產(chǎn)品詳情
沸騰床生物質燃燒機
對美國來說，如果煤能清潔和廉價地燃燒，它將是一種不可估量的經(jīng)濟可靠能源。能燃燒絕大多數(shù)固體燃料的沸騰燃燒新技術使得在最近十年內(nèi)實現(xiàn)這一希望有了巨大可能。
由于石油資源日趨減少，價格飛漲，工業(yè)上用煤的興趣日愈高漲。使用什么燃料以及用什么技術來燃燒這些燃料對經(jīng)濟和環(huán)保都有很大影響。美國的社會經(jīng)濟基礎是建立在廉價而容易獲得的石油的基礎上，美國每年用約900億美元來進口石油，已具有控制國民經(jīng)濟前途的能力。
美國有豐富的煤炭資源，儲量有3.21萬億噸，可用作代替石油的廉價能源。每噸煤所含能量與四桶石油所含能量相當，購買一噸煤昀價格是25美元，但購買相當能量的石油則需128美元，可見燒煤的價格只相當于燒石油的五分之一。
六十年前，發(fā)明粉煤鍋爐時，酸雨問題尚未露頭，當時設計鍋爐主要燒煤，設計時主要考慮降低煙塵和地面粉塵濃度水平。隨著時間的推移，如何經(jīng)濟有效地控制S02和氮的氧化物已成為目前燒煤的主要問題。
在沸騰燃燒中，燃料可使用很大范圍內(nèi)各種質量的煤。燃料在沸騰床鍋爐中燃燒，燃燒溫度在1500叩和1600。F之間?？諝庖? -12吠／秒的速度穿過鍋爐，足以支撐住床料顆粒，使床料像煮沸的液體一樣翻騰，雖然燃燒著的煤只占整個床料的不到百分之一。但全部床料顆粒卻在這種翻騰作用下迅速加熱。
埋于床內(nèi)的管子從固體床粒直接吸取熱量。燃煤產(chǎn)生的熱，使管中的水變?yōu)檎羝?，驅動渦輪發(fā)電機組產(chǎn)生電能或直接作域供熱。由于產(chǎn)生蒸汽的管子與床料直接接觸，傳熱效率很高，這樣為產(chǎn)生同等數(shù)量的蒸汽所需的鍋爐管子面積減少，投資費用減少。同時這種高效率是在較低工作溫度下獲得的，避免像常規(guī)鍋爐那樣在高溫下(約3000T)產(chǎn)生NOx。此外，沸騰床鍋爐能燃燒多種燃料，例如工業(yè)和城市廢料，使這些廢料由害變利。
在床上面的空間內(nèi)，循環(huán)水的對流管吸收熱空氣昀能量，將水變?yōu)檎羝?。這部份空間叫懸浮段，可使逃逸出床的未燃煤在這里有時間補充燃燒。對流管的作用與常規(guī)鍋爐的管子一樣用來傳導熱量。
如果沸騰床鍋爐是加壓的，則燃燒產(chǎn)生的氣體還能用來驅動燃氣輪機。使沸騰床生物質燃燒機產(chǎn)物經(jīng)過除塵系統(tǒng)，然后導經(jīng)燃氣輪機回收能量，再經(jīng)過煙道氣管將部份熱能加熱給水，最后排入大氣。從燃氣輪機出來的廢氣在排入大氣前還可用來干燥煤和其它床料物質。在用煤來產(chǎn)生動力時，這種用蒸汽和加壓高溫煙道氣分別驅動渦輪機的聯(lián)合循環(huán)的效力是很高的。
在床內(nèi)除煤外，還有石灰石或白云石顆粒。在煤燃燒時，床內(nèi)的二氧化硫被石灰石或白云石吸收，變成硫酸鈣而除去。
跟煙道氣一起從床內(nèi)逸出的未燃煤和未反應石灰石可以被收集后重新循環(huán)。適量供應新鮮煤和石灰石，少量床料連續(xù)地被排出。此外，還備有供給新鮮床料和清 除熱灰的設備。
由于沸騰床鍋爐排塵量很高，所需除塵器應符合美國環(huán) 保 局(EPA)的排塵要求。第 一級可用機械式旋風除塵器，以捕集未燃碳和未反應石灰石，使之再循環(huán)或將其排除；第 二級可使用多級旋風除塵器或者使用靜電除塵器或布袋除塵器。
綜合計算系統(tǒng)自動控制著從起動到停車的全部操作階段。這個控制系統(tǒng)將動力負荷的需求轉變?yōu)楫a(chǎn)生蒸汽和蒸汽輪機的需求信號。這個系統(tǒng)與各種連鎖機構、告警裝置一起確保著安全運行。
鍋爐一旦起動后，用來改變負荷的主要方法是根據(jù)負荷的增減，床的隔室使部份床料停止工作（塌落）或將它們投入運行（沸騰）。為了達到這個目的，風室被為若干個隔室，每個隔室都設有控制風門和空氣流量表，投入工作的隔室總數(shù)直接根據(jù)鍋爐負荷而定。
起動時，在點著床之前，渦輪機的旁路開通，使經(jīng)過蒸汽發(fā)生管的流量最小。然后，隨著渦輪機旁路閥的關小，渦輪機負荷增大，直至全部蒸汽流經(jīng)渦輪機。改變負荷的另一種方法是改變埋于床內(nèi)的管表積多少。
以上所述，僅是沸騰床鍋爐工作的粗略描述。沸騰床鍋爐包括著許多系統(tǒng)，并無統(tǒng)一的設計。工業(yè)沸騰床鍋爐可依據(jù)以下因素假設幾種可能的設計構思：床壓力；自然循環(huán)還是強制循環(huán)，床內(nèi)氣體速度，煤和空氣分配系統(tǒng)，以及獲得高的碳利用率的方法。
世界各國都在努力發(fā)展和應用沸騰床生物質燃燒機。應用最廣的是世界上僅次于美國和蘇聯(lián)的第三個最 大產(chǎn)煤國——中國。已有不少容量為4 -10噸／小時的沸騰鍋爐用來產(chǎn)生蒸汽，另外還有一些容量為10-50噸的用于發(fā)電和其它工業(yè)設備。容量為130噸的鍋爐也正在試驗中。
西德煤資源雖不如中國豐富，但也正在努力用煤來生產(chǎn)廉價的能。在西德，大量的石油和天然氣消耗于工業(yè)鍋爐，以生產(chǎn)工藝用熱和區(qū)域供熱。希望能用一些小型自動操作沸騰鍋爐來代替對上述能源的依賴。在Duisberg城， 已計劃用一常壓循環(huán)沸騰床鍋爐來進行熱電聯(lián)合生產(chǎn)。到目前為止，西德這個世界上第六位最 大產(chǎn)煤國，已在沸騰煉燒上投入近5億美元，說明西德對其發(fā)展的重視程度。
在英國，至少有九家公司已在很多用途上將沸騰床裝置投入市場，并廣泛應用于農(nóng)業(yè)。一些小型熱水鍋爐已被用于蕃茄溫室中，并在烘干草的實際經(jīng)驗中表現(xiàn)出相當高的經(jīng)濟性。同時，這種能量不僅能用于烘干草，也能應用于烘干一般其它物質。
依靠從澳大利亞、非洲、加拿大、波蘭和蘇聯(lián)進口石油的北歐各國也被迫轉向沸騰燃燒。在北歐各國-中，應用循環(huán)沸騰床鍋爐經(jīng)濟地把各種品質的煤與其他固體燃料（像城市固體廢料、木材廢料、洗煤廢料、農(nóng)業(yè)廢料以及泥煤等）一起燃燒。由于這種鍋爐的低排放率，所以可在靠近城市使用而不致污染環(huán)境。 沸騰床生物質燃燒機在發(fā)電站方面的開發(fā)也在
較短時期內(nèi)獲得了較大進展。這是因為沸騰床工藝在其它工業(yè)上的應用和進展很成功，將這種技術移植于電廠的結果。在其它工藝過程中所使用的設備，促進在固體物料的供給和排除、能量的回收、高溫燃氣的凈化以及煙囪排氣的凈化等方面的發(fā)展。例如把煤氣化爐的料斗移用來進行固體物料的供給和排除，把石油煉制的流化催化裂解裝置的高溫氣體膨脹器移用于沸騰床生物質燃燒機作為高溫燃氣凈化的旋風分離器。發(fā)電站目前必須涉及的煙囪廢氣凈化雖可沿用常規(guī)鍋爐所用的布袋室和靜電除塵器作為廢氣的凈化裝置，但仍需繼續(xù)研究。
在電站需要的商業(yè)鍋爐樣品可適用前，沸騰床生物質燃燒機還有很多領域需進一步研究、開發(fā)和示范試驗。需要開發(fā)的領域主要有：吸收劑（石灰石或白云石）和煤的供料，吸收劑的利用，蒸汽管上的受力，燃氣的凈化，材料性能和燃燒效率。
供料到一個小型裝置中問題不大，但如供料給一個成千上萬平方吹面積的床上，將是一個機械上很大的難題。這時需要把煤／石灰石的主供料氣流分成很多股小氣流，以便把料按需要供到床的各個部分。但直到目前還沒有建成一個系統(tǒng)可以證明是實用的或在長期運行中能有足夠的強度經(jīng)受住扭曲。用于高爐的粉煤噴射系統(tǒng)已成功塏進行供料分配，但用于供給沸騰床鍋爐較大煤粒的供料分配系統(tǒng)尚待進一步示范試驗。在供煤／石灰石的管道彎頭處的磨蝕也仍然是一問題。
為避免增加所需吸收劑而造成的負擔，需要更有效地利用石灰石。研究者發(fā)現(xiàn)在碎石灰石中的鈣與SO：作用時，碎石灰石外層被付產(chǎn)品硫酸鈣飽和，使得進一步反應不能進行。如何更好提高石灰石利用率已在一些新的探索中進行示范試驗，如：將石灰石在還原氣氛下暴露于高溫以再生，將石灰石暴露在高溫下進行預處理，使用極細的石灰石粉，在床中加入其它鹽類如NaCl、KC1，CaCl2、N&2C03或Na2S04。不過，直到目前，這些探索都尚未進入設計階段。
石灰石除了作吸收劑外，還是導熱體，此時，為保持適宜的床高，必須控制石灰石的流量。此外，如果不進行回收，則從廢床料損失的熱將十分顯著。
美國俄勒岡州立大學，為了廉價地對作用在沸騰床管上的作用力進行模擬試驗，曾在沸騰床上進行冷態(tài)試驗。在塑料制的沸騰床內(nèi)，用砂?；虿ＡЯＤM在真實沸騰床內(nèi)的煤和石灰石的作用，用這種方法來研究機械作用，其費用要比在熱態(tài)沸騰床上試驗要少。
對加壓沸騰床鍋爐中高溫氣體的凈化已經(jīng)獲得一些成就。不進行這種凈化，燃氣輪機的性鈍將迅速惡化。在西屋電氣公司的一個大型加壓沸騰床模擬設備上，進一步使用一些陶瓷布袋除塵器，在1500下和11個大氣壓下操作，其集塵效率可達99.5%。在Curtiss-Wright實驗站，用加壓沸騰床鍋爐配以小型燃氣輪機，對聯(lián)合循環(huán)鍋爐所需材料壽命進行了1000小時試驗運行，取得顯著成就。此外，在英國煤利用研究試驗室，也成功地完成了渦輪機部件和高溫氣體旋風分離器的強度試驗。
雖然期望聯(lián)合循環(huán)沸騰床生物質燃燒機器能有引人的較高效率，但實際燃燒效率仍需進一步提高。與常規(guī)電站鍋爐相比，沸騰床爐的效率較低，這意味著需要另外使用一碳燃盡床或一個再噴射系統(tǒng)。
使用沸騰床鍋爐作為電站鍋爐，操作上還有不少問題沒有徹底解決：如床的可調(diào)節(jié)能力，起動步驟J控制靈敏度以及利用部分床塌落作為控制機構等。同時尚需測定下述因素間的關系：如碳的利用率和床速閥的關系，床料顆粒尺寸與床速的關系；以及不同的脫硫程度所需的Ca/S比。
沸騰床生物質燃燒機的研究始于六十年代末期，美國能源部(DOE)，繼之稱作煤炭研究局，在弗吉尼亞州的亞歷山大城建立了一個500KW的試驗裝置開始了試驗工作。七十年代初期，又在西弗吉尼亞州的Rivesville,利用原有電站建立了一個蒸輪機發(fā)電廠示范裝置。自1976年起，Rivesville裝置即作為邁向商業(yè)鍋爐的一個主要步驟進行運行，通過它可證明常壓沸騰床生物質燃燒機能夠用來發(fā)電。當Rivesville裝置在1976年接近完成時，又投資給Ba-bcock and Wilcox在其Alliance（俄亥俄州）研究中心建立了一個6×6嘆2QOOKW的鍋爐。據(jù)說，所需要的是能夠進行各種不同設計試驗的中間試驗裝置而不是一個示范裝置。
作為美國能源部常壓沸騰床鍋爐工業(yè)示范計劃的一部份，在美國華盛頓特區(qū)的喬治市大學建立了一個鍋爐。這臺鍋爐從1979年8月投入運行，向校園內(nèi)51個建筑物計2.2百萬平方昵的面積供熱。它每小時產(chǎn)生100，000謗壓力為2soPsig的飽和蒸汽(能力可達625Psig)。在靠近芝加哥I的大湖海軍訓練中心一個小型裝置正在進行聯(lián)機。此外，還正在開始另一計劃，為賓夕法尼亞州Wilkes-Barre市區(qū)每小時提供100，000磅供熱用蒸汽。
在常壓沸騰床生物質燃燒機應用方面，美國能源部和電力研究院正與田納西流域管理局(TVA)合作開發(fā)一個電站規(guī)模的鍋爐。對TVA來說，由于每年要燃燒約三千六百萬噸煤以生產(chǎn)17，796兆瓦電(將近其整個系統(tǒng)能力的60%)，所以對沸騰床生物質燃燒機感到興趣是顯然的。期望在八十年代后期和九十年代能在替換老化設備同時減少費用的情況下適應增大負荷的要求。
為了在1985年以后，給一個200MW示范裝置進入運行作準備，TVA建設了一個20MW中間試驗裝置。這個裝置正由Babcock and Wilcox建造，位于肯塔州Paducah附近的雪里(Shawnee)蒸汽動力廠預定的地方，并將在一年內(nèi)投入運行，這個僅為模擬需摹的裝置是個單裝置，只要再增加一些這樣的單床設備，即可放大為200MW示范裝置。這時床可由6×6 pR擴展到9x24吹，懸浮段也將增高以提高燃燒效率和增加S02滯留時間。另外將采用靜電除塵囂和布袋除塵來捕集塵粒。
這臺20MW中間試驗裝置將用來解答有關全尺寸常壓沸騰床生物質燃燒機開發(fā)中的許多待定問題。特別是，這臺中試裝置將試驗和評價控制設備和程序，研究關鍵系統(tǒng)（特別是煤和石灰石的供料系統(tǒng)）的性能和可靠性，并且在維修和操作程序上進行人員培訓。示范裝置與中試裝置不同，它將向TVA電力系統(tǒng)供電。已經(jīng)為示范裝置提出三種不同的初步設計方案，并且估價出以一個方案為基數(shù)的每一方案中單位千瓦的費用。利用這- 200-MW設備，TVA準備提出第一個沸騰床裝置環(huán)境影響報告。
將來，美國能源部將集中注意于加壓沸騰床生物質燃燒機器。雖然常壓沸騰床裝置可能是首先商業(yè)化的裝置，但加壓技術帶來很多好處。例如加壓沸騰床生物質燃燒機器比常壓沸騰床生物質燃燒機器的燃燒效率高（前者為40%，后者為35%），加壓沸騰床生物質燃燒機器還有較高的容積熱效率，較高的床內(nèi)傳熱率，可用較少供煤點，提高脫硫率以及適于聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的燃氣輪機。利用能源部的投資，將使用兩套裝置來試驗整個燃氣輪機和高溫燃氣凈化裝置合，它們將在足夠大的規(guī)模上運行，以便能推知應用于公用事業(yè)的情況。第 一套已完成的裝置為13KW中試裝置，是由Cu—rtiss-Wright所建造，第 二套裝置是國際能源署的85-MW試驗裝置，建于英國約克夏(Yorkshire)靠近GrimesthorpeColliery的地方，由美國、英國、西德共
分擔投資。
實現(xiàn)商業(yè)化應用，尚需解決的問題領域可分為以下兩個方面：燃燒工藝及其最 佳方式，鍋爐與燃氣輪機的組合。在Gr-imesthorpe進行的研究為：高灰分煤的燃燒性能，脫硫方面的白云石脫硫添加劑的效能J傳熱元件、材料、幾何結構及效率J燃氣凈化以及在排入大氣前的除塵’用煙道氣驅動燃氣輪機。
通用電氣公司(GE)在研究加壓沸騰床方面也很活躍。GE使用一個原型加壓蒸汽供給模型進行電站示范試驗，這個模型能生產(chǎn)80-100MW的電能。加壓供給蒸汽是最終開發(fā)加壓沸騰床聯(lián)合循環(huán)裝置的第 一步。如果這個模型能成功運行，則意味著商業(yè)裝置可在八十年代中期開始投入市場。
雖然沸騰燃燒已獲得巨大發(fā)展，但要想代替常規(guī)技術適用于工業(yè)需要，還須做更多努力。酋次使用一項新技術自然有一定阻力。對工業(yè)來講，不是生產(chǎn)蒸汽和電的方法，而是由于材料及生產(chǎn)中斷的故障造成最終產(chǎn)品費用昂貴。由于可靠性需要間考驗，所以新技術得不到可靠性的保證。正是這種阻力，使得改型遲疑和耗費。以下兩種情況也證明了這點，Cur-tiss-Wright曾改型一個80，000磅／時的鍋爐，如改為天然氣鍋爐時，費用略低于一百萬美元，如改為燒煤鍋爐并相應改型其附屬設備，耗費將超過五百五十萬美元。
另一公司(國際Harvester)估算的改型的費用也很高，把現(xiàn)有設備在不增加磅蒸汽或1%能量利用率的情況下改型，需耗費10億美元，銷售價格等于另外增加了45億美元。這就很難利用煤比進口石油在價格上的優(yōu)勢來回收投資，所以改型成為不現(xiàn)實。
沸騰燃燒是否能有明顯的市場滲透力，將依靠正在競爭著的煤與非煤技術間的經(jīng)濟對比來決定。非煤競爭者中的兩種是石油和天然氣，雖然它們是一種消退能但是它們的供應能力和價格趨勢還是能夠阻止轉向重新用煤。將來的可能競爭者是太陽能和核能。但這兩種技術尚需做更多地開發(fā)研究。
就是在煤本身的領域內(nèi)，沸騰燃燒也還須與一些競爭者競爭t如像由煤氣化裝置制得的合成氣，由煤制褥的液體燃料以及安裝著各種型式煙道氣脫硫或控制空氣污染設備的常規(guī)爐排燃燒式鍋爐。
在這些方式中的選擇，最終取決于其相對能量效率、投資的效果以及從燃料開采到輸出有用熱的整個過程中對環(huán)境的影響。
美國環(huán)境保護局(EPA)所制定的法規(guī)將改變市場的經(jīng)濟情況。這些法規(guī)或者打開沸騰燃燒進入市場的門路，或者阻止它進入市場。
EPA將嚴密注視從沸騰床鍋爐裝置發(fā)散出的四種主要污染源。它們是。(1)煤和脫硫劑的儲藏、處理和供給，(2)蒸汽循環(huán)如。冷卻塔漂流物、從鍋爐排污排出的液體廢水以及供水處理I (3)煙囪廢氣的排放I (4)從燃燒器中以廢料形式排出的固體渣以及用除塵器從煙道氣中排除的以飛灰形式排出的固態(tài)排放物。前二者并非沸騰燃燒所獨有，它們是任一驅動蒸汽輪機燃煤系統(tǒng)所共同具有的。但煙囪氣和固態(tài)渣排放源需要研究。
一般說來，加壓系統(tǒng)本質上即設計得使燃氣和脫硫劑有較長的接觸時間。這即是加壓系統(tǒng)SOz脫除效率較高的主要原因。雖然兩種系統(tǒng)都能滿足現(xiàn)代環(huán)保對氮氧化物排放標準的要求，但它們的NOx放還是高于有著改進燃燒技術（如兩級燃燒）的常規(guī)鍋爐所最后得到的水平。EPA的環(huán)境觀點是，雖然煙道氣塵?？刂粕形词痉厄炞C，但應該是可能的。
探求廢床料可能用途的努力與多年來在電力工業(yè)上開發(fā)研究常規(guī)電站排出飛灰的利用相類似。目前固體廢渣的處理是個題。從廢渣浸出的液體pH值高，不溶性固體總量和硫酸鹽都超過了飲水的規(guī)定標準。根據(jù)1976年資源保護回收法制訂的EPA環(huán)保標準，規(guī)定電站排放廢物的環(huán)保許可處理法，使廢物處理變得復雜。目前數(shù)據(jù)表明，為滿足EPA對硫排放物的限制，需要使用大量石灰石，特別高硫煤更是如此。
目前EPA預料，不論常壓和加壓沸騰床系統(tǒng)從電站蒸汽發(fā)生裝置向大氣排放的SOz、NOx和塵粒都將能滿足近來修訂的新能源性能標準的要求。需要從商業(yè)規(guī)模系統(tǒng)大型沸騰床生物質燃燒機器樣機中得到更多數(shù)據(jù)來進一步肯定這些結論。
如果所有這些技術問題都得到圓滿解答，那么轉向用煤歿轉向沸騰床生物質燃燒機仍然遲慢的主要原因將是美國缺乏能源政策了。關于煤的應用及其儲備已討論了很多，但對經(jīng)濟的各個方面尚無儲備目標。
發(fā)展用煤的障礙是出自環(huán)境保護考慮和缺乏能源政策。利用示范裝置規(guī)劃來論證沸騰床生物質燃燒機的優(yōu)越性僅能得到促進其使用的部份答 案。更有效的促進方法是取消
使用豐富燃料的稅款和大幅度降價。如果政 府能在這方面起促進作用，則即將更少依賴進口石油。美國政 府應確定和追求這一目標。
雖然沸騰燃燒還沒有達到目前用煙道氣脫硫方法所得到的常規(guī)燃煤鍋爐那樣商業(yè)實用的狀況，但由于其具有減少排放的能力和能燃燒很廣范圍的燃料，使得有追求其開發(fā)的需求。對沸騰燃燒的開發(fā)已成功地從工藝驗證階段發(fā)展到工程原型階段。在未來十年內(nèi)制成商業(yè)電站規(guī)模的裝置已明顯可能。沸騰床生物質燃燒機器的商業(yè)可接性將由未來的環(huán)保規(guī)定和經(jīng)濟因素以及各種控制硫的技術而定。目前可以謹慎樂觀地說，沸騰燃燒將會滿足所有要求。
對美國來說，如果煤能清潔和廉價地燃燒，它將是一種不可估量的經(jīng)濟可靠能源。能燃燒絕大多數(shù)固體燃料的沸騰燃燒新技術使得在最近十年內(nèi)實現(xiàn)這一希望有了巨大可能。
由于石油資源日趨減少，價格飛漲，工業(yè)上用煤的興趣日愈高漲。使用什么燃料以及用什么技術來燃燒這些燃料對經(jīng)濟和環(huán)保都有很大影響。美國的社會經(jīng)濟基礎是建立在廉價而容易獲得的石油的基礎上，美國每年用約900億美元來進口石油，已具有控制國民經(jīng)濟前途的能力。
美國有豐富的煤炭資源，儲量有3.21萬億噸，可用作代替石油的廉價能源。每噸煤所含能量與四桶石油所含能量相當，購買一噸煤昀價格是25美元，但購買相當能量的石油則需128美元，可見燒煤的價格只相當于燒石油的五分之一。
六十年前，發(fā)明粉煤鍋爐時，酸雨問題尚未露頭，當時設計鍋爐主要燒煤，設計時主要考慮降低煙塵和地面粉塵濃度水平。隨著時間的推移，如何經(jīng)濟有效地控制S02和氮的氧化物已成為目前燒煤的主要問題。
在沸騰燃燒中，燃料可使用很大范圍內(nèi)各種質量的煤。燃料在沸騰床鍋爐中燃燒，燃燒溫度在1500叩和1600。F之間?？諝庖? -12吠／秒的速度穿過鍋爐，足以支撐住床料顆粒，使床料像煮沸的液體一樣翻騰，雖然燃燒著的煤只占整個床料的不到百分之一。但全部床料顆粒卻在這種翻騰作用下迅速加熱。
埋于床內(nèi)的管子從固體床粒直接吸取熱量。燃煤產(chǎn)生的熱，使管中的水變?yōu)檎羝?，驅動渦輪發(fā)電機組產(chǎn)生電能或直接作域供熱。由于產(chǎn)生蒸汽的管子與床料直接接觸，傳熱效率很高，這樣為產(chǎn)生同等數(shù)量的蒸汽所需的鍋爐管子面積減少，投資費用減少。同時這種高效率是在較低工作溫度下獲得的，避免像常規(guī)鍋爐那樣在高溫下(約3000T)產(chǎn)生NOx。此外，沸騰床鍋爐能燃燒多種燃料，例如工業(yè)和城市廢料，使這些廢料由害變利。
在床上面的空間內(nèi)，循環(huán)水的對流管吸收熱空氣昀能量，將水變?yōu)檎羝?。這部份空間叫懸浮段，可使逃逸出床的未燃煤在這里有時間補充燃燒。對流管的作用與常規(guī)鍋爐的管子一樣用來傳導熱量。
如果沸騰床鍋爐是加壓的，則燃燒產(chǎn)生的氣體還能用來驅動燃氣輪機。使沸騰床生物質燃燒機產(chǎn)物經(jīng)過除塵系統(tǒng)，然后導經(jīng)燃氣輪機回收能量，再經(jīng)過煙道氣管將部份熱能加熱給水，最后排入大氣。從燃氣輪機出來的廢氣在排入大氣前還可用來干燥煤和其它床料物質。在用煤來產(chǎn)生動力時，這種用蒸汽和加壓高溫煙道氣分別驅動渦輪機的聯(lián)合循環(huán)的效力是很高的。
在床內(nèi)除煤外，還有石灰石或白云石顆粒。在煤燃燒時，床內(nèi)的二氧化硫被石灰石或白云石吸收，變成硫酸鈣而除去。
跟煙道氣一起從床內(nèi)逸出的未燃煤和未反應石灰石可以被收集后重新循環(huán)。適量供應新鮮煤和石灰石，少量床料連續(xù)地被排出。此外，還備有供給新鮮床料和清 除熱灰的設備。
由于沸騰床鍋爐排塵量很高，所需除塵器應符合美國環(huán) 保 局(EPA)的排塵要求。第 一級可用機械式旋風除塵器，以捕集未燃碳和未反應石灰石，使之再循環(huán)或將其排除；第 二級可使用多級旋風除塵器或者使用靜電除塵器或布袋除塵器。
綜合計算系統(tǒng)自動控制著從起動到停車的全部操作階段。這個控制系統(tǒng)將動力負荷的需求轉變?yōu)楫a(chǎn)生蒸汽和蒸汽輪機的需求信號。這個系統(tǒng)與各種連鎖機構、告警裝置一起確保著安全運行。
鍋爐一旦起動后，用來改變負荷的主要方法是根據(jù)負荷的增減，床的隔室使部份床料停止工作（塌落）或將它們投入運行（沸騰）。為了達到這個目的，風室被為若干個隔室，每個隔室都設有控制風門和空氣流量表，投入工作的隔室總數(shù)直接根據(jù)鍋爐負荷而定。
起動時，在點著床之前，渦輪機的旁路開通，使經(jīng)過蒸汽發(fā)生管的流量最小。然后，隨著渦輪機旁路閥的關小，渦輪機負荷增大，直至全部蒸汽流經(jīng)渦輪機。改變負荷的另一種方法是改變埋于床內(nèi)的管表積多少。
以上所述，僅是沸騰床鍋爐工作的粗略描述。沸騰床鍋爐包括著許多系統(tǒng)，并無統(tǒng)一的設計。工業(yè)沸騰床鍋爐可依據(jù)以下因素假設幾種可能的設計構思：床壓力；自然循環(huán)還是強制循環(huán)，床內(nèi)氣體速度，煤和空氣分配系統(tǒng)，以及獲得高的碳利用率的方法。
世界各國都在努力發(fā)展和應用沸騰床生物質燃燒機。應用最廣的是世界上僅次于美國和蘇聯(lián)的第三個最 大產(chǎn)煤國——中國。已有不少容量為4 -10噸／小時的沸騰鍋爐用來產(chǎn)生蒸汽，另外還有一些容量為10-50噸的用于發(fā)電和其它工業(yè)設備。容量為130噸的鍋爐也正在試驗中。
西德煤資源雖不如中國豐富，但也正在努力用煤來生產(chǎn)廉價的能。在西德，大量的石油和天然氣消耗于工業(yè)鍋爐，以生產(chǎn)工藝用熱和區(qū)域供熱。希望能用一些小型自動操作沸騰鍋爐來代替對上述能源的依賴。在Duisberg城， 已計劃用一常壓循環(huán)沸騰床鍋爐來進行熱電聯(lián)合生產(chǎn)。到目前為止，西德這個世界上第六位最 大產(chǎn)煤國，已在沸騰煉燒上投入近5億美元，說明西德對其發(fā)展的重視程度。
在英國，至少有九家公司已在很多用途上將沸騰床裝置投入市場，并廣泛應用于農(nóng)業(yè)。一些小型熱水鍋爐已被用于蕃茄溫室中，并在烘干草的實際經(jīng)驗中表現(xiàn)出相當高的經(jīng)濟性。同時，這種能量不僅能用于烘干草，也能應用于烘干一般其它物質。
依靠從澳大利亞、非洲、加拿大、波蘭和蘇聯(lián)進口石油的北歐各國也被迫轉向沸騰燃燒。在北歐各國-中，應用循環(huán)沸騰床鍋爐經(jīng)濟地把各種品質的煤與其他固體燃料（像城市固體廢料、木材廢料、洗煤廢料、農(nóng)業(yè)廢料以及泥煤等）一起燃燒。由于這種鍋爐的低排放率，所以可在靠近城市使用而不致污染環(huán)境。 沸騰床生物質燃燒機在發(fā)電站方面的開發(fā)也在
較短時期內(nèi)獲得了較大進展。這是因為沸騰床工藝在其它工業(yè)上的應用和進展很成功，將這種技術移植于電廠的結果。在其它工藝過程中所使用的設備，促進在固體物料的供給和排除、能量的回收、高溫燃氣的凈化以及煙囪排氣的凈化等方面的發(fā)展。例如把煤氣化爐的料斗移用來進行固體物料的供給和排除，把石油煉制的流化催化裂解裝置的高溫氣體膨脹器移用于沸騰床生物質燃燒機作為高溫燃氣凈化的旋風分離器。發(fā)電站目前必須涉及的煙囪廢氣凈化雖可沿用常規(guī)鍋爐所用的布袋室和靜電除塵器作為廢氣的凈化裝置，但仍需繼續(xù)研究。
在電站需要的商業(yè)鍋爐樣品可適用前，沸騰床生物質燃燒機還有很多領域需進一步研究、開發(fā)和示范試驗。需要開發(fā)的領域主要有：吸收劑（石灰石或白云石）和煤的供料，吸收劑的利用，蒸汽管上的受力，燃氣的凈化，材料性能和燃燒效率。
供料到一個小型裝置中問題不大，但如供料給一個成千上萬平方吹面積的床上，將是一個機械上很大的難題。這時需要把煤／石灰石的主供料氣流分成很多股小氣流，以便把料按需要供到床的各個部分。但直到目前還沒有建成一個系統(tǒng)可以證明是實用的或在長期運行中能有足夠的強度經(jīng)受住扭曲。用于高爐的粉煤噴射系統(tǒng)已成功塏進行供料分配，但用于供給沸騰床鍋爐較大煤粒的供料分配系統(tǒng)尚待進一步示范試驗。在供煤／石灰石的管道彎頭處的磨蝕也仍然是一問題。
為避免增加所需吸收劑而造成的負擔，需要更有效地利用石灰石。研究者發(fā)現(xiàn)在碎石灰石中的鈣與SO：作用時，碎石灰石外層被付產(chǎn)品硫酸鈣飽和，使得進一步反應不能進行。如何更好提高石灰石利用率已在一些新的探索中進行示范試驗，如：將石灰石在還原氣氛下暴露于高溫以再生，將石灰石暴露在高溫下進行預處理，使用極細的石灰石粉，在床中加入其它鹽類如NaCl、KC1，CaCl2、N&2C03或Na2S04。不過，直到目前，這些探索都尚未進入設計階段。
石灰石除了作吸收劑外，還是導熱體，此時，為保持適宜的床高，必須控制石灰石的流量。此外，如果不進行回收，則從廢床料損失的熱將十分顯著。
美國俄勒岡州立大學，為了廉價地對作用在沸騰床管上的作用力進行模擬試驗，曾在沸騰床上進行冷態(tài)試驗。在塑料制的沸騰床內(nèi)，用砂?；虿ＡЯＤM在真實沸騰床內(nèi)的煤和石灰石的作用，用這種方法來研究機械作用，其費用要比在熱態(tài)沸騰床上試驗要少。
對加壓沸騰床鍋爐中高溫氣體的凈化已經(jīng)獲得一些成就。不進行這種凈化，燃氣輪機的性鈍將迅速惡化。在西屋電氣公司的一個大型加壓沸騰床模擬設備上，進一步使用一些陶瓷布袋除塵器，在1500下和11個大氣壓下操作，其集塵效率可達99.5%。在Curtiss-Wright實驗站，用加壓沸騰床鍋爐配以小型燃氣輪機，對聯(lián)合循環(huán)鍋爐所需材料壽命進行了1000小時試驗運行，取得顯著成就。此外，在英國煤利用研究試驗室，也成功地完成了渦輪機部件和高溫氣體旋風分離器的強度試驗。
雖然期望聯(lián)合循環(huán)沸騰床生物質燃燒機器能有引人的較高效率，但實際燃燒效率仍需進一步提高。與常規(guī)電站鍋爐相比，沸騰床爐的效率較低，這意味著需要另外使用一碳燃盡床或一個再噴射系統(tǒng)。
使用沸騰床鍋爐作為電站鍋爐，操作上還有不少問題沒有徹底解決：如床的可調(diào)節(jié)能力，起動步驟J控制靈敏度以及利用部分床塌落作為控制機構等。同時尚需測定下述因素間的關系：如碳的利用率和床速閥的關系，床料顆粒尺寸與床速的關系；以及不同的脫硫程度所需的Ca/S比。
沸騰床生物質燃燒機的研究始于六十年代末期，美國能源部(DOE)，繼之稱作煤炭研究局，在弗吉尼亞州的亞歷山大城建立了一個500KW的試驗裝置開始了試驗工作。七十年代初期，又在西弗吉尼亞州的Rivesville,利用原有電站建立了一個蒸輪機發(fā)電廠示范裝置。自1976年起，Rivesville裝置即作為邁向商業(yè)鍋爐的一個主要步驟進行運行，通過它可證明常壓沸騰床生物質燃燒機能夠用來發(fā)電。當Rivesville裝置在1976年接近完成時，又投資給Ba-bcock and Wilcox在其Alliance（俄亥俄州）研究中心建立了一個6×6嘆2QOOKW的鍋爐。據(jù)說，所需要的是能夠進行各種不同設計試驗的中間試驗裝置而不是一個示范裝置。
作為美國能源部常壓沸騰床鍋爐工業(yè)示范計劃的一部份，在美國華盛頓特區(qū)的喬治市大學建立了一個鍋爐。這臺鍋爐從1979年8月投入運行，向校園內(nèi)51個建筑物計2.2百萬平方昵的面積供熱。它每小時產(chǎn)生100，000謗壓力為2soPsig的飽和蒸汽(能力可達625Psig)。在靠近芝加哥I的大湖海軍訓練中心一個小型裝置正在進行聯(lián)機。此外，還正在開始另一計劃，為賓夕法尼亞州Wilkes-Barre市區(qū)每小時提供100，000磅供熱用蒸汽。
在常壓沸騰床生物質燃燒機應用方面，美國能源部和電力研究院正與田納西流域管理局(TVA)合作開發(fā)一個電站規(guī)模的鍋爐。對TVA來說，由于每年要燃燒約三千六百萬噸煤以生產(chǎn)17，796兆瓦電(將近其整個系統(tǒng)能力的60%)，所以對沸騰床生物質燃燒機感到興趣是顯然的。期望在八十年代后期和九十年代能在替換老化設備同時減少費用的情況下適應增大負荷的要求。
為了在1985年以后，給一個200MW示范裝置進入運行作準備，TVA建設了一個20MW中間試驗裝置。這個裝置正由Babcock and Wilcox建造，位于肯塔州Paducah附近的雪里(Shawnee)蒸汽動力廠預定的地方，并將在一年內(nèi)投入運行，這個僅為模擬需摹的裝置是個單裝置，只要再增加一些這樣的單床設備，即可放大為200MW示范裝置。這時床可由6×6 pR擴展到9x24吹，懸浮段也將增高以提高燃燒效率和增加S02滯留時間。另外將采用靜電除塵囂和布袋除塵來捕集塵粒。
這臺20MW中間試驗裝置將用來解答有關全尺寸常壓沸騰床生物質燃燒機開發(fā)中的許多待定問題。特別是，這臺中試裝置將試驗和評價控制設備和程序，研究關鍵系統(tǒng)（特別是煤和石灰石的供料系統(tǒng)）的性能和可靠性，并且在維修和操作程序上進行人員培訓。示范裝置與中試裝置不同，它將向TVA電力系統(tǒng)供電。已經(jīng)為示范裝置提出三種不同的初步設計方案，并且估價出以一個方案為基數(shù)的每一方案中單位千瓦的費用。利用這- 200-MW設備，TVA準備提出第一個沸騰床裝置環(huán)境影響報告。
將來，美國能源部將集中注意于加壓沸騰床生物質燃燒機器。雖然常壓沸騰床裝置可能是首先商業(yè)化的裝置，但加壓技術帶來很多好處。例如加壓沸騰床生物質燃燒機器比常壓沸騰床生物質燃燒機器的燃燒效率高（前者為40%，后者為35%），加壓沸騰床生物質燃燒機器還有較高的容積熱效率，較高的床內(nèi)傳熱率，可用較少供煤點，提高脫硫率以及適于聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的燃氣輪機。利用能源部的投資，將使用兩套裝置來試驗整個燃氣輪機和高溫燃氣凈化裝置合，它們將在足夠大的規(guī)模上運行，以便能推知應用于公用事業(yè)的情況。第 一套已完成的裝置為13KW中試裝置，是由Cu—rtiss-Wright所建造，第 二套裝置是國際能源署的85-MW試驗裝置，建于英國約克夏(Yorkshire)靠近GrimesthorpeColliery的地方，由美國、英國、西德共
分擔投資。
實現(xiàn)商業(yè)化應用，尚需解決的問題領域可分為以下兩個方面：燃燒工藝及其最 佳方式，鍋爐與燃氣輪機的組合。在Gr-imesthorpe進行的研究為：高灰分煤的燃燒性能，脫硫方面的白云石脫硫添加劑的效能J傳熱元件、材料、幾何結構及效率J燃氣凈化以及在排入大氣前的除塵’用煙道氣驅動燃氣輪機。
通用電氣公司(GE)在研究加壓沸騰床方面也很活躍。GE使用一個原型加壓蒸汽供給模型進行電站示范試驗，這個模型能生產(chǎn)80-100MW的電能。加壓供給蒸汽是最終開發(fā)加壓沸騰床聯(lián)合循環(huán)裝置的第 一步。如果這個模型能成功運行，則意味著商業(yè)裝置可在八十年代中期開始投入市場。
雖然沸騰燃燒已獲得巨大發(fā)展，但要想代替常規(guī)技術適用于工業(yè)需要，還須做更多努力。酋次使用一項新技術自然有一定阻力。對工業(yè)來講，不是生產(chǎn)蒸汽和電的方法，而是由于材料及生產(chǎn)中斷的故障造成最終產(chǎn)品費用昂貴。由于可靠性需要間考驗，所以新技術得不到可靠性的保證。正是這種阻力，使得改型遲疑和耗費。以下兩種情況也證明了這點，Cur-tiss-Wright曾改型一個80，000磅／時的鍋爐，如改為天然氣鍋爐時，費用略低于一百萬美元，如改為燒煤鍋爐并相應改型其附屬設備，耗費將超過五百五十萬美元。
另一公司(國際Harvester)估算的改型的費用也很高，把現(xiàn)有設備在不增加磅蒸汽或1%能量利用率的情況下改型，需耗費10億美元，銷售價格等于另外增加了45億美元。這就很難利用煤比進口石油在價格上的優(yōu)勢來回收投資，所以改型成為不現(xiàn)實。
沸騰燃燒是否能有明顯的市場滲透力，將依靠正在競爭著的煤與非煤技術間的經(jīng)濟對比來決定。非煤競爭者中的兩種是石油和天然氣，雖然它們是一種消退能但是它們的供應能力和價格趨勢還是能夠阻止轉向重新用煤。將來的可能競爭者是太陽能和核能。但這兩種技術尚需做更多地開發(fā)研究。
就是在煤本身的領域內(nèi)，沸騰燃燒也還須與一些競爭者競爭t如像由煤氣化裝置制得的合成氣，由煤制褥的液體燃料以及安裝著各種型式煙道氣脫硫或控制空氣污染設備的常規(guī)爐排燃燒式鍋爐。
在這些方式中的選擇，最終取決于其相對能量效率、投資的效果以及從燃料開采到輸出有用熱的整個過程中對環(huán)境的影響。
美國環(huán)境保護局(EPA)所制定的法規(guī)將改變市場的經(jīng)濟情況。這些法規(guī)或者打開沸騰燃燒進入市場的門路，或者阻止它進入市場。
EPA將嚴密注視從沸騰床鍋爐裝置發(fā)散出的四種主要污染源。它們是。(1)煤和脫硫劑的儲藏、處理和供給，(2)蒸汽循環(huán)如。冷卻塔漂流物、從鍋爐排污排出的液體廢水以及供水處理I (3)煙囪廢氣的排放I (4)從燃燒器中以廢料形式排出的固體渣以及用除塵器從煙道氣中排除的以飛灰形式排出的固態(tài)排放物。前二者并非沸騰燃燒所獨有，它們是任一驅動蒸汽輪機燃煤系統(tǒng)所共同具有的。但煙囪氣和固態(tài)渣排放源需要研究。
一般說來，加壓系統(tǒng)本質上即設計得使燃氣和脫硫劑有較長的接觸時間。這即是加壓系統(tǒng)SOz脫除效率較高的主要原因。雖然兩種系統(tǒng)都能滿足現(xiàn)代環(huán)保對氮氧化物排放標準的要求，但它們的NOx放還是高于有著改進燃燒技術（如兩級燃燒）的常規(guī)鍋爐所最后得到的水平。EPA的環(huán)境觀點是，雖然煙道氣塵?？刂粕形词痉厄炞C，但應該是可能的。
探求廢床料可能用途的努力與多年來在電力工業(yè)上開發(fā)研究常規(guī)電站排出飛灰的利用相類似。目前固體廢渣的處理是個題。從廢渣浸出的液體pH值高，不溶性固體總量和硫酸鹽都超過了飲水的規(guī)定標準。根據(jù)1976年資源保護回收法制訂的EPA環(huán)保標準，規(guī)定電站排放廢物的環(huán)保許可處理法，使廢物處理變得復雜。目前數(shù)據(jù)表明，為滿足EPA對硫排放物的限制，需要使用大量石灰石，特別高硫煤更是如此。
目前EPA預料，不論常壓和加壓沸騰床系統(tǒng)從電站蒸汽發(fā)生裝置向大氣排放的SOz、NOx和塵粒都將能滿足近來修訂的新能源性能標準的要求。需要從商業(yè)規(guī)模系統(tǒng)大型沸騰床生物質燃燒機器樣機中得到更多數(shù)據(jù)來進一步肯定這些結論。
如果所有這些技術問題都得到圓滿解答，那么轉向用煤歿轉向沸騰床生物質燃燒機仍然遲慢的主要原因將是美國缺乏能源政策了。關于煤的應用及其儲備已討論了很多，但對經(jīng)濟的各個方面尚無儲備目標。
發(fā)展用煤的障礙是出自環(huán)境保護考慮和缺乏能源政策。利用示范裝置規(guī)劃來論證沸騰床生物質燃燒機的優(yōu)越性僅能得到促進其使用的部份答 案。更有效的促進方法是取消
使用豐富燃料的稅款和大幅度降價。如果政 府能在這方面起促進作用，則即將更少依賴進口石油。美國政 府應確定和追求這一目標。
雖然沸騰燃燒還沒有達到目前用煙道氣脫硫方法所得到的常規(guī)燃煤鍋爐那樣商業(yè)實用的狀況，但由于其具有減少排放的能力和能燃燒很廣范圍的燃料，使得有追求其開發(fā)的需求。對沸騰燃燒的開發(fā)已成功地從工藝驗證階段發(fā)展到工程原型階段。在未來十年內(nèi)制成商業(yè)電站規(guī)模的裝置已明顯可能。沸騰床生物質燃燒機器的商業(yè)可接性將由未來的環(huán)保規(guī)定和經(jīng)濟因素以及各種控制硫的技術而定。目前可以謹慎樂觀地說，沸騰燃燒將會滿足所有要求。
