循環(huán)流化床鍋爐顆粒團(tuán)燃燒行為研究

本項(xiàng)目研究循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)顆粒團(tuán)的燃燒行為，采用適合于高溫工況的測(cè)試方法，分別測(cè)量顆粒團(tuán)結(jié)構(gòu)和顆粒團(tuán)內(nèi)外的氣相化學(xué)成分，研究在床內(nèi)不同部位的顆粒團(tuán)和稀相區(qū)的燃燒特性，建立考慮局部氣固分布不勻性的循環(huán)流化床鍋爐燃燒模型和熱力計(jì)算方法。這對(duì)于發(fā)展復(fù)雜氣固兩相流體動(dòng)力學(xué)和潔凈煤技術(shù)具有較大的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

（1）循環(huán)流化床燃燒技術(shù)對(duì)中國燃煤污染控制和消納大量洗煤矸石、泥煤有重要意義。

（2）中國在循環(huán)流化床燃燒大型化、高參數(shù)方面達(dá)到世界領(lǐng)先。

（3）基于流態(tài)重構(gòu)的節(jié)能型循環(huán)流化床技術(shù)，是中國自主創(chuàng)新的循環(huán)流化床發(fā)展新方向。

（4）在循環(huán)流化床流態(tài)圖譜的第三軸（循環(huán)物料粒度軸）可以找到循環(huán)流化床低成本超低排放的突破點(diǎn)。 （5）在“十三五”期間將啟動(dòng)660 MW 超超臨界循環(huán)流化床鍋爐示范和超低排放循環(huán)流化床的工程示范， 形成最高發(fā)電效率、最高可用率和超低排放的循環(huán)流化床燃燒技術(shù)。可能把循環(huán)流化床技術(shù)應(yīng)用空間從劣質(zhì)煤推向高硫無煙煤，甚至優(yōu)質(zhì)煤發(fā)電市場(chǎng) 。

中國循環(huán)流化床燃燒技術(shù)自1980年起步，經(jīng)歷了35年的努力掌握了先進(jìn)的循環(huán)流化床設(shè)計(jì)理論，形成了從小容量的蒸汽鍋爐到大型超臨界發(fā)電鍋爐的系列容量產(chǎn)品，控制了中國市場(chǎng)，并走向世界。面臨國內(nèi)復(fù)雜的煤種和日益嚴(yán)格的環(huán)保要求，中國科技人員和工程師突破了循環(huán)流化床流態(tài)設(shè)計(jì)的范圍，形成了高可用率、低廠用電率的第二代循環(huán)流化床技術(shù)，并正在向超低排放的第三代技術(shù)發(fā)展 。

循環(huán)流化床燃燒本來是一種清潔煤技術(shù)，能夠低成本滿足幾乎世界所有國家的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，但是中國的排放標(biāo)準(zhǔn)是世界上最為嚴(yán)格的燃煤污染物排放標(biāo)準(zhǔn)， 這將成為循環(huán)流化床燃燒技術(shù)的第一個(gè)挑戰(zhàn)。發(fā)改委新公布的供電煤耗標(biāo)準(zhǔn)也給超臨界循環(huán)流化床節(jié)能高效發(fā)電提出了第二個(gè)挑戰(zhàn)。為應(yīng)對(duì)兩個(gè)挑戰(zhàn)要采取以下措施：

（1） 進(jìn)一步提高蒸汽參數(shù)發(fā)展超超臨界循環(huán)流化床， 蒸汽壓力達(dá)到29 MPa， 溫度為605/623℃， 供電標(biāo)煤耗<285 g/（kW·h）， 將在“十三五”期間安排660MW示范工程。

（2） 采用在“十二五”期間已經(jīng)在300MW以下容量循環(huán)流化床得到商業(yè)運(yùn)行證實(shí)的流態(tài)重構(gòu)節(jié)能型流程， 將廠用電率降低到與煤粉爐相同的水平。這個(gè)工作已經(jīng)在進(jìn)行，在“十二五” 科技支撐計(jì)劃中獲得了支持， 看來效果比較樂觀。

（3） 深入挖掘循環(huán)流化床鍋爐自身的污染控制潛力， 實(shí)現(xiàn)循環(huán)流化床污染控制能力的突破。這是循環(huán)流化床燃燒污染控制技術(shù)的新挑戰(zhàn)。

要沖破傳統(tǒng)循環(huán)流化床爐內(nèi)脫硫脫硝能力的極限，目光仍然回到循環(huán)流化床流態(tài)圖譜，該圖譜事實(shí)上存在第三坐標(biāo)軸， 即粒度軸，原有曲線是基于傳統(tǒng)循環(huán)流化床循環(huán)物料平均粒度在150~250μm條件下確定的。如果改變循環(huán)物料平均粒度，則曲線會(huì)發(fā)生改變。循環(huán)流化床循環(huán)物料粒度更細(xì)條件下，NOx可以達(dá)到原始超低排放；與此同時(shí)，循環(huán)物料粒度減小意味著石灰石顆粒的利用率顯著增加。

運(yùn)行實(shí)踐表明，如果分離器分離效率得到顯著改善，飛灰切割粒徑降至10μm，循環(huán)灰中位粒徑接近100μm，爐膛上部的平均壓降可以提高到60 Pa/m，NOx原始排放可穩(wěn)定在20～30 mg/ m3；爐內(nèi)脫硫在Ca/S=1.5 時(shí)，SO2<50 mg/m3。最近山西山陰300 MW和國錦東鍋300MW循環(huán)流化床，也驗(yàn)證了NOx排放降低的明顯趨勢(shì)。上述成果超出了國內(nèi)外對(duì)循環(huán)流化床污染控制能力的認(rèn)知底線， 震驚了國外學(xué)術(shù)界也引起國內(nèi)政府環(huán)保部門的注意。

因此，現(xiàn)階段比較理想的低成本循環(huán)流化床燃煤鍋爐的超低排放技術(shù)路線是：超高循環(huán)效率CFB 爐內(nèi)細(xì)石灰石粉脫硫 袋式除塵為基礎(chǔ)裝備，SNCR及半干法增濕活化二次脫硫作為熱備用，這條技術(shù)路線已經(jīng)在50~350MW的多個(gè)工程中得到印證。