。

流化床锅炉按气固两相流的流动可分为鼓泡流化床流型的鼓泡床锅炉和稠密气力输送流型的循环流化床锅炉。第一代流化床锅炉是鼓泡流化床锅炉。循环流化床锅炉是鼓泡流化床锅炉的升级版,是第二代流化床锅炉。循环流化床锅炉广泛用于燃用低热值、高灰分、高水分、低挥发分煤,以及煤矸石、煤泥、油母页岩、石油焦、生物质燃料和垃圾,在燃用劣质燃料方面,循环流化床锅炉与煤粉锅炉相比具有独特的优势。循环流化床锅炉燃料制备简单且不需干燥,无需其它辅助燃料,具有很高的燃烧效率。循环流化床锅炉工作原理就是通过高速气流使固体颗粒悬浮并循环流动。循环流化床锅炉被广泛应用于电力、石油、化工以及垃圾处理等领域,带来了巨大的经济效益和社会效益。循环流化床锅炉相关技术是国际上公认的商业化程度最好的洁净煤技术之一。

发展沿革

国际

1921年,弗里茨·温克勒(Fritz Winkler)建立了第一个小型流化床燃烧试验台,进行了流态化技术的试验研究,并申请了专利。道格拉斯·埃利奥特(Douglass Elliott)于20世纪60年代初与英国煤炭利用研究协会和煤炭局一起开发流化床锅炉,几年之后第一台常规鼓泡流化床锅炉投入了运行。接着中国和美国的鼓泡流化床锅炉也先后投入运行。

20世纪80年代,德国鲁奇公司首先取得了循环流化床的专利,并研究开发出当时世界上最大的270t/h循环流化床锅炉,由此引发出了全世界循环流化床的开发热潮。

日本电力动力发展公司研制的带飞灰燃尽床的鼓泡床锅炉是这一领域的典型代表,其蒸发量为156t/h,并配备5万kW机组。自1987年投入运行以来,该锅炉已累计运行1万小时。实践证明,其燃烧过程稳定,对不同煤种的适应性强,锅炉整体效率高,且完全能够满足环保要求。

美国TVA夏伍衣(Shawnee)示范电厂的带飞灰循环燃烧鼓泡床锅炉于1988年正式投入运行。其中,蒸发量为499t/h的锅炉堪称典型代表。试运行结果显示,该锅炉具备高效、低污染的燃烧性能,对煤种的适应性极强,且负荷调节特性优良。

循环床锅炉在德国、美国、芬兰和中国都得到了积极发展,各国形成了各具特色的循环床锅炉技术。联邦德国的Lurgi型循环床锅炉具有代表性。其中,杜伊斯堡(Duisberg)电厂的270t/h锅炉配备9.6万kW机组,截至1994年4月,累计运行时间已达6万小时,锅炉效率高达90.8%。美国的拜特尔(Battelle)MSFB锅炉也表现突出。1984年在爱尔兰Kerry县投运的53t/h蒸发量锅炉,实践证明对燃料的适应性极强,污染控制效果显著,燃烧效率达到99%。芬兰的奥斯龙型(Ahlstrom)循环床锅炉同样成绩斐然。美国纽克拉(Nucla)电厂的420t/h锅炉配备11万kW电功率,截至1994年底,累计运行时间达到3.4万小时。

中国

中国在循环床锅炉领域也取得了显著进展。清华大学华中科技大学分别研制了具有Ⅱ型布置的循环床锅炉。清华大学与四川锅炉厂联合开发的35t/h循环床锅炉于1989年在包头纺织总厂成功点火试运行;华中理工大学与武昌锅炉容器厂研制的35t/h循环床锅炉也在益阳石煤发电综合利用实验厂投入运行。

从二十世纪60年代中期到70年代中期,中国主要进行改造旧锅炉,利用当地劣质燃料。当时主要将一批化肥厂、蔗糖厂、化工厂、造纸厂的链条锅炉、快装锅炉等改装成流化床锅炉。改造后,这些锅炉都能烧当地劣质燃料,或掺烧链条锅炉炉渣,或化肥厂造气炉炉渣。但当时的鼓泡流化床锅炉存在的主要问题是飞灰量大,飞灰含碳量高,因而燃烧效率不高。

此后,上海锅炉厂有限公司等数十家锅炉厂在各科研单位、高等院校的支持下,研制出4、6.5、10、20、35、130t/h的鼓泡流化床锅炉。为了提高锅炉燃烧效率,中国各科研单位、高等院校和制造厂家合作,研制了各种形式的循环流化床锅炉,清华大学中国科学院工程热物理所等单位研制的35t/h、75t/h循环流化床锅炉相继运行;华中科技大学研制的具有下排气、中温分离器的35t/h、75t/h循环流化床锅炉也已投入运行。其发展特点是循环流化床锅炉与带飞灰回燃的鼓泡流化床锅炉同时并举,并以利用劣质煤为中心转向高效、低污染的煤燃烧技术的综合发展阶段。

2000年起,中国与世界同步启动了超临界直流循环流化床锅炉的研究。2013年4月14日,中国自主研发、设计、制造的世界首台600MW超临界循环流化床机组在四川白马建成投产。该机组是世界上投运的单机容量最大、技术最先进的超临界循环流化床机组,代表了当时循环流化床发电技术的最高水平。2025年11月28日,世界首台660兆瓦高效超超临界循环流化床锅炉在中国安全运行一周年并通过权威鉴定评审。各项性能指标均达到或超过设计值,不仅填补了全球行业空白,更标志中国在清洁发电技术领域实现重要突破。

工作原理

人们经常会见到大风将沙尘扬起,河水携带泥砂等现象。当气体或液体以一定速度向上流过固体颗粒层时,固体颗粒层呈现出类似于液体状态的现象,称为流态化现象。当流体向上流过固体颗粒床层时,固体颗粒的运动状态是变化的。流速较低时颗粒静止不动,流体只在颗粒的间隙中通过。当流速增加到一定速度后,颗粒不再由分布板所支撑,而完全由流体的摩擦力所承托,每个颗粒可以在床层自由运动,整个床层的固体颗粒具有许多类似流体的性质。使颗粒床从静止状态转变为流态化时的最低的流体流速,称为临界流化速度。

鼓泡流化床锅炉(沸腾炉)的工作原理

破碎成细颗粒的燃料从前墙通过螺旋给煤机送入床内,床内布置有埋管受热面。空气由风室经过床底部的布风板送入床层,将在布风板上的由燃料及惰性颗粒组成的固体颗粒吹起来,在重力的作用下,被吹起升到一定高度的固体颗粒又会落下。在一定的空气流速下,布风板上的一部分或全部固体颗粒就会产生双向运动,即在一次风的作用下颗粒上升和浮起,又在重力影响下下落,类似于液体在沸腾时的状态,固体颗粒床层也膨胀起来,此时称固体颗粒(床料)进入了流化状态。在炉膛中,从床的底部至膨胀起来的床层上界面称为密相区,上界面以上的炉膛空间称为悬浮段。悬浮段应有足够的高度和温度,以保证从床层表面飞出的细燃料颗粒能在悬浮段燃尽。密相区的床料和灰渣则从与床层上界面高度相同处开设的溢流口,或从床底部的冷渣排放口排出。

鼓泡流化床中存在着明显的低密度气泡和高密度的乳化相,床中的密度分布很不均匀,有明显的床层表面。如果流化速度进一步提高,床层就会出现气泡内部被一些密度较高的乳化相分割占据的现象。这时,床中密度分布不均匀的状态逐步消失,床层压降(阻力)发生脉动并开始下降,流化床也从鼓泡床工况过渡到湍流床的工况。当床层处于湍流床运行状态时,床中大汽泡完全消失,气泡被破碎成小的空隙,以曲折的路线向上急速运动,穿过床层。这时大量的固体颗粒被夹带到床层上部,使原来悬浮段内的固体颗粒浓度增加,从而很难确定床层表面。如再进一步增加流化速度,则床内的气固两相混合物的密度进一步下降,原悬浮段中的气固两相混合物的密度进一步提高,使沿整个炉膛高度气固两相混合物的密度更加均匀,此时床层处于快速床的工况。当流化速度增加到u=ut,此时大量固体颗粒被气流带出炉膛,由于固体颗粒的质量流率非常大,如不及时连续补充床料,全部固体颗粒就会被吹出炉膛,这时流化床处于输运床的工况。

循环流化床锅炉的工作原理

当流化速度达到输运速度时,流化床就转变为输运床。这时如在炉膛出口处安装一高效分离器,将被气流带出炉膛的固体颗粒分离出来,再将其送回炉膛底部,以维持炉膛内固体床料总量不变的循环工作状态,这就是循环流化床工作状态。在循环流化床的运行工况下,整个炉膛内的固体床料密度要比鼓泡床床层内的密度低得多。以颗粒尺寸相同的床料为例,在鼓泡床工况下,固体颗粒基本上只飘浮在床层内,向上的固体颗粒净流出质量与流人的燃料相比很小,此时床层的膨胀比和床料的密度只决定于流化速度。但是,在循环流化床工况下,除了气流向上流动外,固体颗粒也向上流动。循环流化床中床料的密度不单纯决定于流化速度,还与当时固体颗粒的质量流率有关。

循环流化床内细颗粒运动的一个特点是颗粒的聚集和团聚作用。当床料的密度在8kg/m3~10kg/m3时,床内细颗粒就会团聚成大粒子团。这些团聚的粒子团由于重量增加、体积加大,有较大的自由沉降终端速度,在一定的气流速度下,大粒子团不是被吹上去,而是向着边壁区运动,在近壁区逆着气流沿着炉墙向下运动。这些团聚的粒子团在沿着炉墙下流的过程中,气固间产生较大的相对速度,然后被上升的气流打散成细颗粒,而颗粒又再被气流带动从炉膛中心向上运动,在上升的过程中又再聚集成粒子团,再沿着四周炉墙沉降下来,形成一个固体颗粒的内循环。这种粒子团不断聚集、下沉、吹散、上升又再聚集所形成的这一内循环的物理过程,使循环流化床内发生强烈的热量和质量交换。这种内循环量一般比通过分离器形成的外循环量要高一个数量级以上。也正是较大的内循环效应,显著地提高了焦炭颗粒和生石灰(CaO)颗粒在燃烧室中的停留时间,为燃烧效率和脱硫效率的提高提供了良好的条件。

当循环流化床锅炉所用的燃料不很均匀,而是以0~8mm的宽筛分颗粒分布时,相应于所采用的流化速度则会出现以下现象:对于大颗粒的燃料,该流化速度可能刚超过该颗粒尺寸的临界风速,因此,在炉膛底部就会形成基本上是由大颗粒组成的鼓泡流化床锅炉运行工况,这有利于大颗粒燃料在炉膛底部长时间的停留和充分地燃尽。但是,对于细的颗粒,该流化速度可能已达到或超过其输运速度,这时炉内就会出现炉膛下部是由粗颗粒组成的鼓泡床或湍流床,上部是由细颗粒组成的快速床或输运床二者叠加的情况。

由于循环流化床内气固两相混合物的热容量比单相烟气的热容量大几十倍甚至几百倍,因此,循环流化锅炉中燃料的着火、燃烧非常稳定。另外,固体床料通过分离器形成的多次外循环和比外循环高一个数量级的内循环,大大延长了燃料和脱硫剂的停留和反应时间。在床内沿炉膛高度所进行的燃烧和传热过程,基本上是在十分均匀的炉膛温度下(一般为850℃~900℃)进行的,从而可使循环流化床锅炉达到98%~99%的燃烧效率。在钙与燃料中的硫摩尔比Ca/S为1.5~2.5的情况下可以达到90%以上的脱硫效率。由于循环流化床锅炉是低温燃烧,而且燃烧过程是在整个炉膛高度上进行的,可以方便地组织分级燃烧,因而可以有效地抑制氮氧化合物(NOx)的生成,降低NOx的排放。由于炉内气固两相流对受热面的传热是在整个炉膛内进行的,不需在床内布置埋管受热面,因而完全避免了埋管的磨损问题。而布置在炉膛出口外的高效分离器可将大部分固体颗粒从烟气中分离出来,因此,与鼓泡床相比,也大大减少了尾部烟道中烟气的粉尘浓度,减少了尾部受热面的磨损。

常见分类

流化床锅炉按气固两相流的流动可分为两类:鼓泡流化床流型的鼓泡床锅炉和稠密气力输送流型的循环流化床锅炉。

鼓泡流化床锅炉

鼓泡流化床锅炉燃烧所需的空气通过布置在布风板上面的风帽送人,0~2mm的煤颗粒通过给料装置被加入鼓泡流化床内,在布风板上被送入的空气吹起,在重力的作用下,被吹升到一定高度的煤颗粒又会落下。在一定的空气流速下,布风板上的一部分或全部煤颗粒就会产生双向运动,即在一次风的作用下上升和浮起,又在重力作用下回落,此时煤颗粒进入了流化状态。在燃烧床中,从床的底部至膨胀起来的床层上界面称为密相区,上界面以上的空间称为悬浮段。新加人的煤颗粒受周围床内高温的气固两相流的快速加热并着火燃烧。较粗的煤颗粒主要在床内或床上面的飞溅区燃烧,而部分细小煤颗粒则有可能被携带到床上面的悬浮空间内燃烧。

鼓泡流化床锅炉燃烧技术除了流化床煤燃烧共有的特点之外,还有一些自身的特点:·流化床的颗粒组成可以使用宽筛分燃料颗粒群,如0~8mm,床内颗粒的组成也比较复杂。·流化床气流速度较低,一般在2~4m/s之间,燃烧颗粒运行在鼓泡流化状态,可以明显分为下部颗粒高浓度的密相区和上部颗粒低浓度的稀相区(悬浮段)。·煤颗粒燃烧主要在流化床层内完成,煤颗粒在流化床的上部空间的燃烧份额很低。由于流化床层的燃烧份额很高,所以一般都需要在流化床内布置受热面吸收热量,以维持流化床的运行温度。·由于受热面吸热,流化床层上部悬浮段的温度较低,而且通常飞灰颗粒不再回收送入炉内燃烧,所以飞灰含碳量较高,燃烧效率普遍较低。

循环流化床锅炉

循环流化床锅炉是在鼓泡流化床锅炉技术的基础上发展起来的新炉型,它与鼓泡床锅炉的最大区别在于炉内流化风速较高(一般为4~8m/s),在炉膛出口加装了气固物料分离器。被烟气携带排出炉膛的细小固体颗粒经分离器分离后再送回炉内循环燃烧。循环流化床锅炉可分为两个部分:第一部分由炉膛(快速流化床)、气固物料分离器、固体物料再循环设备和外置热交换器(有些循环流化床锅炉没有该设备)等组成,上述部件形成了一个固体物料循环回路。第二部分为对流烟道,布置有过热器、再热器、省煤器和空气预热器等,与其他常规锅炉相近。

循环流化床锅炉燃烧所需的一次风和二次风分别从炉膛的底部和侧墙送入,燃料的燃烧主要在炉膛中完成,炉膛四周布置有水冷壁用于吸收燃烧所产生的部分热量。由气流带出炉膛的固体物料在气固分离装置中被收集并通过返料装置送回炉膛。

循环流化床的一次风是经空气预热器加热过的热空气,主要作用是流化炉内颗粒,同时提供炉膛下部密相区煤颗粒燃烧所需要的氧量。一次风由一次风机供给,经布风板下一次风室,通过布风板和风帽进入炉膛。循环流化床的二次风除了补充炉内燃料燃烧所需要的氧气并加强物料的掺混外,还能适当调整炉内温度场的分布,起到防止局部烟气温度过高、降低二氧化氮排放量的作用,二次风一般由二次风机供给,有的锅炉一、二次风机共用。

循环流化床锅炉除具有一般流化床燃烧特点外,与一般流化床最大的不同之处是高速度、高浓度、高通量的颗粒物料流态化热力学循环。循环流化床锅炉内的颗粒物料(包括煤颗粒、残炭、灰、脱硫剂和惰性颗粒等)经历了由炉膛、气固分离器和返料装置所组成的外循环。同时在炉膛内部因壁面效应还存在着内循环,因此循环流化床锅炉内的颗粒物料参与了外循环和内循环两种循环运动。整个燃烧过程都是在这两种形式的循环运行的动态过程中逐步完成的。所以,循环流化床比鼓泡流化床气固混合更强烈。另外,在炉外将绝大部分高温的固体颗粒捕集,并将它们送回炉内再次参与燃烧过程,反复循环地组织燃烧,延长了煤颗粒在炉膛内的燃烧时间,使循环流化床锅炉内煤的燃尽度很高,性能良好的循环流化床锅炉燃烧效率可达95%~99%以上。

结构组成

流化床锅炉主要由浓相床、稀相床(悬浮段)、床内受热面、布风装置和尾部受热面五部分组成。布风装置由风室、布风板和风帽组成。浓相床内的床料与煤被流化,煤被燃烧。细小煤粒吹入悬浮段继续燃烧。燃烧室内煤燃烧放出热的一部分被床内受热面吸收;另一部分被烟气和飞灰带离燃烧室被后面的对流受热面吸收。布风装置将燃烧空气均匀分配,使浓相床流化质量良好,获得好的燃烧效果和床与受热面之间好的传热工况。

鼓泡流化床锅炉

鼓泡流化床锅炉的构造鼓泡流化床锅炉主要由布风装置、给煤装置、灰渣溢流口、沸腾层和悬浮段等几部分组成。

布风装置

鼓泡流化床锅炉的炉篦在流态化技术上称为布风装置,其作用和结构都和普通火床炉的炉篦有所不同。其布风装置的主要作用是均匀地分配气体,使空气沿炉膛底部截面均匀地进入炉内,以保证燃料颗粒的均匀流化,在停炉状态下起支撑燃料的作用。布风装置应能满足布风均匀,阻力小,停炉压火时不漏煤、不堵塞,结构简单,制造和检修方便等要求。

给煤装置

鼓泡流化床锅炉的给煤方式有两种,一种是在料层下给煤,属正压给煤,全部燃料经过高温沸腾层,有利于细燃料的燃尽,因此可降低飞灰损失。但进料口要求密封严密,且进料处新燃料易堆积。正压给煤需设置给煤机,以保证连续进煤。另一种是在料层上的炉膛负压区给煤,属负压给煤,由于燃料从沸腾层以上进入,部分细颗粒燃料未燃尽就被烟气流带走,飞灰不完全燃烧热损失较大。负压给煤进料装置比较简单,不需要设置给煤机,煤可由煤斗自行流入,不易造成进料口堆料。

炉膛结构

鼓泡流化床锅炉的炉膛必须满足燃料颗粒流态化、燃烧、传热以及飞灰沉降等一系列要求。鼓泡流化床锅炉的炉膛由沸腾层和悬浮段组成。

循环流化床锅炉

循环流化床锅炉由流化床燃烧室、飞灰分离收集装置和飞灰回送装置组成。有的还有外部流化床热交换器,燃料在燃烧系统内完成燃烧和大部分热量传递过程。

燃烧室

流化床燃烧室以二次风入口为界分为两个区。二次风入口以下为大粒子还原气氛燃烧区,二次风入口以上为小粒子氧化气氛燃烧区。燃烧过程、脱硫过程、NO和N2O的生成及分解过程主要在燃烧室内完成。燃烧室内布置的受热面完成大约50%燃料释热量的传递过程。流化床燃烧室既是一个燃烧设备、热交换器,也是一个脱硫、脱氮装置,集流化过程、燃烧、传热与脱硫、脱硝反应于一体。所以流化床燃烧室是流化床燃烧系统的主体。

飞灰分离收集装置

循环流化床飞灰分离收集装置是循环流化床燃烧系统的关键部件之一。它的形式决定了燃烧系统和锅炉整体布置的形式和紧凑性。它的性能对燃烧室的气动特性、传热特性、飞灰循环、燃烧效率、锅炉出力和蒸汽参数,碳酸钙的脱硫效率和利用率、负荷的调节范围和锅炉起动所需时间,以及散热损失和维修费用等均有重要影响。

飞灰回送装置

飞灰回送装置是带飞灰回燃的鼓泡流化床锅炉和循环流化床锅炉的重要部件之一。它的正常运行对燃烧过程的可控性、锅炉的负荷调节性能起决定性作用。飞灰回送装置的作用是将分离器收集下来的飞灰送回流化床循环燃烧,而又保证流化床内高温烟气不经过送灰器短路流入分离器。送灰器既是一个飞灰回送器,也是一个锁气器。如果这两个作用失常,飞灰的循环燃烧过程建立不起来,锅炉的燃烧效率将大为降低,燃烧室内的燃烧工况会变差,锅炉性能也将达不到设计值。

外部流化床热交换器

部分循环流化床锅炉带有外置式热交换器,其主要作用是控制床温,但并非循环流化床锅炉的必备部件。外部流化床热交换器使分离下来的飞灰部分或全部(取决于锅炉的运行工况和蒸汽参数)冷却到500℃左右,然后通过送灰器送至床内再燃烧。

主要特点

流化床锅炉与层燃锅炉、煤粉锅炉相比,前者具有高效、低污染、低成本等特点,显示了它强大的生命力,得到了迅速的发展。特别是加压流化床燃烧技术能将煤化工和煤燃烧综合,实现蒸汽-燃气联合循环发电,是世界主要工业发达国家正在致力发展的第三代燃烧技术。

优点

(1)对燃料的适应性特别好,可以烧优质煤,也可以烧各种劣质燃料-—高灰煤、高硫煤、高灰高硫煤、高水分煤、各种煤矸石,还可以烧油母页岩、石油焦、尾矿、煤泥、尾气、炉渣、树皮、废木头、拉圾等。在燃料来源、品种和质量多变的情况下,采用流化床燃烧技术是特别适宜的。

(2)燃烧效率高。采用带飞灰循环燃烧的流化床锅炉,根据炉型和煤种的不同,燃烧效率可达90%~99%。

(3)流化床的截面热强度高,鼓泡床锅炉的截面热强度为1~3MW/m2,循环流化床的截面热强度为3~8MW/m2。

(4)流化床燃烧温度一般为900℃左右,采用碳酸钙作为床料添加剂时,炉内脱硫效果好。与煤粉锅炉采用烟气干法和湿法脱硫相比,前者电厂投资和运行费用大为降低。

(5)流化床锅炉一般采用分级燃烧,燃烧温度不高,NOx的生成量显著减少。鼓泡床锅炉烟气中NO的浓度为300~400ppm,循环流化床锅炉烟气中NOx的浓度为100~200ppm。

(6)流化床锅炉的负荷调节范围大,调节性能好。对鼓泡床锅炉,采用分床压火或调节料层厚度,负荷变化范围为100%~50%。对循环床锅炉,采用改变灰循环量可使锅炉的负荷变化范围为100%~25%。负荷的连续变化速率可达5%~10%。

(7)流化床锅炉的溢流渣、冷渣含碳量低,可作为水泥熟料的添加剂和建筑材料。

缺点

(1)鼓泡床锅炉如不采用飞灰循环燃烧,则燃烧效率不高;采用飞灰循环燃烧,燃烧效率可与煤粉锅炉相媲美,但系统较复杂。

(2)流化床锅炉的排烟原始含尘浓度比一般层燃锅炉高很多,特别在烧高灰分煤时就高得更多,这就对除尘设备的型式及除尘系统的组成提出了更高的要求。否则,将影响在第一类、二类环保地区的使用。

(3)流化床锅炉采用高压鼓风机,其电耗较高,且噪声大,污染环境。

(4)床内受热面、炉墙及对流受热面的磨损比层燃锅炉和煤粉锅炉严重。

应用领域

流化床锅炉作为首选的高效低污染的新型燃烧设备,被广泛应用于电力、石油、化工以及垃圾处理等领域,带来了巨大的经济效益和社会效益。

电力行业

流化床锅炉因其高效燃烧和灵活燃料适应性,成为燃煤电厂的首选设备。它为发电提供稳定的热能,同时大幅降低二氧化硫(SO2)和氮氧化物(NOx)的排放量,符合严格的环保法规。

化工行业

在化工生产中,许多化学反应需要稳定的高温热源。流化床锅炉提供恒定的热量支持,确保化学反应的效率和稳定性。此外,它还能处理化工过程中产生的工业废料,进一步提高资源利用率。

食品加工行业

流化床锅炉广泛应用于食品加工的各个阶段,例如蒸煮、杀菌和干燥工艺。其稳定的热源保证了食品质量,同时降低了能源消耗,提升生产效率。

标准规范

注意事项

第一代流化床锅炉是鼓泡流化床锅炉。循环流化床锅炉是鼓泡流化床锅炉的升级版,因此是第二代流化床锅炉。针对循环流化床锅炉需要注意的事项是:

(1)煤质分析

每一批次的煤都应进行煤质分析,还要观察其粒度情况,不同的煤不要混放。循环流化床锅炉虽然对煤种的适应性强,但不同的煤种对应的调节方法各不相同,操作人员必须根据当班使用的煤质进行调节。如果更换煤种,还要预见性的进行调整,以适应新煤种的燃烧需求,保证锅炉无波动正常运行。循环流化床锅炉对煤质的反应比较敏感,当发现炉况波动时,再去分析是否改变了煤种,然后再去调节已来不及了,轻者造成炉况大的波动,重者有可能造成结焦、停炉。

(2)结焦

结焦是循环流化床锅炉运行中的常见现象,特别是初次使用的单位,在点火时更容易发生。根据操作经验,防止结焦有以下措施:①防止点火时结焦。底料碳的质量分数一定要在3%以下,并且要细一点,最好是掺部分黄沙;风量应开到冷态试验时提供的能使底料完全沸腾的最小风量;投料要得当,当温度升到投料温度时(烟煤≥550℃,无烟煤≥600℃),采取脉冲投料,连续三次,每次投料时间不超过30s,如果温度继续上升,说明投料成功;当温度达到800℃以上时,关闭助燃源,转入正常运行。特别要注意的是第一次试投,温度不升反降,应立即停止投料,防止底料残炭过高,待温度恢复后再进行第二次试投。②防止运行时结焦。在正常运行时炉膛不容易结焦,结焦多是由煤种的改变和没有及时调节所造成的,也有可能是装置的故障造成的,如风帽损坏、浇筑料脱落、机械故障等。

(3)压火

如系统外需要短时间停炉,可采用压火停炉的方式进行操作。压火就是关闭所有进口风门、关停鼓风机和引风机。开车时利用炉膛内储蓄的热量将锅炉起动,无需重新点火。由于停炉时炉膛内聚集大量的煤气,起动锅炉时一定要特别注意,先起动引风机3~5min,将炉内煤气抽出,再开鼓风机,否则容易引起爆炸等事故。

(4)分离效率下降

首先检查是否漏风、窜气,如有漏风和窜气问题应及时解决;检查分离器内壁磨损情况,若磨损严重则需修补;检查燃煤粒度和流化风量,应使流化风量与燃煤粒度相适应,以保证一定的循环物料量。

发展趋势

循环流化床锅炉是鼓泡流化床锅炉的升级版,是第二代流化床锅炉。随着超临界循环流化床锅炉的成功投运,循环流化床锅炉技术正向更高参数、更高效率、更低排放的超超临界和高效超超临界技术发展。

在诸多洁净煤燃烧技术中,循环流化床(CFB)锅炉具有燃料适应性广、污染物控制成本低以及负荷调节范围宽等优势。经过几十年的持续研究开发,中国相继开发出高性能CFB锅炉、节能型CFB锅炉、超低排放CFB锅炉和超临界CFB锅炉,实现了从跟踪学习到国际引领的跨越,成为世界上CFB锅炉最大的设备供应国、机组使用国。循环流化床锅炉发电机组作为中国燃煤发电体系中的重要组成部分,为可靠廉价电力供应和劣质燃料消纳做出了重要贡献。双碳目标为循环流化床锅炉技术的发展注入了新的动力,在构建以新能源为主体的新型电力系统中,循环流化床锅炉因其卓越的运行灵活性和燃料灵活性优势,发挥更重要的安全保障作用。结合新能源高比例消纳的调峰需求,可以开发粉煤循环流化床锅炉技术、探索分布式小容量高参数CFB锅炉、挖掘CFB机组0~100%负荷长周期压火与快速热态启动潜力,进一步提高循环流化床机组运行灵活性;在运行灵活性基础上发挥CFB锅炉燃料灵活性的优势,突破高硫无烟煤超超临界高效发电并超低排放的难题,适应煤炭绿色开采的需求,消纳开采和分选副产的煤泥、洗中煤能源和矸石,并纯烧或者掺烧城市污泥、生活垃圾、生物质等低碳可燃废弃物;开发灵活性运行下的超低排放控制技术;实现循环流化床发电技术智能化。

参考资料

世界首台!清洁发电技术领域,我国实现重要突破!.澎湃新闻.2025-12-04

Fluidized Bed Boiler.sciencedirect.2025-12-04

流化床燃烧锅炉.中国知网.2025-12-04

填补全球清洁发电技术行业空白!设备100%国产化.北京日报.2025-11-29

世界第一是怎样炼成的——哈电锅炉循环流化床锅炉技术发展综述.机械工业北京电工技术经济研究所.2025-12-04

锅炉及流化床锅炉的选择与应用:全方位详细指南.DIVI 集团有限责任公司.2025-12-04

循环流化床锅炉启动调试导则.全国标准信息公共服务平台.2025-12-04

碳中和背景下循环流化床燃烧技术在中国的发展前景.mtkxjs.2025-12-04