循环流化床锅炉原理说明

一、循环流化床锅炉及脱硫

1、循环流化床锅炉工作原理

煤和脱硫剂被送入炉膛后，迅速被炉膛内存在的大量惰性高温物料（床料）包围，着火燃烧所需的的一次风和二次风分别从炉膛的底部和侧墙送入，物料在炉膛内呈流态化沸腾燃烧。在上升气流的作用下向炉膛上部运动，对水冷壁和炉内布置的其他受热面放热。大颗粒物料被上升气流带入悬浮区后，在重力及其他外力作用下不断减速偏离主气流，并最终形成附壁下降粒子流，被气流夹带出炉膛的固体物料在气固分离装置中被收集并通过返料装置送回炉膛循环燃烧直至燃尽。未被分离的极细粒子随烟气进入尾部烟道，进一步对受热面、空气预热器等放热冷却，经除尘器后，由引风机送入烟囱排入大气。

燃料燃烧、气固流体对受热面放热、再循环灰与补充物料及排渣的热量带入与带出，形成热平衡使炉膛温度维持在一定温度水平上。大量的循环灰的存在，较好的维持了炉膛的温度均化性，增大了传热，而燃料成灰、脱硫与补充物料以及粗渣排除维持了炉膛的物料平衡。

煤质变化或加入石灰石均会改变炉内热平衡，故燃用不同煤种的循环流化床锅炉在设计及运行方面都有不同程度的差异。循环流化床锅炉在煤种变化时，会对运行调节带来影响。试验表明，各种煤种的燃尽率差别极大，在更换煤种时，必须重新调节分段送风和床温，使燃烧室适应新的煤种。

加入石灰石的目的，是为了在炉内进行脱硫。石灰石的主要化学成份是CaO ．而煤粉燃烧后产生的SO2、SO3等，若直接通过烟囱排入大气层，必然会造成污染。加入石灰石后，石灰石中的的Cao 与烟气中的SO2、SO3等起化学反应，生成固态的CaSO3 、CaSO4 （即石膏），从而减少了空气中的硫酸类的酸性气体的污染。另外，由于流化床锅炉的燃烧温度被控制在800－900 ℃范围内，煤粉燃烧后产生的NOx 气体也会大大减少硝酸类酸性气体。

2、循环流化床锅炉的特点

可燃烧劣质煤

因循环流化床锅炉特有的飞灰再循环结构，飞灰再循环量的大小可改变床内（燃烧室）的吸收份额，即任何劣质煤均可充分燃烧，所以循环流化床锅炉对燃料的适应性特别好。

燃烧效率高

由于循环流化床锅炉采用飞灰再循环燃烧，其锅炉燃烧效率可达95 ％一99 ％。

节约能源

由于循环流化床锅炉燃烧的煤粉相比较煤粉锅炉而言，不需要经过大耗电的磨煤机磨制成更细的煤粉，所以达到了节约电能的目的。

环境保护

由于循环流化床锅炉燃烧过程中，添加了石灰石，进行炉内脱硫，且燃烧温度低，大大减少了烟气排放的酸性气体，无疑对保护生态环境有吸要作用。

另外流化床燃烧产生的灰渣活性好，可做水泥掺和料、建筑材料等，这对变废为用、保护土地资源可起到重要作用。

锅炉受热而易磨损

由于受到固体颗粒强烈的摩擦，使受热面磨损严重，使得锅炉本体特性发生变化，甚至严重影响运行时间及锅炉寿命。

容易发生堵煤和床温不均匀故障

循环流化床锅炉对燃料的水分、颗粒度以及燃料的流动性十分敏感，普遍存在落煤管、煤仓给煤斗，碎煤设施、给煤机本身的堵塞和泄漏。循环流化床锅炉料层及炉膛温度对燃料的颗粒尺寸及其宽筛分的比例分布十分敏感，细料床一般温度偏低，点火困难且容易灭火，低温结焦倾向明显；而粗大颗粒料层又容易温度偏高，结焦倾向明显。

3、循环流化床锅炉脱硫

㈠、加石灰石脱硫对NOx及其它污染物排放的影响

循环流化床锅炉具有优良的环保性能：

一方面，由于低温燃烧和分级送风，有效抑制了NOx 的生成〔仅为煤粉燃烧锅炉的1/3～1/4〕。

燃用烟煤的小于250mg/Nm3，燃用次烟煤的NOx排放最高，但也小于350mg/Nm3。燃料挥发分增加，NOx排放量亦随之增加。

另一方面，通过炉内添加石灰石脱硫减少了SOx的排放。

循环流化床锅炉炉内加钙（石灰石）脱硫的脱硫效率较高、加钙脱硫在Ca/S比为1.8～2.5时，脱硫效率一般可达85%。

尾部烟气湿法脱硫也是一种实用化、工业化的脱硫方式，并在发达国家得以较为普遍地使用，设备投资较大。

㈡、目前较常用的两种脱硫方式：

⑴排烟循环流化床脱硫：钙硫比；1.05 脱硫率：95－98％

干法〔干石灰粉GaCO3〕、半干法〔石灰浆CaO（OH）2〕、湿法〔石灰浆水喷淋，国外应用较多〕初投资相对相对较大，但运行费用较低。

图1 GSA脱硫工艺系统流程图

⑵炉内添加石灰石脱硫：钙硫比：1.8－2.5 脱硫率：80－85％

初投资相对相对较小，但运行费用较高。

图2 炉内添加石灰石锅炉系统

㈢、添加石灰石脱硫对锅炉的影响：

1、添加石灰石脱硫会引起NOx排放的增加，但添加石灰石后NOx排放的增加，不超过原排放的30%，即排放最高的高挥发分燃料，添加石灰石后NOx排放也不超过450mg/Nm3，这不仅远低于我国的环保控制标准（650mg/Nm3）。因此，可以不考虑添加石灰石脱硫对NOx 排放增加的影响。

2、添加石灰石脱硫会造成N2O、CO、HF、HCl排放的下降。

3、加入石灰石严重改变了循环流化床锅炉的灰平衡，将对锅炉的性能、结构设计及辅机选型、厂用电耗等产生重大影响。

4、加入石灰石脱硫引起锅炉出口烟气含尘量很大的变化，将直接影响除尘器的除尘方式和效率选择。

综上：目前，锅炉实际排放量远远超过国家允许排放标准，为今后长远考虑，湿法排烟循环流化床脱硫为首选。

附：聊城市环保局控制标准：