一、循環(huán)流化床的工藝特點(diǎn)

（1）循環(huán)流化床鍋爐 9 8%的床料為煤灰、石灰石或石英砂等惰物料構(gòu)成，在任何時(shí)候燃燒在床料中的比例均少于2%；同時(shí)，由于固體物料通過分離器能夠進(jìn)行物料循環(huán)，使燃料的平均脫硫時(shí)間超過50分鐘，因而在燃燒過程中任何燃料均能夠長時(shí)間被巨大熱容量的惰性高溫固體床料包圍和燃盡。

（2）由于爐內(nèi)固體物料會(huì)產(chǎn)生內(nèi)外循環(huán),因而氣固間和固體間能夠產(chǎn)生強(qiáng)烈的端流混合,

產(chǎn)生完全均勻的熱工況,不但使?fàn)t內(nèi)溫度分布和熱流分布均勻,加上固體物料具有很長停留時(shí)間,因而能夠確保幾乎任何燃料的高燃燒率,燃料的靈活性是循環(huán)流化床鍋爐有別于其它燃燒方式的主要優(yōu)點(diǎn)之一。

（3）鍋爐的爐內(nèi)燃燒特性可將燃燒溫度設(shè)計(jì)在850℃的水平,不但可以進(jìn)行爐內(nèi)低成本脫硫,常規(guī)情況下使二氧化硫排放小于200毫克標(biāo)米,而且可以保證在此溫度下燃料的燃燒。此外,循環(huán)流化床鍋爐的爐內(nèi)工況有利于低氮燃燒。低溫燃燒和分級(jí)燃燒在下爐膛形成強(qiáng)烈的還原區(qū),可有效抑制NOx的生成常規(guī)循環(huán)流化床鍋爐可使NOx排放小于200毫克標(biāo)米。因此,對(duì)于2012年我國頒布的煤電排放新標(biāo)準(zhǔn),循環(huán)流化床鍋爐在不采用任何煙氣治理措施的情況下,僅靠爐內(nèi)燃燒控制,就可達(dá)到新排放標(biāo)準(zhǔn)的要求,這是任何其它煤燃燒方式做不到的。

二、循環(huán)流化床燃煤鍋爐的技術(shù)創(chuàng)新

清華大學(xué)以岳光溪院士為首的團(tuán)隊(duì),通過多年的實(shí)踐一理論研究一實(shí)踐的反復(fù),針對(duì)循環(huán)流化床工程設(shè)計(jì)的需要,搭建了我國獨(dú)立的循環(huán)流化床煤燃燒理論體系和技術(shù),在此基礎(chǔ)上。發(fā)展了循環(huán)流化床技術(shù)的三軸流態(tài)化圖譜,奠定了福不流化床燃煤鍋爐作為清潔煤燃燒技術(shù)的理論基礎(chǔ),使循環(huán)流化床鍋爐達(dá)到可靠性-低能耗-超di排放的統(tǒng)一,并在實(shí)踐中得到印證。在循環(huán)流化床技術(shù)中,流化風(fēng)速、物料攜帶率和床料粒徑是影響循環(huán)流化床流態(tài)化燃燒及污染物控制的重要參數(shù),優(yōu)化它們之間的關(guān)系以實(shí)現(xiàn)流態(tài)重構(gòu),是達(dá)到循環(huán)流化床鍋爐的可靠性、低能耗和超di排放的關(guān)鍵。他們首先對(duì)流化風(fēng)速設(shè)計(jì)流態(tài)進(jìn)行了修正調(diào)整,大大級(jí)解了燃燒室磨損,提高了可用率和煤種適應(yīng)性。形成了我國一代循環(huán)流化床技術(shù)。該技術(shù)覆蓋了從35-560噸/時(shí)工業(yè)鍋爐, 116MW以下容量供暖熱水鍋爐,135-300MW亞臨界再熱循環(huán)流化床發(fā)電鍋爐,直到世最界大容量最參高數(shù)的600MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐。主導(dǎo)了我國市場,并打入國外市場,現(xiàn)在,由清華大學(xué)主導(dǎo)的660MW超超臨界循環(huán)流化床鍋爐將在"13五,期間開發(fā)出來。

由于傳統(tǒng)循環(huán)流化床技術(shù)存在高能耗和下部磨損的問題:廠用電比煤粉爐高2-3%,燃燒室膜式壁下部磨損,影響可用率。為解決上述問題。清華大學(xué)建議再次更動(dòng)循環(huán)流化床物料攜帶率,改變傳統(tǒng)循環(huán)流化床流態(tài)設(shè)計(jì)定態(tài)區(qū)域,通過提高床質(zhì)量、減少總床存量、增加循環(huán)量、即通過流態(tài)重構(gòu)及二次重構(gòu),以達(dá)到減少流化風(fēng)機(jī)壓頭節(jié)能和減少燃燒室磨損的建議。該設(shè)想突破了循環(huán)流化床燃燒原有流態(tài)專利范圍。是世界shou創(chuàng)的新技術(shù)。根據(jù)這一設(shè)想,清華大學(xué)與太原鋼爐廠在節(jié)能型循環(huán)流化床技術(shù)上形成產(chǎn)學(xué)研合作伙伴,對(duì)山西離石大土河電廠的三臺(tái)75T/h燃用洗中煤和泥煤的循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)行改造。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明可以將床壓降運(yùn)行在3.2KPa而不影響滿負(fù)荷運(yùn)行;運(yùn)行一年沒有發(fā)生燃燒室水冷壁磨損,連續(xù)運(yùn)行不小于6500小時(shí),年運(yùn)行不小于8000小時(shí),可用率超過95%風(fēng)機(jī)節(jié)電30%,一年運(yùn)行節(jié)約廠用電5百萬度。

自2014年國家對(duì)燃煤火電提出超di排放要求,即二氧化硫35毫克/標(biāo)米:氮氧化物50毫克/標(biāo)米和粉塵10毫克/標(biāo)米后,傳統(tǒng)循環(huán)流化床技術(shù)的爐內(nèi)燃燒控制就無法滿足超di排放的要求,面對(duì)這一新的挑戰(zhàn),清華大學(xué)在流態(tài)重構(gòu)節(jié)能型卻環(huán)流化床基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高床質(zhì)量,通過降低石灰石粒度,提高石灰石比表面積以加強(qiáng)其反應(yīng)性,從而提高了爐內(nèi)脫硫效率。同時(shí),由于使循環(huán)流化床內(nèi)稀相區(qū)的物料粒度減小,濃度進(jìn)一步提高,擴(kuò)展了爐內(nèi)還原性氣氛的高度以強(qiáng)化主要燃燒過程還原性,從而進(jìn)一步降低NOx的生成,實(shí)現(xiàn)了爐內(nèi)低氨燃燒和NOx的超di排放。根據(jù)這一思路,清華大學(xué)繼續(xù)和太原鍋爐廠合作,選擇其在山東淄博熱電的260噸時(shí)循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)行改造和示范。該鍋爐燃燒的燃料是貧煤,工業(yè)分析為: Mt:3.3%, Aad:33.01%,Vad: 14.03%: FCad:52.80% Star: 0.58:熱值: 5054Kcal/kg.

試驗(yàn)結(jié)果表明,循環(huán)灰中位粒徑接近10微米;爐膛上部平均壓降提高到60Pa/m.

此時(shí)NOx原始排放: 19.91mg/Nm³,經(jīng)反多單位測試,穩(wěn)定在20-30mg/Nm³, so排放(Ca/S-1.5)為24.4950mg/Nm³,經(jīng)反復(fù)多單位測試,穩(wěn)定在SO,<50mg/Nm',在淄博熱電工程超di排放試驗(yàn)之后,相繼進(jìn)行的超di排放循環(huán)流化床改造,其運(yùn)行結(jié)果證實(shí)了淄博熱電的示范結(jié)果,后繼的示范工程包括:江西560噸時(shí)循環(huán)流化床鍋爐在燃用4000大卡煙煤:山西霍州260噸時(shí)燃用煙煤煤泥循環(huán)流化床得到林同的超di排放結(jié)果。該技術(shù)用于山西山陰上鍋300MW和國錦東鍋300MW循環(huán)流化床在高物料濃度運(yùn)行時(shí),也顯示NOx排放降低的明顯降低。上述成果超出了國內(nèi)外對(duì)循環(huán)流化床污染控制能力的認(rèn)知底線,引起國外學(xué)術(shù)界的重視,近期在國內(nèi)得到政府環(huán)保部門的注意,在熱電行業(yè)有巨大反響。形成一批新建項(xiàng)目及鍋爐環(huán)保改造項(xiàng)目。 2017年2月該技術(shù)以名為“基于爐內(nèi)脫硫和低氨燃燒的超di排放循環(huán)流化床鍋爐技術(shù),通過了機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)組織的科技成果鑒定、鑒定結(jié)果認(rèn)為:這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在山東、山西的兩個(gè)電廠投入運(yùn)行,由特種設(shè)備檢測研究院對(duì)這兩臺(tái)鍋爐進(jìn)行的測試結(jié)果顯示,不需采取任何爐后環(huán)保措施,鍋爐就能夠直接實(shí)現(xiàn)二氧化硫和氮氧化物超di排放達(dá)標(biāo),即二氧化硫35 mg/Nm,以下,氮氧化物50mgNm³以下。而傳統(tǒng)循環(huán)硫化床鍋爐的這兩項(xiàng)排放指標(biāo)均在200mgNm³左右。近年來,各地霧霾頻發(fā),引發(fā)高度關(guān)注,而燃煤被認(rèn)為是霧霾的重要來源。為此,各地采取積極措施降低燃煤排放,而此項(xiàng)新技術(shù)為中小型燃煤鍋爐實(shí)現(xiàn)超di排放提供了一個(gè)低成本的解決方案。