浅谈大容量循环流化床热水锅炉在集中供热中的应用

浅谈大容量循环流化床热水锅炉在集中供热中的应用
文章针对我国面临的环境问题，阐述了大容量循环流化床锅炉在集中供暖中的优势，具有炉内脱硫、低氮排放、高效燃烧及燃用劣质煤等特点，在集中供热中得到广泛应用。

标签：循环流化床锅炉；高效；低氮；环保
1 我国面临的环境问题
改革开放三十年来，我国经济以每年8%左右的速度递增，经济快速发展的同时带来能源巨大消耗。

随着城市人口的增长和工业发展、机动车辆猛增，污染物排放和悬浮物大量增加，产生严重的生态破坏及环境污染，特别是近两年全国范围内雾霾施虐。

除了气象条件，工业生产、机动车尾气排放、冬季取暖烧煤等导致大气中颗粒物（包括粗颗粒物PM10和细颗粒物PM2.5）浓度增加，是雾霾产生的重要因素。

如今很多城市的污染物排放水平已处于临界点，对气象条件非常敏感，空气质量在扩散条件较好时能达标，一旦遭遇不利天气条件，空气质量和能见度就会迅速下滑。

为此国家对污染物的排放要求越来越严格，从锅炉大气污染物排放标准变化可见国家正在加大空气治理力度。

表1 新建锅炉大气污染物排放限值（GB13271-2014）
从表1可以看出，对锅炉烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放的要求，一般层燃锅炉实现相当困难，即使达标，也会增加很多成本，循环流化床锅炉则有独到优势。

2 选择合理的供暖方式，降低环境污染
为解决雾霾问题，2014年9月国家三部委（国家发展改革委、环境保护部、国家能源局）联合发文《煤电节能减排升级与改造行动》（2014-2020年）。

其中指出到2020年，力争使煤炭占一次能源消费比重下降到62%以内，电煤占煤炭消费比重提高到60%以上，说明今后五年燃煤工业锅炉还应占相当比例。

我国是贫油、少气、多煤的国家，一次能源煤炭比例即使将来也至少占25%左右，那么如何利用好煤炭资源，降低大气污染物排放，一直是锅炉设计、制造、检验工作者的使命，通过作者调查，目前内蒙供暖，循环流化床锅炉是主力军，辽吉黑各地也是循环流化床锅炉占据重要位置。

近年来，由于国家节能政策的要求，我国城镇集中供热快速发展。

城镇集中供热系统热能消耗数量巨大，品位较低，通常是120℃以下低位热能，却主要以高品位的一次能源来供应，故有较大的节能减排潜力。

集中供热优点如下：（1）选用较大容量锅炉，提高能源利用率，节约能源，减少排放。

（2）烟囱设置较高和烟尘进一步净化，便于消烟除尘，减轻大气污染。

（3）减少司炉人数及燃料、灰渣的运输量和散落量，降低运行费用，改善
环境卫生。

（4）易于实现科学管理，提高供热质量。

这也给大容量热水锅炉提供了广阔的市场。

尤其是循环流化床热水锅炉。

大容量循环流化床热水锅炉在我国北方城市供暖份额越来越大，其炉内脱硫、低氮排放、高效燃烧将会给我国集中供暖工程带来巨大的经济效益和社会效益。

目前全国供暖工程中，集中供热是我国政府长期以来积极鼓励的供热方式。

集中供热，是以热水或蒸汽作为热媒，由一个或多个热源，通过热网，向城镇居民区供暖，集中供热是我国城市最主要的基础设施之一。

集中供热面积快速增长的区域主要集中在华北与东北地区。

集中供热包括住宅及商业建筑，其中，住宅供热面积约占总供热面积70%，商业建筑占集中供热面积30%左右。

全国六百多个城市中有近半城市配备了集中供热设施。

集中供热面积超过25亿平方米。

集中供热可实现污染物在线监控、集中治理，是今后供暖行业的发展趋势。

3 大容量循环流化床热水锅炉在集中供暖中有不可替代的特殊地位
主要由以下几方面决定：
（1）环保效益好。

可实现炉内脱销。

循环流化床锅炉分内循环和外循环，无论内循环还是外循环，床身燃烧温度都低于900℃，可实现炉内脱硫、脱氮，大大降低了锅炉出口二氧化硫及氮氧化物的排放。

即使炉外再进一步脱硫脱氮，因硫及氮氧化物含量较低而降低设备投入成本。

氮氧化物排放低是循环流化床锅炉另一个非常吸引人的特点。

运行经验表明，循环流化床锅炉的NOX排放范围为50-150ppm或40-120mg/MJ。

循环流化床锅炉NOX排放低是由于以下两个原因：一是低温燃烧，此时空气中的氮一般不会生成NOX；二是分段燃烧，抑制燃料中的氮转化为NOX，并使部分已生成的NOX得到还原。

大容量层燃热水锅炉一般炉膛燃烧温度在1200-1300℃，无法实现炉内脱硫、脱氮。

向循环流化床锅炉内加入脱硫剂（石灰石或白云石粉），可以脱去燃烧过程中产生的二氧化硫（SO2）。

根据燃料中含硫量决定加入的石灰石剂量，在Ca/S摩尔比=2～2.5时，脱硫效率可达90%。

（2）煤种适应性广。

这是循环流化床锅炉的主要优点之一。

在循环流化床锅炉中按重量计算，燃料仅占床料的1～3%，其余是不可燃的固体颗粒，如脱硫剂、灰渣等。

因此，加到床中的新鲜煤颗粒被相当于一个“大蓄热池”的灼热灰渣颗粒所包围。

由于床内混合剧烈，这些灼热的灰渣颗粒实际上起到了无穷的“理想拱”的作用，把煤料加热到着火温度而开始燃烧。

在这个加热过程中，所吸收的热量只占床层总热容量的千分之几，因而对床层温度影响很小，而煤颗粒的燃烧，又释放出热量，从而能使床层保持一定的温度水平，这也是流化床一般着火容易，并且煤种适应性很广的原因所在。

大容量循环流化床热水锅炉可以烧褐煤，烧无烟煤，Ⅰ、Ⅱ类烟煤要求煤的粒度为0-10mm，而目前国内运行的工业煤粉锅炉只能烧Ⅲ类烟煤，且燃烧器技术还不够成熟，大容量层燃锅炉要想烧的完全，对煤的挥发分要求在30%左右，热值4500kal/kg，为了保证良好的通风，煤的粒度、焦结性要求也较严，且燃烧效率低。

（3）锅炉热效率高。

锅炉燃烧用不同燃料时，燃烧效率也可保持在95-99%以上。

循环流化床锅炉经测试锅炉热效率近90%。

是一种高效节能的产品。

（4）负荷调节范围宽。

当负荷变化时，只需调节给煤量、空气量和物料循环量，不必像鼓泡流化床锅炉那样采用分床压火技术。

也不像煤粉锅炉那样，低负荷时要用油助燃，维持稳定燃烧。

一般而言，循环流化床锅炉的负荷调节比可达（3-4）：1。

负荷调节速率也很快，负荷调节速率每分钟可达4%。

负荷可在30%-110%范围内调节，锅炉效率不减。

这一点是层燃炉所办不到的。

（5）床温控制系统可实现自动控制。

在整个负荷变化范围内始终保持浓相床床温850-950℃间的某一恒定值，这个值是最佳的脱硫温度。

（6）可实现大型化。

层燃锅炉向大型化发展，必然增大炉排面积，要么加宽，要么加长，炉排过长效益较差，煤从进入炉排预热、挥发分着火、焦炭燃烧到燃尽需要的炉排长度是一定的，再增加炉排长度，也无法过多的增加锅炉出力。

增加宽度受到钢架构跨距影响，目前112MW已过于勉强，不适合再继续大型化。

循环流化床热水锅炉则不然，它可借鉴电站锅炉的成熟经验，向大型化发展。

（7）易于实现灰渣综合利用。

循环流化床燃烧过程属于低温燃烧，同时炉内优良的燃尽条件使得锅炉的灰渣含炭量低（含炭量小于1%），属于低温烧透，易于实现灰渣的综合利用，如作为水泥掺和料或做建筑材料。

同时低温烧透也有利于灰渣中稀有金属的提取。

循环床锅炉可燃用劣质煤，还可在炉内脱硫更有利于环境保护。

由于节省大量燃料，锅炉容量大，热效率高，除尘效果好并能高空排放，能有效地改善环境质量。

故在集中供热中被广泛采用。

4 循环流化床热水锅炉选型问题
对热水锅炉而言，大容量通常是指29MW以上的锅炉，循环流化床锅炉经近20余年的发展，基本已成熟，但运行中仍然存在一定问题，比如埋管磨损问题、返料装置结焦问题、炉墙密封问题等，因此用户选用循环流化床热水锅炉应考虑煤质适应性问题，一般29MW及以下锅炉可选择内循环锅炉，如图1所示。

循环流化床锅炉物料固体颗粒在炉膛壁面形成面壁流。

当物料呈湍流时，四壁的物料浓度较中心大，并沿壁面向下流动。

中心区物料颗粒相对稀少，并随气流向上运动。

这些物料在炉内惨混循环，称为内循环见图1。

外循环（见图2）：顾名思义，即床料经过炉膛出口，热旋风分离器，立管，返料阀，回料管，回到炉膛密相区再次燃烧。

内循环是分离器和返料设在炉体内。

保温效果好，可提高热效率，但处理故障不方便。

大于29MW的应选择外循环，性能稳定，负荷容易调节，检修方便运行平稳。

5 结束语
集中供暖企业最看重的循环流化床锅炉两大优点：（1）宽范围的负荷调整；（2）燃用劣质煤。

冬季供暖是关系到北方城镇居民切身利益的大事，现在供热企业自负盈亏，既要使居民供暖达到标准又要使企业运行成本达到最低，这就要求供暖企业挖掘内部潜力，做好供暖调节工作以节约能源，减少排放。

供暖的初寒期、末寒期锅炉无需满负荷，循环流化床锅炉可根据用户实际需要进行负荷调整。

根据国内外锅炉行业的现状和发展趋势，依据国内集中供暖实际需求，国内大量劣质煤市场庞大的现实，选用循环流化床锅炉能给供暖单位带来可观的效益。

考虑到大容量循环流化床热水锅炉的节能、环保等特点，大容量循环流化床热水锅炉必定在我国北方集中供热行业里一定时期内存在。

参考文献
[1]王庆峰.集中供热系统运行调节优化及热负荷预测方法研究[J].
[2]陈伟，等.循环流化床锅炉特点及其发展现状[J].。