循環流化床鍋爐（Circulating Fluidized Bed Boiler, CFB鍋爐）是一種高效、清潔的燃煤技術，特別以其優異的燃料適應性、低污染排放和高效的脫硫能力而著稱。本文將系統闡述其構成特點、工作原理以及其內在的脫硫機制。
一、 構成特點
循環流化床鍋爐的系統構成與傳統煤粉爐有顯著不同，核心在于實現物料的循環流態化燃燒。其主要由以下幾大系統構成：
- 爐膛（流化床燃燒室）：這是鍋爐的核心區域。其下部設有布風板，板上安裝風帽，用于均勻分布流化風。爐膛截面通常為矩形，四周布置水冷壁，以吸收燃燒產生的熱量。爐膛設計確保燃料和床料（如砂子、石灰石）在高速氣流作用下處于強烈的湍流流化狀態。
- 氣固分離裝置（旋風分離器）：這是實現“循環”的關鍵部件。通常采用高溫旋風分離器，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，并通過回料腿返回爐膛，形成物料循環。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：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定、可控地輸送回爐膛下部密相區，維持爐內物料平衡和循環量。返料系統還起到密封作用，防止煙氣短路進入分離器下部的回料系統。
- 尾部受熱面：分離后的潔凈煙氣進入尾部煙道，依次流過過熱器、省煤器和空氣預熱器等受熱面，進一步冷卻后排入除塵和脫硝系統。
- 燃料與石灰石給料系統：分別將破碎至一定粒度的煤和脫硫劑（通常為石灰石）連續、均勻地送入爐膛。
- 布風與配風系統：由一次風機、二次風機和布風裝置組成。一次風從爐底布風板送入，主要起流化床料和提供部分燃燒氧量的作用；二次風從爐膛不同高度分層送入，實現分級燃燒，有效降低氮氧化物（NOx）的生成。
構成特點其核心特點是“循環”與“流化床”。通過物料的外循環（爐膛-分離器-返料系統-爐膛）和內循環（爐膛內部的擾動），極大延長了燃料和脫硫劑在爐內的停留時間，為高效燃燒和脫硫創造了條件。
二、 工作原理
循環流化床鍋爐的工作原理基于流態化技術。具體過程如下：
- 流化與燃燒：一次風以足夠的速度通過布風板，使爐膛床上的惰性床料（如砂子）、煤粒和石灰石顆粒懸浮起來，形成類似流體的氣固兩相流狀態。燃料在這種強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，這是一個理想的溫度窗口，既能實現高效燃燒，又能有效抑制熱力型NOx的生成，并為爐內脫硫提供最佳反應條件。
- 氣固分離與循環：攜帶大量固體顆粒的煙氣離開爐膛頂部，進入高溫旋風分離器。在離心力作用下，絕大部分固體顆粒被分離出來，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，在流化風或松動風的輔助下，被連續穩定地送回爐膛下部密相區。這些高溫物料帶來了大量熱量，能迅速加熱新加入的燃料和空氣，維持爐膛溫度穩定。未燃盡的炭粒得以再次燃燒，脫硫劑顆粒也得以反復利用。
這一“燃燒-分離-返送”的循環過程周而復始，循環倍率（單位時間內循環物料量與給煤量之比）通常高達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
循環流化床鍋爐最突出的環保優勢之一是其爐內脫硫能力，這是一種經濟高效的脫硫方式。
- 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，發生如下反應：
- 煅燒反應：CaCO? → CaO + CO?↑
- 硫化反應：CaO + SO? + ?O? → CaSO?
生成的硫酸鈣（CaSO?，石膏）是穩定的固體產物，隨飛灰和底渣排出。爐內強烈的湍流混合、較長的顆粒停留時間（得益于循環）以及最佳的脫硫反應溫度，共同保證了高的二氧化硫（SO?）捕捉效率。
- 脫硫特點：
- 爐內原位脫硫：脫硫過程直接在燃燒過程中完成，無需在煙氣尾部增設復雜的濕法或干法脫硫裝置（FGD），系統簡單，投資和運行成本相對較低。
- 最佳反應溫度：CFB的低溫燃燒工況恰好處于石灰石脫硫反應的最佳動力學溫度窗口，脫硫效率高。
- 循環利用：未完全反應的CaO顆粒在循環過程中多次通過脫硫反應區，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90%以上，輕松滿足嚴格的環保排放標準。
循環流化床鍋爐通過其獨特的構成，實現了物料的循環流態化燃燒。其工作原理不僅保障了燃料的高效、穩定燃燒，更通過爐內添加石灰石，在燃燒過程中同步高效脫除二氧化硫，實現了經濟性與環保性的統一，是當前清潔煤技術的重要代表之一。
