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　　潔凈高效的流化床發(fā)電技術(shù)鄭春營，孫�！街閯⒈颍ê邶埥�省電力科學(xué)研究院，黑龍江哈爾濱150090）流化床發(fā)電技術(shù)便是其中重要的技術(shù)之一。流化床鍋爐按其發(fā)展過程分類，有沸騰爐、循環(huán)流化床鍋爐和增壓流化床鍋爐。常壓循環(huán)汽化床鍋爐正在世界上推廣應(yīng)用，僅日本就有石播、三菱、川重三種方式。為了進(jìn)一步提高燃燒效率和發(fā)電效率，美國、瑞典、西班牙、德國、日本等國家都在開發(fā)、建設(shè)增壓流化床鍋爐聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組，其中日本建成了目前世界上最大出力的360MWA機(jī)組。實(shí)踐證明，流化床發(fā)電技術(shù)，特別是增壓流化床鍋爐聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)，具有效率高、環(huán)保特性好，小型化等優(yōu)點(diǎn)，是我國火電的發(fā)展方向，從根本上解決火電廠對(duì)大氣的嚴(yán)重污染，實(shí)現(xiàn)電力可持續(xù)發(fā)展。

　　0前言煤炭在我國一次能源的生產(chǎn)與消費(fèi)中的比例高達(dá)75%這一比例在未來相當(dāng)?shù)臅r(shí)期內(nèi)不會(huì)發(fā)生大的變化。目前，我國煤炭的轉(zhuǎn)化利用率較低，燃燒排放物己成為大氣環(huán)境的主要污染源。發(fā)展高效、低污染燃煤發(fā)電技術(shù)是我國貫徹環(huán)境保護(hù)基本國策、實(shí)現(xiàn)電力工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略舉措。

　　國家電力公司領(lǐng)導(dǎo)在1999年4月召開的循環(huán)流化床鍋爐現(xiàn)場交流會(huì)上指出：通過幾年來我國循環(huán)流化床技術(shù)的引進(jìn)消化，循環(huán)流化床技術(shù)能夠達(dá)到電力可持續(xù)發(fā)展和電力結(jié)構(gòu)調(diào)整的要計(jì)算機(jī)專業(yè)，工程師。

　　求，可從根本上解決我國火電廠對(duì)大氣的嚴(yán)重污染。循環(huán)流化床鍋爐的投資較常規(guī)鍋爐加煙氣脫硫設(shè)備的投資少，而且我國目前具備了一定的技術(shù)和人才儲(chǔ)備。實(shí)現(xiàn)大型化和國產(chǎn)化后，循環(huán)流化床降低投資的余度還很大。大型循環(huán)流化床將成為我國火電發(fā)展方向，國家電力公司將包括循環(huán)流化床（CFBC）技術(shù)、壓流化床鍋爐聯(lián)合循環(huán)（FBC―CC）發(fā)電技術(shù)和整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）發(fā)電技術(shù)在內(nèi)的潔凈煤發(fā)電技術(shù)納入到科技發(fā)展“十五”計(jì)劃和2015年規(guī)劃中。

　　1流化床燃燒技術(shù)提高機(jī)組發(fā)電效率，降低對(duì)環(huán)境的污染，是燃煤機(jī)組追求的方向。所謂潔凈煤發(fā)電技術(shù)，是指能獲得最大的方便，且環(huán)境負(fù)荷最小的、成本最低的煤炭發(fā)電技術(shù)。也就是說，在潔凈煤發(fā)電技術(shù)開發(fā)中必須同時(shí)追求高的技術(shù)和可能廉價(jià)建設(shè)與運(yùn)行的技術(shù)。循環(huán)流化床發(fā)電技術(shù)便是其中之一。

　　流化床燃燒，現(xiàn)正成為與煤粉燃燒相并行的燃煤鍋爐的主要燃燒方式。尤其是其低NOx燃燒、爐內(nèi)脫硫等低污染性能，更為人重視，因此，廣為采用。

　　流化床鍋爐按其發(fā)展過程分類，有以下三種。

　　1.1沸騰爐在低速流動(dòng)的流化床內(nèi)燃燒燃料，通過流化床內(nèi)出現(xiàn)的氣泡使流動(dòng)顆粒激烈運(yùn)動(dòng)，保持床內(nèi)的沸騰狀態(tài)。與煤粉燃燒相比，具有下列優(yōu)點(diǎn)：a.流動(dòng)顆粒熱容量大，混合強(qiáng)烈，燃料適應(yīng)性好，可燃用包括煤矸石在內(nèi)的劣質(zhì)燃料；。床內(nèi)傳熱管與流動(dòng)顆粒間傳熱率高，故可縮小傳熱面積，實(shí)現(xiàn)鍋爐的小型化；c.投入石灰石等脫硫劑可實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)脫硫不需要另設(shè)脫硫裝置；。低溫燃燒，可抑制NOx的產(chǎn)生；。煤粗粉碎即可，不需制粉系統(tǒng)設(shè)備。

　　1.循環(huán)流化床鍋爐與沸騰爐相比，流動(dòng)顆粒與氣體的混合更為強(qiáng)烈，顆粒隨同氣體飛散，經(jīng)旋風(fēng)分離器捕集再返回燃燒室，流動(dòng)顆粒吹到燃煤室上方，在爐膛內(nèi)形成流化床。其特點(diǎn)是：a.通過顆粒循環(huán)保持較長的爐內(nèi)滯留時(shí)間，脫硫反應(yīng)中Ca/S摩爾比小，脫硫劑使用量少；b顆粒循環(huán)量相當(dāng)于40 ~100倍的給煤量；。通過對(duì)顆粒循環(huán)量的控制，可適應(yīng)鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行。

　　1.3增壓流化床鍋爐59~1.96MPa其優(yōu)點(diǎn)為：a.可利用燃燒氣體殘壓、殘熱驅(qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)，構(gòu)成聯(lián)合循環(huán)，進(jìn)一步提高發(fā)電效率；b.可良好地進(jìn)行灰的再循環(huán)，提高燃燒效率；。爐內(nèi)脫硫率更高，NOx產(chǎn)生率更低；d.總體構(gòu)造非常緊湊，減少建設(shè)成本縮短安裝工期。

　　2常壓循環(huán)流化床鍋爐的應(yīng)用常壓循環(huán)流化床鍋爐在世界上推廣應(yīng)用。法國于1990年投運(yùn)了125MW機(jī)組，1992年投運(yùn)了250MW機(jī)組，脫硫效率99. 7%排煙中的S2在以下、NOx以下，粉塵在10mg/m3以下，鍋爐效率達(dá)95.71%.并且，擬進(jìn)行600MW、26.47MPa超臨界壓力機(jī)組的開發(fā)。美國建設(shè)了2臺(tái)220MW機(jī)組。韓國現(xiàn)有13臺(tái)100~200t/h常壓循環(huán)流化床鍋爐，韓國電力公司于1998年、1999年投運(yùn)了3臺(tái)自行開發(fā)的燃用國產(chǎn)無煙煤的200MW機(jī)組，NOx排出濃度在205mg/m3以下，泰國正在建設(shè)2臺(tái)150MW熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，通過爐內(nèi)脫硫使排煙S2濃度降低，以下。

　　內(nèi)江發(fā)電總廠高壩電廠是我國最大的循環(huán)流化床鍋爐示范基地，裝機(jī)100MW，引進(jìn)一臺(tái)芬蘭奧斯龍公司410t/h常壓循環(huán)流化床鍋爐，自1996年投運(yùn)以來，一直穩(wěn)定運(yùn)行。燃用當(dāng)?shù)鼗曳趾秃�硫量較高的無煙煤，脫硫效率90%以上，排日本，按制造公司分類有三種方式：石播方式以煤為燃料的循環(huán)流化床鍋爐整套系統(tǒng)，如所示。循環(huán)流化床由煤中的灰、石灰石及床料形成。煤經(jīng)粉碎機(jī)粉碎成小于10mm的煤塊投入爐中，一次風(fēng)通過噴嘴供給，二次風(fēng)從爐上部設(shè)置的二段燃燒用空氣通道分段供給。由旋風(fēng)分離器分離的循環(huán)介質(zhì)，通過環(huán)形密封再循環(huán)到爐內(nèi)。煙氣從空氣預(yù)熱器出來后由布袋式除塵器等除塵。實(shí)踐表明，燃料比越高，NOx的排出量越少，當(dāng)燃用燃料比為6的含硫率為0.4%的半無煙煤時(shí)，NOx排出量約為51mg/m3，石灰石中的Ca和煤中的S摩爾比為2.0硫率約為80%Ca/S為2. 5時(shí)，S2排出量三菱方式循環(huán)流化床鍋爐的燃料是燃煤與造紙淤渣混合物，系統(tǒng)如所示。爐膛四周由水冷壁構(gòu)成，燃燒部分，后部煙道內(nèi)的對(duì)流傳熱部分及流化床式熱交換器（FBHE）形成一體化構(gòu)造，實(shí)現(xiàn)了小型化。燃煤室、FBHE密封箱封部上設(shè)置有多個(gè)流化用空氣噴嘴，F(xiàn)BHE內(nèi)通常設(shè)置水冷壁和過熱器受熱，對(duì)流傳熱部分設(shè)置有一級(jí)過熱器、二級(jí)過熱器、蒸發(fā)器、省煤器、空氣預(yù)熱器。

　　燃燒室內(nèi)無過熱器等傳熱管，由于FBHE內(nèi)流速低、顆粒細(xì)，床內(nèi)管磨損較小。

　　川重方式為兼具沸騰式和循環(huán)式特點(diǎn)的混合型循環(huán)流化床鍋爐，系統(tǒng)如所示。粒徑在10mm以下的煤粉在密封箱中與循環(huán)顆粒合流，送到流化床中燃燒，床內(nèi)燃燒熱經(jīng)旋風(fēng)分離器再循環(huán)，加熱400 ~500C較低溫度的顆粒群，使流化床經(jīng)常保持適于脫硫和燃燒的350C.再循環(huán)顆粒和小徑的煤粉顆粒在懸浮段與二次風(fēng)混合，燃燒剩余的約四成的煤。懸浮段循環(huán)蒸發(fā)管、過熱器和風(fēng)冷壁管冷卻的顆粒，循環(huán)顆粒將懸浮段冷卻到800~900在此溫度下保持充分的滯留時(shí)間，適宜地送入二次風(fēng)，即可保持低水平的NOx、S2、CO發(fā)生量。

　　3增壓流化床鍋爐聯(lián)合循環(huán)（PFBC一CC）發(fā)電技術(shù)―CC發(fā)電技術(shù)特點(diǎn)PBFC―CC機(jī)組是將流化床鍋爐裝在壓力容器內(nèi)，在增壓下燃燒以進(jìn)一步提高燃燒效率。同時(shí)將通常的汽輪機(jī)發(fā)電與利用流化床鍋爐高溫高壓燃燒氣體驅(qū)動(dòng)的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電組成聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。其特點(diǎn)如下：效率高。聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)提高了發(fā)電效率，使用燃?xì)廨啓C(jī)空氣壓縮機(jī)，省略了送風(fēng)機(jī)；爐內(nèi)脫硫，省略了脫硫裝置，節(jié)省了廠用電，送電端效率與普通煤粉爐火力發(fā)電相比，提高了環(huán)保特性好，可實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)脫硫，氧化物與石灰石反應(yīng)生成石膏，與煤灰一起經(jīng)除塵裝置除去。因流化床鍋爐利用高壓空氣，流化床通風(fēng)阻力較高，形成高的燃燒床，使燃燒物質(zhì)在床內(nèi)的滯留時(shí)間較長（約4s）從而可獲得更高的脫硫效率。

　　由于燃燒床內(nèi)燃燒溫度約為860 ~870V低于煤粉爐，可抑制空氣中的氮氧化物生成NOx，加之燃料在床內(nèi)的滯留時(shí)間長，燃料在燃燒過程中與還原物質(zhì)接觸機(jī)會(huì)多，從而形成低NOx燃燒。發(fā)電效率的提高，又使C2生成量少于普通的煤粉爐。

　　為防止燃?xì)廨啓C(jī)磨耗，鍋爐出口處裝有旋風(fēng)分離器和陶瓷過濾器等除塵裝置，使粉塵濃度低于燃?xì)廨啓C(jī)允許濃度。煙囪入口的低溫部分設(shè)有電除塵器，大大地提高了除塵效果。

　　c小型化。由于是在正壓下燃燒，鍋爐可小型化，加大不需要排煙脫硫裝置，減少了設(shè)置空間，進(jìn)而可實(shí)現(xiàn)整座發(fā)電廠的小型化。

　　PFBC-CC發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用增壓流化床聯(lián)合發(fā)電方式（PFBC由歐洲作為高效率下對(duì)環(huán)境影響小的新一代燃煤火力發(fā)電方式而開發(fā)的技術(shù)，包括建設(shè)中的機(jī)組在內(nèi)，世界上己有7臺(tái)70~80MW級(jí)機(jī)組的開發(fā)業(yè)績。

　　1969年，美國安裝了首臺(tái)試驗(yàn)設(shè)備，進(jìn)行了燃燒特性、環(huán)境特性、燃?xì)廨啓C(jī)葉片腐蝕特性等試驗(yàn)。70年代，美、俄共同出資在英國建設(shè)了60MW試驗(yàn)機(jī)組，1980年投運(yùn)，獲取了各種設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行了燃?xì)廨啓C(jī)材料試驗(yàn)等。作為美國能源部促進(jìn)潔凈煤技術(shù)計(jì)劃之一，美國電力公司建設(shè)了73MW機(jī)組，1990年投運(yùn)，1995年完成應(yīng)用試驗(yàn)。

　　瑞典斯德哥爾摩能源公司1987年建設(shè)了由2臺(tái)增壓流化床鍋爐、2臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)和1臺(tái)汽輪機(jī)組成的熱電聯(lián)產(chǎn)型聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，出力135MW/ 224MWth，1989年投運(yùn)并進(jìn)入商業(yè)運(yùn)營。

　　西班牙國營電力公司將增壓流化床鍋爐作為低污染的可有效利用國產(chǎn)劣質(zhì)褐煤技術(shù)進(jìn)行了開發(fā)，1990年投運(yùn)了79MW聯(lián)合循環(huán)機(jī)組。

　　德國為強(qiáng)化環(huán)境保護(hù)，作為替代原熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電的設(shè)備，1998年投運(yùn)了71MW熱電聯(lián)產(chǎn)增壓流化床聯(lián)合循環(huán)機(jī)組。

　　日本電源開發(fā)公司建設(shè)了日本首臺(tái)71MWPFBC―CC機(jī)組，1997年12月完成應(yīng)用試驗(yàn)；北海道電力公司1998年3月投運(yùn)了苫東厚真發(fā)電廠3號(hào)85MW機(jī)組；九州電力公司1999年7月投運(yùn)了目前世界上最大出力的360MW刈田電廠新1號(hào)機(jī)組；中國電力公司擬建大崎電廠1號(hào)系列2臺(tái)250MW機(jī)組。

　　3.3刈田發(fā)電廠新1號(hào)PFBC-CC機(jī)組刈田發(fā)電廠新1號(hào)PFBC―CC機(jī)組系統(tǒng)，如所示。

　　增壓循環(huán)流化床鍋爐采用了ABB公司的混合型方式，兼具沸騰式和循環(huán)式流化床的功能，是以全新概念設(shè)計(jì)出的一種流化經(jīng)床方式。蒸發(fā)量260t/h，主蒸汽壓力25.0MPa蒸汽溫度570/ 595C，燃燒壓力1.4MPa燃燒溫度870 C，采用煤十石灰石+水的水煤惺礁悍絞健鍋爐一級(jí)和二級(jí)旋風(fēng)分離器、床材貯藏容器、灰冷卻器等耐壓設(shè)備均裝在鋼板制垂直圓筒形壓力容器中，用壓力容器的側(cè)板支持，實(shí)現(xiàn)容器內(nèi)部的簡化。為使壓力容器小型化，爐膛斷面為六角形，床內(nèi)管按平等四邊形配置。內(nèi)徑15.4m，高44.6m，涇體厚89.4mm，襯板厚空氣溫度350C空氣壓力1.68MPa燃?xì)廨啓C(jī)采用ABB公司的增壓循環(huán)流化床鍋爐配套的開放循環(huán)雙軸型燃?xì)廨啓C(jī)，是適用于燃燒2級(jí)旋風(fēng)分離器除塵后的高粉塵濃度煙氣的設(shè)備。出力75MW，入口氣體壓力約1.3MPa入口氣體溫度約850出口約390°C，轉(zhuǎn)速在高壓力下為3600r/min，低壓下為1 250~3150r/min.雙軸型燃?xì)廨啓C(jī)具有良好的空氣流量控制特性，從而可保證機(jī)組具有良好的負(fù)荷跟蹤特性。高壓軸直接與發(fā)電機(jī)聯(lián)接，在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)，低壓軸可相應(yīng)于出力利用低壓燃?xì)廨啓C(jī)入口導(dǎo)向葉片調(diào)整空氣流量，提高低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的效率。

　　汽輪機(jī)為串級(jí)再熱再生凝汽型，出力290MW.主蒸汽壓力24.1MPa蒸汽大型化的要求，采用了500MW以上大型汽輪機(jī)的蒸汽參數(shù)，主蒸汽壓力24.1MPa蒸汽溫度566/593C為了提高汽輪機(jī)效率，低壓未級(jí)采用40英寸鈦葉片。

　　新1號(hào)機(jī)組采用了由汽輪發(fā)電機(jī)和燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)構(gòu)成的多軸聯(lián)合系統(tǒng)。燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)采用臥式圓筒旋轉(zhuǎn)磁場型發(fā)電機(jī)和無刷勵(lì)磁方式，定子、轉(zhuǎn)子均采用空冷方式。啟動(dòng)采用可控硅頻率變換裝置（SFC），將發(fā)電機(jī)作為同步機(jī)使用。汽輪發(fā)電機(jī)也采用臥式圓筒旋轉(zhuǎn)磁場型發(fā)電機(jī)，以及響應(yīng)特性優(yōu)良的可控硅靜止勵(lì)磁方式。為了提高發(fā)電效率，轉(zhuǎn)子中采用了高效風(fēng)機(jī)，通過鐵心端部通風(fēng)設(shè)計(jì)的最優(yōu)化，提高了冷卻效率。

　　通過爐內(nèi)脫硫，排煙中的SOx濃度降低到217mg/m3以下；通過流化床的低溫燃燒和干式脫硝硝裝置的處理，NOx降低到123mg/m3以下；經(jīng)兩級(jí)旋風(fēng)分離器一次除塵和電除塵器的二次除塵，粉塵濃度降低到30mg/m3以下。

　　4結(jié)語流化床燃燒技術(shù)，特別是增壓循環(huán)流化床燃燒技術(shù)，是重要的潔凈煤發(fā)電技術(shù)，而增壓流化床鍋爐聯(lián)合循發(fā)電技術(shù)是既能實(shí)現(xiàn)潔凈煤發(fā)電又能提高發(fā)電效率的重要發(fā)電技術(shù)，是我國潔凈煤發(fā)電技術(shù)的發(fā)展方向。