煤清洁燃烧和循环流化床燃烧技术

wangeng

　　20世纪90年代，基于能源结构及环境状况，中国将洁净煤技术作为可持续发展和实现两个根本转变的战略措施之一，给予了高度重视。随着可持续发展战略的实施，环境问题将成为制约和引导煤炭利用技术和市场发展的重要主导因素。洁净煤技术是当前世界各国解决由煤炭引发的环境问题的主导技术之一，也是国际高技术竞争的一个重要领域。世界发达国家极为重视洁净煤技术，制定了一系列强有力的政策法规，并投入巨额资金研究开发和推广应用洁净煤技术。美国制定并实施了庞大的洁净煤技术示范计划，已经取得了很好的成果；欧共体制定了“兆卡计划”，旨在促进欧洲能源利用新技术的开发，减少对石油的依赖和煤炭利用造成的环境污染；日本于1993年在“新能源综合开发机构”内组建了“洁净煤技术中心”，负责全日本的新能源和洁净煤技术的规划、管理和实施。经过多年的努力，洁净煤技术取得了阶段性成果，有的已实现商业化应用。从长远看，洁净煤技术的发展，必将对世界能源供应格局、煤炭的前景以及改善环境的努力产生重大影响。我国以煤炭为主的能源生产消费结构造成极为严重的环境问题，环境压力的增大将使煤炭的生产和消费受环境因素的制约进一步加大，清洁煤技术的需求也日益迫切。
　　随着经济的发展，环境质量标准的不断提高，环境压力的增大，国内对各种清洁煤技术的需求进一步增长，洁净、高效地开发利用丰富的煤炭资源成为增强能源保障能力和保护生态环境的必然选择。
　　我国必须大力推进清洁煤技术的发展和利用，减轻环境压力。从长远来看，发展先进的燃煤技术以提高煤的利用率是既经济又有实效的战略。从整个发电技术来看，煤气化联合循环发电技术和超临界蒸汽参数锅炉将会成为发电设备的主流。煤气化联合循环发电技术和增压循环流化床的超临界蒸汽参数锅炉具有效率高和环保性能好的特点，是非常有希望的发电技术。这两种发电技术可将现在常规的电站机组的热效率提高十几个百分点，从而大幅度减少燃料的消耗量，布袋除尘器并降低污染物的排放量。但由于煤气化联合循环发电技术和增压循环流化床的超临界蒸汽参数锅炉的难度较大，目前在我国尚不易实现。因此从短期来看，发展适合我国国情的洁净煤燃烧技术成为当务之急。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、增压流化床燃烧联合循环、常压循环流化床燃烧和超临界煤粉炉蒸汽循环加烟气脱硫和氮的氧化物还原。从技术完备性和经济适用性角度来看，和都存在技术难度、研制费用及设备投资比较大的问题，而且商业化还存在一定的问题，近期都不可能在我国投入大规模工业应用；在技术上最为成熟，国际上应用最广，但由于超临界锅炉大量使用新材料及烟气净化技术投资和运行成本过高而使其在我国的商业应用存在困难；相比之下，循环流化床燃烧技术基本成熟，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。所以，无论是新建电厂还是旧厂改造，循环流化床锅炉都是我国现阶段最切实可行的技术选择。所示为2030年以前各种燃煤技术占有美国市场份额的情况预测。由图上可以看出，目前大量应用的有烟气脱硫装置的常规煤粉锅炉及燃用天然气的联合循环发电的市场份额在逐渐下降；和呈逐渐增长趋势，但只是在-+ 世纪第二个十年以后，才能形成较大的规模；从现在到50年以前，常规循环流化床锅炉将迅速发展并大量使用。
　　并且由于稀相区的固体浓度比鼓泡床得到了提高，大大增强了稀相区受热面的传热系数，提高了燃烧室的使用效率，因此更易于大型化。
　　总结起来，循环流化床锅炉具有以下优点。
　　（1）燃料适应性广。它几乎可以燃烧一切种类的燃料并达到很高的燃烧效率。其中包括高灰份、高水份、低热值、低灰熔点的劣质燃料，如泥煤、褐煤、油页岩、炉渣、木屑、洗煤厂的煤泥、洗矸、煤矿的煤矸石等，以及难于点燃和燃尽的低挥发份燃料，如贫煤、无烟煤、石油焦等。
　　（2）能够在燃烧过程中有效地控制NOx和SO2的产生和排放，是一种“清洁”的燃烧方式。流化床内的燃烧温度可以控制在800-950度的范围内而保证稳定和高效的燃烧，同时抑制了热反应型NOx的形成，如果同时采用分级燃烧方式送入二次风，又可控制燃料型NOx的产生，在一般情况下其NOx的生成量仅为煤粉燃烧的1/3-1/4。此外，在燃烧过程除尘布袋中直接向床内加入石灰石或白云石，可以脱去在燃烧过程中生成的SO2，根据煤中含硫量的大小决定石灰石量，可达到90%的脱硫效率。因此，循环流化床燃烧是一种最经济有效的低污染燃烧技术，这也是它在世界范围内受到重视，得到很快发展的最根本的原因。
  （3）燃烧热强度大，可以减小炉膛体积。流化床燃烧具有很高的燃烧热强度，其截面热负荷可达233326（鼓泡床）和循环流化床；为链条炉的倍。其炉膛容积热负荷为，是煤粉炉的一般常规锅炉小得多。
  （4）床内传热能力强，可以节省受热面的金属消耗。床内气固两相混合物对床内埋管受热面的传热系数可达233-326，循环流化床炉膛内气固两相混合物对水冷壁的传热系数在50-450的范围内，比煤粉炉膛内辐射传热系数大得多，可以节省受热面的金属消耗，使受热面的布置更为紧凑。
  （5）负荷调节性能好、幅度大，其负荷调节范围可以从100%到40%，在低负荷下也能保持燃烧稳定。
  （6）由于燃烧温度低，灰渣不会软化和粘结，带来的腐蚀作用也比常规锅炉小。此外，低温燃烧所产生的灰渣，具有较好的活性，可以用做制造水泥的掺和料或其它建筑材料的原料，有利于灰渣的综合利用。
  因此循环流化床燃烧技术是目前商业化程度最好的清洁煤燃烧技术之一。特别是燃用高灰份、低挥发份或高硫份等其它燃烧设备难以适应的劣质燃料方面，以及低负荷要求较高的调峰电厂和负荷波动较大的自备电站中，循环流化床锅炉是最佳选择。

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清洁能源只能是一种补充，不能代替传统能源！