一、循环流化床锅炉运行原理及优势
1、运行原理。循环流化床中，燃烧室、分离器及返料器组成主循环回路。燃料燃烧产生的灰分及脱硫石灰石在系统中累积，在燃烧室下部形成鼓泡床或湍流床，上部形成快速床。下部的大量热物料为燃料着火提供足够的热源，因此对燃料要求比较宽松。流化过程气固混合强烈，降低了燃烧或脱硫化学反应的传质阻力，加速了反应速度。在800-900℃条件下，燃烧比较稳定，加入石灰石颗粒，石灰石中的碳酸钙可以分解成高孔隙率的氧化钙，进而吸收燃烧产生的二氧化硫；此温度下氮氧化物的生成量显著下降，另外，低温燃烧形成的多孔灰颗粒对重金属有很强的吸附能力，烟气中重金属排放低。
2、优势。（1）燃料适应性广。循环流化床锅炉既可燃用优质煤，也可燃用劣质燃料。国内外已有大量燃用煤矸石、煤泥、油页岩、石油焦、炉渣、树皮、废木头、污泥、垃圾等特殊燃料的循环流化床锅炉投产应用；（2）燃烧稳定高效。得益于大量高温物料的存在，燃料进入炉膛后被迅速加热至着火温度以上，由于燃料量与高温物料量相比非常少，因此循环流化床锅炉不存在灭火和燃烧不稳问题。而大部分未燃尽的燃料通过旋风分离器可以多次循环，停留时间长、燃烧效率高；（3）环保性能优越。循环流化床锅炉通过添加石灰石炉内脱硫可以显著降低烟气二氧化硫排放浓度，氮氧化物的原始排放也低于煤粉锅炉。循环流化床锅炉旋风分离器区域温度特别适宜SNCR脱硝工艺，喷入尿素溶液或氨水等还原剂可以获得60%-85%的脱硝效率（煤粉锅炉采用SNCR脱硝工艺的脱硝效率一般为40%左右），无需使用价格昂贵的SCR脱硝工艺；（4）燃料制备系统简单。给煤颗粒为0-13mm或0-8mm的宽筛分，没有磨煤系统，相比煤粉锅炉大大简化；（5）负荷调节性能好。循环流化床锅炉负荷调节幅度可达4：1，负荷调节速度可达5-8%BMCR/分钟。正常情况下，循环流化床锅炉在其运行范围内无须投油助燃。循环流化床锅炉容易实现压火热备用，温态启动油耗很小，热态启动甚至无需投油；（6）炉膛受热面局部区域容易磨损。受循环流化床炉膛气固流体特性影响，加之主要燃用高灰分的劣质煤种，循环流化床锅炉炉膛受热面局部存在磨损现象，需要在设计制造、运行维护方面采取必要的技术措施保证长周期运行。近年来随着技术的发展进步，很多循环流化床锅炉已能实现8-10个月的连续可靠运行；（7）机组能耗水平较高。循环流化床锅炉由于布风板、旋风分离器等较大阻力部件的存在，特别是需要高风压以承托床层物料的流化，烟风阻力相对较煤粉锅炉高；同时不少循环流化床锅炉电厂风机选型余量偏大，厂用电率较高，存在完善空间；但循环流化床锅炉燃料适应性广、可以燃用低热值煤的优点是煤粉炉无法代替的，循环流化床锅炉燃用的燃料发热量一般低于煤粉锅炉4-6MJ/kg，影响锅炉效率1-3%；（8）自动化控制水平要求较高。与常规煤粉锅炉相比，循环流化床锅炉燃烧自动控制要求比同等级的煤粉炉高。
二、循环流化床锅炉的特点
循环流化床锅炉可分为两个部分。第一部分由炉膛(快速流化床)、气固物料分离设备、固体物料再循环设备和外置热交换器(有些循环流化床锅炉没有该设备)等组成，上述部件形成一个固体物料循环回路。第二部分为对流烟道，布置有局部过热器、再热器、省煤器和空气预热器等，与常规火炬燃烧锅炉相近。
1、不再有鼓泡流化床那样清晰的界面，固体颗粒充满整个上升段空间；有强烈的物料返混，颗粒团不断形成和解体，并且向各个方向运动；颗粒与气体之间的相对速度大，且与床层空隙率和颗粒循环流量有关；运行流化速度为鼓泡流化床的2-3倍；床层压降随流化速度和颗粒的质量流量而变化。
2、低温动力控制燃烧。循环流化床燃烧是一种在炉内使高速运动的烟气与其所携带的湍流扰动极强的固体颗粒密切接触，并具有大量颗粒返混的流态化燃烧反应过程；同时，在炉外将绝大部分高温的固体颗粒捕集，并将它们送回炉内再次参与燃烧过程，反复循环地组织燃烧。显然，燃料在炉膛内燃烧的时间延长了。在这种燃烧方式下，炉内温度水平因受脱硫最佳温度限制，一般850℃左右。这样的温度远低于普通煤粉炉中的温度水平，并低于一般煤的灰熔点，这就免去了灰熔化带来的种种烦恼。从燃烧反应动力学角度看，循环流化床锅炉内的燃烧反应控制在动力燃烧区(或过渡区)内、由于循环流化床锅炉内相对来说温度不高，并有大量固体颗粒的强烈混合，这种情况下的燃烧速率主要取决于化学反应速率，也就是决定于温度水平，而物理因素不再是控制燃烧速率的主导因素。循环流化床锅炉内燃料的燃尽度很高，通常，性能良好的循环流化床锅炉燃烧效率可达98％～99％以上。
3、高速度、高浓度、高通量的固体物料流态化循环过程。循环流化床锅炉内的固体物料(包括燃料、残炭、灰、脱硫刘和惰性床料等)经历了由炉膛、分离器和返料装置所组成的外循环。同时在前面介绍快速流态化的特点时，也介绍了炉膛内固体物料的内循环，因此循环流化床锅炉内的物料参与了外循环和内循环两种循环运动。整个燃烧过程以及脱硫过程都是在这两种形式的循环运动的动态过程中逐步完成的。
4、高强度的热量、质量和动量传递过程。在循环流化床锅炉中，大量的固体物料在强烈湍流下通过炉膛，通过人为操作可改变物料循环量，并可改变炉内物料的分布规律，以适应不同的燃烧工况。在这种组织方式下，炉内的热量、质量和动量传递过程是十分强烈的，这就使整个炉膛高度的温度分布均匀。运行实践也充分证实了这一点。
三、循环流化床锅炉二氧化硫影响因素分析
影响循环流化床锅炉炉内脱硫效率的因素比较多，主要由脱硫剂特性及粒度、床层温度和钙硫比，此外还有物料流化速度、循环倍率以及煤种、石灰石输送系统等因素决定。总结出影响循环流化床锅炉脱硫的主要因素为：
1、床温。当床温低于800℃时，氧化钙孔隙减少，孔径小，反应速度低;当床温高于950℃时，氧化钙内部的孔隙结构会发生部分烧结，降低氧化钙与二氧化硫的反应速度，导致脱硫效率降低。
2、石灰石入炉粒径。石灰石入炉粒径分布对脱硫效率也有较大的影响。理论上，石灰石粒径越小炉内脱硫效果越好，因为减小石灰石粒径能增加其表面积，从而提高反应面积。如果石灰石粒径太小，分离器捕捉能力差，就会有很大一部分随烟气逃逸，从而不能随物料进行多次循环并与二氧化硫长时间发生化学反应，反而增加尾部烟道的飞灰量。最佳的石灰石粒径分布与该锅炉分离器切割粒径有关，分离器对脱硫效率影响很大。
3、石灰石品质。石灰石品质对脱硫效率影响十分敏感。不同品质的石灰石反应性能差异很大，在碳酸钙含量、晶体结构和孔隙特征上也有所不同。一般应对石灰石做热重分析，测定其反应率指标，从而准确推算钙硫摩尔比。超低排放循环流化床锅炉是在节能型流态重构循环流化床锅炉的基础上延伸设计开发的。流化床床温的合理确定是循环流化床锅炉能否实现超低排放的重要基础。在超低排放循环流化床锅炉设计中，首先依据煤种、循环物料流态、受热面结构等确定合理的流化床床温。
四、循环流化床锅炉二氧化硫优化措施研究
1、过量空气系数在1.14-1.15时脱硫效率最高，一次流化风在285000Nm3/h脱硫效率最高，反映出这时的流化风量和氧量使得石灰石在炉内反应效果达到最佳。
2、在炉外不加消石灰时，也能使排放的二氧化硫达标，说明加入的石灰石粉只有一部分在炉内参与反应，随烟气到达脱硫塔内参与了炉外脱硫，石灰石在炉内停留短，无法真正参与脱硫。
3、为了流化煤粉(煤粉颗粒度比石灰石大很多)，一次流化风量通常比较大，使得喷向炉膛密相区的石灰石很快被带走，无法真正参与到炉内反应。根据上述结论，石灰石在炉内脱硫效率低，并且有大量石灰石出现在脱硫塔，提出两点改造方案:其一，将循环流化床锅炉布风板面积减少，增强锅炉内循环，延长石灰石粉在炉内的停留时间。其二，减少石灰石压缩空气压力或者在喷口增加风帽，让石灰石沿炉膛的内循环进入密相区，并附着在循环灰上减少被带走概率，增加在炉膛的停留时间，使之更好的参与反应。
结束语
而为实现循环流化床锅炉的超低排放，通过对流化床床温、对流态重构循环流化床锅炉进行了超低排放优化设计，提出更可靠实用、更经济的循环流化床锅炉炉内脱硫系统优化设计方案，保证循环流化床锅炉烟气脱硫效率，烟气能够达标排放，灰渣能够综合利用，实现了环保效益和经济效益的双赢目的。
参考文献
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基金来源： 中国华电集团有限公司重大科技项目计划，项目编号为是CHDKJ19-01-62
