国内外国内外 CFB 锅炉的发展现状锅炉的发展现状 1.1 国外国外 CFB 锅炉的发展锅炉的发展 近年来，循环流化床锅炉以其优越的环保特性、燃料适应性和良好的运行性能受到广泛 欢迎，并得到了迅猛发展。尤其是最近十年，机组大型化发展取得了突破性的进展。其代表 作就是法国普罗旺斯(Provence)电站 250 MWe 循环流化床锅炉的成功投运。另外，近几年来， 国际上 CFB 锅炉的发展出现了竞争十分激烈的局面：法国 GEC ALSTOM 收购了德国 EVT 公司、法国 Stein 公司和美国 ABB-CE 公司；美国 FW 公司兼并了芬兰的 Ahlstrom Pyropower 公司，不同流派的 CFB 燃烧技术在逐渐相互结合，相互渗透，在国外逐渐形成了美国 FW 公 司和法国 GEC Alstom 公司两大 CFB 锅炉技术集团。 1.1.1 德国鲁奇型德国鲁奇型(Lurgi)循环流化床锅炉及循环流化床锅炉及 Alstom 公司的扩展公司的扩展 鲁奇型循环流化床锅炉采用外置式换热器(EHE)设计，在有利于锅炉受热面布置、有利 于炉膛温度及锅炉负荷控制、有利于再热器布置及汽温调节等方面做出了成功的探索，同时 也为机组大型化创造了有利条件。特别是鲁奇公司将其 CFB 锅炉技术转让给 ALSTOM- Stein(原法国 Stein 公司)公司、ALSTOM-CE 公司(原美国 CE 公司)后，这项技术得到了进一 步的发展和更广泛的应用。 ALSTOM-Stein 公司充分利用外置式换热器的优越性，主要致力于 CFB 锅炉的大型化工 作。通过大量的试验研究工作，率先在世界上完成了大型化 CFB 锅炉的开发应用工作，其代 表作就是艾米录希电站和 Gardanne(Provence)电站。艾米录希电站 125 MWe CFB 锅炉燃用干 煤泥和湿煤泥两种燃料。Gardanne(Provence)电站是世界上第一座 250 MWe CFB 锅炉电站， 1995 年顺利投运标志着大型化 CFB 锅炉技术已经成熟。该锅炉燃用褐煤，锅炉的整体布置 型体和主要结构基本上是在艾米录电站 125 MWe CFB 锅炉基础上的放大，采用单炉膛裤衩 腿结构，4 个分离器和 4 个外置式换热器。无疑 Gardanne(Provence)电站的成功投运为广大 CFB 锅炉工作者增添了更多信心，为 CFB 锅炉的进一步发展开辟了道路。 Gardanne 电厂位于法国南部的 Provence 省。该锅炉于 1996 年正式投入运行，并获得了 美国电力杂志 1996 年最佳电站奖。 Gardanne 电厂 250MWe 循环流化床锅 炉的主蒸汽流量为 194.44kg/s，蒸汽压 力为 16.9MPa，主蒸汽温度为 567， 再热蒸汽温度为 566，排烟温度为 140。 该锅炉的设计煤种为当地的高硫煤 和其它煤，也可掺烧 50%(热值)的油渣。 表表 1-1 Gardanne 电厂燃料分析电厂燃料分析 成分单位Gardanne 煤其它煤掺烧油渣 Mar%111434.5 Qnet.arMJ/kg15.0524.5838.88 灰中 CaO 含 量 %575 灰中 SO2 含 量 %14 入炉煤颗粒度mm010(d50=1) 2 2 其燃料分析见表 1-1。该电站外观图见图 1-1。该锅炉采用 4 个高温旋风分离器，两侧墙相对 布置，分离器内衬耐火材料，底部支撑，直径为 7.4m。床料循环回路上有外置鼓泡床换热器， 共有 4 个。运行时，炉膛温度由两个布置有中温埋管过热器的外置换热器(每一个腿一个)来 调节和控制，再热蒸汽温度由两个布置有高温埋管再热器的外置换热器控制。过热蒸汽温度 调节由喷水减温器控制。我国引进的 300MWe 循环流化床锅炉就是基于 Gardenne 电厂的技 术。 图图 1-1 Gardenne 电厂的锅炉外观图电厂的锅炉外观图 ALSTOM-CE 公司在致力于 CFB 锅炉大型化的同时，还积极投身于外置式换热器的研究 工作，即将外置式换热器与炉膛布置成一个整体(Flextech 流化床热交换器)，解决了外置式换 热器占地面积大、布置困难的问题，简化了锅炉的整体布置。该技术已在美国德州新墨西 哥州(TNP)的 150 MW CFB 锅炉中应用。随着 ALSTOM 公司内部的技术融合，该项技术应该 有更广阔的前景。 1.1.2 奥斯龙奥斯龙(AHLSTROM)型及型及 Foster Wheeler 公司循环流化床锅炉的发展公司循环流化床锅炉的发展 芬兰奥斯龙(AHLSTROM)公司也曾是一个重要的 CFB 锅炉的制造商，它的锅炉型式为 Pyroflow 型。它不采用带外置式换热器的设计方案。该公司应用蒸汽旁通调节汽温的技术， 解决再热蒸汽的调温问题，即一部分再热蒸汽直接进入低温再热器，而另一部分再热蒸汽在 两级再热器之间送入，来调节再热汽温，从而避免了喷水调温降低机组效率。1993 年投运的 国内外 CFB 锅炉的发展现状 3 加拿大 Nova Scotia 电站 165 MWe 机组就是采用这项技术。AHLSTROM 公司还为 Turow 电 厂设计了 3 台 235 MWe CFB 锅炉，分别在 1998 年和 2000 年投运，该项目证明不采用外置 式换热器机组容量也可以达到 200 MWe 以上。 Turow 电厂位于波兰与德国和捷克交界的地区的 Bogatynia，有 10 台容量为 200MWe 燃 烧当地褐煤的老煤粉炉。该厂已有 30 年的历史，锅炉效率低，污染物排放严重。因此决定采 用循环流化床锅炉利用原来煤粉炉的位置对该电厂进行改造。改造计划为三台容量为 235MWe 旋风分离器的循环流化床锅炉和三台容量为 260MWe 的紧凑型循环流化床锅炉，整 个改造计划于 2004 年完成，Turow 电厂的循环流化床锅炉的总容量将是 1485MWe，这将是 世界上容量最大的循环流化床锅炉电厂。图 1-2 所示为 Turow 电厂 235MWe 循环流化床锅炉 的立体图。 图图 1-2 Turow 235MWe 循环流化床锅炉循环流化床锅炉 Foster Wheeler 公司是美国三大电站锅炉制造商之一，它提出了汽冷式分离器和一体式返 料换热器(INTREXTM)技术。Foster Wheeler 供货的美国 JEA 电厂的 2 台 300MWeCFB 锅炉， 其设计燃料是要能够 100%的燃烧煤和石油焦，或可以任何比例混烧煤和石油焦，分别于 2002 年 5 月和 7 月建成投产，是当前世界上已投入运行的容量最大的 CFB 锅炉。该锅炉的 炉膛高度为 35m，炉膛宽度为 26m, 炉膛深度为 6.7m，每台锅炉采用 3 个蒸汽冷却旋风筒分 离器，分离器的直径为 7.3m，如图 1-3 所示。JEA 电厂燃用高硫燃料，煤和石油焦的含硫量 分别为 2.8%和 6.7%，所以除了采用石灰石脱硫外，还采用了第二级烟气洗涤脱硫，利用飞 灰中含有的大量未反应石灰和水反应生成 Ca(OH)2，能够迅速将烟气中剩余的低浓度 SO2吸 4 4 收，从而可进一步降低 SO2的排放。测试结果表明，锅炉本身的脱硫效率达到 98.85%，而洗 涤塔喷水加湿活化可以进一步脱除 0.3%的 SO2。 图图 1-3 美国美国 JEA 电厂电厂 2300MWeCFB 锅炉锅炉 为解决圆筒绝热旋风分离器给锅炉整体布置带来的困难，奥斯龙公司提出了紧凑式布置 的概念，即将圆筒型改为方形，使其形状与方形的炉膛与尾部烟道相匹配，从而简化锅炉的 布置，节省钢耗量。1995 年 Foster Wheeler 公司收购了奥斯龙的 parepower 公司后，两大技 术流派合并、融合，将汽冷分离器和 INTREXTM技术与紧凑式布置等技术巧妙结合在一起， 形成了更具特色的 CFB 锅炉技术。在投运的 Turow 电厂 235 MWe 机组的基础上，FW 公司 又为 Turow 电厂提供了 3 台 262MWe CFB 锅炉，见图 1-4。 国内外 CFB 锅炉的发展现状 5 图图 1-4 波兰波兰 Turow 电厂的电厂的 262MWe 紧凑型锅炉紧凑型锅炉 自 1994 年售出第一台商业化的紧凑型 CFB 锅炉以来，至今已售出近 60 台燃烧各种燃料 的紧凑型锅炉，已售出的最大的紧凑型 CFB 锅炉的容量已达 4600MWe。2002 年 12 月， FW 为波兰波兰的 Bedzin 的 PKE 电厂(Lagisza，Poland)提供一台 460 MWe 本生直管炉膛变 压超临界 CFB 直流锅炉(560C/580C, 275 bar， 计划于 2007 年建成投产。这将是世界上第 一台超临界 CFB 锅炉，也是容量最大的循环流化床锅炉。图 1-5 所示为这台锅炉的立体效果 图，它是紧凑型布置的 CFB 锅炉。 图图 1-5 将建于波兰将建于波兰 PKE 电厂的电厂的 460MWe 超临界直流锅炉超临界直流锅炉 6 6 1.1.3 美国美国 Babcock & Wllcox 公司内循环流化床锅炉的发展公司内循环流化床锅炉的发展 瑞典 Studsvik 公司在 1978 年就开始研究循环流化床锅炉，在进行了大量的试验研究后， 在 1984 年与美国 Babcock & Wilcox 公司共同生产了内循环循环流化床锅炉。 美国 Babcock & wilcox 公司内循环流化床锅炉的主要特点是，采用两级分离系统，一级 分离系统采用撞击式槽型分离器，布置在炉膛出口，实现内循环；二级分离循环系统采用多 管式旋风分离器布置在省煤器的下部，形成外循环。不采用高温旋风分离器和外置式换热器。 这种炉型的主要优点是，结构紧凑；由于两级分离器都是金属结构件，不需耐磨材料， 缩短了锅炉启动时间；采用了两级分离，对循环物料粒径控制范围较广。 1.1.4 不同煤种在不同煤种在 CFB 锅炉中的应用锅炉中的应用 除了积极开展 CFB 锅炉大型化的研究外，还充分利用 CFB 锅炉煤种适应性广的特点， 努力开发使用不同性质燃料的循环流化床锅炉。目前除了各种煤包括烟煤、贫煤、无烟煤外， 煤泥、石油焦、矸石等劣质燃料、树皮等生物质燃料也被广泛应用，从而积极推动了循环流 化床锅炉技术的发展。表 1-1 列出了 1998 年前投运的部分大于 100 MWe 的 CFB 锅炉统计数 据。 国内外 CFB 锅炉的发展现状 7 表表 1-1 国外容量国外容量100 MWe 级的级的 3 种种 CFB 锅炉炉型统计表锅炉炉型统计表 蒸汽参数 电厂名称及地址 台 数 热功率 MWth 电功率 MWe流量 t/h压力 MPa温度 炉型及 设计制造厂家 燃料投运年份 德国 Bewag 电力公司 Moabit 电厂(Berlin)122210032619.6540/540Lurgi, Lentjes次烟煤，褐煤1989 美国 Schuglkill Energy Resources St. Nicholas(North Mahanoy, Pa) 134110037510.6513Lurgi, ABB-CE无烟煤屑1989 法国 Emile Huchet 电厂(Carling)128512536713.4545/545Lurgi, Stein水煤浆，煤泥(干)1990 美国 Texas-New Mexico 电力公司(TNP) Waco 电 厂 247415049913.8540/540Lurgi, ABB-CE木质褐煤 1990/ 1991 法国 Gardanne (Provence)电站155725070016.9540/540Lurgi, Stein木质褐煤，烟煤1995 韩国 Tonghae 热电厂120069317.24541/541Lurgi,ABB-CE无烟煤1998 捷克 Ledvice (Ledvice)电站111031012.7540/540Lurgi,ABB-CE褐煤1998