增压流化床燃烧技术

    根据流化床的工作流速不同，又可分为增压鼓泡流化床（PBFB）和增压循环流化床（PCFB）两种类型。

    在PBFB中，经过破碎的煤（尺寸最大为6mm）以及脱硫剂（石灰石或白云石，尺寸最大为3mm）加入流化床内，加压空气通过布风板进入燃烧室，从而使床层内的不同粒度的颗粒状床料处于悬浮状态，上下进行着激烈的翻滚，空气和加入的煤进行激烈的燃烧反应，床层反应温度控制在850℃-900℃范围内。燃烧产生的烟气中含的SO2和加入流化床内的石灰石反应生成CaSO4，该反应过程能除去烟气中90-95%的SO2。在流化床中，由于煤的浓度很低（床料中煤料仅占1-2%，主要由颗粒状的煤灰渣、脱硫剂等非可燃物组成），每一个颗粒燃料都能被赤热的惰性物料所包围，并且和助燃剂（空气）接触条件良好。因此燃烧过程中并不显著受煤质的影响。在常规锅炉中不易稳定燃烧的劣质煤，在流化床中也能够稳定燃烧，因此流化床锅炉可以使用范围宽广的各种燃料。尤其是增压床，它的床层工作深度可达3.5-4.0m，颗粒燃料和脱硫剂在床内的停留时间更长，反应气体在流化床内的停留时间也比常压流化床长城-6倍，因此能取得很高的燃烧和脱硫效率。燃烧产生的部分热量，通过安置在流化床内的埋管和水冷壁，使流经受热面的水得到加热，产生蒸汽，通过蒸汽透平膨胀作功发电。离开燃烧室的加压燃气，经过高温除尘后，进入燃气轮机膨胀作功，驱动空气增加需要的空气透平压缩机，多余的功发电向外输出电力。因为该电站是由燃气和蒸汽两部分系统组成的发电过程，称为加压流化床燃气蒸汽联合循环（PFBC-CC）发电。燃气轮机出力占总输出的20-25%，其余为蒸汽轮机出力。

    PDFB的工作过程大体相同，只是燃烧室类型不同。在PBFB中，流化床的工作流速为1-1.2m/s。而PCFB燃烧室工作流速为2.5-3.5m/s，从燃烧室底部进入的流化空气为60%，40%作为二次空气在流化床浓相区以上的不同位置处喷入，以达到分级燃烧的目的。PCFB的优点是可以使燃烧室更加紧凑，在流化床的浓相区不设置受热面，避免了埋管磨损问题，加料点少，机械复杂性有所降低。由于飞灰的循环，使燃烧效率和脱硫效率可以更高，负荷调节能力也得以提高，但也带来装置高度更高，以及受热面布置困难等新问题。

    目前得到商业应用的第一代PFBC-CC电站采用的是增压鼓泡流化床技术。

ABB P200型PFBC-CC电站系统
①－燃烧室　②－压力壳体　③－燃气轮机　④－给煤　⑤－灰排放
⑥－旋风分离器　⑦－发电机　⑧－省煤器　⑨－蒸汽轮机　⑩－冷凝器

PCFBC-CC电站系统
①－PCFB锅炉　②－高温过滤除尘器　③－燃气轮机　④－热回收装置
⑤－烟囱  ⑥蒸汽轮机  ⑦－冷凝器　⑧－水处理　⑨－冷却塔

    第一代PFBC-CC发电系统的最大弱点是流化床内燃烧温度在900℃左右，过高的温度使煤的燃烧过程易引起结渣，也可使流化床内脱硫过程的效率下降，从根本上限制了燃气透平的进口温度，使燃气循环效率不能进一步提高，以至发电效率难以超过42%。

    第二代PFBC-CC（advanced PFBC, APFBC）的概念最早由美国CRE提出，称为Topping Cycle。是指将部分煤在气化炉气化后送入辅助燃烧室燃烧，产生的高温燃气再与PFBC的850℃左右燃气混合，送入燃气轮机，把燃机进气温度提高到期1150-1200℃，使热效率从现有PFBC的42%提高到45-48%。体积更小，排放更清洁，其发电成本比常规的燃粉煤电厂加FGD低20%。一种典型的APFBC的系统流程如下图所示。

 APFBC系统图