第一章 循环流化床燃烧技术发展概况.

第一章循环流化床燃烧技术发展概况

20世纪中期,工业的迅速发展,包括大量燃煤锅炉在内的工业过程产生了严重的污染问题,迫切要求发展洁净煤技术,包括煤的清洁燃烧技术。在 60年代末至70年代初期,流化床煤燃烧技术应运而生。

第一节循环流化床燃烧技术的发展背景

我国是世界上最大的发展中国家, 煤在我国一次能源构成中占据着绝对主要

的地位。煤在燃烧过程中将产生大量的灰渣、粉尘、废水、 SO 2 、 NO

x

等废弃物,

如不妥善处理, 将会严重破坏生态环境甚至是永久性的, 进而危害人类自身的生存和发展。

改革开放二十年来,我国经济高速发展,能源工业前进的步伐更快些。但在人民生活水平日益提高的同时, 环境污染亦达到了惊人的程度, 生态环境严重恶化。我国的 SO

2

排放量居世界第一,酸雨区域已经蔓延到 40%的国土面积,多数大城市的空气总悬浮颗粒浓度超过世界卫生组织标准的十几倍甚至几十倍。目前,环境保护在我国开始广受关注,可持续发展是我们的基本国策,既然我们别无选择, 必须在保护环境、改善环境的条件下让煤继续为中国的发展提供动力,那么唯一的出路就是依靠科学和技术,实现煤利用的高效和清洁。目前,国际上已投入使用或已基本成熟的高效清洁燃煤发电技术主要有四种:整体煤气化联合

循环 (IGCC、增压流

化床燃烧联合循环

(PFBC、常压循环流

化床燃烧 (CFBC和超

临界煤粉炉蒸汽循环

加烟气脱硫

(SCPC-FGD。从技术

完备性和经济适用性

角度来看, IGCC 和 PFBC 近期都不可能在我国投入大规模工业应用; SCPC-FGD 在技术上最为成熟, 国际上应用最广, 但由于我国新材料开发存在困难及FGD 等净化技术成本过高在我国作商业性推广面临一些现实的困难; 相比之下, 循环流化床燃烧技术基本成熟, 制造和运行成本都比较低, 在保证高效燃烧的基础上能显著降低废弃物排放, 可以满足目前世界上最严格的环保标准。表给出了各技术的投资、运行费用、技术现状的比较。从初投资、运行成本、技术的可靠性及

系统的复杂程度综合来看,循环流化床炉内脱硫是一个良好的选择。

应用于发电领域的常压循环流化床燃烧技术始于七十年代末,作为一项高效、低成本的清洁燃烧技术,它具有以下优点:

(1燃料适应性强且燃烧效率高,不仅可以燃用烟煤等优质煤,而且可燃用各种劣质燃料如褐煤、贫煤、洗中煤、泥煤、矸石、石油焦、油页岩、废木屑甚至工业废弃物和城市垃圾等;

(2负荷调节范围大,在 30%额定负荷下仍能稳定燃烧,无需燃油支持;

(3负荷调节方便快捷,负荷连续变化速率可达 7~12%/ min;

(4低温燃烧,因此 NO

X

排放量远低于煤粉炉,仅为 200左右;同时可用石灰石作脱硫添加剂低成本实现炉内脱硫;

(5灰渣便于综合利用。

我国于八十年代中期开始投入力量积极从事循环流化床燃烧技术的研究开发,虽然起步较晚,但进步很快。目前,国产蒸发量 420t/h及以下级的小型循环流化床锅炉已在国内作大面积工业推广, 实现了商品化, 更大容量的循环流化床锅炉设计正在积极酝酿和筹划中。

第二节循环流化床燃烧技术的特点

流化床煤燃烧技术在较短的时间内能得到迅速的发展和应用,是因为它具有一些常规燃煤技术所不具备的特点。表 1-2为层燃、煤粉燃烧和流化床燃烧三种燃烧方式燃烧特性的比较, 从中可以看出, 流化床燃烧有别于其他两种燃烧方式的最突出的特点是:低温燃烧,长的停留时间,以及强烈的湍流混合,这些特点给流化床燃烧带来一系列优点。

表 1-2 不同煤燃烧方式的燃烧特性比较

(一低温燃烧

流化床燃烧和层燃及煤粉燃烧很不相同,任何时候其炉内都需有大量的惰性物料 (灰,石灰石或沙子等的储备,这些惰性物料占全部炉内固体物料的 97~98%,即

任何时候炉内固体可燃物的份额不超过全部床料的 2~3%,因此,即使在燃烧温度仅为800~900℃的情况,在有足够的氧的条件下,任何固体燃料都能被燃尽, 特别再

加上燃料在炉内很长的停留时间及床内强烈的湍流混合, 这些足以保证在

800~900℃的低温条件下流化床锅炉能稳定和高效地燃烧任何燃料。 (二极好的燃料适应性

由于流化床锅炉具有上述能在800~900℃的低温下稳定和高效地燃烧任何燃

料的特点,因此它具有极好的燃料适应性, 几乎可以燃烧任何燃料, 并保证燃烧过程的稳定和很高的燃烧效率。至今, 已成功地在流化床锅炉上燃烧过的燃料包括一切种类的煤,其中有高灰分高水分得褐煤, 低挥发分的无烟煤, 各种煤的煤矸石,洗杆,洗煤泥浆,石煤,各种石油焦,油页岩,泥煤,城市垃圾,油污泥, 农林业生物质

废料,如树皮,木屑,稻壳,甘蔗渣,废轮胎等。它也可用于燃烧各种液体和气体燃料, 各种燃料既可以单独燃烧也可以混烧, 这是任何其他燃烧方式不能与之相比的。

(三低的污染物排放

流化床锅炉低温燃烧的特点,有效地抑制了热力型 NO

x

的生成,而通过采用

分级燃烧又可控制燃料型 NO x 的排放,因而,流化床锅炉 NO

x

的生成量仅为煤粉

炉的 1/3~1/4,可以将循环床的 NO

x

排放值控制在 100~200ppm 。此外,如果在燃烧过程中直接向炉内加入石灰石或白云石, 由于800~900℃的燃烧温度正是石灰

(CaO和二氧化硫 (SO

2

反应的最佳脱硫温度,因此,根据煤中的含硫量投入流化床锅炉炉膛内适量的石灰石,就可以达到 90%以上的脱硫效率。所以,流花床是一种最经济有效的低污染煤燃烧技术, 这也是它在全世界受到重视, 得到很快发展的最根本原因。

(四燃烧强度大

由于流化床燃烧过程中强烈的湍流混合,大大地提高了其燃烧强度,从而提高了单位床面积的出力,减小了炉膛的截面积和体积。一般情况下, 循环床的炉膛截面热负荷为 3~8MW/m2。

(五负荷调节性能好

由于炉内大量热床料的储备, 使流化床锅炉具有良好的负荷调节性能, 负荷调节幅度大,其负荷调节范围可从 100%到 20%,在低负荷时也能保持稳定燃烧。

(六易于操作和维护