超低排放循環(huán)流化床鍋爐的設計基礎
循環(huán)流化床鍋爐采用的是工業(yè)化程度高的潔凈煤燃燒技術。循環(huán)流化床鍋爐采用流態(tài)化燃燒，主要結構包括燃燒室（包括密相區(qū)和稀相區(qū)）和循環(huán)回爐（包括高溫氣固分離器和返料系統(tǒng)）兩大部分。與鼓泡流化床燃燒技術的區(qū)別是運行風速高，強化了燃燒和脫硫等非均相反應過程，鍋爐容量可以擴大到電力工業(yè)可以接受的大容量（600MW或以上等級），循環(huán)流化床鍋爐已經很好的解決了熱學、力學、材料學等基礎問題和膨脹、磨損、超溫等工程問題，成為難燃固體燃料（如煤矸石、油頁巖、城市垃圾、淤泥和其他廢棄物）能源利用的先進技術。
循環(huán)流化床鍋爐是在鼓泡床鍋爐（沸騰爐）的基礎上發(fā)展起來的，因此鼓泡床的一些理論和概念可以用于循環(huán)流化床鍋爐。但是又有很大的差別。早期的循環(huán)流化床鍋爐流化速度比較高，因此稱作快速循環(huán)流化床鍋爐?？焖俅驳幕纠碚撘部梢杂糜谘h(huán)流化床鍋爐。鼓泡床和快速床的基本理論已經研究了很長時間，形成了一定的理論。要了解循環(huán)流化床的原理，必須要了解鼓泡床和快速床的理論以及物料從鼓泡床→湍流床→快速床各種狀態(tài)下的動力特性、燃燒特性以及傳熱特性
1.煤的分析
鍋爐煙氣中的SO2和NOx是由煤燃燒生成的，因此，設計超低排放循環(huán)流化床鍋爐首先必須對設計煤種特性進行分析。常規(guī)循環(huán)流化床鍋爐設計時，鍋爐制造廠需要用戶提供設計煤種的化學元素分析結果和煤的粒徑分布，其主要目的是進行鍋爐熱力計算、煙風阻力計算和結構布置等。超低排放循環(huán)流化床鍋爐設計時，除完成上述工作以外，對選定的設計煤種、設計石灰石也要進行取樣試燒試驗。試燒過程中，測定不同燃燒工況下煙氣中SO2和NOx的含量、灰的成灰磨耗特性、石灰石燒結特性和脫硫活性等。將試燒試驗結果作為循環(huán)流化床鍋爐床溫、還原氣場及分離器優(yōu)化設計的基礎。
2.NOx的生成
煙氣中NOx主要包括NO、NO2和N2O。NOx的生成分為三種類型，即燃料型、溫度型、快速溫度型。循環(huán)流化床燃燒屬于低溫燃燒技術，燃燒溫度一般控制在800～900℃之間，因此，循環(huán)流化床鍋爐煙氣中的NOx主要是燃料型，NOx中的N元素來自于煤，與空氣中的N元素關系不大。循環(huán)流化床鍋爐煙氣中NOx主要成分是NO，占95％以上，另有少量的NO2和N2O。
循環(huán)流化床燃燒也屬于分段燃燒。燃料型NOx主要在煤的干餾燃燒過程中生成于流化床和密相區(qū)，因此，合理控制此區(qū)間的燃燒溫度、氧量就能降低NOx的生成量。在一個足夠大的流化床和密相區(qū)空間里，嚴格控制燃燒溫度、氧量和燃燒物料的顆粒粒徑，以便生成大量的CO，并將NO還原成N2。