一、目前, 常見的鍋爐爐型按燃燒方式的不同可分為煤粉鍋爐 (懸浮燃燒) 、循環流化床鍋爐 (流化床燃燒) 2種爐型。 1.1 煤粉鍋

一、目前, 常見的鍋爐爐型按燃燒方式的不同可分為煤粉鍋爐 (懸浮燃燒) 、循環流化床鍋爐 (流化床燃燒) 2種爐型。
1.1 煤粉鍋爐
煤粉鍋爐將燃料煤經制粉系統磨制成粒度60~80μm的細煤粉, 然后經燃燒器與送粉的熱一次風一起噴入爐膛, 煤粉與助燃熱空氣在爐膛內強烈混擾、懸浮燃燒, 爐膛溫度可達到約1 500℃, 大約2s就完成了燃燒過程。燃料煤中的灰分約90%以細灰的形態存在于煙氣中, 燃燒產生的煙氣與飛灰顆粒形成氣固兩相流以氣力輸送的形式掠過鍋爐的各級受熱面進行換熱后離開爐體。
制粉系統及燃燒器是煤粉鍋爐必不可少的設備, 其作用是保證燃料的細度和燃燒用空氣在進入爐膛時能充分混合, 及時著火和穩定燃燒。煤粉鍋爐配套制粉系統通常可分為直吹式系統和中間儲倉式系統2種, 主要設備通常包含給煤機、磨煤機、給粉機等。燃燒器可分為直流燃燒器及旋流燃燒器, 直流燃燒器多采用四角切圓燃燒;旋流燃燒器噴口噴射出的煤粉氣流能形成旋轉射流, 其卷吸量較大但射程短, 適用于揮發分較高的煤種, 最常見的布置方式是前后墻對沖布置。制粉系統及燃燒器往往對鍋爐燃料煤的煤種有一定的要求, 單只煤粉燃燒器的功率可以達到很大, NOx和SO2的排放量都很高, 這也是其與循環流化床鍋爐的重要區別之一。煤粉鍋爐的燃燒強度大、鍋爐容量大, 自控水平高、運行穩定、廠用電耗少、設備損壞消除周期短、制造技術成熟, 安全可靠, 是目前我國燃煤電廠最常用的爐型。
1.2 循環流化床 (CFB) 鍋爐
循環流化床燃燒技術是國際上20世紀70年代中期發展起來的新型燃燒技術, 其燃燒機理是把固態的燃料流體化, 從而促進燃燒。燃料顆粒的粒徑通常為1~10mm, 在一次風的作用下處于流化狀態, 被煙氣夾帶在爐膛內向上運動, 在爐膛的不同高度上, 部分大顆粒將沿著爐膛邊壁下落, 形成物料的內循環;較小固體顆粒被煙氣夾帶進入分離器進行分離, 絕大多數顆粒被分
來, 通過回料閥再次返回爐膛, 繼續燃燒, 形成物料的外循環。通過爐膛的內循環和爐外的外循環, 實現燃料不斷地往復循環燃燒。因此, 循環流化床鍋爐可以實現高燃燒效率, 達到97%~99%, 其制粉系統簡單, 只需簡單的干燥及破碎裝置即可滿足燃燒要求。
循環流化床鍋爐根據物料濃度的不同將爐膛分為密相區、過渡區和稀相區三部分。密相區中固體顆粒濃度較大, 具有很大的熱容量, 因此在給煤進入密相區后, 可以順利實現著火;稀相區的物料濃度很小, 是燃料的燃燒、燃盡段, 燃燒后51%~63%的灰分進入煙氣, 其余部分進入爐渣排放。循環流化床鍋爐的燃燒溫度為850~900℃, 由于燃燒溫度低, NOx排放量較煤粉鍋爐低, 同時可在爐膛添加石灰石進行爐內脫硫, 降低SO2的排放濃度, 因此, 循環流化床鍋爐是一種清潔、環保的燃燒技術。
循環流化床鍋爐對燃料的適應性強, 煤種多變和各種燃料的混合物均可適應, 特別適合于低熱值劣質煤, 如煤泥、煤矸石、洗混煤等, 具有良好的經濟效益。同時, 循環流化床鍋爐負荷調節范圍大, 低負荷可降到滿負荷的30%左右;環保方面, NOx、SO2排放都低于煤粉爐。循環流化床鍋爐是目前中小型工業鍋爐采用最多的爐型。
二、 鍋爐選型主要考慮的因素
影響鍋爐選型的主要因素有鍋爐燃料煤種特性、環保要求、運行要求、項目自身特點以及其他因素等。
1 燃料的煤種特性
鍋爐燃料的煤種特性是決定鍋爐選型最重要的因素之一, 其通常應包括以下各項指標:全水分及工業分析指標:Mt、Mad、Aar、Vdaf;元素分析指標:Car、Har、Nar、Oar、Sar;收到基低位發熱量:Qar, net;煤灰熔融性溫度:DT、ST、FT等。在提供鍋爐設計煤質時, 除揮發分需提供干燥無灰基值外, 其他各項煤質指標均應提供收到基值, 以便于鍋爐設計計算。
①揮發分。
揮發分是評定鍋爐燃燒性能的首要指標, 主要用來衡量燃料煤點火及穩定燃燒的難易程度, 通常認為干燥無灰基揮發分Vdaf≥15%的煤種宜選用煤粉鍋爐;Vdaf≤12%, 采用煤粉鍋爐時燃料著火困難, 難以穩定燃燒及燃盡, 因此不宜選用煤粉鍋爐;12%~15%則屬于過渡區, 應結合其他因素綜合考慮。但當Vdaf≥35%時, 由于煤粉鍋爐的燃料通常被磨制成60~80μm的細煤粉, 同時煤粉采用熱風干燥及送粉, 煤粉在輸送及存儲過程中極易發生自燃和爆炸, 因此, 不易采用煤粉鍋爐, 若采用煤粉鍋爐, 需在設計時考慮防爆。
②灰分。
循環流化床鍋爐在正常運行時必須保持一定濃度的爐內惰性物料, 以確保物料的正常流化, 在不投石灰石的情況下, 床內惰性物料的來源完全依賴于燃料中的灰分, 所以燃料中灰分的含量是循環流化床鍋爐能否正常運行的關鍵因素, 只有燃料中灰分含量達到一定的數值, 才能建立床內正常的灰平衡。有關文獻指出:當燃料折算灰含量小于8.25g/MJ時, 循環流化床鍋爐難以建立灰平衡, 必須在運行中連續或間斷地向床內補充惰性物料 (如細砂等) , 否則鍋爐將無法正常運行, 因此, 對于灰含量小于8.25g/MJ的煤種不宜采用循環流化床鍋爐。
由于煤粉鍋爐燃料煤中90%的灰分會進入煙氣之中, 因此若煤種的灰分含量過高將會對后續除塵系統帶來較大壓力。因此, 對于煤粉鍋爐, 一般煤中收到基灰分Aar不宜超過30%。
③水分。
水分對鍋爐選型的影響主要體現在其對鍋爐制粉系統的影響。煤種的水分含量過高將影響循環流化床鍋爐的原煤破碎系統, 致使粗碎機、篩板孔、給煤機出現粘煤現象, 堵煤頻繁, 從而影響循環流化床鍋爐的正常運行。而煤粉鍋爐的制粉系統具有熱風干燥作用, 因而更適用于高水分的煤種。
對于褐煤開發利用項目及燃用印尼煤的項目, 其共同點是需要燃用高水分的煤種。對于此類煤種, 應優先選用煤粉鍋爐, 通常應配風扇磨制粉系統比較適合。實際運行經驗表明, 風扇磨制粉系統的干燥能力比中速磨制粉系統強很多, 特別是對全水分Mt>30%以上的褐煤, 效果更為明顯。如果水分高于35%, 應采用風扇磨配抽爐煙的制粉系統比較適合
④ 發熱量。
煤的收到基低位發熱量Qar, net是反映煤質好壞的一個重要指標, 當煤的發熱量低到一定數值時, 不僅影響燃燒的穩定性, 而且會導致鍋爐熄火, 影響安全運行。這種影響對煤粉鍋爐的作用尤為明顯。通常Qar, net低于12 000k J/kg的煤種不應采用煤粉鍋爐, 而循環流化床鍋爐對發熱量則幾乎沒有要求。
⑤灰熔融性溫度。
煤灰熔融性溫度DT (變形溫度) 、ST (軟化溫度) 、FT (流動溫度) 是用來定性地描述煤灰的熔化溫度范圍, 煤灰成分十分復雜, 其含量變化范圍也很大, 主要是硅酸鹽、硫酸鹽和各種金屬氧化物的混合物。其沒有固定的熔化溫度, 而只有一個熔化的溫度范圍。煤灰變形溫度DT在1 160℃以下者為易熔煤。為避免高溫對流管束的沾污和結焦, 通常需要控制爐膛出口煙溫低于煤灰變形溫度DT 50~100℃以下。
煤粉鍋爐燃燒溫度高, 通常爐膛出口溫度在1 000~1 200℃, 對于易熔煤, 鍋爐結焦可能性大, 因此不宜選用煤粉鍋爐。而循環流化床鍋爐屬于低溫燃燒, 爐膛溫度在800~950℃, 燃燒溫度低, 灰渣不會達到熔融溫度, 不易結焦, 對于具有結焦傾向的易熔煤宜選用循環流化床鍋爐。
⑥燃料來源。
循環流化床鍋爐對燃料具有廣泛的適應性, 可以燃燒高灰分煤、高硫煤、低揮發分煤、低熱值煤、煤矸石、煤泥、石油焦、尾礦、煤渣等, 對劣質燃料的處理具有重要意義。循環流化床鍋爐是燃燒煤矸石的唯一可選爐型, 因煤矸石硬度大, 極難破碎, 很難到達煤粉鍋爐要求的粒徑。
目前, 大型煤化工項目多距離煤源地較近, 煤礦在洗選煤過程中會產生大量的煤泥、煤矸石等劣質燃料。因此, 對于采用煤矸石、煤泥作為主要燃料或者輔助摻燒燃料的項目, 應選用循環流化床鍋爐。
對于不同煤種, 根據其特性不同, 易選用的鍋爐爐型要求見表1。

2 環保要求
隨著我國經濟的發展, 人們生活水平日益提高, 民眾的環保意識及環保要求不斷增強, 為此國家正不斷提高對鍋爐污染排放標準的要求。2014年, 國家發展和改革委員會發布《煤電節能減排升級與改造行動計劃 (2014-2020年) 》, 要求新建機組接近或達到燃氣輪機組排放限值, 即鍋爐污染物排放滿足:煙塵≤10mg/Nm3，SO2≤35mg/Nm3 NOx≤50mg/Nm3, 而目前各地新建煤化工項目的環評要求也大多參照此標準執行。針對此排放標準, 無論是煤粉鍋爐還是循環流化床鍋爐, 都需要采用額外的脫硫、脫硝、除塵措施。
循環流化床鍋爐在環保方面具有先天的優勢。因循環流化床鍋爐屬于低溫燃燒, 其NOx原始排放濃度較煤粉鍋爐低很多, 大約在300mg/Nm3, 因此其后續脫硝的運行費用也較低。同時, 循環流化床鍋爐物料反復燃燒, 煤中原本含有的Ca O、Mg O等堿性氧化物易與SO2氣體發生反應, 因此其SO2的原始排放濃度也要低于煤粉鍋爐。此外, 還可以在爐內添加石灰石來實現煙氣預脫硫, 從而減輕后續脫硫系統的壓力。當含硫量達到1.5%時, 煤粉鍋爐爐外脫硫效率需要達到99%以上才能滿足35mg/Nm3的排放要求, 而若采用循環流化床鍋爐, 在添加石灰石進行爐內脫硫后, 其爐外脫硫效率僅需96.6%即可達到排放標準。循環流化床鍋爐燃燒后煤中只有約60%的灰分進入煙氣, 而煤粉鍋爐確達到了90%, 對10mg/Nm3的煙塵排放要求, 在采用相同的除塵技術條件下, 循環流化床鍋爐也具有可燃燒高灰分煤的優勢。可見, 循環流化床鍋爐是一種清潔環保的燃燒方式, 在環保要求日趨苛刻的當下, 循環流化床鍋爐應作為優先考慮的爐型。
系統圖如下圖：