[科普中国]-增压流化床燃烧

简介

国际上增压流化床燃烧((PFBC)技术目前已进入活跃的商业化阶段。在瑞典的凡登（Vaertan)，世界上第一座PFBC电站已成功地通过了可行性考核，其后，西班牙的Escatron及美国的Tidd PFBC电站也相继进入示范运行阶段。上述电站的运行已显示和证实PFBC;锅炉对燃料良好的适应性和优越的排放特性，以及高效联合循环发电能力。显然，增压流化床已成为一项富有吸引力的清洁燃烧技术。

对于增压流化床的技术特点。国际上自七十年代初开始进行实验室规模的试验研究，建立了一系列试验装置.例如英国Grimethope的75MWt PF13C试验台，瑞典ABB Carbon公司安装在Malni。的15MWt概念验证装置，德国Aachen工业大学内的40MWt PFBC装置以及DBW公司研究与开发中心的15MWt装置。有关研究单位在这些装置上进行了关于燃烧、脱硫、脱氮、床层动力学、传热特性、给料技术、高湿除尘及磨损等方向的研究。上述研究为商用PFBC锅炉的设计和运行提供了大量的基础数据。在此基础上，瑞典ABB Carbon公司首先研制出商用规模的P200PFBC示范机组。并被凡登(Vaertan )、梯德( Tid)和埃斯卡曲(Escatron)电站采用，这些示范电站的启动运行经验及数据已经问世，予计在未来五年内，将继续有六座以此技术为基础的姊妹电站投入运行1。

燃料制备及给料技术PFBC锅炉燃料制备和给料系统，首先在粒度选择上，为尽量避免对埋管受热面的磨损，当前均选用5mm甚至3mm以下。同时避免过粉碎，否则细颗粒的扬析会影响PFBC锅炉的燃烧效率。给料系统有干式气力输送和水煤浆输送系统。

干式系统是将煤和石灰石的混合物先经过管式干燥器，干燥到水份小于4%，再经过一级筛分—破碎系统，成品煤进入双闸门闭锁料斗，然后用正压气力给料系统底筒送入床内。也可以先破碎然后用气力提升干燥管进行干燥。水煤浆输送系统是在筛分破碎系统之后将入炉煤与水混合，然后用适当的燃料泵送入炉内。水煤浆输送的成功与否关键在于煤的颗粒分布，运行过程中必需保证不产生固液分离现象。

灰渣冷却及热烟气净化PFBC锅炉床内排出的灰渣一般高达850℃左右，难以直接输送，故应先采用灰渣冷却器将高温渣冷却至200-300 ℃以下，为机械式或气力输送系统提供必要的前提条件。同时，灰渣冷却装置的采用还可回收流化床锅炉灰渣物理热，提高锅炉热效率，特别是在燃用高灰分劣质燃料时。

Babcock采用水冷螺旋冷渣器把灰渣从850 ℃冷却到250 ℃，然后进入闭锁料斗系统减压到大气状态，再用气力输送系统送到储仓。控制水冷螺旋冷渣器的转速可控制灰渣的排放速率。该型冷渣器其内轴及外套管均有水冷却，制造工艺要求较高。运行过程中渣粒易卡涩螺旋叶片，叶片磨损严重，故该型冷渣器仅适用于燃用低灰分煤、灰渣量较少的PFBC锅炉。当灰渣量较大时，ABB则采用了风冷式流化床冷渣器。我国正在建设的15MW PFBC中试电站也确定采用该型式的冷渣器。与之相配套的排渣控制器为非机械控制阀，可保证锅炉排渣可控，连续稳定，避免集中排渣影响锅炉运行。这种冷渣器利用流化床中颗粒流动性好，换热系数高的特点，可以在较小的床层体积内冷却较多的灰渣，结构紧凑，适用于大容量的PFBC锅炉。当采用分床结构时，上述优点更为明显。

最新进展从利用煤炭资源的长远目标看，增压流化床燃烧技术进一步发展和研究的目标是继续提高机组的热效率，因此，改进和发展目前的PFBC燃烧技术仍具有非常重要的意义2。

1.增压循环流化床燃烧技术

芬兰Ahlstrom公司已在开发增压循环流化床燃烧技术(PCFBC)，已建成一个lOMWt的PCFBC试验台，将流化速度提高到5m/s ,采用U型回料控制器回送物料，实现煤颗粒的循环燃烧。试验结果良好，燃烧效率大于99%。其子公司Pyropower目前准备在美国Iowa动力公司Des Moines能源中心建设70MWe的PCFBC商业示范电站。

2.增压流化床煤气化，顶部燃烧循环

这种系统又称第二代PFBC。其基本流程是:煤首先在炭化炉内裂解，产生低热值煤气和焦炭，后者和另外一些煤进入PFBC炉燃烧，并通以高的过剩空气，PFBC排出的高温含氧烟气经除尘后与炭化炉生产出的煤气再共同进入一个顶置燃烧室燃烧，使进入燃气轮机的烟温提高到1 200℃左右，从而提高发电效率，预计循环热效率可达45%。 Foster wheeler Development Co.等公司已开始进行该项技术的实验室研究。预计在今后十年内第二代PFBC联合循环电站有可能进入商业示范，燃煤电站的发电效率可进一步提高3。