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1、14 热机情报网交换资料浅谈外置床应用2003年热机专业技术交流大会资料浅谈循环流化床锅炉及发展趋势四川电力设计咨询有限责任公司二三年十一月 成 都审核：付 军校核：郭 晓 川 缪 加 和编写：周 再 举目 录前 言 1第一章 国内外大型CFB锅炉现状及发展趋势 21.1 概述 21.2 国外锅炉现状及其大型化发展趋势 21.3 国内锅炉现状及其大型化发展趋势 5第二章 国产135MW 等级CFB锅炉的技术特点 102.1 概述 102.2 国产135MW等级循环流化床锅炉的技术特点 10第三章 带外置换热器循环流化床锅炉特点 133.1 国外带外置换热器循环流化床锅炉特点 133.2 国产带

2、外置换热器循环流化床锅炉特点 17第四章 结论及建议 25前 言循环流化床(CFB)锅炉是近三十年发展起来的一种新型高效、低污染清洁燃烧技术，主要有三种技术流派。该资料系根据我公司在近几年设计的几个循环流化床工程，并收集有关资料整理而成。主要介绍循环流化床锅炉的几种流派、国产循环流化床锅炉特点、循环流化床锅炉发展趋势、国产135MW等级带外置床循环流化床锅炉的技术特点，仅供参考。第一章 国内外大型CFB锅炉现状及发展趋势1.1 概述循环流化床(CFB)锅炉是近三十年发展起来的一种新型高效、低污染清洁燃烧技术，其主要特点在于燃料及脱硫剂经多次循环，反复地进行低温燃烧和脱硫反应，炉内湍流运动强烈，

3、不但能达到低NOx排放、较高的脱硫效率和与煤粉炉相近的燃烧效率，而且具有燃料适应性广、负荷调节性能好、调峰能力强、低负荷性能好等优点。在短短的三十年间，流化床技术得到了飞速发展，由最初的鼓泡流化床发展到循环流化床，得到了迅速的商业推广，并在较短的周期内实现了大型化。目前，世界上容量为100MW250MW的循环流化床电站锅炉已有数十台投入运行，其中容量最大的是采用Lurgi技术，由法国Stein公司制造，安装在法国普罗旺斯(Provence)的250MW CFB锅炉。此外，安装在波兰Turow电厂的235MW CFB锅炉、韩国Tonghae电厂的220MW CFB锅炉、美国York城的250MW

4、 CFB锅炉也已相继投运，更大容量的CFB锅炉也正在设计或建造之中。1.2 国外锅炉现状及其大型化发展趋势1.2.1 国外CFB锅炉发展简介及其主要流派自从第一台专门设计用于生产蒸汽的循环流化床(CFB)锅炉(热功率87MWth)于1982年在德国吕能的维雷纳特铝厂建成投运以来，经过近二十年的技术开发和工程应用与实践，CFB锅炉发展到目前已形成了不同的流派和炉型，技术上也日趋成熟。其中最有代表性的三种主要炉型是：德国鲁奇公司的Lurgi型CFB、芬兰(原Ahlstrom公司)的Pyroflow型CFB、美国福斯特.惠勒公司的FW型CFB。主要生产厂家有：德国鲁奇公司、芬兰Ahlstrom公司、

5、美国FW公司、法国Stein公司(取得德国鲁奇公司的CFB锅炉技术转让生产许可证，生产Lurgi型CFB)、美国ABB-CE公司(引进德国鲁奇公司CFB锅炉生产技术，生产Lurgi型CFB)等。下面对三种炉型的技术特点予以简介：(1) Lurgi型CFB锅炉Lurgi型CFB锅炉的典型系统可参见图1-1，该炉型锅炉主要由主床燃烧室、高温旋风分离器、外置流化床换热器、回料器及尾部对流烟道组成。该炉型最主要的技术特点是设置了外置流化床换热器，分离器分离后的固体颗粒一部分直接返回主床燃烧室，其余至外置流化床换热器冷却到400600后再返回主床燃烧室。通过调节进入外置换热器的物料可以调节循环床的温度。

6、图1-1 Lurgi型循环流化床锅炉(2) Pyroflow型CFB锅炉图1-2 Pyroflow型循环流化床锅炉Pyroflow型CFB锅炉主要由燃烧室、高温旋风分离器、回料器、尾部对流烟道组成。该炉型不设置外置式热交换器，燃烧和传热均在炉内完成，具有系统简单、制造成本相对较低的特点。但对高参数大容量机组，对受热面的布置及防磨手段存在一定的难度。该炉型的典型系统如图1-2所示。(3) FW型CFB锅炉FW型CFB锅炉的典型结构如图1-3所示，该炉型锅炉主要由燃烧室、汽冷旋风分离器、回料器、尾部对流烟道组成。主要特点是采用汽冷旋风分离器、气力播煤装置，大型再热FW型CFB锅炉还布置有INTRE

7、X换热器。图1-3 FW型循环流化床锅炉目前上述三种炉型容量100MW的CFB锅炉已达到34台(共25个电厂，其中21台已投运)，总电功率为4920MW。其中容量最大的循环流化床锅炉(250MW等级CFB锅炉)，于1996年4月在法国南部普罗旺斯成功投入运行，该锅炉燃用当地高硫煤，也可以掺烧50%的石油焦。1.2.2 国外锅炉大型化技术发展趋势在CFB锅炉的大型化过程中，需要解决包括炉膛、分离器型式及布置、受热面布置、二次风穿透及扩散、辅机容量等多方面的技术难题。国外有关厂家在解决上述问题时，主要遵循模块化设计原则，将现有成熟技术，组合成更大容量等级的CFB锅炉。现简介如下：(1) 采用外置流

8、化床热交换器，解决受热面布置问题目前主要有三种型式：Lurgi型外置流化床热交换器(EHE)；FW型墙上外置流化床热交换器(Intrex)；ABB-CE型外置流化床热交换器(Flextech)。Stein公司则另辟蹊径，设计了一种内置墙上流化床热交换器。在炉内布置翼墙管屏、分隔墙膜式壁和埋管式(如管屏)受热面，同时再采用外(内)置式流化床热交换器布置一定数量的受热面基本上可以解决300MW等级的CFB锅炉的受热面布置问题。(2) 采用高效旋风分离器，在目前已成熟应用的各类分离器基础上，研究开发新型分离器，以适应CFB锅炉大型化发展的要求。(3) 燃烧室密相区采用裤衩型(Pant-leg)设计，

9、以弥补二次风射程不够的制约。(4) 采用飞灰再循环系统，以降低飞灰含碳量，提高锅炉的燃烧效率。1.3 国内锅炉现状及其大型化发展趋势我国是开发应用流化床燃烧技术较早的国家之一，从二十世纪七十年代开始，陆续开发了2t/h130t/h容量的流化床(鼓泡床或沸腾床)锅炉约2000多台，在流化床(鼓泡床或沸腾床)锅炉方面积累了丰富的经验。从上世纪八十年代初开始，国内的锅炉制造厂纷纷与各大科研机构、有关高校合作，相继成功地开发了各具特色的35220t/h CFB锅炉系列产品。我国三大锅炉制造厂采用自行开发和引进国外先进技术或合作生产相结合的方式，开发的国产50MW循环流化床机组陆续成功投运，并在二十世纪

10、末，相继成功地推出了具有自主知识产权的100MW等级高温、高压CFB锅炉和135MW带中间再热的CFB锅炉，迅速占领了国内洁净煤燃烧发电的市场。在锅炉大型化方面，国内锅炉制造厂主要采用自行开发和引进国外先进技术或合作生产消化相结合的方式。1996年6月，国内首台引进芬兰奥斯龙公司410t/h CFB锅炉在内江高坝电站成功投运，为100MW等级CFB锅炉的国产化积累了丰富的经验。随着国产50MW循环流化床机组的成功投运，国内三大锅炉制造厂均已推出了自主或联合国内科研院所合作开发的100MWCFB锅炉，并在国内工程中中标，部分工程安装已经结束，近期即将投运。另外，根据国家计委和原电力工业部洁净煤发

11、展规划，以研制国产化100MW CFB锅炉作为起点，同时引进300MW CFB锅炉设备和技术，以加快CFB锅炉国产化步伐。在国产100MW CFB锅炉即将投运的情况下，国产135MW超高压、中间再热CFB锅炉的研制工作也取得了重大的进展，已进入实际应用阶段。下面重点介绍国内三大锅炉制造厂在CFB锅炉方面的特点及业绩：(1) 哈尔滨锅炉厂有限责任公司该公司是国内较早开发、研制CFB锅炉的企业之一，从八十年代末开始，该公司采取与国内科研院所、国外CFB技术商合作与自行开发相结合的方式，积极开发CFB锅炉，到目前为止已累计生产35t/h、75t/h、220t/h各种类型的CFB锅炉21台。与美国PP

12、C公司(原芬兰Ahlstrom CFB技术)合作生产的220t/h CFB锅炉已有多台投运的业绩：大连化学工业公司热电厂(2台，1995年11月、1996年2月投运)、辽宁盘锦辽河化肥厂热电厂(1台，1996年1月投运)、杭州协联热电有限公司(1台，1997年11月投运)。另外，该公司还合作生产了大连热电集团股份有限公司香海热电厂2220t/h CFB锅炉和江苏省常熟亚太纸业2220t/h CFB锅炉。该公司的410t/h CFB锅炉系与国电热工研究院联合开发设计，在考虑借鉴国内外大型CFB锅炉设计及运行经验的基础上，以Ahlstrom型CFB锅炉制造和工程应用的实际经验和成熟技术为基础，结合

13、对内江高坝电厂410t/h Ahlstrom型CFB锅炉消化吸收的研究成果共同开发410t/h CFB锅炉。在“九五”期间，哈尔滨锅炉厂有限责任公司承担了国家重点攻关项目125MW CFB锅炉的研制，锅炉蒸发量为420t/h，超高压参数、带中间再热。该项目已完成的两个方案，技术特点如下：1) 燃用难燃煤质锅炉方案：锅炉本体采用高温旋风分离器、外置式换热器布置方式。2) 燃用易燃煤质锅炉方案：锅炉本体采用高温旋风分离器、燃烧室内布置悬挂屏的布置方式。该公司与国电热工研究院合作设计的江西分宜电厂410t/h CFB锅炉已投运，该公司推出的125135MW等级的CFB锅炉，已相继在国内的多个工程中中

14、标，部分工程已完成设计，开始制造、供货。该公司100MW及以上等级的CFB锅炉业绩详见表1-1。表1-1 哈尔滨锅炉厂有限责任公司100MW及以上等级的CFB锅炉业绩表序号电 厂 名 称锅炉容量(t/h)压力(MPa)温度 ()设 计燃 料投运时间备 注1山东南定热电厂246513.7/3.5540/540贫煤ALSTOM CFB技术2河南新乡火电厂244013.79/2.62540/540贫煤ALSTOM CFB技术3河南开封火电厂144013.79/2.62540/540贫煤ALSTOM CFB技术4河南信阳平桥电厂144013.79/2.45540/540烟煤ALSTOM CFB技术5河

15、南新安电厂244013.79/2.45540/540贫煤ALSTOM CFB技术6广西合山电厂14209.81540贫煤ALSTOM CFB技术7江西分宜电厂14109.81540无烟煤投运与国电热工研究院合作8山东白杨河电厂246513.7540/540贫煤已签合同ALSTOM CFB技术9河南叶县蓝光环保电厂144013.7540/540煤矸石已签合同ALSTOM CFB技术10中能鲁山电厂2420 13.7540/540烟煤+煤矸石已签合同国产技术(2) 上海锅炉厂该厂也是开发CFB锅炉技术比较积极的厂家之一。从九十年代起，通过与美国Foster Wheeler等公司合作，该厂分包承担和

16、设计制造了许多CFB锅炉，最大项目为泰国的432t/h CFB(与FW公司合作)。该厂采用FW公司技术方案，制造的第一台220t/h CFB锅炉于1998年底在重庆南川爱溪电厂成功投运，运行效果良好。1999年又在浙江镇海石化投运了两台220t/h CFB锅炉(燃用石油焦)。通过自行研制和合作制造，上海锅炉厂掌握了CFB锅炉的关键结构、工艺流程、设计原理，同时获得大量的制造经验，增添了大量制造设备，为CFB锅炉大型化打下了良好的基础。90年代中期开始，该厂与中国科学院工程热物理所、日本三井造船株式会社(MES)合作，目前，已完成了420t/h和450t/h CFB锅炉的设计工作。(3) 东方锅

17、炉(集团)股份有限公司该公司在CFB锅炉研制方面也是走在前面的。在初期自行开发阶段，该公司投巨资建立了循环流化床冷、热试验台，同时与国内科研机构及高等院校合作，发展自己的CFB技术，相继开发出20t/h、35t/h、65t/h、130t/h中压、次高压、高压标准参数系列产品，具有代表性的有：永川煤矿20t/h、福建石狮热电厂35t/h、重庆南川75t/h CFB锅炉等，这些锅炉投运后，各项技术经济指标均达到国内先进水平，其中桦甸65t/h燃油页岩的CFB锅炉经专家鉴定达到国际先进水平。“八五”期间，东方锅炉(集团)股份有限公司受国家经贸委委托，作为当时国内唯一一家引进CFB技术的厂家，与美国F

18、oster Wheeler公司进行技术交流并成套引进了该公司CFB锅炉设计制造技术。其首台220t/h CFB锅炉于1997年6月在浙江省宁波中华纸厂成功投运。该公司认为，对于CFB锅炉的大型化，主要是解决两个方面的问题，即CFB锅炉主回路的设计和受热面的合理布置。对大型CFB锅炉而言，当今世界上主要有两大技术流派：一个是以FW、ALSTOM Stein、ABB-CE为代表的带外置式换热器的CFB锅炉，另外一个则是以原芬兰Ahlstrom为代表的不带外置式换热器而在炉内布置受热面的CFB锅炉，两者都有成功投运的大型CFB锅炉业绩。以引进技术为基础，东方锅炉(集团)股份有限公司自行开发并设计了1

19、25MW CFB锅炉，为河南大鹏电厂、吉林桦甸电厂及河南平桥电厂等多个工程的125MW CFB锅炉做了方案设计。同时，该公司与国电热工研究院联合开发的125MW-135MW CFB锅炉已完成了典型设计方案。另外，该公司也承担了“九五”国家重点攻关项目125MW CFB(420t/h，超高压、带中间再热)锅炉的研制，总结各有关单位的科研成果形成的420t/h CFB锅炉岛设计方案，具有自主知识产权、达到国内领先水平。自1995年引进美国FW公司循环流化床锅炉技术以来，凭借雄厚的技术实力，该公司先后获得宜宾1410t/h CFB锅炉、保定2450t/h CFB锅炉、石家庄4410t/h CFB锅炉

20、的供货合同。目前，该公司已在几个工程中签订135MW等级的CFB锅炉的订货合同，并开始实施。该公司100MW及以上等级的CFB锅炉业绩详见表1-2。表1-2 东方锅炉(集团)股份有限公司100MW及以上等级的CFB锅炉业绩表序号电 厂 名 称数量(台)产品规格投运时间燃料1内江高坝示范电站1410t/h(分包)1996.07贫煤2四川宜宾电厂1DG410/9.82003.12高硫无烟煤3河北保定热电厂2DG410/9.712002.06/12贫煤4河北石家庄热电厂4DG410/9.722002.12/2003.06无烟煤5江苏大屯1DG440/13.72003.06混煤(次煤、中煤、煤矸石)6

21、山东华盛集团2DG460/13.72002.06/2003.11贫煤7河南神火1DG440/13.72003.12贫煤综上所述，国内制造厂商通过引进消化吸收国外技术，加上国内自行设计制造的成功经验，已具备设计、制造125135MW等级CFB锅炉的能力。目前，国内几大锅炉制造厂均已推出125135MW等级的CFB锅炉，大约有近二十台125135MW等级的CFB锅炉已经签定供货合同，2002年底首批135MW等级的CFB锅炉也将投入商业运行。第二章 国产135MW 等级CFB锅炉的技术特点2.1 概述国外最早投运的带再热大型CFB锅炉是德国Duisburg第一热电厂的95.8MW CFB锅炉(Lu

22、rgi型，270t/h 主/再热蒸汽参数：535/535 14.5/3.2MPa 锅炉效率92.1%)，投运于1985年9月。近十几年，各大CFB锅炉制造商相继投运了数十台大型带再热的CFB锅炉，125MW等级的有：法国Emile Huchet电厂的125MW CFB锅炉(Lurgi，Stein，1990年投运，燃用水煤浆、煤泥)、芬兰Seinajoki电站的125MW CFB锅炉(FWEOY，EVT，1990年投运，燃用煤、煤泥)、美国Northampton电厂的125MW CFB锅炉(PWPI，1995年投运，燃用无烟煤屑)等。目前，国内几大锅炉制造厂已具备设计制造该等级CFB锅炉的能力，

23、并推出125135MW等级的CFB锅炉，已进入工程应用阶段，2002年底首批135MW等级的CFB锅炉即将投运。2.2 国产135MW等级循环流化床锅炉的技术特点根据本阶段收集的国内几大锅炉厂125135MW等级CFB锅炉资料，锅炉主要技术参数基本相同，主要区别在锅炉进料位置、烟风系统方面，分析各自的特点及差异，基本可分为两大流派，即“福斯特.惠勒”型和“奥斯龙”型国产循环流化床锅炉。表2-1列出了两者的主要特点及区别：表2-1 国产125135MW等级CFB锅炉主要技术特点序号项 目“福斯特.惠勒”型国产CFB锅炉“奥斯龙”型国产CFB锅炉1分离器汽冷式高温旋风分离器板式高温旋风分离器2风室

24、风室由水冷壁管弯制围成，管间布置导向风帽，形成膜式水冷布风板。风室由水冷壁管弯制围成，布置钟罩式风帽，形成膜式水冷布风板。3风帽型式“”型导向风帽，布置于炉膛布风板和冷渣器布风板。大直径钟罩式风帽，布置于炉膛布风板和冷渣器布风板。4回料器非机械“J”阀回料器。非机械“J”阀回料器。5冷渣器多仓式流化床选择性排灰冷渣器(四仓，风水联合冷却)。风水联合冷渣器(三仓)6给料位置及型式由前墙给煤，采用气力播煤。由回料腿给煤，采用机械给煤。7点火系统床下风道燃烧器床上点火油枪+床下风道燃烧器8风系统除一、二次风机、“J”阀回料风机、引风机，还设有播煤风机、点火风机。除一、二次风机、“J”阀回料风机、引风

25、机，还设有冷渣器流化风机。目前，国内几大锅炉厂订货的135MW等级的CFB锅炉均未采用外置换热器。从国外大型CFB锅炉的应用情况看，大部分带外置换热器，国内锅炉厂、科研单位等专家认为，由于CFB锅炉的低温燃烧特点，200MW容量以上的CFB锅炉不采用外置换热器技术在锅炉受热面布置上已经十分困难，目前的135MWCFB锅炉结构只是权宜之计，采用外置换热器是我国大型CFB锅炉发展的趋势。为此，“十五”期间，国家科学技术部在国家科技攻关计划“清洁能源行动专项”中下达了“循环流化床锅炉产业化技术开发”的攻关课题，课题要求完成带有外置换热器的125MW级CFB锅炉本体设计方案及关键技术的研究开发，取得完

26、整的技术研究成果，以示范工程为依托完成技术成果的工程应用。国家电力公司热工研究院(以下简称TPRI)作为该课题的承担单位，现已完成了关键部件的试验研究、设计及锅炉整体方案设计，并和东方锅炉(集团)股份有限公司合作完成了带外置换热器的绝热分离型135MW CFB锅炉设计。该锅炉主要技术特点是采用紧凑式分流回灰换热器(国电热工研究院的专利技术)和绝热型旋风分离器，取得了具有我国自主知识产权的135MW CFB锅炉技术成果。该炉型采用外置换热器有如下突出优点：(1) 可加大炉膛温度的调节范围。不布置外置换热器的CFB锅炉通过一、二次风比例的变化调节炉膛温度，调节范围有限，采用外置换热器的CFB锅炉可

27、以通过调节进入外置换热器的灰流量调节回到炉膛的灰温度，从而可在较宽范围内调节炉膛温度；(2) 增强锅炉燃料的适应范围。不同的燃料在CFB锅炉内有一个最佳的燃烧温度和锅炉热量分配，通过外置换热器可以方便地满足所需的运行条件；(3) 更好的低负荷汽温特性。通过外置换热器的灰流量调节可以使过热器或再热器在低负荷下的汽温性能更加稳定，可减少甚至不投减温喷水；(4) 避免在炉内布置大量的受热面。将一部分受热面布置在外置换热器内，可以减少炉膛内部布置过多的受热面，并减少由此带来的受热面磨损和检修工作量；(5) 有利于再热器的保护。将布置在炉膛内的再热器布置在外置换热器内，可以避免锅炉启动时的干烧再热器，有

28、利于再热器的保护。国产135MW带外置换热器CFB锅炉的具体特点详见第三章。第三章 带外置换热器循环流化床锅炉特点3.1 国外带外置换热器循环流化床锅炉特点在大型CFB锅炉的设计中，为了解决受热面的布置及床温的控制问题，需要在主回路中布置一定数量的过热或再热受热面。Lurgi型和FW型大型CFB锅炉均采用了外置式流化床换热器，它实际上是一个细颗粒的鼓泡流化床，它的功能是一个受热面或者兼有回送功能的受热面。一般在外置式换热器内按温度的不同布置不同形式的受热面，各受热面之间可以用隔墙隔开，如图3-1所示，在外置式流化床换热器内依次布置过热器、再热器和蒸发受热面。图3-1 外置式换热器结构示意图Lu

29、rgi型CFB锅炉采用的是冷灰床(外置式流化床换热器，FBHE或EHE)，而FW型大型CFB锅炉则采用了其开发的专利技术Intrex换热器，下面简要介绍这两种外置式换热器的特点。3.1.1 Lurgi型外置换热器EHE典型的Lurgi型外置式换热器的布置位置参见图1-1，回料控制器、锥形阀及外置床布置图见图3-2，锥形阀结构见图3-3。高温旋风分离器分离下来的高温灰一部分通过回料控制器直接进入燃烧室，一部分通过锥形阀送入外置床中，经过与外置床中布置的受热面进行热交换后再进入燃烧室。图3-2 回料控制器、锥形阀及外置床布置图外置床由一个灰分配室和一个或二个布置受热面管束的床室组成。一般在外置床中

30、布置过热器、再热器和蒸发受热面管束。外置床一般采用钢板结构，内衬耐火材料。外置床的设置成功地将CFB锅炉燃烧与传热过程部分分离，解决了炉内受热面布置空间不足或虽可布置但磨损倾向严重等问题。由于通过锥形阀使进入外置床的灰流量可控，从而使外置床具有了调节燃烧室温度和过热器/再热器汽温的功能，这种调节功能在低负荷和变负荷工况时尤为突出。在50100%负荷范围内，Lurgi型CFB锅炉通过锥形阀调节进入外置床中的灰流量及一、二次风配比(保持燃烧室过剩空气系数不变)即可保持燃烧室温度的稳定，从而保证锅炉稳定运行，具有较高燃烧效率并满足NOX、CO、SO2排放要求；同时，调节进入布置过热器/再热器的外置床

31、中的灰流量，可保持过热器/再热器汽温的稳定，一般，再热汽温完全由外置床控制(不用或有时微量使用喷水减温系统)。由于再热器和过热器回路与尾部烟道对流受热面分开布置，使汽温调节特性得到改善，因此，Lurgi型CFB锅炉具有良好的低负荷运行性能(稳定性、燃尽率、排放保证等)和变负荷调节手段。图3-3 锥形回灰控制阀(ACV)当锅炉燃料和石灰石的粒度或品质发生变化时，外置床可以补偿可能发生的燃烧室蒸发受热面出力不足，从而保持锅炉不降低出力，同时控制燃烧室温度，保证排放要求。Lurgi型CFB锅炉采用外置床的大型CFB锅炉业绩如表3-1。表3-1 Lurgi型CFB锅炉采用外置床的大型CFB锅炉业绩表序号电 厂 名 称产品规格