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摘要：循环流化床（CFB）锅炉实现了对煤矸石，煤泥，高硫煤，无烟煤，石油焦，油页岩等劣质煤的清洁高效利用。本文着重介绍了大型CFB锅炉的发展过程和应用现状，并介绍了解决水冷壁磨损和底灰冷却等问题的解决方案。
关键词：循环流化床、锅炉、发展、应用
到目前为止，煤炭仍然是世界上最主要的能源之一，其中大部分是无烟煤和高硫煤。在煤炭生产过程中，产生了许多劣质煤，例如煤矸石和煤泥等。循环流化床（CFB）锅炉在清洁和有效利用这些煤炭资源和石油焦，油页岩中发挥着重要作用。作为一种成熟的清洁煤发电技术，循环流化床锅炉在全世界得到了越来越广泛的应用，其单位容量不断扩大。与传统的粉煤（PC）锅炉相比，循环流化床锅炉具有许多优点，例如仅将石灰石粉注入炉中时脫硫效率高，由于燃烧温度低而导致NOx排放低，可以减少烟气对于大气和环境的污染且对设备钢材的强度没有过高的要求，燃料适应性广，可以使用劣质煤燃烧，负载调节能力出色。
循环流化床锅炉广泛应用于电力和供热系统，石油和石化行业，化学氯碱行业以及造纸和纺织行业。在过去的近40年中，循环流化床锅炉在设计、制造、安装和调试、运行和维护以及设备管理方面的已经积累大量的经验，并且机组的可靠性，经济性和环保水平逐年提高。
1、循环流化床的发展
循环流化床锅炉技术是在鼓泡床锅炉的基础上发展出来的较为先进的技术，在这之前，旧锅炉的改造和新锅炉的研发为此提供了数据和丰富的经验，近10年来，循环流化床锅炉作为一种高效、清洁的燃烧技术得到了迅速发展，并在世界范围内得到广泛的应用[1]。循环流化床的主要特点是燃料适应性广、过剩空气系数小、受热面积相对较小、燃烧效率高、降负荷比大、负荷跟踪能力好、有害污染物排放量低[1]。循环流化床锅炉的智能化设计有赖于充分了解燃烧室内的物理和化学流体动力学，从燃烧动力学的角度看，煤在流化床中的燃烧一般与温度、粒径和氧向颗粒表面的转移速率有关。
1.1可靠性
CFB锅炉的燃烧模式与PC锅炉的燃烧模式的不同之处在于，它可以燃烧热值低，灰分高的劣质煤。但由于早期阶段仅有限的维护和操作经验，锅炉的受热面始终会遭受严重磨损，这会导致大量计划外停机。根据2004年对30台100-135 MW e CFB锅炉运行情况统计，计划外停机的数量为每台机组5.61次，平均水平的锅炉可以连续运行74天，而最长的连续运行时间是139天，最短的连续运行时间只有33天[2]。
随着操作经验的积累和抗磨技术的发展，大多数循环流化床锅炉的可靠性得到了提高，锅炉可以实现长期运行。2017年对81台100-300 MW e CFB锅炉的运行情况进行统计，表明计划外停机的平均次数下降到仅为0.37次，其中135 MW e为每年0.26次，而300 MW e为每年0.46次年，基本上与PC锅炉的运行情况相同。CFB锅炉的平均可用小时为7880小时，其中135 MW e为7884小时，300 MW e为7875小时。通过调研发现，宝利华集团的300 MW e锅炉的连续运行时间为434天，伊利公司的200 MW e锅炉的连续运行时间为341天，上湾公司的150 MW e锅炉的连续运行时间为384天，而盘山的135 MW e锅炉则为311天，均有良好的可靠性。
1.2经济性
用于供电的煤炭消耗量和辅助功率比是判断锅炉能效的重要技术指标。由于CFB锅炉燃料大多为劣质煤和灰分，CFB锅炉的热效率相对较低。在燃烧过程中，大量的燃料处于悬浮状态，因此有必要克服空气分配器和分离器的阻力。故CFB锅炉的辅助功率比要高于传统PC锅炉的辅助功率比，特别是某些CFB锅炉的风机选型规模大，运行效率低，增加了能耗率。但是基于流模式重构的一些300 MW e CFB锅炉的辅助功率比可以降低到约4%，可以做到接近PC锅炉的辅助功率比。
1.3排放
自从我国大型CFB锅炉开始应用以来，主要实施方式是2003年和2011年版的热电厂空气污染物排放标准（GB13223）。主要的结合指标是粉尘，二氧化硫和氮氧化物。在粉尘控制方面，CFB锅炉和PC锅炉之间没有明显差异。早期的CFB锅炉主要采用静电除尘器（ESP），但在炉中加入石灰石脱硫会影响粉煤灰的电阻率和介电性能。因此，一些CFB锅炉采用了静电和织物复合过滤器。随着环境标准进一步提高，大多数CFB锅炉都开始使用袋式过滤器，以期达到环保要求。
对于SO2的控制，CFB锅炉主要采用石灰石脱硫，排放浓度标准在400 mg/m3以上时，炉内钙硫摩尔比一般为1-2，环保成本相对较低;当排放浓度标准为200–400 mg/m3时，需要将钙硫摩尔比提高至2-4;当排放浓度标准低于200mg/m3或仅使用外部脱硫装置时，通常采用炉内脱硫和外部脱硫的结合。半干式脱硫工艺主要用于外部脱硫，同时也采用湿式脱硫工艺辅助脱硫。
对于NOx的控制，我国CFB锅炉通过在不同时期燃烧不同类型的煤，可以达到GB13223-2003中的NOx排放浓度标准。大多数在役CFB锅炉也可以根据GB13223-2011中要求的NOx排放浓度标准（200 mg/m3）使用。对于新锅炉（100 mg/m3）和关键区域（50 mg/m3），可以使用SNCR技术，反硝化效率通常可以达到60%–85%。CFB锅炉中只有一小部分采用选择性催化还原（SCR）技术或SNCR / SCR联合技术。
《中国火电节能减排升级改造行动计划（2014-2020年）》要求新建燃煤机组达到排放限值，这意味着粉尘、SO2和NOx排放浓度应降低 分别大于10、35和50 mg/m3[3]。CFB锅炉已经实施了许多技术路线来满足环保要求。与传统PC锅炉相比，不同煤种的CFB锅炉有更经济，更合理的技术路线。
2、循环流化床的问题及解决方法 2.1 典型问题
由于循环流化床锅炉的发展相对较快，由于早期缺乏设计经验，因此未充分考虑劣质煤的燃烧运行条件，锅炉制造后经常会出现以下问题：
1）磨掉炉子的水冷壁，特别是浓相和稀相的交界处，炉子的四个角，炉顶和炉口，压板热面的壁穿区域等。因此，该单元的连续运行时间很短，容易出现问题[4];
2）喷嘴的磨损会引起不均匀的局部流化，炉渣结焦和从风箱漏出炉渣，在维护期间需要大量更换[5];
3）熔炉，分离器和环路密封上的耐火材料磨损并脱落;
4）供煤系统经常堵塞，中断，给煤机皮带被烧毁，造成锅炉燃料中断;
5）底部灰渣冷却器和炉渣输送系统经常被堵塞[6];
6）电厂的用电率和用煤量高，导致机组经济性差;
7）点火油消耗大且启动时间长。
随着科技的不断进步，上述问题大多已经被科研人员和技术人员解决。
2.2 水冷壁的磨损问题
CFB锅炉附着流速高，浓度高，是造成炉壁磨损的主要原因。对于新设计的CFB锅炉，通常将炉内烟气速度控制在5.5 m/s或低于5 m/s，以减少磨损，同时在过渡区设计的管道用于避免局部涡流，当前许多CFB锅炉都采用了抗磨梁，抗磨隔板，激光熔覆和熔覆等技术来减少磨损。抗磨梁通过在水冷壁上增加抗磨和耐火材料來降低粘附流。测试结果表明，使用该技术后，粘附流的速度从大约8 m/s降低到小于3 m/s，从而减少了炉子受热面的磨损。目前，该技术在国内已被200多个容量为50-350 MW e的CFB锅炉采用。
2.3 底灰冷却问题
在早期，国内使用的CFB锅炉主要与流化床底灰冷却器匹配，流化床底灰冷却器具有高的传热系数和大的输出。然而，由于煤质差，大颗粒的石头和碎屑经常混入CFB锅炉的煤中，使底灰流变差。很多时候由焦炉渣引起的堵塞导致灰烬没有进入底灰冷却器，或者大量灰烬无法在短期内进入，导致底灰冷却器不能稳定地运行，并且底灰排放温度频繁波动，或者出现底灰过热问题。为了解决底灰冷却的问题，国内的CFB锅炉改用辊式灰冷却器来代替旧式流化底灰冷却器[7]。
2.3 节能新技术
研究发展新技术是降低CFB锅炉能耗的有效方法。广东龙岩的300 MW e CFB锅炉采用流型重构技术，可显着优化床层质量并降低辅助功率比。该比率可以降低到接近PC锅炉的比率。同时洗煤和加工会产生大量的煤泥、煤石、中级煤和其他发热量低的煤副产品，而CFB发电技术是最好的、大规模的、清洁，有效利用低热值煤的方法[8]。此外，我公司的CFB锅炉也证明，通过CFB锅炉可以有效，清洁地利用生物质和城市固体废物。山西国丰300 MW e CFB锅炉通过改进锅炉设计和优化烟气净化系统，可以实现NOx，SO2和粉尘的超低排放，粉煤灰和矿渣用于代替部分水泥和粗骨料来制造砖块，这为燃用低阶煤的CFB锅炉提出了一条新的技术路线。
3、结论
CFB锅炉由于具有燃烧效率高、污染排放低、燃料适应性广等技术优势，决定了它在全世界范围内的广泛应用，这有助于合理利用煤炭资源并减少污染物排放。从长远来看，循环流化床技术还存在一些缺点和不足，但在市场经济条件下，随着循环流化床锅炉技术的更深入研究和在生产中的更广泛应用，必然可以实现技术创新，更好地促进未来工业生产的可持续发展，从而促进社会文明的进步。
参考文献
[1]柏延枢. 论循环流化床锅炉技术现状及发展前景[J]. 中国设备工程， 2019， No.429（17）：223-224.
[2]黄中， 杨娟， 车得福. 大容量循环流化床锅炉技术发展应用现状[J]. 热力发电， 2019， 048（006）：1-8.
[3]邬万竹， 王虎， 谢国威. 循环流化床锅炉污染物影响因素实炉试验与控制研究[J]. 内蒙古科技与经济， 2016， 000（020）：114-116.
[4]林南生. 循环流化床锅炉长周期运行影响因素及应对措施[J]. 化工管理， 2019， 000（030）：131-132.
[5]邬万竹， 李瑞欣， 王虎. 燃用低热值煤的CFB发电机组污染物控制关键技术研究[J]. 电力科技与环保， 2019（5）：11-15.
作者简介：姓名：周友嘉（1990年11月14日） 性别：男 职称：助理工程师 职务：发展项目部科员 学历：本科
苏州市江远热电有限责任公司 江苏省 苏州市 215000
关键词：循环流化床、锅炉、发展、应用
到目前为止，煤炭仍然是世界上最主要的能源之一，其中大部分是无烟煤和高硫煤。在煤炭生产过程中，产生了许多劣质煤，例如煤矸石和煤泥等。循环流化床（CFB）锅炉在清洁和有效利用这些煤炭资源和石油焦，油页岩中发挥着重要作用。作为一种成熟的清洁煤发电技术，循环流化床锅炉在全世界得到了越来越广泛的应用，其单位容量不断扩大。与传统的粉煤（PC）锅炉相比，循环流化床锅炉具有许多优点，例如仅将石灰石粉注入炉中时脫硫效率高，由于燃烧温度低而导致NOx排放低，可以减少烟气对于大气和环境的污染且对设备钢材的强度没有过高的要求，燃料适应性广，可以使用劣质煤燃烧，负载调节能力出色。
循环流化床锅炉广泛应用于电力和供热系统，石油和石化行业，化学氯碱行业以及造纸和纺织行业。在过去的近40年中，循环流化床锅炉在设计、制造、安装和调试、运行和维护以及设备管理方面的已经积累大量的经验，并且机组的可靠性，经济性和环保水平逐年提高。
1、循环流化床的发展
循环流化床锅炉技术是在鼓泡床锅炉的基础上发展出来的较为先进的技术，在这之前，旧锅炉的改造和新锅炉的研发为此提供了数据和丰富的经验，近10年来，循环流化床锅炉作为一种高效、清洁的燃烧技术得到了迅速发展，并在世界范围内得到广泛的应用[1]。循环流化床的主要特点是燃料适应性广、过剩空气系数小、受热面积相对较小、燃烧效率高、降负荷比大、负荷跟踪能力好、有害污染物排放量低[1]。循环流化床锅炉的智能化设计有赖于充分了解燃烧室内的物理和化学流体动力学，从燃烧动力学的角度看，煤在流化床中的燃烧一般与温度、粒径和氧向颗粒表面的转移速率有关。
1.1可靠性
CFB锅炉的燃烧模式与PC锅炉的燃烧模式的不同之处在于，它可以燃烧热值低，灰分高的劣质煤。但由于早期阶段仅有限的维护和操作经验，锅炉的受热面始终会遭受严重磨损，这会导致大量计划外停机。根据2004年对30台100-135 MW e CFB锅炉运行情况统计，计划外停机的数量为每台机组5.61次，平均水平的锅炉可以连续运行74天，而最长的连续运行时间是139天，最短的连续运行时间只有33天[2]。
随着操作经验的积累和抗磨技术的发展，大多数循环流化床锅炉的可靠性得到了提高，锅炉可以实现长期运行。2017年对81台100-300 MW e CFB锅炉的运行情况进行统计，表明计划外停机的平均次数下降到仅为0.37次，其中135 MW e为每年0.26次，而300 MW e为每年0.46次年，基本上与PC锅炉的运行情况相同。CFB锅炉的平均可用小时为7880小时，其中135 MW e为7884小时，300 MW e为7875小时。通过调研发现，宝利华集团的300 MW e锅炉的连续运行时间为434天，伊利公司的200 MW e锅炉的连续运行时间为341天，上湾公司的150 MW e锅炉的连续运行时间为384天，而盘山的135 MW e锅炉则为311天，均有良好的可靠性。
1.2经济性
用于供电的煤炭消耗量和辅助功率比是判断锅炉能效的重要技术指标。由于CFB锅炉燃料大多为劣质煤和灰分，CFB锅炉的热效率相对较低。在燃烧过程中，大量的燃料处于悬浮状态，因此有必要克服空气分配器和分离器的阻力。故CFB锅炉的辅助功率比要高于传统PC锅炉的辅助功率比，特别是某些CFB锅炉的风机选型规模大，运行效率低，增加了能耗率。但是基于流模式重构的一些300 MW e CFB锅炉的辅助功率比可以降低到约4%，可以做到接近PC锅炉的辅助功率比。
1.3排放
自从我国大型CFB锅炉开始应用以来，主要实施方式是2003年和2011年版的热电厂空气污染物排放标准（GB13223）。主要的结合指标是粉尘，二氧化硫和氮氧化物。在粉尘控制方面，CFB锅炉和PC锅炉之间没有明显差异。早期的CFB锅炉主要采用静电除尘器（ESP），但在炉中加入石灰石脱硫会影响粉煤灰的电阻率和介电性能。因此，一些CFB锅炉采用了静电和织物复合过滤器。随着环境标准进一步提高，大多数CFB锅炉都开始使用袋式过滤器，以期达到环保要求。
对于SO2的控制，CFB锅炉主要采用石灰石脱硫，排放浓度标准在400 mg/m3以上时，炉内钙硫摩尔比一般为1-2，环保成本相对较低;当排放浓度标准为200–400 mg/m3时，需要将钙硫摩尔比提高至2-4;当排放浓度标准低于200mg/m3或仅使用外部脱硫装置时，通常采用炉内脱硫和外部脱硫的结合。半干式脱硫工艺主要用于外部脱硫，同时也采用湿式脱硫工艺辅助脱硫。
对于NOx的控制，我国CFB锅炉通过在不同时期燃烧不同类型的煤，可以达到GB13223-2003中的NOx排放浓度标准。大多数在役CFB锅炉也可以根据GB13223-2011中要求的NOx排放浓度标准（200 mg/m3）使用。对于新锅炉（100 mg/m3）和关键区域（50 mg/m3），可以使用SNCR技术，反硝化效率通常可以达到60%–85%。CFB锅炉中只有一小部分采用选择性催化还原（SCR）技术或SNCR / SCR联合技术。
《中国火电节能减排升级改造行动计划（2014-2020年）》要求新建燃煤机组达到排放限值，这意味着粉尘、SO2和NOx排放浓度应降低 分别大于10、35和50 mg/m3[3]。CFB锅炉已经实施了许多技术路线来满足环保要求。与传统PC锅炉相比，不同煤种的CFB锅炉有更经济，更合理的技术路线。
2、循环流化床的问题及解决方法 2.1 典型问题
由于循环流化床锅炉的发展相对较快，由于早期缺乏设计经验，因此未充分考虑劣质煤的燃烧运行条件，锅炉制造后经常会出现以下问题：
1）磨掉炉子的水冷壁，特别是浓相和稀相的交界处，炉子的四个角，炉顶和炉口，压板热面的壁穿区域等。因此，该单元的连续运行时间很短，容易出现问题[4];
2）喷嘴的磨损会引起不均匀的局部流化，炉渣结焦和从风箱漏出炉渣，在维护期间需要大量更换[5];
3）熔炉，分离器和环路密封上的耐火材料磨损并脱落;
4）供煤系统经常堵塞，中断，给煤机皮带被烧毁，造成锅炉燃料中断;
5）底部灰渣冷却器和炉渣输送系统经常被堵塞[6];
6）电厂的用电率和用煤量高，导致机组经济性差;
7）点火油消耗大且启动时间长。
随着科技的不断进步，上述问题大多已经被科研人员和技术人员解决。
2.2 水冷壁的磨损问题
CFB锅炉附着流速高，浓度高，是造成炉壁磨损的主要原因。对于新设计的CFB锅炉，通常将炉内烟气速度控制在5.5 m/s或低于5 m/s，以减少磨损，同时在过渡区设计的管道用于避免局部涡流，当前许多CFB锅炉都采用了抗磨梁，抗磨隔板，激光熔覆和熔覆等技术来减少磨损。抗磨梁通过在水冷壁上增加抗磨和耐火材料來降低粘附流。测试结果表明，使用该技术后，粘附流的速度从大约8 m/s降低到小于3 m/s，从而减少了炉子受热面的磨损。目前，该技术在国内已被200多个容量为50-350 MW e的CFB锅炉采用。
2.3 底灰冷却问题
在早期，国内使用的CFB锅炉主要与流化床底灰冷却器匹配，流化床底灰冷却器具有高的传热系数和大的输出。然而，由于煤质差，大颗粒的石头和碎屑经常混入CFB锅炉的煤中，使底灰流变差。很多时候由焦炉渣引起的堵塞导致灰烬没有进入底灰冷却器，或者大量灰烬无法在短期内进入，导致底灰冷却器不能稳定地运行，并且底灰排放温度频繁波动，或者出现底灰过热问题。为了解决底灰冷却的问题，国内的CFB锅炉改用辊式灰冷却器来代替旧式流化底灰冷却器[7]。
2.3 节能新技术
研究发展新技术是降低CFB锅炉能耗的有效方法。广东龙岩的300 MW e CFB锅炉采用流型重构技术，可显着优化床层质量并降低辅助功率比。该比率可以降低到接近PC锅炉的比率。同时洗煤和加工会产生大量的煤泥、煤石、中级煤和其他发热量低的煤副产品，而CFB发电技术是最好的、大规模的、清洁，有效利用低热值煤的方法[8]。此外，我公司的CFB锅炉也证明，通过CFB锅炉可以有效，清洁地利用生物质和城市固体废物。山西国丰300 MW e CFB锅炉通过改进锅炉设计和优化烟气净化系统，可以实现NOx，SO2和粉尘的超低排放，粉煤灰和矿渣用于代替部分水泥和粗骨料来制造砖块，这为燃用低阶煤的CFB锅炉提出了一条新的技术路线。
3、结论
CFB锅炉由于具有燃烧效率高、污染排放低、燃料适应性广等技术优势，决定了它在全世界范围内的广泛应用，这有助于合理利用煤炭资源并减少污染物排放。从长远来看，循环流化床技术还存在一些缺点和不足，但在市场经济条件下，随着循环流化床锅炉技术的更深入研究和在生产中的更广泛应用，必然可以实现技术创新，更好地促进未来工业生产的可持续发展，从而促进社会文明的进步。
参考文献
[1]柏延枢. 论循环流化床锅炉技术现状及发展前景[J]. 中国设备工程， 2019， No.429（17）：223-224.
[2]黄中， 杨娟， 车得福. 大容量循环流化床锅炉技术发展应用现状[J]. 热力发电， 2019， 048（006）：1-8.
[3]邬万竹， 王虎， 谢国威. 循环流化床锅炉污染物影响因素实炉试验与控制研究[J]. 内蒙古科技与经济， 2016， 000（020）：114-116.
[4]林南生. 循环流化床锅炉长周期运行影响因素及应对措施[J]. 化工管理， 2019， 000（030）：131-132.
[5]邬万竹， 李瑞欣， 王虎. 燃用低热值煤的CFB发电机组污染物控制关键技术研究[J]. 电力科技与环保， 2019（5）：11-15.
作者简介：姓名：周友嘉（1990年11月14日） 性别：男 职称：助理工程师 职务：发展项目部科员 学历：本科
苏州市江远热电有限责任公司 江苏省 苏州市 215000