循环流化床燃烧发展现状及前景分析

循环流化床燃烧发展现状及前景分析
摘要：循环流化床燃烧是20世纪50年代末期发展起来的一种新型高效清洁
燃烧技术，这是利用煤中的可燃气体或固体燃料在炉内燃烧过程中所产生的热量，以固体颗粒作为输送介质，具有燃料适应性广、燃烧效率高、污染物排放低等优点。

循环流化床燃烧技术主要有两种发展趋势：一是采用炉内再循环，提高机组
热效率；二是采用水冷方式，提高机组效率。

我国燃煤发电的热效率普遍不高，
一般在35%~40%之间，采用循环流化床燃烧技术能够提高锅炉热效率、降低污染
物排放，在燃煤电厂节能减排方面有很好的应用前景，对我国的环境保护具有重
要意义。

关键词：循环流化床；燃烧；现状；前景
1引言
煤炭是我国的主要能源，全国煤炭总产量约占总发电量的78%，煤炭发电约
占总发电量的78%，随着经济的发展和社会对电力需求的增加，我国对电力的需
求逐年增长。

但目前，我国仍有约1/3的煤炭需要从国外进口。

煤是一种二次能源，其在我国能源生产中占有很大比重，但在使用过程中也消耗大量的水、煤、
电等能源资源，同时也产生了大量废弃物如煤灰、尾煤、煤矸石等。

如何科学高
效地利用这些资源是摆在人们面前的重大课题，随着人们环保意识和环保要求日
益增强，对燃煤发电提出了更高的要求，循环流化床燃烧技术具有明显的优势。

2循环流化床燃烧的发展现状
循环流化床燃烧技术是20世纪50年代末发展起来的一种新型高效清洁燃烧
技术，具有燃料适应性广、燃烧效率高、污染物排放低等优点，被广泛应用于电力、冶金、化工等行业，其发展主要经历了以下三个阶段：第一阶段从20世纪
60年代到80年代，为试验示范阶段；第二阶段从20世纪80年代到90年代，为
技术开发阶段；第三阶段从90年代到现在，为产业化推广阶段。

经过几十年的
试验研究，最终发现流化床燃烧锅炉与其它燃烧方式相比，具有燃料适应性广、
燃烧效率高、污染物排放低等优点，但由于当时对循环流化床燃烧机理认识的局限，致使该技术未能得到大范围推广。

3中国循环流化床锅炉燃烧理论与锅炉设计体系的形成
3.1 对循环流化床气固两相流理论的新认识
循环流化床燃烧过程是气固两相流的一种特殊燃烧方式，与传统的燃煤锅炉
燃烧方式相比，循环流化床燃烧具有许多显著的优点和突出的性能。

循环流化床
气固两相流是一个非常复杂的流动体系，在其中气固两相之间存在着强烈的气固
两相流动、传热、传质以及化学反应，其流动规律与常规流化床不同，至今还没
有一个统一的理论体系。

针对循环流化床气固两相流流动理论方面存在的问题和
不足，中国科学院工程热物理研究所侯立安教授及其同事开展了深入研究，并在
国内首先提出了循环流化床燃烧气固两相流动理论——气固两相流理论。

3.2 对循环流化床燃烧理论方面的贡献
流态化条件下气固两相流动和传热的理论是由钱易先生在上世纪40年代提
出的，后来被称为“钱氏流态化理论”。

在循环流化床锅炉设计中，气固两相的
流动与传热是一个基本问题，这个问题关系到能否实现稳定燃烧，对循环流化床
锅炉的安全经济运行十分重要。

为此，钱易先生先后提出了三个基本假设：（1）气固两相均为等密度流动；（2）气固两相均具有相同的运动规律；（3）气固两
相运动过程中同时发生着传热和传质过程。

在三个假设的基础上，钱易先生还提
出了一个新的假设，即在循环流化床锅炉中，气固两相均具有相同的运动规律。

3.3 对循环流化床炉内传热的新认识
循环流化床锅炉的传热问题是一个非常复杂的过程，由于其自身的特点，炉
内传热情况比普通的燃烧过程要复杂得多。

长期以来，对循环流化床锅炉的传热
有以下几种认识：
（1）认为循环流化床锅炉的炉膛内部有较大的温度梯度，而且从炉膛出口
到床层底部存在一定的温度滞后，这一点可以从循环流化床锅炉的冷渣器在炉膛
出口温度比实际温度高约40℃而得到验证。

（2）认为循环流化床锅炉与常规燃煤锅炉相比，在炉膛内存在着较大的高
温区域，因此循环流化床锅炉和常规燃煤锅炉相比传热系数明显地提高。

（3）认为在循环流化床锅炉中，由于床料颗粒粒度细、密度小，所以传热
系数也较小。

3.4 中国独立知识产权的循环流化床锅炉设计体系
循环流化床锅炉燃烧理论的研究，为循环流化床锅炉的设计、制造奠定了基础。

随着研究工作的深入，已取得了重大的技术进步，包括：对循环流化床锅炉
燃烧理论的系统研究及完善；建立了系统研究循环流化床锅炉燃烧理论和设计的
理论框架；对循环流化床炉内传热作了深入研究，并取得了一系列重要进展。

在
此基础上，根据对循环流化床锅炉燃烧理论的认识，结合循环流化床炉内传热机理、循环物料特性及负荷特性等方面的研究结果，提出了一整套适应我国国情，
具有中国特色的循环流化床锅炉设计技术体系和方法，包括设计参数选择、燃料
特性及入炉煤性质、设计方法等。

4中国循环流化床锅炉的技术进步与发展
4.1 国产自然循环流化床锅炉的发展
自20世纪80年代以来，我国引进、消化和吸收了国外的循环流化床锅炉技术，在此基础上，对部分型号的自然循环流化床锅炉进行了技术改造。

在此期间，我国开发了几种自然循环流化床锅炉。

其技术水平和可靠性均有了一定程度的提高，其中部分型号的产品已经达到了国际先进水平。

20世纪90年代末，我国对
引进技术进行了消化、吸收和创新，在此基础上开发出了一批具有自主知识产权
的循环流化床锅炉产品。

4.2 超临界循环流化床技术研究
随着我国超临界锅炉的应用，对循环流化床的特性及运行方式提出了更高的
要求。

2000年，中科院合肥物质科学研究院热能动力研究设计院与山东电力科学
研究院联合开发出了我国首台600 MW超临界循环流化床锅炉，该机组采用两台
超超临界锅炉驱动，并采用了国际上先进的循环流化床燃烧技术。

目前国内在建
和拟建超临界锅炉工程有5台，其中在山东电力科学研究院联合合肥院开发了一
台600 MW超临界循环流化床锅炉，该锅炉已于2006年12月投产发电。

4.3 基于流态重构的节能型循环流化床燃烧技术的发展
为适应煤质变坏的要求，中国电力科学研究院对循环流化床燃烧过程中的气
固两相流动进行了研究，提出了“基于流态重构的节能型循环流化床燃烧技术”，这一技术在设计、运行上均具有创新，且投入商业应用后经济、环境效益明显。

（1）采用分离器的内置式旋风分离器和内置回料阀实现气固分离，对分离
效果影响较小；
（2）采用新型高耐高温耐磨材料并辅以高耐磨涂层和强化内构件等技术措施，以获得良好的耐磨性能；
（3）采用新型布风板实现均匀布风，并提高布风板的抗磨损能力；
（4）采用新型的防磨结构——自愈合防磨衬垫和自愈合耐磨材料，以获得
良好的耐磨性能。

（5）采用气固分离和布风板气流再分布技术，实现气固分离、布风均匀化、料层流态化，达到提高流化床锅炉热效率、降低烟气含硫量的目的。

（6）采用低温快速放热技术，实现气固两相连续换热，满足低温条件下高
效燃烧的需要。

5结束语
总而言之，循环流化床燃烧技术具有燃料适应性广、燃烧效率高、污染物排
放低等优点，这是一种非常有前途的清洁高效燃烧技术，其发展前景非常广阔，
在我国的电力工业、石油化工以及煤炭行业都有广泛的应用前景，是我国环境保
护和节能减排工作的有力保证，所以人们应该加大对其技术的改进，以便能够更
高效的利用资源。

参考文献
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