太原锅炉集团有限公司流化床知识讲堂——发展史

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      循环流化床(circulating fluidized bed，CFB)燃烧发电技术，作为一种劣质煤适应性强、污染控制成本低的燃烧技术，在我国得到了充分发展，形成了大容量高参数、节能型和超低排放型三代标志性的技术装备，装机超过1亿千瓦，占煤电总装机容量的 10%、总装机数量的20%。CFB燃烧技术的特点在我国劣质燃料的清洁高效利用上得到了充分展现。

      流化床是一种化工反应装备。在“床”内存有大量固体颗粒，这些颗粒被流体向上流动所产生的曳力所完全支撑，固体颗粒和气流形成的整体便具有了流体的外观和许多特性。学术上将这种固体颗粒形成的流动模式称为“流态化”。

     20世纪50年代初，莫斯科动力学院首次尝试用鼓泡流化床燃烧褐煤，从而将流态化引入燃烧领域。在大量高温流化床料作用下，燃料颗粒迅速着火燃烧，稳燃能力强，传热性能优异，相当数量的小型鼓泡床锅炉在20世纪60年代建成投产。然而此后，越来越多的实践经验暴露出鼓泡床锅炉的劣势:埋管受热面磨损问题突出;由于细煤颗粒容易被烟气夹带出燃烧区，总燃烧效率偏低;炉内石灰石脱硫效率较低;炉膛截面热负荷较低，限制了大型化发展，锅炉参数和容量难以进一步提高;控制手段有限，负荷调节困难，灵活性不足。

     由于上述发展瓶颈，流态化燃烧技术的研发中心逐渐转移到循环流化床锅炉上。从20 世纪 80年代开始，众多制造商提出了各具特色的CFB锅炉设计方案。中国也于同期开始了CFB燃烧技术的研究。尤其是20世纪90年代之后，我国学术界逐渐认识到气固流态的重要作用，跳出了鼓泡床设计思维局限,提出了CFB锅炉定态设计理论和二维设计图谱。其核心是适当提高炉内烟速达到快速床形成速度;同时，某个粒径范围的颗粒在分离器中的分离效率达到 100%(或非常接近)，即分级分离效率曲线存在一个100%分离粒径，这个粒径范围内的颗粒构成循环灰的主体。循环床料粒径的分级分离效率接近100%，使该粒径的床料存量足以支撑形成快速床。而燃烧室上部为快速床是保证炉内纵向温度均匀的条件。不同技术流派的循环流化床仅仅是在快速床状态选择上的不同子状态。

       在此指导下，先后开发出第一代高性能CFB燃烧技术和第二代节能型CFB燃烧技术提高了锅炉可靠性和经济性，从根本上解决了燃烧效率、负荷适应性、受热面磨损等问题。此后进一步挖掘了床料粒度即床质量，对炉内气氛及化学反应调控的重要意义，将流态设计范围从二维扩展到三维(如图1所示)，开发出第三代超低排放型CFB燃烧技术，实现了二氧化硫(SO2)和氮氧化物(NOx)的污染物原始超低排放。