循環(huán)流化床鍋爐（Circulating Fluidized Bed Boiler, CFB鍋爐）是一種高效、清潔的燃煤技術(shù)，特別以其優(yōu)異的燃料適應(yīng)性、低污染排放和高效的脫硫能力而著稱。本文將系統(tǒng)闡述其構(gòu)成特點(diǎn)、工作原理以及其內(nèi)在的脫硫機(jī)制。
一、 構(gòu)成特點(diǎn)
循環(huán)流化床鍋爐的系統(tǒng)構(gòu)成與傳統(tǒng)煤粉爐有顯著不同，核心在于實(shí)現(xiàn)物料的循環(huán)流態(tài)化燃燒。其主要由以下幾大系統(tǒng)構(gòu)成：
- 爐膛（流化床燃燒室）：這是鍋爐的核心區(qū)域。其下部設(shè)有布風(fēng)板，板上安裝風(fēng)帽，用于均勻分布流化風(fēng)。爐膛截面通常為矩形，四周布置水冷壁，以吸收燃燒產(chǎn)生的熱量。爐膛設(shè)計(jì)確保燃料和床料（如砂子、石灰石）在高速氣流作用下處于強(qiáng)烈的湍流流化狀態(tài)。
- 氣固分離裝置（旋風(fēng)分離器）：這是實(shí)現(xiàn)“循環(huán)”的關(guān)鍵部件。通常采用高溫旋風(fēng)分離器，位于爐膛出口。它能將煙氣中攜帶的大量高溫固體顆粒（未燃盡的燃料、灰渣和脫硫劑）高效分離下來(lái)，并通過回料腿返回爐膛，形成物料循環(huán)。分離效率的高低直接決定了鍋爐的燃燒效率和脫硫效率。
- 返料系統(tǒng)：包括回料腿和返料器（如L閥、U閥等）。它將分離器收集的固體顆粒穩(wěn)定、可控地輸送回爐膛下部密相區(qū)，維持爐內(nèi)物料平衡和循環(huán)量。返料系統(tǒng)還起到密封作用，防止煙氣短路進(jìn)入分離器下部的回料系統(tǒng)。
- 尾部受熱面：分離后的潔凈煙氣進(jìn)入尾部煙道，依次流過過熱器、省煤器和空氣預(yù)熱器等受熱面，進(jìn)一步冷卻后排入除塵和脫硝系統(tǒng)。
- 燃料與石灰石給料系統(tǒng)：分別將破碎至一定粒度的煤和脫硫劑（通常為石灰石）連續(xù)、均勻地送入爐膛。
- 布風(fēng)與配風(fēng)系統(tǒng)：由一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)和布風(fēng)裝置組成。一次風(fēng)從爐底布風(fēng)板送入，主要起流化床料和提供部分燃燒氧量的作用；二次風(fēng)從爐膛不同高度分層送入，實(shí)現(xiàn)分級(jí)燃燒，有效降低氮氧化物（NOx）的生成。
構(gòu)成特點(diǎn)其核心特點(diǎn)是“循環(huán)”與“流化床”。通過物料的外循環(huán)（爐膛-分離器-返料系統(tǒng)-爐膛）和內(nèi)循環(huán)（爐膛內(nèi)部的擾動(dòng)），極大延長(zhǎng)了燃料和脫硫劑在爐內(nèi)的停留時(shí)間，為高效燃燒和脫硫創(chuàng)造了條件。
二、 工作原理
循環(huán)流化床鍋爐的工作原理基于流態(tài)化技術(shù)。具體過程如下：
- 流化與燃燒：一次風(fēng)以足夠的速度通過布風(fēng)板，使?fàn)t膛床上的惰性床料（如砂子）、煤粒和石灰石顆粒懸浮起來(lái)，形成類似流體的氣固兩相流狀態(tài)。燃料在這種強(qiáng)烈的湍流混合中與空氣充分接觸，迅速加熱、著火并燃燒。燃燒溫度通常控制在850~950℃之間，這是一個(gè)理想的溫度窗口，既能實(shí)現(xiàn)高效燃燒，又能有效抑制熱力型NOx的生成，并為爐內(nèi)脫硫提供最佳反應(yīng)條件。
- 氣固分離與循環(huán)：攜帶大量固體顆粒的煙氣離開爐膛頂部，進(jìn)入高溫旋風(fēng)分離器。在離心力作用下，絕大部分固體顆粒被分離出來(lái)，落入分離器下部的立管（回料腿）。分離后含塵量很低的“潔凈”煙氣則進(jìn)入尾部煙道。
- 物料返送與熱量傳遞：立管中積聚的高溫固體顆粒通過返料器，在流化風(fēng)或松動(dòng)風(fēng)的輔助下，被連續(xù)穩(wěn)定地送回爐膛下部密相區(qū)。這些高溫物料帶來(lái)了大量熱量，能迅速加熱新加入的燃料和空氣，維持爐膛溫度穩(wěn)定。未燃盡的炭粒得以再次燃燒，脫硫劑顆粒也得以反復(fù)利用。
這一“燃燒-分離-返送”的循環(huán)過程周而復(fù)始，循環(huán)倍率（單位時(shí)間內(nèi)循環(huán)物料量與給煤量之比）通常高達(dá)20~50，甚至更高，確保了極高的燃燒效率和脫硫效率。
三、 脫硫原理與特點(diǎn)
循環(huán)流化床鍋爐最突出的環(huán)保優(yōu)勢(shì)之一是其爐內(nèi)脫硫能力，這是一種經(jīng)濟(jì)高效的脫硫方式。
- 脫硫原理：在給煤的按一定比例（鈣硫摩爾比）將破碎的石灰石（主要成分CaCO?）或白云石直接噴入爐膛。在850~950℃的燃燒溫度下，發(fā)生如下反應(yīng)：
- 煅燒反應(yīng)：CaCO? → CaO + CO?↑
- 硫化反應(yīng)：CaO + SO? + ?O? → CaSO?
生成的硫酸鈣（CaSO?，石膏）是穩(wěn)定的固體產(chǎn)物，隨飛灰和底渣排出。爐內(nèi)強(qiáng)烈的湍流混合、較長(zhǎng)的顆粒停留時(shí)間（得益于循環(huán)）以及最佳的脫硫反應(yīng)溫度，共同保證了高的二氧化硫（SO?）捕捉效率。
- 脫硫特點(diǎn)：
- 爐內(nèi)原位脫硫：脫硫過程直接在燃燒過程中完成，無(wú)需在煙氣尾部增設(shè)復(fù)雜的濕法或干法脫硫裝置（FGD），系統(tǒng)簡(jiǎn)單，投資和運(yùn)行成本相對(duì)較低。
- 最佳反應(yīng)溫度：CFB的低溫燃燒工況恰好處于石灰石脫硫反應(yīng)的最佳動(dòng)力學(xué)溫度窗口，脫硫效率高。
- 循環(huán)利用：未完全反應(yīng)的CaO顆粒在循環(huán)過程中多次通過脫硫反應(yīng)區(qū)，提高了脫硫劑的利用率。
- 脫硫效率：通過控制石灰石粒度和鈣硫比（通常為1.5~2.5），在不需要尾部煙氣脫硫的情況下，脫硫效率可達(dá)90%以上，輕松滿足嚴(yán)格的環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。
循環(huán)流化床鍋爐通過其獨(dú)特的構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)了物料的循環(huán)流態(tài)化燃燒。其工作原理不僅保障了燃料的高效、穩(wěn)定燃燒，更通過爐內(nèi)添加石灰石，在燃燒過程中同步高效脫除二氧化硫，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)性與環(huán)保性的統(tǒng)一，是當(dāng)前清潔煤技術(shù)的重要代表之一。
