循环流化床锅炉的发展概况

循环流化床锅炉发展技术

第20卷第1期 2004年1月

文章编号：1005-006X(2004)01-0025-02

电 站 系 统 工 程 Power System Engineering Vol.20 No.1 Jan., 2004

循环流化床锅炉的发展概况　

哈尔滨锅炉厂有限责任公司 刘　　畅　　艾　　滨　

摘 要：循环床燃烧技术已经历了3代的发展，研究认为冷却型紧凑布置的循环床燃烧技术是未来的发展方向。 关键词：循环流化床锅炉；发展概况

中图分类号：TK229.6+6 文献标识码：B

Status and Prospect of Circulating Fluidized Bed Boilers

LIU Chang, AI Bin

Abstract: CFB combustion technology has experienced three-generation development. It is believed that using cooled cyclone and compact layout CFB technology will be the trend in the future. Key words: circulating fluidized bed boiler; trend

1 循环流化床的发展概况

在近20多年里，为了开发、完善循环流化床燃烧技术，世界上各工业国家在技术、人力、财力等各方面都做了大量投入，而走在世界前列的仍然是几个比较发达的资本主义工业国家。目前国外主要开发研制单位和生产厂家有德国鲁奇(Lurgi)公司、芬兰奥斯龙(Ahlstrom)公司、美国巴特尔(Battle)研究中心、美国福斯特 惠勒(Foster Wheeler)公司，德国巴布科克和斯坦缪勒公司、瑞典斯图特斯维公司美国的燃烧工程公司和法国斯坦因公司引进德国鲁奇公司的技术，也是当今世界上循环流化床锅炉生产能力较强的厂家, 虽然开发、研制、生产循环流化床锅炉的公司、厂商较多，但从循环流化床锅炉设计结构特点上可分为三大流派。

气固分离器是CFB系统的核心部件之一，之所以关键，是因为从运行机理上来讲，只有当分离器完成了含尘气流的气固分离并连续把收集下来的物料回送至炉膛，实现灰平衡及热平衡，才能保证炉内燃烧的稳定与高效；就系统结构而言，分离器设计、布置得是否合理直接关系着锅炉系统制造、安装、运行、维修等各方面的经济性与可靠性。虽然分离器是CFB必不可少的关键环节，但它又具有相对的独立性和灵活性，在结构与布置上回旋余地很大。从某种意义上讲，CFB锅炉燃烧技术的发展也取决于气固分离技术的发展，分离器设计上的差异标志着不同的CFB技术流派。 1.1 德国鲁奇公司为代表的鲁奇型循环流化床锅炉

鲁奇型循环流化床的特点主要有：

(1) 循环系统内设主床燃烧室和外置泡床换热器，在主床上部布置少数屏式受热面；再热器和过热器受热面布置在外置换热器和对流烟道之中，运行时，通过调节燃料量和经过外置换热器的热灰流量，控制炉膛温度和蒸汽温度。

(2) 根据燃料特性差异，循环速度在4.9～9 m/s之间变化，炉膛出口烟气中的固体物料含量在5～30 kg/m3相应的

收稿日期：2003-05-08

刘畅，女，学士。设计开发处，150046

循环倍率在30～40以上。

(3) 采用分段送风燃烧方式，一次风从面风板下部送入燃烧室，二次风从布风板上部的一定高度送入炉膛中，一、二次风量比为4：6，过剩空气系数α＝1.15～1.20，这样可以在燃烧室下部的密相区为低氧燃烧形成还原气氛；在二次风口上部为富氧燃烧，成氧化性气氛，通过合理地调一、二次风比，可以维持较理想的燃烧效率和有效地控制NOx的生成量。

(4) 炉膛出口布置高温旋风分离器，入口处烟温约850 ℃。分离器采用钢壳结构，内衬耐火和防磨衬里。分离效率可达99%。鲁奇型的循环流化床锅炉运行的机动性、经济性、燃料适应性以及排放技术水平都有优良的业绩，其缺点是锅炉岛系统结构复杂，厂用电高，存在磨损问题、投资最高。 1.2 奥斯友公司的百炉宝（Pyroflow）型循环流化床技术

百炉宝循环流化床锅炉特点如下：

(1) 不设外置热交换器，循环流化床锅炉主要由燃烧室、高温旋风分离器、回料器、对流烟道等组成，有的还配有冷渣器。

(2) 燃烧室分为上、下两部分，下部由水冷壁延伸部分、钢板外壳及耐火砖衬里组成；上部炉膛四周为膜式水冷壁，过热器一、三级布置在炉膛顶部或尾部烟道上方，二级过热器用钢管制成，布置在炉膛中部，这是百炉宝型循环流化床锅炉独有的设计结构。

(3) 采用高温旋风分离方式，最高入口烟温可达950 ℃。该分离器可布置在炉前面、炉两侧或炉膛与尾部烟道之间，布置方式灵活，多采用高循环倍率，分离效率可达99%。

(4) 一、二次风基本各占50%，燃料不仅在炉膛下部燃烧，而且还随着气流上升，使整个炉膛都可用来燃烧，沿水冷壁高度的烟气温度比较均匀。在低负荷时，物料循环量减少，燃烧集中在炉膛下部，逐步过渡到鼓泡床运行方式。

(5) 锅炉本体布置结构紧凑，耗钢量比鲁奇公司的循环流化床锅炉少得多，厂用电也少得多。从投运和几十台炉子统计看，锅炉出力、参数、热效率、燃料适应性、操作控制

循环流化床锅炉发展技术

26 电 站 系 统 工 程 2004年第20卷

和排放水平都达到令人满意的水平，可用率高达98%。

因此，奥斯龙公司百炉宝型循环流化床锅炉在世界上享有较高的信誉，市场占有率最高，该种炉型缺点是：①管制造二级过热器工艺难度太高，稍有缺陷就很容易磨损；②对于小容量机组，采用高温旋风分离器成本高，从而使整个装置造价成本提高。另外小于分离器切割直径的飞灰粒子，很难采用一般机械分离装置扑集，而只能采用电除尘或袋式除尘装置，相对造价较高。

1.3 美国福斯特 惠勒公司为代表的第3种流派

福斯特 惠勒型循环流化床锅炉的主要特点是： (1) 采用汽（或水）冷旋风分离器，这种分离器既是加热部件，又起分离作用。分离器壁面用膜式鳍片管制成，涂有耐热防磨衬里，其厚度在50～70 mm，仅为鲁奇公司和百炉宝型分离器衬里壁厚（350～450 mm）的1/5～1/6，冷炉启动快，适合变负荷运行。

(2) 在炉膛内设有内置床（LNTREX），这有利于炉子大型化，可多布置受热面，因此该公司目前正在设计250 MW机组的循环流化床锅炉。

(3) 整个分离器在结构和热膨胀方面与锅炉为一体，构成外壳的水冷壁或汽冷壁与锅炉水循环系统或过热器系统相连，结构紧凑，其优点是可充分利用空间布置受热面，简化和减少了高温管道和热膨胀点，降低了造价和设备维修费。水冷（或汽冷）壁外壳可采用标准的绝热材料和外护板来有效地降低辐射热损失，减少设备重量，简化了支吊系统，可节省安装时间和成本。

(4) 回料系统采用一个工作速度很低的流化床密闭缸，用溢流量来调节循环物料量。这种系统具有自平衡功能，并充当旋风分离器与主床之间的密封。

迄今福斯特 惠勒公司已生产各种容量的循环流化床锅炉30多台，虽然该公司比鲁奇公司和奥斯龙公司开发循环流化床技术起步稍晚，但其跨步较大。该公司设计、生产的150 MW机组循环流化床锅炉已投入运行，目前正在开发250 MW机组循环流化床锅炉。

近几年来，各公司为了扩大自己的市场范围，通过许可证转让、办合资厂等方式把各自的势力扩大到世界各地，例如鲁奇公司把自己的循环流化床技术转让经美国CE公司和法国SI公司、奥斯龙公司在美国建有Pyropower分公司；福斯特惠勒公司向日本、南朝鲜转让了许可证，他们各自在世界上形成了自己的技术势力范围。其他各公司，例如德国的斯坦缪勒公司和巴布科克公司、美国巴特尔研究中心、瑞典斯图特斯维克公司、加拿大巴布科克公司前苏联等也都开发研制循环流化床锅炉，其中大部分都是在引进技术基础上发展起来的。只有少数公司，如斯图特斯维克公司开出有自己特色的循环充化床锅炉，由于这些公司产量较少，所以技术水平、生产能力方面都不能与鲁奇、奥斯龙、福斯特 惠勒公司相比。

目前各种类型的循环流化床锅炉还在不断地进行改进和完善，正在向高参数、大型化发展。与此同时，增压循环流化床燃烧技术也在开发试验之中，增压床燃气－蒸汽联合

循环发电可大大提高电厂的热效率，因此循环流化床燃烧技术必将引起火力发电技术领域内一场深刻的变革。

2　循环流化床锅炉的发展方向探讨

Ahlstrom公司的方形分离器紧凑型设计推出之后，立即引起了广泛的重视，人们对该技术一直持观望态度。但经过5年的多台锅炉运行实践，已被人们所接受。其标志为：在1999年5月第15届国际流化床燃烧会议上，该专利持有人Timo荣获唯一的ASME贡献奖。Foster wheeler公司和Ahlstrom公司合并后即将方形分离器循环流化床锅炉作为大型化方向予以重点发展。时至今日，Foster Wheeler公司采用方形分离器技术的紧凑型循环流化床锅炉已有68 t/h至410 t/h多台锅炉成功运行，150 MW机组正在建设中，300 MW和600 MW容量的紧凑布置CFB已经完成设计。 　 目前各循环流化床锅炉制造厂家和研究机构都十分重视循环流化床锅炉的大型化，方形分离器在大型化方面具有很大的优势。1993年清华大学在实验室对国外方形分离器专利进行了验证实验，初步实验发现其分离效率并非如国外公司宣传的那么好，特别是在200～400 mm的粒径范围存在一个低效区。经分析表明这个低效区是由于分离器进口颗粒加速不良造成的，为此改进了入口段设计，实验表明此改进是完全正确的，这个改进最终取得了中国专利——“水冷异型分离器”。为进一步优化分离器的效果和验证改进可靠性，在实验室冷态实验、热态实验的基础上，应用到75 t/h完善化循环流化床锅炉上，并取得成功。

该分离器是四周用膜式水冷壁组成的方形分离器，但烟气入口和水冷壁管弯制成圆弧形段，这一结构使分离器的造价降低，有效地克服了绝热旋风筒的后燃结焦问题和圆形汽(水)冷旋风筒的制造成本问题，被认为达到了90年代国际先进水平。

清华大学等单位已对几种不同当量尺寸的方形分离器进行了一些卓有成效的试验和较为深入的研究，取得了许多有价值的结果。对这些成果进行较全面的分析、整理和比较，可以更多地了解方形分离器的放大性能，有助于开发研制大型化分离器和解决循环流化床锅炉大型化所面临的难题。这些研究结果表明，方型分离器的放大性能要优于圆形旋风分离器，至少绝不逊于后者，特征尺寸在10 m以内的方型分离器大型化的前景相当乐观。清华大学在该方面的研究成果得到国际同行的充分肯定和高度评价，在15届FBC国际会议上被评为最佳论文。采用方形分离器的220 t/h、410 t/h循环流化床锅炉设计已完成。

3 结 论

采用第三代技术的循环流化床锅炉除了具有常规循环流化床锅炉的优点外，还具有结构紧凑、占地面积小、钢耗量小、制造成本低、分离器内无磨损等突出优点，因此第三代循环流化床锅炉将成为燃烧技术发展的主流，并且在大型化方面将发挥其优势。 □

编辑：闻 彰

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/c2fq.html