增压流化床燃烧技术（PFBC）.doc

增压流化床燃烧技术（PFBC） 中国洁净煤技术网 流化床燃烧可以在常压下工作，也可以在增压下工作，后者称为增压流化床燃烧（PFBC）。增压流化床燃烧（PFBC）技术从原理上基本同常压流化床燃烧（AFBC）大体一致。采用增压（6～20个大气压）燃烧后，燃烧效率和脱硫效率得到进一步提高。燃烧室热负荷增大，改善了传热效率，锅炉容积紧凑。除了可在流化床锅炉中产生蒸汽使汽轮机做功外，从PFBC燃烧室（也就是PFBC锅炉）出来的增压烟气，经过高温除尘后，可进入燃气轮机膨胀做功。通过燃气/蒸汽联合循环发电，发电效率得到提高，目前可比相同蒸汽参数的单蒸汽循环发电提高3～4％。因此，采用增压流化床燃烧联合循环（PFBC-CC）发电能较大幅度地提高发电效率，并能减少由于燃煤对环境的污染。 根据流化床的工作流速不同，又可分为增压鼓泡流化床（PBFB）和增压循环流化床（PCFB）两种类型。 在PBFB中，经过破碎的煤（尺寸最大为6mm）以及脱硫剂（石灰石或白云石，尺寸最大为3mm）加入流化床内，加压空气通过布风板进入燃烧室，从而使床层内的不同粒度的颗粒状床料处于悬浮状态，上下进行着激烈的翻滚，空气和加入的煤进行激烈的燃烧反应，床层反应温度控制在850℃-900℃范围内。燃烧产生的烟气中含的SO2和加入流化床内的石灰石反应生成CaSO4，该反应过程能除去烟气中90-95的SO2。在流化床中，由于煤的浓度很低（床料中煤料仅占1-2，主要由颗粒状的煤灰渣、脱硫剂等非可燃物组成），每一个颗粒燃料都能被赤热的惰性物料所包围，并且和助燃剂（空气）接触条件良好。因此燃烧过程中并不显著受煤质的影响。在常规锅炉中不易稳定燃烧的劣质煤，在流化床中也能够稳定燃烧，因此流化床锅炉可以使用范围宽广的各种燃料。尤其是增压床，它的床层工作深度可达3.5-4.0m，颗粒燃料和脱硫剂在床内的停留时间更长，反应气体在流化床内的停留时间也比常压流化床长城-6倍，因此能取得很高的燃烧和脱硫效率。燃烧产生的部分热量，通过安置在流化床内的埋管和水冷壁，使流经受热面的水得到加热，产生蒸汽，通过蒸汽透平膨胀作功发电。离开燃烧室的加压燃气，经过高温除尘后，进入燃气轮机膨胀作功，驱动空气增加需要的空气透平压缩机，多余的功发电向外输出电力。因为该电站是由燃气和蒸汽两部分系统组成的发电过程，称为加压流化床燃气蒸汽联合循环（PFBC-CC）发电。燃气轮机出力占总输出的20-25，其余为蒸汽轮机出力。 PDFB的工作过程大体相同，只是燃烧室类型不同。在PBFB中，流化床的工作流速为1-1.2m/s。而PCFB燃烧室工作流速为2.5-3.5m/s，从燃烧室底部进入的流化空气为60，40作为二次空气在流化床浓相区以上的不同位置处喷入，以达到分级燃烧的目的。PCFB的优点是可以使燃烧室更加紧凑，在流化床的浓相区不设置受热面，避免了埋管磨损问题，加料点少，机械复杂性有所降低。由于飞灰的循环，使燃烧效率和脱硫效率可以更高，负荷调节能力也得以提高，但也带来装置高度更高，以及受热面布置困难等新问题。 目前得到商业应用的第一代PFBC-CC电站采用的是增压鼓泡流化床技术。 ABB P200型PFBC-CC电站系统 ①－燃烧室 ②－压力壳体 ③－燃气轮机 ④－给煤 ⑤－灰排放 ⑥－旋风分离器 ⑦－发电机 ⑧－省煤器 ⑨－蒸汽轮机 ⑩－冷凝器 PCFBC-CC电站系统 ①－PCFB锅炉 ②－高温过滤除尘器 ③－燃气轮机 ④－热回收装置 ⑤－烟囱 ⑥蒸汽轮机 ⑦－冷凝器 ⑧－水处理 ⑨－冷却塔 第一代PFBC-CC发电系统的最大弱点是流化床内燃烧温度在900℃左右，过高的温度使煤的燃烧过程易引起结渣，也可使流化床内脱硫过程的效率下降，从根本上限制了燃气透平的进口温度，使燃气循环效率不能进一步提高，以至发电效率难以超过42。 第二代PFBC-CC（advanced PFBC, APFBC）的概念最早由美国CRE提出，称为Topping Cycle。是指将部分煤在气化炉气化后送入辅助燃烧室燃烧，产生的高温燃气再与PFBC的850℃左右燃气混合，送入燃气轮机，把燃机进气温度提高到期1150-1200℃，使热效率从现有PFBC的42提高到45-48。体积更小，排放更清洁，其发电成本比常规的燃粉煤电厂加FGD低20。一种典型的APFBC的系统流程如下图所示。 APFBC系统图 循环流化床燃烧（CFBC） 循环流化床CFB燃烧技术是一种新型的固体燃料燃烧技术。固体颗粒（燃料、炉渣、石灰石、砂粒等）在炉膛内以一种特殊的气固流动方式（流态化）运动，即高速气流（介于固定床和气流床之间）与所携带的稠密悬浮煤颗粒充分接触燃烧，离开炉膛的颗粒又被分离并送回炉膛循环燃烧。炉膛内固体颗粒的浓度高，燃烧、传热、传质剧烈，温度分布均匀。 循环流化床锅炉燃烧技术原理示意图 一般地，循环流化床燃烧系统由给料系统、燃烧室、分离装置、循环物料回送装置等组成（有些炉型中，返料机构与外置流化床换热器相结合）。燃料和脱硫剂在循环床燃烧室的下部给入，燃烧用的空气分为一次风和二次风，一次风从布风板下部入，二次风从燃烧室中部送入。循环流化床运行风速一般为5～8m/s，使炉内产生强烈的扰动，并将物料带离燃烧室。燃烧室内布置部分水冷壁受热面，炉温控制在850～900℃以利于石灰石高效脱硫及抑制NOx的生成。气流从燃烧室携带出来的高温物料经分离器分离后，由循环物料回送装置送回燃烧室，完成循环。分离器主要特点有 （1）低温及分级配风燃烧，不需任何脱氮措施，不仅节约了初投资费用，而且锅炉效率一般也与煤粉炉持平。使烟气中NOx浓度在250mg/Nm3以下，引出的高温烟气经尾部受热面冷却后，经除尘器除尘排入大气。 （2）可实现在燃烧过程中直接脱硫，燃烧温度水平在850～900℃范围，可直接向炉膛内加入石灰石进行炉内脱硫。当Ca/S比为1.5～2.0时，脱硫率可达90以上，脱硫生成的CaSO4混入灰渣中，直接加以利用，无二次污染。该技术适用于燃用高硫煤的电厂有很大的应用市场。 （3）燃烧稳定，燃料适应性广。可燃烧其它炉型不能燃用的劣质燃料。对于无烟煤、高灰劣质煤、洗中煤、矸石、煤泥浆、油页岩、石油焦等低热值或高硫劣质燃料，以及难燃和低熔点燃料，采用循环流化床锅炉可解决煤粉炉燃烧不稳、易灭火、放炮等问题，其热效率也比煤粉炉高5左右。我国目前每年生产可用于燃烧发电的劣质燃料矸石、中煤、煤泥有8000万吨，现有的煤矸石等堆放已成为一大不可忽视的污染源，因此，对于矿区发电、煤矸石综合利用、燃用含矸量较高的原煤等，该技术应用推广价值极大。 （4）燃烧强度高，燃烧效率高。循环流化床强化了炉内的传热和传质过程，延长了颗粒的停留和反应时间，保证了燃烧效率。 （5）灰渣活性好，可直接用于城建中的建材，如铺路材料、制砖和水泥掺合料。因此不需要占用宝贵的土地资源来建储灰的灰场。 （6）负荷调节范围大，低负荷可降到30左右。调节速度每分钟可达5～10。 循环流化床燃烧技术作为一种新型高效低污染清洁燃煤技术，特别是在环保和劣质燃料利用方面显示出极大优势，具有其它燃烧方式无法比拟的优点，能够较好地满足我国锅炉煤种供应多变、原煤直接燃烧比例高等特点。并且能切实地体现其重大的经济、社会效益和环保效益。