一、循环流化床的工艺特点
（1）循环流化床锅炉 9 8%的床料为煤灰、石灰石或石英砂等惰物料构成，在任何时候燃烧在床料中的比例均少于2%；同时，由于固体物料通过分离器能够进行物料循环，使燃料的平均脱硫时间超过50分钟，因而在燃烧过程中任何燃料均能够长时间被巨大热容量的惰性高温固体床料包围和燃尽。
（2）由于炉内固体物料会产生内外循环,因而气固间和固体间能够产生强烈的端流混合,
产生完全均匀的热工况,不但使炉内温度分布和热流分布均匀,加上固体物料具有很长停留时间,因而能够确保几乎任何燃料的高燃烧率,燃料的灵活性是循环流化床锅炉有别于其它燃烧方式的主要优点之一。
（3）锅炉的炉内燃烧特性可将燃烧温度设计在850℃的水平,不但可以进行炉内低成本脱硫,常规情况下使二氧化硫排放小于200毫克标米,而且可以保证在此温度下燃料的燃烧。此外,循环流化床锅炉的炉内工况有利于低氮燃烧。低温燃烧和分级燃烧在下炉膛形成强烈的还原区,可有效抑制NOx的生成常规循环流化床锅炉可使NOx排放小于200毫克标米。因此,对于2012年我国颁布的煤电排放新标准,循环流化床锅炉在不采用任何烟气治理措施的情况下,仅靠炉内燃烧控制,就可达到新排放标准的要求,这是任何其它煤燃烧方式做不到的。
二、循环流化床燃煤锅炉的技术创新
清华大学以岳光溪院士为首的团队,通过多年的实践一理论研究一实践的反复,针对循环流化床工程设计的需要,搭建了我国独立的循环流化床煤燃烧理论体系和技术,在此基础上。发展了循环流化床技术的三轴流态化图谱,奠定了福不流化床燃煤锅炉作为清洁煤燃烧技术的理论基础,使循环流化床锅炉达到可靠性-低能耗-超di排放的统一,并在实践中得到印证。在循环流化床技术中,流化风速、物料携带率和床料粒径是影响循环流化床流态化燃烧及污染物控制的重要参数,优化它们之间的关系以实现流态重构,是达到循环流化床锅炉的可靠性、低能耗和超di排放的关键。他们首先对流化风速设计流态进行了修正调整,大大级解了燃烧室磨损,提高了可用率和煤种适应性。形成了我国一代循环流化床技术。该技术覆盖了从35-560吨/时工业锅炉, 116MW以下容量供暖热水锅炉,135-300MW亚临界再热循环流化床发电锅炉,直到世最界大容量最参高数的600MW超临界循环流化床锅炉。主导了我国市场,并打入国外市场,现在,由清华大学主导的660MW超超临界循环流化床锅炉将在"13五,期间开发出来。
由于传统循环流化床技术存在高能耗和下部磨损的问题:厂用电比煤粉炉高2-3%,燃烧室膜式壁下部磨损,影响可用率。为解决上述问题。清华大学建议再次更动循环流化床物料携带率,改变传统循环流化床流态设计定态区域,通过提高床质量、减少总床存量、增加循环量、即通过流态重构及二次重构,以达到减少流化风机压头节能和减少燃烧室磨损的建议。该设想突破了循环流化床燃烧原有流态专利范围。是世界shou创的新技术。根据这一设想,清华大学与太原钢炉厂在节能型循环流化床技术上形成产学研合作伙伴,对山西离石大土河电厂的三台75T/h燃用洗中煤和泥煤的循环流化床锅炉进行改造。实验结果证明可以将床压降运行在3.2KPa而不影响满负荷运行;运行一年没有发生燃烧室水冷壁磨损,连续运行不小于6500小时,年运行不小于8000小时,可用率超过95%风机节电30%,一年运行节约厂用电5百万度。
自2014年国家对燃煤火电提出超di排放要求,即二氧化硫35毫克/标米:氮氧化物50毫克/标米和粉尘10毫克/标米后,传统循环流化床技术的炉内燃烧控制就无法满足超di排放的要求,面对这一新的挑战,清华大学在流态重构节能型卻环流化床基础上进一步提高床质量,通过降低石灰石粒度,提高石灰石比表面积以加强其反应性,从而提高了炉内脱硫效率。同时,由于使循环流化床内稀相区的物料粒度减小,浓度进一步提高,扩展了炉内还原性气氛的高度以强化主要燃烧过程还原性,从而进一步降低NOx的生成,实现了炉内低氨燃烧和NOx的超di排放。根据这一思路,清华大学继续和太原锅炉厂合作,选择其在山东淄博热电的260吨时循环流化床锅炉进行改造和示范。该锅炉燃烧的燃料是贫煤,工业分析为: Mt:3.3%, Aad:33.01%,Vad: 14.03%: FCad:52.80% Star: 0.58:热值: 5054Kcal/kg.
试验结果表明,循环灰中位粒径接近10微米;炉膛上部平均压降提高到60Pa/m.
此时NOx原始排放: 19.91mg/Nm3,经反多单位测试,稳定在20-30mg/Nm3, so排放(Ca/S-1.5)为24.4950mg/Nm3,经反复多单位测试,稳定在SO,<50mg/Nm',在淄博热电工程超di排放试验之后,相继进行的超di排放循环流化床改造,其运行结果证实了淄博热电的示范结果,后继的示范工程包括:江西560吨时循环流化床锅炉在燃用4000大卡烟煤:山西霍州260吨时燃用烟煤煤泥循环流化床得到林同的超di排放结果。该技术用于山西山阴上锅300MW和国锦东锅300MW循环流化床在高物料浓度运行时,也显示NOx排放降低的明显降低。上述成果超出了国内外对循环流化床污染控制能力的认知底线,引起国外学术界的重视,近期在国内得到政府环保部门的注意,在热电行业有巨大反响。形成一批新建项目及锅炉环保改造项目。 2017年2月该技术以名为“基于炉内脱硫和低氨燃烧的超di排放循环流化床锅炉技术,通过了机械工业联合会组织的科技成果鉴定、鉴定结果认为:这项技术已经在山东、山西的两个电厂投入运行,由特种设备检测研究院对这两台锅炉进行的测试结果显示,不需采取任何炉后环保措施,锅炉就能够直接实现二氧化硫和氮氧化物超di排放达标,即二氧化硫35 mg/Nm,以下,氮氧化物50mgNm3以下。而传统循环硫化床锅炉的这两项排放指标均在200mgNm3左右。近年来,各地雾霾频发,引发高度关注,而燃煤被认为是雾霾的重要来源。为此,各地采取积极措施降低燃煤排放,而此项新技术为中小型燃煤锅炉实现超di排放提供了一个低成本的解决方案。
