浅析流化床燃烧在电厂燃煤领域的地位

李立明

摘 要：流化床燃烧技术研究初期，研究者们为我们描述了一幅极富魅力的发展前景：循环流化床锅炉的发展势不可挡，因为它具有几乎所有方面的先进性。本文就流化床燃烧在电厂燃煤领域的地位进行探讨，以供参考！

关键词：电厂;流化床;燃烧技术;燃煤

1流化床燃烧技术的理想与现实

1.1流化床燃烧技术的理想

1.1.1高效率。

由于未燃烬碳粒随固体物料的多次循环，使飞灰含碳量下降，保证了燃烧效率可与煤粉燃烧媲美（99%，甚至更高）。

1.1.2低污染。

由于低温燃烧（850-900C）和分级送风（二次风率40%-50%），NOx的生成量很低。同时，因其燃烧温度正处于炉内加钙固硫的最佳反应区，脱硫剂随固体物料多次循环，所以具有高的脱硫效率（Ca/S比为1.5时，脱硫效率可达90%）。‘

1.1.3广泛的燃料适应性。

由于床内存在许多循环物料，热容量很大，可保证燃料着火的稳定性，所以一般燃烧方式难以燃烧的石煤、煤研石、泥煤、洗煤泥、高硫煤、油页岩、低热值无烟煤以及各种工农业垃圾都可在流化床中有效燃烧。

1.1.4负荷调节性能好。

可通过控制物料循环量和一、二次风配比迅速有效地调节负荷。若采用外置式热交换器，可优化工质侧调节性能，负荷调节性能更好。

1.1.5燃料制备系统简单。

所要求的燃料粒径在。0--8mm范围内，只需要简单的燃料破碎设备。它既可省去复杂的磨煤设备，又可减少厂用电耗。

1.1.6锅炉造价低。

流化床燃烧具有很高的燃烧热强度，所以其炉膛比常规锅炉小。同时，床内传热系数比常规锅炉大得多，可减少受热面金属消耗量。另外，辅机系统也比煤粉燃烧锅炉简单。

1.1.7防止结焦。

对低灰熔点的煤来说，低温燃烧可有效防止结焦。同时，可避免高温腐蚀。

1.1.8磨损小。

与鼓泡床相比，循环流化床取消了床内埋管，大大减少了受热面磨损。

1.1.9灰渣综合利用。

流化床燃烧温度正处于灰渣的中湿活性区，灰渣可作为生产水泥的填料。

1.2流化床燃烧技术的现实。

20多年过去了，在大量理论研究和试验验证的基础上，循环流化床锅炉已经进入了商业化运行阶段。现在，我们可以回过头来看一看，当年对流化床燃烧技术的憧憬有多少变成了现实。

1.2.1效率。

运行结果证实，循环流化床锅炉的高燃燒效率是可以实现的，但是绝大多数此类锅炉的燃烧效率都比希望的低，仅95%一97%，甚至更低。这是因为要获得高燃烧效率必须满足两个基本条件：严格的燃料粒径分布和高循环倍率。然而，严格的燃料粒径要求增加了设备投资费用和运行成本，高循环倍率增加了设备磨损和流动阻力。所以，片面追求高效率将带来难以克服的负面影响。因此，从综合经济性和设备可靠性考虑，大多数此类锅炉不得不选择燃烧效率相对较低的宽筛分煤和低倍率循环方式。

1.2.2污染物排放。

总体上说，污染物排放控制达到了预想的目标，NO二排放在100一ZOOppm。一氧化碳和碳氢化合物的排放量也很低（这是低温燃烧所

担心的），床内加钙脱硫也具有较好的效果。但是，脱硫效果并不如原先想象的那么好。影响脱硫效果的因素很多，燃料特性、脱硫剂特性、循环倍率、运行工况等等都对脱硫效果产生影响。从运行情况看，要达到90%的脱硫效率，Ca/S比需1.8一2.5。

1.2.3燃料适应性。

燃料适应性好是可以肯定的。然而，对“燃料适应性好”需要作概念上的澄清，对这一概念的正确理解是：对于各种燃料，包括一些一般燃烧方式难以燃烧的燃料，都可以进行循环流化床锅炉的特殊设计，使其有效利用。而不是说一台循环流化床锅炉可以适应各种燃料。事实上，受燃烧状况和受热面布置方式的限制，一台循环流化床锅炉的燃料适应性是有限的。

1.2.4负荷调节性能。

运行证明，循环流化床锅炉的负荷调节性能优于常规锅炉，负荷调节速度快，调节比宽。但是控制物料循环量的回料阀故障率比较高，需要在结构上加以改进。

1.2.5燃料制备。

对于宽筛分煤（0--8mm），燃料制备系统是比较简单的。运行费用也小，但如果需要比较严格的燃料粒径分布，燃料制备系统就复杂得多，运行费用也要增加。

1.2.6结焦与腐蚀。

低温燃烧有利于避免高温腐蚀是显然的，但是结焦问题比原先想象的复杂得多。实践证明，相同的燃料，循环流化床内的结焦温度比煤

粉炉内低得多。例如，有些tl>1150℃的煤，在循环流化床中燃烧温度IOOO℃时就出现严重结焦。最新研究证实，这是由于结焦机理不同所致，流化床燃烧中的灰粒只要表面处于熔融状态就会不断粘结，造成结焦。所以，防止流化床嫉烧中结焦是一个全新的课题。

1.2.7磨损问题。

循环流化床锅炉的磨损仍然是存在的，尤其是高倍率循环锅炉，磨损非常严重。低倍率循环锅炉的磨损情况好些，磨损主要在分离器区，通过对材料和工艺的改进，磨损量可有效控制。

1.2.8灰渣综合利用。

流化床燃烧灰渣的综合利用有一些成功的例子，但大部分并没有能够综合利用。原因有二：一是灰渣特性与燃料有关，换言之，并不是所有灰渣都能综合利用;二是很多地方没有条件进行综合利用。

从以上的分析可以看出，循环流化床确实具有一定的技术优势，但也存在不少技术障碍，其中有些是可以克服的，有些则是先天性缺陷，是难以克服的。

2影响流化床燃烧技术发展的问题

2.1热力计算方法

非常不幸的是，循环流化床锅炉已经进人商业运行阶段，但却没有一份各方都能接受的、权威性的热力计算标准。

常规锅炉的炉膛热力计算是以气固均相流动为基础的，其计算方法不适用于循環流化床的炉膛热力计算。循环流化床内粒子分布存在明显的不均匀，粒子浓度沿床的高度方向呈非线性递减分布，在炉膛出口附近，粒子浓度又有较小幅度的递增。更为重要的是粒子沿床的横截面方向的不均匀性，靠近壁面区域的粒子浓度是中心区域的数倍至数十倍。另外，粒子运动特性也很复杂，炉膛中心区的粒子向上运动，而靠近壁面的粒子则向下回落（大量贴壁回落的粒子与受热面直接接触，存在导热过程），炉膛出口附近还有一个气固两相运动的旋涡区。目前有许多种不同的热力计算方法在被运用，它们基本上都是从幅射换热出发，用模型试验测得的传热数据进行归纳和修正，以此得出综合传热系数。但是，由于模型试验和实际运行之间的变化规律并没有真正掌握，所以这些计算方法都不准确。其不准确性已被实践证实。

要真正掌握热力计算方法，需要认真做好两个方面的工作：一是要加强对床内流动特性和传热机理的理论研究工作，建立能真实反映床内物理量变化特征的数学模型;二是要在已经运行的循环流化床锅炉上进行大量的测试工作，为完善数学模型提供真实数据。

2.2理论研究与实用化

流化床燃烧技术的理论研究工作已经进行得很多、很广，有些问题的研究已经进行得比较深人，但总体上看，理论研究工作存在三个问题：一是大量的重复研究，二是研究工作缺乏系统性，三是研究工作没有能够和实用化紧密结合起来，致使大量研究成果被搁置。

理论研究只有与产品开发紧密结合起来，才能体现其价值。在这一点上，煤粉燃烧技术理论研究工作的方法值得借鉴，煤粉燃烧技术理论研究工作基本都是与煤粉燃烧器的开发紧密结合的。

在产品实用化方面，对关键设备（气固分离器、回料阀、外置式热交换器等）的可靠性研究还远远不够，这方面的工作需要加强。

3结论

3.1在可预见的将来，流化床燃烧技术尚不足以取代煤粉燃烧技术在煤燃烧领域的统治地位。煤燃烧领域以煤粉燃烧为主的总体格局不会有大的改变。

3.2流化床燃烧技术在某些方面具有一定的优势，尤其在劣质燃烧利用方面，可能将出现以流化床燃烧技术为主的格局。同时，增压流化床联合循环的发展被普遍看好。

3.3在抑制NO2、SO2排放方面，流化床燃烧技术因其不需要昂贵的烟气净化设备而具有价格上的优势。

3.4流化床燃烧技术取代煤粉燃烧技术是不太可能的。但是，流化床燃烧技术不久将参与到大型燃煤电站锅炉的商业化竞争中则是完全可能的。