1绪 论

1.1课题研究的背景

我国是世界上少数几个以煤为主要能源的国家之一，目前每年煤炭消费量约13亿吨，其中80％通过燃烧被利用。然而，燃烧设备陈旧、效率低下、排放无法控制造成了能源浪费和环境污染严重，节约能源与保护环境已成为现有燃烧技术所需解决的主要问题。因此，寻求一种高效、低污染燃烧技术，开发新的燃烧设备己成为当务之急。

经过三十多年的迅速发展，循环流化床锅炉的技术已趋于成熟。无论是锅炉本身的大型化还是各种配套技术和设备，都已经能适应用户的不同要求。但从环保角度来看，循环流化床锅炉还是存在一些问题，很多工业用循环流化床锅炉在设计时就根本没有考虑要脱硫，脱氮及其飞灰的处理。因此本文将从循环流化床锅炉的脱硫，脱氮，以及飞灰处理方面的各项措施给以简单介绍。 1.1.1 循环流化床锅炉的应用特点

循环流化床具有以下优点[1]：

(1)燃料适应性广。由于大量灰粒子的稳定循环，新加入循环流化床锅炉的燃料(煤)将只占床料的很小份额。由于循环流化床的特殊流体动力特性，使其中的质量和热量交换非常充分。这就为新加入燃料的预热、着火创造了十分有利的条件。而未燃尽的煤粒子通过多次循环既可增加其炉内停留时间又可多次参与床层中剧烈的质量和热量交换，十分有利于其燃尽。这就使循环流化床锅炉不仅可高效燃用烟煤、褐煤等易燃煤种，同样可高效燃用无烟煤等难燃煤种，还可高效燃用各种低热值、高灰分或高水分的矸石、固体垃圾等废弃物。

(2)截面热强度高。 同样由于流化床中剧烈的质量和热量交换，不仅使燃烧过程能在较小截面内完成，还使炉膛内床层和烟气流与水冷壁之间的传热效率也大大增加。 这就使循环流化床锅炉的炉膛截面和容积可小于同容量的链条炉，沸腾床锅炉甚至煤粉炉。 这一点对现有锅炉的改造尤其具有现实意义。

(3)污染物排放少。 可利用脱硫剂进行炉内高效脱硫是循环流化床锅的突出优点。 常用的脱硫剂是石灰石。 通常循环流化床锅炉的床温保持在800~1000oC之间，过高可能因床内产生焦、渣块而破坏正常流化工况，过低则难以保证必要的燃烧温度。 而这一区间正是脱硫反应效率最高的温度区间。 因而在适当的钙硫比和石灰石粒度下，可获得高达80%~90%的脱硫率。 同样由于较低的燃烧温度，加以分级送风，使循环流化床锅炉燃烧时产生的氮氧化物也远低于煤粉炉。 这样，燃煤循环流化床锅炉的二氧化硫和

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氮氧化物排放量都远低于不加烟气脱硫的煤粉炉，可轻易地控制到低于标准允许排放量的水平。

(4)锅炉负荷适应性好。 循环流化床锅炉中床料绝大部分是高温循环灰，这就为新加入燃料的迅速着火和燃烧提供了稳定的热源。 因而循环流化床锅炉的负荷可以很低，如额定负荷的30%左右，无需辅助的液体燃料，也不会发生煤粉炉难于保持正常燃烧甚至熄火的情况。 由于同样原因，循环流化床锅炉能够适应负荷的快速变化。

(5)燃料制备系统相对简单。 循环流化床锅炉无需煤粉炉的复杂的制粉系统，只需简单的干燥及破碎装置即可满足燃烧要求。 另一方面，与循环流化床锅炉相比，链条炉虽一般不需燃料制备装置，但其燃烧效率一般很低。 为保证燃料在链条炉排上的高效燃烧，燃料颗粒必须很均匀，这样的燃料制备装置同样会比循环流化床锅炉的复杂。

(6)灰渣能够综合利用。 低温燃烧以及良好的燃烧条件使灰渣低温烧透，活性好，可以用于生产水泥、建筑材料等，减少二次污染; 同时，低温烧透使得从灰渣中提取稀有金属成为可能。

(7)床内不布置埋管受热面。 循环流化床锅炉的床内不布置埋管受热面，因而不存在鼓泡流化床锅炉的埋管受热面易磨损的问题。 此外，由于床内没有埋管受热面，启动、停炉、结焦处理时间短，可以长时间压火等。

(8)给煤点数量少，简化给煤布置，适应大型化发展。 循环流化床锅炉流化速度更快，约为4~6m/s，所以循环流化床锅炉燃烧室下部粒子浓度比常规流化床锅炉低，粒子横向混合特性较好，给煤点数量比常规流化床锅炉要少。 130t/h的常规流化床锅炉有6个给煤点，而1025t/h的循环流化床锅炉即300MW循环流化床锅炉机组的锅炉只有4个给煤点。给煤点数量的减少简化了给煤装置的布置，为流化床锅炉的大型化创发展造了有利条件。

1.1.2 循环流化床锅炉应用中存在的问题

尽管循环流化床锅炉几乎可以消除鼓泡锅炉的所有缺点，但是它与常规煤粉炉相比还存在一些问题。

(1)大型化问题，尽管循环流化床锅炉发展很快，更大容量的锅炉正在研制中，由于受技术和辅助设备的限制，目前容量超过1000t/h的锅炉较难实现。

(2)烟风系统阻力较高，风机用电量大。 这是因为送风系统的布风板及床层远大于煤粉炉及莲条炉的送风阻力，而烟气系统中又增加了气固分离器的阻力。

(3)自动化水平要求高。 由于循环流化床锅炉风烟系统和灰渣系统比常规锅炉复杂，各炉型燃烧调整方式有所不同，控制点较多。 所以采用计算机自动控制比常规锅炉难得多。

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(4)磨损问题。 循环流化床锅炉的燃料粒径较大，并且炉膛内物料浓度是煤粉炉的十至几十倍。 虽然采用了许多防磨措施，但在实际运行中循环流化床锅炉受讯面的磨损速度仍比常规锅炉大得多，受热面磨损问题可能成为影响锅炉长期连续运行的重要原因。

(5)对辅助设备要求高。 某些辅助设备，如冷渣器或高压风机的性能或运行问题可能严重影响锅炉的正常安全运行。

(6)低污染燃烧问题。 循环流化床锅炉已在国内外获得了迅速的发展，一个重要的原因就是循环流化床的低污染燃烧特性。 在脱硫研究方面目前相对一致，但对于最佳脱硫温度，脱硫剂的高效利用方面尚有许多内容有待于进一步的研究。 1.1.3 循环流化床锅炉的应用前景

循环流化床锅炉CFBB(Circulating fluidized bed boiler)是近30年来发展起来的一种新型煤燃烧技术。在短短的30年间，流化床技术得到了飞速发展，由最初的鼓泡流化床发展到了循环流化床，其应用也由小型锅炉发展到容量与煤粉炉大体相当的大型电站锅炉。

循环流化床真正得到应用始于70年代束80年代初。 1979年，芬兰奥斯龙(Ahlstrom)公司开发的世界首台20 t/h商用循环流化锅炉投入运行。 此后，循环流化床锅炉技术

4，5]发展很快，已有许多不同的流派和形式[3，，从技术上可以分为三家：(1)德国鲁奇(Lurgi)、

法国Stein、美国ABB．CE型CFBB，采用鲁奇技术。1992年，德国Lurgi、Lentjes和Babcock公司三家公司联合成立了LLB公司。拥有Lurgi型和Circofluid型循环流化床锅炉。 (2)芬兰奥斯龙公司(1995年被美国FW收购)的Pyroflow型循环流化床锅炉。 (3)美国福斯特惠勒(Fw)公司自有型循环流化床锅炉。其中，带有外置式热交换器的循环流化床锅炉有：鲁奇循环流化床锅炉、ABB．CE型循环床锅炉和福斯特惠勃循环流化床锅炉：不带外置式热交换器的循环床锅炉主要有Pyroflow循环流化床锅炉和Circofluid型循环流化床锅炉。

目前，世界上发电容量为100MW~250MW的循环流化床电站锅炉已有数十台投入运行，其中容量最大的是采用鲁奇Lurgi技术，由法国Stein公司制造，安装在法国Gardanne电厂的250 MW(700t/h)循环流化床锅炉，于1995年5月投入运行。 美国ABB．CE公司，FW公司等主要循环流化床锅炉的制造商都在开发300~350MW等级的产品，可以说，目前国外大型化循环流化床技术日益成熟，逐渐达到与煤粉炉容量相当的水平。

国内中小型循环流化床技术也已相当成熟，但在大型化循环流化床锅炉的开发研究方面，与先进国家仍有相当大的差距。引进国外技术制造的220 t/h(50MW)和引进的410 t/h、450 t/h的CFBB已投运，四川白马300MW循环流化床机组已投入运行，但从运行

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实绩看，在燃烧效率、锅炉可靠性、价格和能耗等指标上，与传统煤粉炉相比，仍有一定的差距。

CFB锅炉的发展前景[2]：

在更为严格的环保条件下(即使是SO2最高允许排放浓度降低到400(mg/m3)，CFB锅炉仍将在如下几个方面继续得到应用和发展。

(1)用于中、低硫煤锅炉

对于中、低硫煤，采用CFB锅炉燃烧方式，通过炉内加入石灰石脱硫，适当控制床温，可以满足更严格的环保要求。对于煤中的含硫量大小，并不是采用收到基含硫量直接作为判据，而是以折算单位发热量的含硫量作为判据。 对于某一台实际锅炉来说，锅炉的总热负荷是基本确定的，因此决定排放量的是单位发热量下的含硫量，用折算硫分作为判断依据更为科学。

对一般煤种，各种研究表明，CFB锅炉中添加石灰石的Ca/S为2.2左右时，脱硫效率可以达到90%以上，如果需要控制SO2排放<400mg/m3则按90%脱硫效率反算，原始排放应小于4000mg/m3。 当然，对于不同的煤种与石灰石以及Ca/S，脱硫效率若大于90%，则相应的能够满足SO2排放<400mg/m3的折算硫分可以更高。

对于N0X的排放，可以看出，当床温为860~940oC时的NOX排放基本在350mg/m3以下，可以满足更严格的环保要求。

试验结果表明，从试验的炉膛温度来看，不同的煤种，不同石灰石的最佳脱硫温度不同，综合考虑燃煤的燃烧效率、SO2、NOX、以及N2O排放控制，将床温控制在880~930oC范围内较为合适。 总之，对于折算硫分<1.0 g/J的煤种，通过炉内加入石灰石脱硫，控制适当的床温，可以控制SO2和NOX排放在400mg/m3 以下。

(2)用于劣质燃料、兼顾脱硫

由于CFB锅炉中尤其是密相区聚积了大量处于床温的燃烧着的粒以及惰性床料，通常新加入的煤量只占上述床料量的1%~3%，因此，新加入的煤很快就会被周围床料加热燃烧，即使燃料热值很低，入炉煤也不会对床温造成大的冲击，因此CFB锅炉适合燃烧各种劣质燃料。 对于电力行业来说，CFB锅炉燃用煤矸石和低挥发分的极难燃煤种，有特别重要的意义。

对于燃用这些劣质燃料的CFB锅炉，在SO2和NOX的排放标准方面，应适当放宽。这样，对于含硫量较高的煤矸石，可以通过CFB锅炉燃烧变废为宝! 对于折算硫分<1.5g/J，控制SO2排放<800 mg/m3; 对于低挥发分的无烟煤，可以适当提高床温。 如床温提高到950oC左右，控制NOX的排放<600mg/m3，提高燃料的燃尽程度，从而提高锅炉效率。

(3)用于调峰机组

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