循环流化床锅炉的工作原理及锅炉特点

一、循环流化床燃煤锅炉炉内工作原理

循环流化床燃煤锅炉基于循环流态化的原理组织煤的燃烧过程，以携带燃料的大量高温固体颗粒物料的循环燃烧为主要特征。固体颗粒充满整个炉膛，处于悬浮并强烈掺混的燃烧 方式。但与常规煤粉炉中发生的单纯悬浮燃烧过程相比，颞粒在循环流化床燃烧室内的浓度 远大于煤粉炉，并且存在显著的揪粒成闭和床料的颗粒间混，颗粒与气体间的相对速度大， 这一点显然与基于气力输送方式的煤粉悬浮燃烧过程完全不同。

循环流化床锅炉的燃烧与烟风流程示意见图 6-1。 预热后的一次风(流化风)经风室由炉膛底部穿过布风板送入，使炉膛内的物料处于快速流化状态，燃料在充满整个炉膛的惰件床料中燃烧。 较细小的颗粒被气流夹带飞出炉膛，并由K灰分 离装置分离收粜，通过分离器下的回料管与飞灰 回送器(返料器)送W炉膛循坏燃烧;燃料在燃 烧系统内完成燃烧和卨温烟气向X质的部分热M 传递过程。烟气和未被分离器捕集的细颗粒排入 图s-i拥环流化床锅炉炉内燃烧与烟风系统尾部烟逬，继续受热曲•进行对流换热，最后排出锅炉。

在这种燃烧方式下，燃烧室密相区的湿度水T受到燃煤过稈中的高温结液、低温结焦和 最佳脱硫温度的限制，一般维持在850℃左右，这一温度范围也恰与垃圾脱硫温度吻合。由 于循环流化床锅炉较煤粉炉炉膛的温度水平低的特点，带来低污染物排放和避免燃煤过程 中结渣等问题的优越性。

二、循环流化床锅炉的工作过程 图6-2为典型电站用循环流化床锅炉的工作系统，其基本工作过程如下：煤由煤场经抓斗和运煤皮带等传输设备被送入煤仓，然后由煤仓进入破碎机被破碎成粒径小于10mm 的煤粒后送入炉膛。与此同时，用于燃烧脱硫的脱硫剂石灰石也由石灰石仓送入炉膛，参与煤粒燃烧反应。此后，随烟气流出炉膛的大量颗粒在旋风分离器中与烟气分离。分离出来的顆粒可以直接回到炉膛，也可经外置式换热器办进入炉膛参与燃烧过程。由旋风分离器分离出来的烟气则被引入锅炉尾部烟道，对布置在尾部烟道中的过热器、省煤器和空气预热器中的工质进行加热，从空气预热器出口流出的烟气经布袋除尘器除尘后，由引风机排入烟囱，排向大气。 在汽水系统方面，循环流化床锅炉和煤粉炉基本相似。给水由给水泵压入省煤器，吸热后流入汽包，经下降管和下联箱汇集，重新分配给布置在炉膛四周的水冷壁管中。工质在水冷壁管中吸热汽化后再返回汽包，在汽包内进行汽水分离，饱和蒸汽流入位于对流烟道的过热器，并在其中进一步被烟气加热到规定的温度和压力的过热蒸汽。

随后，过热蒸汽流入汽轮机，推动汽轮机转动。并带动同轴的发电机组发电。 图6-2典型电站用循环流化床锅炉的工作系统 1-煤场;2-燃料仓;3-燃料破碎机;4-石灰石仓;5-水冷壁;6-布风板下的空气入口;7-旋风分离器;8-锅炉尾部烟道;9-外置式换热器的被加热工质入口;10-布袋除尘器;11-汽轮机;12-烟囱;13-二次风入口;14-排渣管;15-省煤器;16-过热器;17-引风机; 外置式换热器中的被加热工质可以是给水或蒸汽。这些工质在外置式换热器中吸热后仍回到锅炉的汽水系统。 燃烧及布风需要的一次风和二次风通常由冷空气在空气预热器(布置在后部烟道的省煤器后面，图中未示出)中预热后分別从炉膛底部及炉膛侧墙送入。

三、循环流化床锅炉的特点 循坏流化床锅炉的循环流化燃烧方式与其他燃烧方式的锅炉相比具有以下特点。

1. 可燃用的燃料范围宽 循环流化床锅炉炉膛中存在大量由固体颗粒构成的床料。这些炽热的固体颗粒可以是沙子、砾石、石灰石及煤灰。加入的燃料按质量分数计算只占床料总量的1%〜3%。 循环流化床是快速床，在炉膛形成一个中心区气流与细颗粒向上运动而四周近壁环形区顆粒团向下沉降的强烈内循坏运动。

加上随烟气流出炉膛的高温固体颗粒被分离捕集后再次送回炉膛的外循环作用，使炉膛内传热和传质过程得到显著强化。炉膛内温度能均匀地保持在850℃左右，加入炉膛的燃枓颗粒迅速加热到炉膛温度并着火燃烧。因而循环流化床锅炉可以不需辅助燃料，而燃用各种固体燃料，从低挥发分的无烟煤到高硫烟煤乃至灰分含量高达40%〜60%的高灰煤均可满意地燃烧。此外，这种锅炉还能燃用石油焦、页岩等其他固体燃料，其燃料适用范闱十分宽广。

2. 燃烧效率高 循环流化床燃烧时，虽然其燃料颗粒比煤粉粗数十倍乃至上百倍，但在设计和运行良好的情况下，其燃烧效率可以达到煤粉炉的水平。 循环流化床锅炉能保持燃烧效率高的主要原因如下：首先新鲜燃料颗粒进入炉膛迅速与大量炽热床料混合，可立即着火燃烧，而且炉内气固混合强烈，燃烧速率高;此外，在这种锅炉中，燃烧区域扩散到整个炉膛。随气流流出炉膛的未燃尽颗粒会被旋风分离器分离后再送回炉膛循环燃烧。因而使燃料燃烧时间大为延长，有利于燃料燃尽;当然，也有一些细颗粒未被旋风分离器收集，并随烟气流入锅炉尾部受热面烟道，造成一些不完全燃烧损失。为了降低这部分燃烧损失，可以在锅炉尾部烟道底部收集这些细颗粒并送回炉膛参加燃烧。

3. 脱硫效果好 煤粉炉的主要缺点之一即为排烟中含有在燃烧过程中产生的大量SO2气体。含有SO2 的烟气排入大气后将严重污染环境。为了减少烟气中的SO2含垦，并使之达到环保要求，往往需要采用价格昂贵的烟气脱硫装置，或在燃烧过程中加入脱硫剂(吸收剂)脱硫。常用的脱硫剂为石灰石(CaCO3j)和白云石(CaCO3 • MgCO3) 在循环流化床锅炉中，脱硫剂在炉膛中是在最佳反应温度下进行脱硫，炉膛中燃料和物料的内循环和分离设备、回送设备造成的外部循环使脱硫剂在炉膛内平均停留时间可长达数十分钟。

因而，脱硫过程可充分进行。在采用石灰石作脱硫剂Ca/S=2的情况下，其脱硫效率可高达90%以上，脱琉剂利用率可达50%以上，排入大气的烟气中SO2含量(标准状态)小于200mg/m3，符合国家环保标准，可不必采用昂贵的烟气脱硫装置。

4. 氮氧化物NOx棑放量低 锅炉排烟中另一种危害环境的物质为氮氧化物NOx烟气中的NOx按其生成机理可分为热力型NOx、快速型NOx和燃料型NOx三类。 热力型NOx是燃烧用空气中所含的N2在高温时氧化生成的;快速型NOx，是燃料燃烧分解时所产生的中间产物与N2反应生成的;燃料型NOx是燃料中所含有机氧化合物在燃烧时氧化生成的。 在燃煤锅炉中，快速型NOx占总NOx含量的比例较少，一般在5%以下，因此排烟中氮氧化物主要为热力型NOx和燃料型NOx研究表明，燃料型NOx和热力型NOx均与燃烧温度密切相关。燃烧温度愈高则这两种类型的NOx含量愈大，反之则愈小。特别是热力型NOx，受燃烧温度影响更明显。循环流化床锅炉的炉膛温度为850℃左右，此时热力型NOx生成量已较少，一般只占NOx总排放量的10%以下。加上循环流化床锅炉燃烧所需空气采用分段给入方式。一次风从布风板下送入，其量低于燃烧所需氧量，因而析出的燃料氮不能充分与氧反应生成氧化氮。二次风在炉膛下部还原区以上送入炉膛，此时燃料析出的氮已成为分子氮，因而也不易形成NOx由于合理组织了分段送风和分段燃烧，可以有效地减少燃料型NOx的生成。因而循环流化床锅炉烟气中的NOx排放范围为(50〜150) ppm，可以满足各国的环保法规要求。

5.炉膛截面热负荷高，有利于发展大容量锅炉 循环流化床锅炉的炉膛内气流速度是鼓泡流化床锅炉的3〜5倍，炉内混合强、传热快， 其炉膛截面热负荷也远大于鼓泡流化床锅炉，一般为3〜5MW/m2，可达到与煤粉锅炉相当的水平。

6.锅炉出力调节范围广，调节速率快 在循环流化床锅炉中，可以通过减少进入外置式换热器的循环量使炉温升高。

这样，就可补偿在低负荷时，因燃料量和空气量的下降而引起的炉温降低，使炉温仍保持在最佳炉温运行工况。因而可使锅炉出力调节范围较宽，一般在锅炉正常出力的25%〜30%下仍可稳定运行。此外，由于炉膛气速高、传热快，因而其出力调节速率较快，可达到4%/min的程度。

7.灰渣可进行多种综合利用 由于低温燃烧和燃烧效率高，使循环流化床锅炉排出的灰渣未经熔化过程且含碳量小。但由于采用加入脱硫料的炉内脱硫技术，其固体灰渣排出最一般是同容量煤粉锅炉的1.5〜2倍。并且灰渣中含有大量的氧化钙和硫酸钙，不像煤粉锅炉灰渣以氧化硅为主。其灰渣可用于水泥掺和料、建筑材料和砖瓦生产等方面的综合利用。

循环流化床锅炉的一系列特点已使其逐渐发展为一种适用燃料范围广、高效低污染的燃煤锅炉，不仅适用于工业锅炉，也适用于大型电站锅炉，具有宽广的应用和发展前景。