洁净高效的流化床发电技术郑春营，孙福〗珠刘彬（黑龙江省电力科学研究院，黑龙江哈尔滨150090）流化床发电技术便是其中重要的技术之一。流化床锅炉按其发展过程分类，有沸腾炉、循环流化床锅炉和增压流化床锅炉。常压循环汽化床锅炉正在世界上推广应用，仅日本就有石播、三菱、川重三种方式。为了进一步提高燃烧效率和发电效率，美国、瑞典、西班牙、德国、日本等国家都在开发、建设增压流化床锅炉联合循环发电机组，其中日本建成了目前世界上最大出力的360MWA机组。实践证明，流化床发电技术，特别是增压流化床锅炉联合循环发电技术，具有效率高、环保特性好，小型化等优点，是我国火电的发展方向，从根本上解决火电厂对大气的严重污染，实现电力可持续发展。
0前言煤炭在我国一次能源的生产与消费中的比例高达75%这一比例在未来相当的时期内不会发生大的变化。目前，我国煤炭的转化利用率较低，燃烧排放物己成为大气环境的主要污染源。发展高效、低污染燃煤发电技术是我国贯彻环境保护基本国策、实现电力工业可持续发展的重要战略举措。
国家电力公司领导在1999年4月召开的循环流化床锅炉现场交流会上指出：通过几年来我国循环流化床技术的引进消化，循环流化床技术能够达到电力可持续发展和电力结构调整的要计算机专业，工程师。
求，可从根本上解决我国火电厂对大气的严重污染。循环流化床锅炉的投资较常规锅炉加烟气脱硫设备的投资少，而且我国目前具备了一定的技术和人才储备。实现大型化和国产化后，循环流化床降低投资的余度还很大。大型循环流化床将成为我国火电发展方向，国家电力公司将包括循环流化床（CFBC）技术、压流化床锅炉联合循环（FBC―CC）发电技术和整体煤气化联合循环（IGCC）发电技术在内的洁净煤发电技术纳入到科技发展“十五”计划和2015年规划中。
1流化床燃烧技术提高机组发电效率，降低对环境的污染，是燃煤机组追求的方向。所谓洁净煤发电技术，是指能获得最大的方便，且环境负荷最小的、成本最低的煤炭发电技术。也就是说，在洁净煤发电技术开发中必须同时追求高的技术和可能廉价建设与运行的技术。循环流化床发电技术便是其中之一。
流化床燃烧，现正成为与煤粉燃烧相并行的燃煤锅炉的主要燃烧方式。尤其是其低NOx燃烧、炉内脱硫等低污染性能，更为人重视，因此，广为采用。
流化床锅炉按其发展过程分类，有以下三种。
1.1沸腾炉在低速流动的流化床内燃烧燃料，通过流化床内出现的气泡使流动颗粒激烈运动，保持床内的沸腾状态。与煤粉燃烧相比，具有下列优点：a.流动颗粒热容量大，混合强烈，燃料适应性好，可燃用包括煤矸石在内的劣质燃料；。床内传热管与流动颗粒间传热率高，故可缩小传热面积，实现锅炉的小型化；c.投入石灰石等脱硫剂可实现炉内脱硫不需要另设脱硫装置；。低温燃烧，可抑制NOx的产生；。煤粗粉碎即可，不需制粉系统设备。
1.循环流化床锅炉与沸腾炉相比，流动颗粒与气体的混合更为强烈，颗粒随同气体飞散，经旋风分离器捕集再返回燃烧室，流动颗粒吹到燃煤室上方，在炉膛内形成流化床。其特点是：a.通过颗粒循环保持较长的炉内滞留时间，脱硫反应中Ca/S摩尔比小，脱硫剂使用量少；b颗粒循环量相当于40 ~100倍的给煤量；。通过对颗粒循环量的控制，可适应锅炉低负荷运行。
1.3增压流化床锅炉59~1.96MPa其优点为：a.可利用燃烧气体残压、残热驱动燃气轮机，构成联合循环，进一步提高发电效率；b.可良好地进行灰的再循环，提高燃烧效率；。炉内脱硫率更高，NOx产生率更低；d.总体构造非常紧凑，减少建设成本缩短安装工期。
2常压循环流化床锅炉的应用常压循环流化床锅炉在世界上推广应用。法国于1990年投运了125MW机组，1992年投运了250MW机组，脱硫效率99. 7%排烟中的S2在以下、NOx以下，粉尘在10mg/m3以下，锅炉效率达95.71%.并且，拟进行600MW、26.47MPa超临界压力机组的开发。美国建设了2台220MW机组。韩国现有13台100~200t/h常压循环流化床锅炉，韩国电力公司于1998年、1999年投运了3台自行开发的燃用国产无烟煤的200MW机组，NOx排出浓度在205mg/m3以下，泰国正在建设2台150MW热电联产机组，通过炉内脱硫使排烟S2浓度降低，以下。
内江发电总厂高坝电厂是我国最大的循环流化床锅炉示范基地，装机100MW，引进一台芬兰奥斯龙公司410t/h常压循环流化床锅炉，自1996年投运以来，一直稳定运行。燃用当地灰分和含硫量较高的无烟煤，脱硫效率90%以上，排日本，按制造公司分类有三种方式：石播方式以煤为燃料的循环流化床锅炉整套系统，如所示。循环流化床由煤中的灰、石灰石及床料形成。煤经粉碎机粉碎成小于10mm的煤块投入炉中，一次风通过喷嘴供给，二次风从炉上部设置的二段燃烧用空气通道分段供给。由旋风分离器分离的循环介质，通过环形密封再循环到炉内。烟气从空气预热器出来后由布袋式除尘器等除尘。实践表明，燃料比越高，NOx的排出量越少，当燃用燃料比为6的含硫率为0.4%的半无烟煤时，NOx排出量约为51mg/m3，石灰石中的Ca和煤中的S摩尔比为2.0硫率约为80%Ca/S为2. 5时，S2排出量三菱方式循环流化床锅炉的燃料是燃煤与造纸淤渣混合物，系统如所示。炉膛四周由水冷壁构成，燃烧部分，后部烟道内的对流传热部分及流化床式热交换器（FBHE）形成一体化构造，实现了小型化。燃煤室、FBHE密封箱封部上设置有多个流化用空气喷嘴，FBHE内通常设置水冷壁和过热器受热，对流传热部分设置有一级过热器、二级过热器、蒸发器、省煤器、空气预热器。
燃烧室内无过热器等传热管，由于FBHE内流速低、颗粒细，床内管磨损较小。
川重方式为兼具沸腾式和循环式特点的混合型循环流化床锅炉，系统如所示。粒径在10mm以下的煤粉在密封箱中与循环颗粒合流，送到流化床中燃烧，床内燃烧热经旋风分离器再循环，加热400 ~500C较低温度的颗粒群，使流化床经常保持适于脱硫和燃烧的350C.再循环颗粒和小径的煤粉颗粒在悬浮段与二次风混合，燃烧剩余的约四成的煤。悬浮段循环蒸发管、过热器和风冷壁管冷却的颗粒，循环颗粒将悬浮段冷却到800~900在此温度下保持充分的滞留时间，适宜地送入二次风，即可保持低水平的NOx、S2、CO发生量。
3增压流化床锅炉联合循环（PFBC一CC）发电技术―CC发电技术特点PBFC―CC机组是将流化床锅炉装在压力容器内，在增压下燃烧以进一步提高燃烧效率。同时将通常的汽轮机发电与利用流化床锅炉高温高压燃烧气体驱动的燃气轮机发电组成联合循环发电系统。其特点如下：效率高。联合循环系统提高了发电效率，使用燃气轮机空气压缩机，省略了送风机；炉内脱硫，省略了脱硫装置，节省了厂用电，送电端效率与普通煤粉炉火力发电相比，提高了环保特性好，可实现炉内脱硫，氧化物与石灰石反应生成石膏，与煤灰一起经除尘装置除去。因流化床锅炉利用高压空气，流化床通风阻力较高，形成高的燃烧床，使燃烧物质在床内的滞留时间较长（约4s）从而可获得更高的脱硫效率。
由于燃烧床内燃烧温度约为860 ~870V低于煤粉炉，可抑制空气中的氮氧化物生成NOx，加之燃料在床内的滞留时间长，燃料在燃烧过程中与还原物质接触机会多，从而形成低NOx燃烧。发电效率的提高，又使C2生成量少于普通的煤粉炉。
为防止燃气轮机磨耗，锅炉出口处装有旋风分离器和陶瓷过滤器等除尘装置，使粉尘浓度低于燃气轮机允许浓度。烟囱入口的低温部分设有电除尘器，大大地提高了除尘效果。
c小型化。由于是在正压下燃烧，锅炉可小型化，加大不需要排烟脱硫装置，减少了设置空间，进而可实现整座发电厂的小型化。
PFBC-CC发电技术的应用增压流化床联合发电方式（PFBC由欧洲作为高效率下对环境影响小的新一代燃煤火力发电方式而开发的技术，包括建设中的机组在内，世界上己有7台70~80MW级机组的开发业绩。
1969年，美国安装了首台试验设备，进行了燃烧特性、环境特性、燃气轮机叶片腐蚀特性等试验。70年代，美、俄共同出资在英国建设了60MW试验机组，1980年投运，获取了各种设计数据，并进行了燃气轮机材料试验等。作为美国能源部促进洁净煤技术计划之一，美国电力公司建设了73MW机组，1990年投运，1995年完成应用试验。
瑞典斯德哥尔摩能源公司1987年建设了由2台增压流化床锅炉、2台燃气轮机和1台汽轮机组成的热电联产型联合循环机组，出力135MW/ 224MWth，1989年投运并进入商业运营。
西班牙国营电力公司将增压流化床锅炉作为低污染的可有效利用国产劣质褐煤技术进行了开发，1990年投运了79MW联合循环机组。
德国为强化环境保护，作为替代原热电联产发电的设备，1998年投运了71MW热电联产增压流化床联合循环机组。
日本电源开发公司建设了日本首台71MWPFBC―CC机组，1997年12月完成应用试验；北海道电力公司1998年3月投运了苫东厚真发电厂3号85MW机组；九州电力公司1999年7月投运了目前世界上最大出力的360MW刈田电厂新1号机组；中国电力公司拟建大崎电厂1号系列2台250MW机组。
3.3刈田发电厂新1号PFBC-CC机组刈田发电厂新1号PFBC―CC机组系统，如所示。
增压循环流化床锅炉采用了ABB公司的混合型方式，兼具沸腾式和循环式流化床的功能，是以全新概念设计出的一种流化经床方式。蒸发量260t/h，主蒸汽压力25.0MPa蒸汽温度570/ 595C，燃烧压力1.4MPa燃烧温度870 C，采用煤十石灰石+水的水煤惺礁悍绞健锅炉一级和二级旋风分离器、床材贮藏容器、灰冷却器等耐压设备均装在钢板制垂直圆筒形压力容器中，用压力容器的侧板支持，实现容器内部的简化。为使压力容器小型化，炉膛断面为六角形，床内管按平等四边形配置。内径15.4m，高44.6m，泾体厚89.4mm，衬板厚空气温度350C空气压力1.68MPa燃气轮机采用ABB公司的增压循环流化床锅炉配套的开放循环双轴型燃气轮机，是适用于燃烧2级旋风分离器除尘后的高粉尘浓度烟气的设备。出力75MW，入口气体压力约1.3MPa入口气体温度约850出口约390°C，转速在高压力下为3600r/min，低压下为1 250~3150r/min.双轴型燃气轮机具有良好的空气流量控制特性，从而可保证机组具有良好的负荷跟踪特性。高压轴直接与发电机联接，在额定转速下运转，低压轴可相应于出力利用低压燃气轮机入口导向叶片调整空气流量，提高低负荷运行时的效率。
汽轮机为串级再热再生凝汽型，出力290MW.主蒸汽压力24.1MPa蒸汽大型化的要求，采用了500MW以上大型汽轮机的蒸汽参数，主蒸汽压力24.1MPa蒸汽温度566/593C为了提高汽轮机效率，低压未级采用40英寸钛叶片。
新1号机组采用了由汽轮发电机和燃气轮发电机构成的多轴联合系统。燃气轮发电机采用卧式圆筒旋转磁场型发电机和无刷励磁方式，定子、转子均采用空冷方式。启动采用可控硅频率变换装置（SFC），将发电机作为同步机使用。汽轮发电机也采用卧式圆筒旋转磁场型发电机，以及响应特性优良的可控硅静止励磁方式。为了提高发电效率，转子中采用了高效风机，通过铁心端部通风设计的最优化，提高了冷却效率。
通过炉内脱硫，排烟中的SOx浓度降低到217mg/m3以下；通过流化床的低温燃烧和干式脱硝硝装置的处理，NOx降低到123mg/m3以下；经两级旋风分离器一次除尘和电除尘器的二次除尘，粉尘浓度降低到30mg/m3以下。
4结语流化床燃烧技术，特别是增压循环流化床燃烧技术，是重要的洁净煤发电技术，而增压流化床锅炉联合循发电技术是既能实现洁净煤发电又能提高发电效率的重要发电技术，是我国洁净煤发电技术的发展方向。