低階煤(如褐煤等)約占全球煤炭儲量的50%，而且約一半的低階煤都屬于經濟可采儲量。低階煤主要分布在美國和俄羅斯，亞洲也有豐富的儲量。中國已探明的低階煤儲量高達500 多億噸。印度、巴基斯坦和泰國也有大量的低階煤。這些煤之所以被稱作低階煤是因為它們水分高、熱值低。因此，若想利用它們進行發電或用在其他工業中，往往需要特定的處理工藝。此外，由于低階煤含硫量較高，還需要采用脫硫技術進行脫硫。

　　與其他低價值的燃料類似，低階煤的熱值較低，長距離運輸時不具有經濟性。因此，褐煤發電廠往往依礦而建。發電廠和煤礦共同形成單獨的經濟實體，由傳送帶等直接將褐煤運輸到附近的發電廠。

　　近年來，隨著生物質和廢棄物混燒越來越普遍，燃煤電廠的角色與以往有了很大不同。如今，電廠更加注重以高效環保的方式利用低階煤和其他燃，因此面臨著許多技術性挑戰。循環流化床燃燒技術(CFBC)是實現低階煤和其他燃料清潔高效利用的重要途徑。亞洲約有130個電廠應用此技術，還有更多循環流化床電廠處于建設階段。

　　循環流化床燃燒技術的優點

　　循環流化床燃燒技術是20 世紀70 年代末開始出現的潔凈煤燃燒技術。直到1985年該技術才開始用于發電(圖1為循環流化床原則流程)。循環流化床的基本概念是，只要氣體流速足夠高，氣流就可以從鍋爐中帶走固體顆粒。氣流通過固體分離器(通常為高溫旋風分離器)，將分離出來的床料和灰送到爐膛的最底端，從而防止未燃燃料離開鍋爐，這就形成了一個循環回路。燃料顆粒會在該回路中循環10～50 次，直到實現完全燃燒。此外，延長燃燒時間會使溫度(800～900℃)低于燃燒煤粉的溫度(1400～1600℃)，而后者的效率更低。

　　循環流化床燃燒技術的發展已有數十年，目前的電廠效率更高，規模更。國際上首臺超臨界循環流化床鍋爐安裝在波蘭的瓦基莎(Lagisza)電廠，裝機容量為460MW，2009 年開始運營。日前，裝機容量達到600MW的中國四川白馬超臨界循環流化床示范電站開始運營。此外，韓國三陟(Samcheok)電廠的4×550MW 超臨界機組不久也將開始運營，屆時將是世界上最大的循環流化床發電站。發電機組的容量逐漸增大，現在600～800MW 的超臨界循環流化床機組已經實現了工業化應用，更大型的機組目前還在建設中。

　　低階燃料或其混合物特別適合應用于循環流化床電廠。大量的惰性床料極有可能改變燃料的性質，或者不需中斷燃燒過程就可以更換燃料。回路中的固體材料能夠改善熱傳遞，而且有助于燃燒高能量燃料，同時保持850～ 900℃的燃燒溫度。此燃燒溫度相對較低，而灰熔點和軟化點一般較高，因此能夠減少受熱面的污垢和結渣。此外，生成氮氧化物的溫度相對較低，固體循環為燃料和石灰石顆粒提供了較長的停留時間，這不僅會提高SO2的捕集率，而且能夠降低石灰石消耗，因此在低溫條件下控制排放也相對容易些。例如，在瓦基莎電廠的超臨界循環流化床機組中，當Ca:S值為2時，硫的去除率可達95%;當Ca:S 值為3 時，硫的去除率高達99.8%。除此之外，循環流化床電廠的運行彈性較高，即使運行負荷只有總負荷的30%，也能保持較高的效率。

　　燃料市場日益自由化，煤炭質量因產地不同而波動較大。某些地區使用生物質和廢棄物混合燃燒的趨勢愈發明顯，這都使循環流化床燃燒技術發電顯得更具優勢。例如，當進口高階煤的價格猛漲時，電廠就可轉向利用低階煤和本地采購的煤炭，并且還能保持循環流化床鍋爐穩定運轉。如此一來，循環流化床燃燒技術就可以靈活應對燃料供應的變動。

　　案例分析：印度蘇拉特高硫褐煤循環流化床電廠

　　預計未來幾十年，印度對燃煤發電的需求將大幅上升。為了滿足龐大的電力需求，印度必須利用高硫褐煤等低階煤。因此，印度也很有可能像亞洲其他發展中國家一樣建立更多的循環流化床電廠。

　　燃燒低階煤也面臨著嚴峻的挑戰。但印度國有電力設備制造商巴拉特重型電力有限公司(BharatHeavy Electricals Limited，BHEL)成功克服了這些挑戰。該公司在蘇拉特電廠運行了2×125MWe的循環流化床機組，專門利用高硫褐煤來發電。表1為機組的設計參數。

　　電廠設計

　　在循環流化床機組中，由兩個變速拖鏈條輸送機從煤倉中提取預粉碎褐煤，通過旋轉閥和滑動閘門進料，在緊急情況下可以利用它們隔離燃燒器的燃料供給系統。該系統具有兩個平行的進料通道，為了保證最佳燃料量，這兩個通道同時運轉。粗灰或沙子等物質會經由一個旋轉閥，在重力作用下直接送到爐膛中。根據煙氣中的SO2含量，通過變速旋轉閥，把料倉中預先處理好的石灰石在重力作用下自動給料。

　　在這兩個機組中，煤灰必須處理好。巴拉特重型電力有限公司的循環流化床系統設置了四個不同的位置來移除煤灰：從燃燒器的底部排出粗灰，從爐膛底部的熱交換器排出粗灰，從對流通道和空氣加熱器下方的漏斗中除去飛，并利用靜電除塵器收集排出的飛灰。為了在爐膛內維持適當數量的存料，需要不斷地從爐膛和燃燒器底部的熱交換器中冷卻排灰來抽取床渣。

　　運營經驗和教訓

　　該公司的循環流化床總體上運營良好，但系統中固體材料的處理和沉積方面仍有一些問題。例如，當電廠運行負荷低至20MW時，煤灰會滯留在旋風分離器中，導致過三次停車;當電廠運行負荷約為70MW時，旋風分離器的豎管可能會堵塞，因此發生過一次停車。調查顯示，很可能是煅燒石灰石還沒有與SO2 反應，就發生了碳酸化作用，導致了這些事故。

　　因此，石灰石粒度應更細。而且由于設備故障，SO2測量器不能順利控制石灰石的容積式給料器，導致在低負載期間吞吐量較高。此外，氣體溫度是避免形成粘性沉積物的關鍵因素，空氣脈沖的時間會因此被大大縮短。

　　為了防止旋風分離器的豎管堵塞而再次發生停車，需采取以下四個補救措施：

　　(1)必須持續地抽取石灰石樣本來檢驗進料粒度。

　　(2)減小石灰石進料漏斗的尺寸。

　　(3)修改操作步驟，在開始補充石灰石之前，爐膛內保持較高的溫度。

　　(4)在旋風分離器和豎管的連接處，接入自動空氣脈沖來分散顆粒并避免結塊。

　　通過采取這些措施，有關石灰石結塊的問題被成功解決。

　　另一個嚴重的問題是，在鍋爐傳熱管的煙道氣旁邊，迅速堆積大量沉積物。在低溫過熱器管組附近，沉積物堆積情況最嚴重。在運行初始階段，再熱器管組的最后一段同樣會有煤灰沉積。這些沉積物會提高氣流側的壓降，反過來導致引風機在高負荷狀態下工作，從而導致鍋爐跳閘。

　　為解決旋風分離器堵塞的問題，通常會提高石灰石的供給速度以達到SO2的排放標準，這樣又會導致鍋爐內的沉積問題。因此可以預測，正是最初旋風分離器內的粘性沉積物加速了管道內更大面積的沉積。通過取樣，找出了沉積問題的根本原因。由于沉積物硫酸化速度較慢，游離石灰的再碳酸化(如CaO到CaCO3)是形成污垢的主要原因。通過改進吹灰機制，增加吹灰頻率，積垢問題最終得到解決。

　　為了使疏松的灰燼落到漏斗上，工作人員安裝了流態化裝置。此外，還安裝了高壓吹灰器。在滿負荷運行的情況下，成功實現了固硫98%(設計值為97%)以上。

　　盡管巴拉特重型電力有限公司的超臨界循環流化床電廠遇到了一些挑戰，但經過詳細的技術評估和操作調整之后，兩個機組都能夠實現順利運營，并且排放較少。印度和其他亞洲國家的循環流化床電廠會越來越多，人們可以學習最佳操作經驗，并繼續研發實現高效低排的途徑。

　　結論

　　低階煤是亞洲十分重要的能源資源，為了更好地對其進行利用，需要應用一些工藝。循環流化床燃燒技術能夠有效地處理各種煤炭以及混合燃料。因此該技術會對亞洲未來化石能源的利用產生重要影響。盡管仍會面臨一些問題，但經驗證明，大部分問題是可以解決的。此外，相較循環流化床燃燒技術所帶來的優勢，這些問題微乎其微。