第一章 循环流化床燃烧技术发展概况

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1、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、SO2、NOx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

2、境污染亦达到了惊人的程度，生态环境严重恶化。我国的SO2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。表1-1典型脱硫技术的比较过程技术措施脱硫效率(%)运行费用(元/tSO2)寿命(年)总投资(元/tSO2)存在问题燃前洗选脱硫30～4040020560.5洗出物处理民用型煤40～50

3、1600152009工业型煤50～703200153843成本及质量燃中循环床脱硫85～90500201241技术及管理燃后湿法烟气脱硫90～951100~1600201700~2200成本高目前，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

4、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11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1.2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、

5、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NOX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

6、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燃烧特性层燃煤粉燃烧鼓泡床循环流化床燃烧温度℃1100~13001200~1500800~900800~900燃料尺寸mm0~500~0.20~120~12气流速度m/s2.5~3

7、4.5~91.34.5~7燃料停留时间几十分钟2~3秒1~3小时1~3小时燃料升温速度℃/s110~1010~1010~10挥发分燃尽时间s100<0.110~5010~50焦炭燃尽时间s1000~1100~500100~500湍流混合差差强强燃烧过程控制因素扩散控制动力控制为主边界层扩散控制边界层扩散控制11(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

8、℃的情况，在有足够的氧的条件下，任何固