1 循環(huán)流化床鍋爐應(yīng)用現(xiàn)狀
從1988年國產(chǎn)首臺(tái)10t/h蒸發(fā)量循環(huán)流化床鍋爐投運(yùn)后的十幾年來，循環(huán)流化床鍋爐在國內(nèi)集中供熱領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展十分迅速。在中小熱電廠方面，1989年首臺(tái)國產(chǎn)35t/h循環(huán)流化床鍋爐投運(yùn)，1992年首臺(tái)國產(chǎn)75t/h循環(huán)流化床鍋爐在浙江嵊縣熱電廠投運(yùn)，1995年首臺(tái)國產(chǎn)220t/h循環(huán)流化床鍋爐在大連化學(xué)工業(yè)公司自備熱電廠投運(yùn)，2000年首臺(tái)國產(chǎn)130t/h循環(huán)流化床鍋爐在石家莊熱電三廠投運(yùn)，2002年首臺(tái)國產(chǎn)420t/h循環(huán)流化床鍋爐在保定熱電廠投運(yùn)。在區(qū)城供熱鍋爐方面，首臺(tái)國產(chǎn)29MW循環(huán)流化床高溫水鍋爐1993年在河南濮陽中原油田投運(yùn)，首臺(tái)國產(chǎn)14MW循環(huán)流化床低溫水鍋爐1999年在石家莊時(shí)光供熱站投運(yùn)，首臺(tái)國產(chǎn)58MW循環(huán)流化床高溫水鍋爐2000年在濟(jì)南投運(yùn)，首臺(tái)國產(chǎn)116MW循環(huán)流化床高溫水鍋爐2001年在石家莊時(shí)光供熱站投運(yùn)。
以石家莊市的集中供熱為例，從1995年開始循環(huán)流化床鍋爐即得到了廣泛采用，至2003年底共投產(chǎn)35t/h或29MW以上容量循環(huán)流化床鍋爐34臺(tái)（見表1），而同期其它爐型只有6臺(tái)29MW鏈條爐和4臺(tái)75t/h旋風(fēng)爐、1臺(tái)130t/h旋風(fēng)爐安裝投運(yùn)。
2 循環(huán)流化床鍋爐的應(yīng)用特點(diǎn)
從已投運(yùn)的循環(huán)流化床鍋爐看，其在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)勢主要有以下幾點(diǎn)：
2.1 鍋爐熱效率較高
由于循環(huán)床內(nèi)氣—固間有強(qiáng)烈的爐內(nèi)循環(huán)擾動(dòng)，強(qiáng)化了爐內(nèi)傳熱和傳質(zhì)過程，使剛進(jìn)入床內(nèi)的新鮮燃料顆粒在瞬間即被加熱到爐膛溫度（≈850℃），并且燃燒和傳熱過程沿爐膛高度基本可在恒溫下進(jìn)行，因而延長了燃燒反應(yīng)時(shí)間。燃料通過分離器多次循環(huán)回到爐內(nèi)，更延長了顆粒的停留和反應(yīng)時(shí)間，減少了固體不完全燃燒損失，從而使循環(huán)床鍋爐可以達(dá)到98～99％的燃燒效率。據(jù)有關(guān)熱電企業(yè)不同容量和型號(hào)鍋爐的運(yùn)行測試，同容量的循環(huán)流化床鍋爐比鏈條爐的運(yùn)行熱效率高出約10％左右。循環(huán)床鍋爐渣的含炭量在百分之一到五之間，飛灰含炭量在8～35％之間，而鏈條爐渣的含炭量在15～25％之間，飛灰含炭量在40～50％之間。循環(huán)流化床鍋爐的燃燒效率不及煤粉爐，但由于煤粉爐制粉系統(tǒng)很復(fù)雜，燃料適應(yīng)性差，氮氧化物和二氧化硫排放濃度高等缺點(diǎn)，在中小熱電廠和區(qū)域鍋爐房方面已經(jīng)越來越少采用。
2.2 運(yùn)行穩(wěn)定，操作簡單
循環(huán)流化床鍋爐燃料系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備少，主要有給煤機(jī)、冷渣器和風(fēng)機(jī)，較煤粉爐省去了復(fù)雜的制粉、送粉等系統(tǒng)設(shè)備，較鏈條爐省去了故障頻繁的爐排部分，給燃燒系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行創(chuàng)造了條件。
90年代循環(huán)流化床在國內(nèi)應(yīng)用初期，由于研究、設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)行等各方面經(jīng)驗(yàn)的缺乏，其應(yīng)用中的確存在著連續(xù)運(yùn)行時(shí)間短、出力不夠、點(diǎn)火難、磨損嚴(yán)重、易結(jié)焦、輔機(jī)故障率高等許多問題，但經(jīng)過十多年各方面不斷完善化工作，不僅可以保證連續(xù)運(yùn)行時(shí)間高于4000h，對有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、制造、安裝和運(yùn)行單位而言其他問題也已克服。石家莊時(shí)光供熱站兩臺(tái)116MW循環(huán)流化床鍋爐在2003－2004整個(gè)采暖季連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，無一次故障停爐。許多用戶對循環(huán)流化床鍋爐從點(diǎn)火啟動(dòng)、升降負(fù)荷、連續(xù)排渣、壓火備用到故障排除都能夠熟練操作。只要保證不間斷的給煤，保持爐膛料差穩(wěn)定，控制好爐膛溫度，在50～110％的負(fù)荷下連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行不成問題。
2.3 燃料適應(yīng)性廣，對煤炭供應(yīng)市場波動(dòng)有較強(qiáng)的適應(yīng)性
循環(huán)流化床鍋爐具有很高的燃燒熱強(qiáng)度，其截面熱負(fù)荷為4－6MW/m2，是鏈條爐的2－6倍，其爐膛容積熱負(fù)荷為1.5－2MW/m3，是煤粉爐的8－11倍，因此它幾乎可以燃燒在煤粉爐或鏈條爐中難以點(diǎn)燃和燃盡的貧煤、無煙煤、煤矸石等一切種類的燃料，并達(dá)到很高的熱效率，這對于燃用當(dāng)?shù)亓淤|(zhì)燃料、應(yīng)對煤炭供應(yīng)緊張形勢有重要意義。石家莊在近幾年幾次煤炭市場波動(dòng)時(shí)，供熱企業(yè)的用煤得不到保障。煤炭發(fā)熱量在3000～6000kcal/kg之間大幅波動(dòng)，但循環(huán)流化床鍋爐始終基本穩(wěn)定運(yùn)行，其優(yōu)越性非常明顯。而鏈條爐、煤粉爐由于煤種變化較大，不是達(dá)不到出力，就是頻繁發(fā)生滅火、結(jié)焦等故障。
2.4 污染物排放量低
循環(huán)流化床內(nèi)的燃燒溫度可以控制在850－950℃的范圍內(nèi)穩(wěn)定而高效燃燒，這一燃燒溫度抑制了熱反應(yīng)型NOx的形成，同時(shí)采用分級(jí)燃燒方式向爐膛內(nèi)送入約30－40％的二次風(fēng)，又可控制燃料型NOx的產(chǎn)生。只要操作得當(dāng)，運(yùn)行平穩(wěn)，可以控制NOx的排放量小于200～300mg/Nm3，其生成量僅為煤粉爐的1/3－1/4。此外，根據(jù)煤中含硫量的大小直接向爐膛內(nèi)噴入或在給煤中摻入一定量的0～1mm的石灰石粉，可以脫去在燃燒過程中生成的SO2，脫硫效率可達(dá)到90％。表2是某廠220t/h循環(huán)流化流化床鍋爐脫硫效果監(jiān)測結(jié)果。燃煤收到基低位發(fā)熱量24200 KJ/kg，含硫量為1.34％。燃煤量25t/h，加入石灰石粉量（含雜質(zhì)4％）為2.6 t/h，Ca/S摩爾比為2.64，其脫硫效率達(dá)到了93.39％。
3 循環(huán)流化床鍋爐的應(yīng)用選型
循環(huán)流化床鍋爐不同于鏈條爐和煤粉爐的主要燃燒裝置為：布風(fēng)裝置、分離器和返料器，其中分離器是區(qū)分和選擇循環(huán)流化床鍋爐的關(guān)鍵技術(shù)，它直接影響鍋爐的運(yùn)行特性。按分離器的工作溫度不同可以分為三種：
3.1 高溫分離
即在爐膛出口進(jìn)行分離，工作溫度在850℃以上。目前應(yīng)用的分離器典型的結(jié)構(gòu)型式有絕熱旋風(fēng)筒分離器、汽（水）冷旋風(fēng)筒分離器和方型水冷旋風(fēng)分離器，前兩者鍋爐分離效率較高，后者鍋爐結(jié)構(gòu)緊湊，啟停靈活。絕熱分離器體積大，啟停時(shí)間長，但運(yùn)行穩(wěn)定，應(yīng)用歷史較長，積累的經(jīng)驗(yàn)較豐富，汽（水）冷分離器體積小，啟停靈活，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制做和安裝工藝要求高，大型鍋爐上采用較多。
3.2 中溫分離
即在過熱器后進(jìn)行分離，工作溫度一般在400～600℃之間，以德國巴高克公司的Crcofulid爐型為代表，國內(nèi)有唐鍋、北鍋等鍋爐廠生產(chǎn)。其循環(huán)倍率較低，分離器體積小、磨損少，但燃燒效率和脫硫率較低。
3.3 組合分離
即采用高溫分離和低溫分離相結(jié)合的方式，如高溫分離采用百葉窗或撞擊式平面分離方式、低溫分離采用旋風(fēng)分離的組合方式，但由于慣性分離故障率高，分離效率低，目前已很少采用。
4 循環(huán)流化床鍋爐的應(yīng)用難點(diǎn)
4.1 磨損問題
大量理論和實(shí)驗(yàn)研究得出，循環(huán)流化床鍋爐的磨損量與煙氣流速三次方成正比，與燃料顆粒直徑和濃度成正比。設(shè)計(jì)和運(yùn)行中控制鍋爐各部位的合理煙氣流速是減輕磨損的根本因素。國產(chǎn)循環(huán)流化床鍋爐多采用低循環(huán)倍率，爐膛內(nèi)設(shè)計(jì)煙氣流速為4.5～5m/s，應(yīng)該說正常情況下磨損比較輕微，但在局部煙氣流向變化處，其磨損程度十分嚴(yán)重，如爐墻、水冷壁管、分離器、返料裝置、過濾器、省煤器、預(yù)熱器等處。有的爐型帶床下埋管，則磨損問題更突出。在易沖刷和局部有渦流處使用耐高溫、耐磨的碳化硅磚或澆筑料、剛玉磚、高鋁磚等防磨材料，嚴(yán)格控制筑爐質(zhì)量等可以取得理想的防磨效果。
4.2 結(jié)焦問題
控制穩(wěn)定的床層溫度是防止結(jié)焦的關(guān)鍵，運(yùn)行中影響結(jié)焦的主要因素有以下幾點(diǎn)：
1）點(diǎn)火升溫或運(yùn)行中，燃料投入量突然加大，而風(fēng)量來不及加大使床溫迅速升高達(dá)到灰熔點(diǎn)以上時(shí)，床層整體高溫結(jié)焦。
2）運(yùn)行排渣時(shí)，料層太厚或不均勻，造成流化風(fēng)量過大或過小，易在局部形成高溫，造成局部結(jié)焦。采用連續(xù)機(jī)械排渣可以很大程度避免這一問題。
3）若高溫循環(huán)返料灰進(jìn)入爐膛太多，引起床溫?zé)o法控制也非常容易引起高溫結(jié)焦。運(yùn)行中應(yīng)注意返料量的均勻控制。
4）正常壓火時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格避免爐內(nèi)進(jìn)入冷風(fēng)，否則易使可燃物燃燒而造成局部超溫結(jié)焦。
4.3 點(diǎn)火問題
目前循環(huán)流化床鍋爐點(diǎn)火方式一般為床下輕柴油點(diǎn)火，但也有不少用戶為節(jié)省成本仍采用床上木炭或木柴點(diǎn)火。由于一些用戶點(diǎn)火時(shí)準(zhǔn)備工作不充分或運(yùn)行操作經(jīng)驗(yàn)不足，點(diǎn)火時(shí)易發(fā)生爐膛滅火或結(jié)焦故障，有的甚至發(fā)生嚴(yán)重的爐膛爆炸事故。從點(diǎn)火升溫到穩(wěn)定運(yùn)行往要經(jīng)過幾次乃至十幾次才能成功，令許多用戶感到頭疼。
實(shí)踐證明，每一種型式的循環(huán)流化床鍋爐其點(diǎn)火過程，既有共性又有特性，共性是主要的，需要運(yùn)行管理人員在實(shí)踐中不斷摸索和總結(jié)，吸取他人的成功經(jīng)驗(yàn)。一次成功的點(diǎn)火過程，首先要有冷態(tài)模擬試驗(yàn)的數(shù)據(jù)作指導(dǎo)，其次要注意床料厚度、床料篩分特性及配比，操作中嚴(yán)格控制點(diǎn)火風(fēng)量和給煤量，注意密切觀察床溫變化。許多用戶已熟練掌握床下油點(diǎn)火的操作程序，石家莊西郊供熱站將床上木柴木炭點(diǎn)火方法成功應(yīng)用到了大型116MW鍋爐上，其成本只有油點(diǎn)火的五分之一。
5 循環(huán)流化床鍋爐應(yīng)用中存在的問題
5.1 粉煤灰綜合利用
理論上講，循環(huán)流化床鍋爐燃燒溫度低，產(chǎn)生的灰渣具有較好的活性，可以用做制造水泥的摻合料或其他建筑材料的原料，但實(shí)際運(yùn)行結(jié)果是，當(dāng)原煤中細(xì)顆粒較多或破碎過程的粉碎嚴(yán)重時(shí)，未燃盡細(xì)顆粒飛出量大，尤其在燃用低揮發(fā)份的貧煤或無煙煤時(shí)，飛灰含炭量常高達(dá)20～40％，達(dá)不到作水泥摻合料要求飛灰含炭量必須小于8％的標(biāo)準(zhǔn)，飛灰無法綜合利用，也找不到堆放場地。渣的含炭可以控制在5％以下，比較容易綜合利用。鏈條爐飛灰含炭量高達(dá)40～50％，雖然鍋爐熱效率低，但飛灰可以用做制磚中的燃料，基本可以綜合利用。煤粉爐由于燃燒效率高，其飛灰含炭量可控制在8％以下，因而綜合利用較容易。
為降低循環(huán)流化床鍋爐的飛灰含炭量，一些科研機(jī)構(gòu)和制造廠家采取了增加爐膛高度、設(shè)置底飼回燃系統(tǒng)等措施，雖然收到了一定效果，但對低揮發(fā)份的貧煤，其飛灰含炭量依然高達(dá)15～20％。解決這一問題的主要辦法還應(yīng)提高分離器的效率，并且控制入爐煤細(xì)顆粒的比例。目前應(yīng)用奧斯龍汽冷旋風(fēng)分離技術(shù)的國產(chǎn)410t/h循環(huán)流化床鍋爐燃燒貧煤并加脫硫劑時(shí)，已使飛灰含炭量降至8％。認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，這一問題有望得到解決。
5.2 環(huán)保效果還沒有充分發(fā)揮
循環(huán)流化床是一種清潔燃燒技術(shù)，具有低NOx排放低和爐內(nèi)脫硫等很好的環(huán)保性能，這一性能不僅理論上有充分依據(jù)而且從國內(nèi)外工程實(shí)踐中得到了驗(yàn)證。但是由于國內(nèi)環(huán)保政策不落實(shí)，致使大部分用戶并未安裝脫硫設(shè)施，有的雖安裝了先進(jìn)的脫硫設(shè)施，甚至投資建成了配套的石灰石粉廠，但由于石灰石脫硫要增加供熱成本，也并未真正投入運(yùn)行。要使用戶有積極性主動(dòng)實(shí)施脫硫并具備經(jīng)濟(jì)承受能力，還需制訂綜合配套政策措施。
6 循環(huán)流化床鍋爐的應(yīng)用前景
相對于煤粉爐和鏈條爐而言，循環(huán)流化床鍋爐的發(fā)展歷史還較短，尤其是循環(huán)流化床鍋爐90年代初期在國內(nèi)一些工程中留下了深刻教訓(xùn)，使一些用戶至今對循環(huán)流化床的應(yīng)用非常謹(jǐn)慎。但是認(rèn)真學(xué)習(xí)吸收成功的制造廠、設(shè)計(jì)院、安裝和運(yùn)行單位的經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)該說沒有不可克服的技術(shù)障礙。
進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，我國的經(jīng)濟(jì)在飛速發(fā)展，煤炭和電力對經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸制約作用重現(xiàn)，今后一個(gè)相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)煤炭供應(yīng)將更加緊張，不少的中小熱電廠和區(qū)域鍋爐房要燃用當(dāng)?shù)氐牧淤|(zhì)煤或多渠道解決煤炭供應(yīng)問題，因而循環(huán)流化床燃料適應(yīng)廣的特性將更加發(fā)揮出來。同時(shí)，隨著對大氣環(huán)污染物排放的更加科學(xué)嚴(yán)格的政策措施的出臺(tái)，也將使循環(huán)流化床鍋爐由于清潔燃燒的特性而更加具有競爭力，因此，應(yīng)當(dāng)因地制宜地?cái)U(kuò)大循環(huán)流化床鍋爐的應(yīng)用范圍。
