从法国Gardanne250MWCFB锅炉看循环流化床燃烧技术的发展
循环流化床锅炉技术的现状及发展前景
循环流化床锅炉技术的现状及发展前景循环流化床锅炉（Circulating Fluidized Bed Boiler，CFB）技术是一种高效的燃烧设备，经过多年的发展已成为热电领域的重点推广应用技术。
本文将从循环流化床锅炉技术的现状出发，探讨其发展前景，以及面临的挑战和解决方案。
一、技术现状1.1 技术特点CFB锅炉具有循环流化床燃烧技术的独特优势：(1) 燃烧效率高：废气中低温部分的热量可以被利用，热效率可以达到96%以上，同时降低了烟气中二氧化硫和氮氧化物的排放量。
(2) 运行灵活：能够适应不同的燃烧物料，既能够燃烧固体废弃物、木屑、秸秆等生物质能源，又能够燃烧煤炭、石油焦等传统燃料，且燃烧效果良好。
(3) 净化效果好：CFB锅炉的燃烧过程中，废气中的二氧化硫和氮氧化物可以通过床层内的石灰石和其他固体脱硫、脱氮材料进行吸收。
1.2 应用领域CFB锅炉技术在能源、化工、冶金、环保等领域有着广泛的应用：(1) 电力行业：CFB锅炉可为电厂常规电机组提供蒸汽和电力，可应用于燃煤和生物质发电厂、废物处理场等。
(2) 化工行业：CFB锅炉可用于化学合成、烟气净化、制氢等化学反应过程。
(3) 冶金行业：CFB锅炉可用于钢铁、有色金属等冶炼行业的高温加热过程。
(4) 环保行业：CFB锅炉可用于污染治理领域，如焚烧废弃物、处理工业废水等。
二、发展前景2.1 国内市场需求目前，中国热电装备市场规模逐年扩大，能源需求增加，对CFB锅炉提出了更高的要求。
据分析，未来中国应用CFB锅炉的市场需求将有以下几个方面的发展趋势：(1) 大型化倾向：随着国内能源消耗的不断升级，整个行业将向大型化发展，CFB锅炉也是如此。
(2) 多燃料开发：在中国资源丰富的条件下，CFB锅炉依靠多种燃料的灵活运用，将成为未来市场上的利润佳品。
(3) 低排放：随着环保法规的日益严格，CFB锅炉也需要适应这一趋势，保证燃烧过程中废气的低排放。
2.2 技术创新CFB锅炉技术在未来几年也将面临着技术创新的压力，以满足市场的需求。
循环流化床锅炉的发展与展望-孙志宽
循环流化床锅炉的发展与展望国网能源开发有限公司胡昌华孙志宽张文清一．循环流化床锅炉的发展与现状循环流化床（CFB）锅炉是近三十年发展起来的一种新型洁净煤燃烧技术。
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了循环流化床，其应用也由小型锅炉发展到容量与煤粉炉大体相当的大型电站锅炉。
1.国外循环流化床的发展新一代的循环流化床真正得到应用始于七十年代末八十年代初。
1979年，芬兰奥斯龙（Ahlsltrom）公司开发的世界首台20t/h商用循环流化床锅炉投入运行。
1982年，德国鲁奇（Lurgi）公司开发的世界上首台用于产汽与供热的循环流化床（84MWth）建成投运,循环流化床技术开始迅速发展，随着法国Stein 公司制造，安装在法国Gardanne电厂的250MW循环流化床锅炉，安装在波兰Turow电厂的235MW循环流化床锅炉以及安装在韩国Tonghan电厂的220MW 循环流化床锅炉的相继投运，波兰Lagisza的460MW超临界参数CFB锅炉正在安装，预计2009年投产。
该台超临界ＣＦＢ锅炉机组在效率和煤的经济利用方面属世界领先水平，排放方面完全满足欧盟大型燃煤电厂排放指导性标准的要求。
锅炉燃用热值为１８～２３ＭＪ／ｋｇ，硫的质量分数为０．６％～１．４％和灰分为１０％～２５％的烟煤，其煤耗可比常规汽包锅炉低５％，机组效率将达到４２．７％。
循环流化床技术已经向高参数，大容量迈出了步伐。
2.我国循环流化床的发展我国对流化床的研究是开展得比较早的，自1964年以来，在鼓泡床燃用劣质燃料方面有相当的发展。
在循环流化床锅炉的研究方面，虽然起步较晚，但发展非常迅速。
与国内各科研院所配合，如中科院工程热物理所、清华大学、浙江大学、华中理工大学、西安交通大学和西安热工研究院等，各锅炉制造厂先后开发出20t/h、35t/h、65t/h、75t/h、130t/h及220t/h等中、小型循环流化床锅炉，通过多年的发展，我国在中、小型循环流化床技术方面已经相当成熟，但在大型化循环流化床锅炉研究方面，与先进国家还有相当的差距。
循环流化床锅炉技术的现状及发展前景
循环流化床锅炉技术的现状及发展前景循环流化床锅炉技术是一种利用高效循环流化床燃烧技术实现煤炭、石油焦等固体燃料的洁净、高效燃烧的技术。
其主要特点是燃料与气相、固相平衡流化，燃烧效率高、燃烧温度可控、污染物排放少。
1. 技术成熟：循环流化床锅炉技术已经经过多年的研究和发展，在我国已经建成的循环流化床锅炉装机容量已达数千兆瓦，形成了一定的产业化规模。
2. 功能完善：循环流化床锅炉技术的自动化程度逐渐提高，监控系统成熟，操作方便，运行稳定可靠。
循环流化床锅炉还具备灵活燃烧、硫捕集、脱硝、脱电除尘等多种功能。
3. 效果显著：循环流化床锅炉技术在煤炭、石油焦等固体燃料的燃烧效率上有明显改善，已实现了燃烧效率高于传统锅炉的目标。
循环流化床锅炉对污染物的排放也有明显改善，特别是对于二氧化硫和氮氧化物的排放效果显著。
4. 排放达标：循环流化床锅炉技术采用先进的脱硫、脱硝、脱电除尘等技术手段，可以有效控制燃烧过程中的污染物排放，达到甚至超过国家标准的排放要求。
1. 燃料多元化：循环流化床锅炉技术适应性强，可以适应各种固体燃料的燃烧，包括煤炭、石油焦、生物质等，未来可以实现更多种类燃料的利用，提高资源利用率。
2. 清洁化发展：循环流化床锅炉技术可以通过改进燃烧方式和燃烧设备，进一步降低污染物排放，实现更清洁的能源转换。
3. 高效节能：循环流化床锅炉技术具备灵活燃烧、高效热交换等优点，未来可以进一步提高能源的利用效率，减少能源消耗。
4. 大型化发展：循环流化床锅炉技术在我国已初步形成一定的规模，未来可以进一步发展为大型化设备，满足国家能源需求。
循环流化床锅炉技术在煤炭、石油焦等固体燃料的洁净、高效燃烧方面具有显著的优势，并且具备广阔的发展前景。
随着对环境保护要求的提高和能源利用效率的追求，循环流化床锅炉技术将在未来得到更广泛的应用和推广。
循环流化床应用与发展,
1921年德国人温克勒发明了第一台流化床，温科勒所发明的流化床使用 粗颗粒床料 1938年12月麻省理工学院的刘易斯和吉里兰发明了快速流化床知道20世纪 50年代末鼓泡流化床一直占主要地位。 60年代末德国鲁奇公司（Lurgi）发明并运行了Lurgi/VAW循环流化床氢氧化 铝焙烧反应器随后又与分子筛、高活性、高选择性催化剂的出现，提高管 流化催化裂化反应器很快有取代了鼓泡流化床而得到推广应用。 1979年芬兰奥斯龙（Ahlstrom）公司生产了20t/h的循环流化出那个锅炉。 1982年德国鲁奇公司的第一台50t/h的商用流化床锅炉投入运行，这标志着 作为煤燃烧的循环流硫化床锅炉进入商业化阶段。
采用高温旋风分离方式，最高入口温度950℃.分离器可布置在炉前、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%
炉底送入一次风，密相区送入二次风。一次风率40%~70%，基本占50%。通过 调节炉内的一二次风比例进行床温控制和过热汽温粗调。燃料在整个炉膛燃烧 沿水冷壁方向上的烟气温度比较均匀。在低负荷时，燃烧集中在炉膛下方，逐步 过渡到鼓泡床运行方式。 可燃用多种燃料。负荷调节比为3：1或4：1。负荷变化率在升负荷时为7%/min 降负荷时为10%/min。
鲁奇型循环流化床锅炉具有良好的稳定性、燃尽率、排放保证等低负荷运 行性能和变负荷调节手段。
缺点： 德国鲁奇公司开发出的循环流化床普遍采用保温、耐火、及防磨材料砌装成筒身 的高温绝热式旋风分离器。这种分离器主要缺点是旋风同体积庞大，耗刚多，造 价高，占地大。旋风筒内衬厚，耐火及砖筑要求高，用量大，费用高。启动时间 长，运行中容易出故障。密封和膨胀系统复杂。好挥发份较低或活性较差等难以 着火的煤种时，旋风筒内的燃烧导致分离后的物料温度上升，引起旋风筒内及料 腿、回料阀内超温结焦。
循环流化床CFB低氮燃烧技术
循环流化床CFB低氮燃烧技术循环流化床(CFB)是商业化程度最好的洁净煤技术之一,其具燃烧效率高､燃料适应性强､NOX 生成量少､脱硫成本低等优势｡随着经济发展,燃煤､燃油和燃气锅炉烟气排放的指标控制越来越严格,最新颁布的环保标准要求对NOX､SO2和烟尘超低排放,具有低NOX排放和低SO2排放的循环流化床锅炉也不能满足现行环保标准的要求,结合CFB锅炉工程实例。
对循环流化床锅炉燃烧条件进一步优化,可保证流化床锅炉初始NOX排放值在100mg/Nm3以下,为了使NOX排放值达到50mg/Nm3超低排放水平,循环流化床锅炉需要与SNCR脱硝､SCR 脱硝及SNCR和SCR相结合的脱硝等烟气脱硝技术相结合｡1改变燃烧条件控制氮氧化物排放措施1.1循环流化床锅炉床温控制循环流化床锅炉NOX生成量与锅炉床温密切相关,在燃烧一定煤种时,锅炉燃烧效率随床温升高逐渐升高,NOX生成量随锅炉的床温升高而增加,炉内脱硫效率随着床温升高到一定值后急剧下降,锅炉床温的选取在保证锅炉效率的同时,需要兼顾考虑锅炉NOX生成量和炉内的脱硫效率,选取最为经济的锅炉运行床温,目前,流化床锅炉已经向超临界､大型化参数发展,在锅炉设计时,炉内需要布置更多的受热面控制锅炉床温在合理的数值｡1.2循环流化床锅炉风量分配控制为了降低锅炉运行过程中NOX生成量,尽量降低布风板一次风量,一次风作用保证炉内密相区的循环物料能够流化,通过二次风来实现燃料的燃尽,适当提高锅炉密相区上二次风口高度,同时加大密相区二次风的分级力度,在锅炉运行过程中调节上下二次风比例,增加上二次风口风量,选取合适的过量空气系数,控制锅炉出口烟气氧量｡通过控制合理的床温和改善流化床锅炉燃烧条件后,能够保证NOX初始排放量在100mg/Nm3以下｡为了实现流化床锅炉超低排放指标,循环流化床锅炉仍然需要采用辅助烟气脱硝手段｡2循环流化床锅炉SNCR技术SNCR技术是在循环流化床锅炉中成熟应用的一种烟气脱硝技术,它具有系统简单､可靠和效率高的优点｡SNCR技术关键点包括:还原剂选择;还原剂喷入点选择;合适的反应温度区间,为850~1150℃｡尿素因为便于运输和储存,并且尿素溶液穿透性好,在循环流化床锅炉中,尿素溶液作为烟气脱硝还原剂被广泛应用;尿素溶液喷入点设置在旋风分离器入口烟道上或设置分离器出口烟道上,如图1所示,该处烟气温度在880~950℃之间,正好处在SNCR最佳反应温度区间,采用此种布置式,SNCR在循环流化床锅炉中的脱硝效率可以达到70%以上,但SNCR的氨逃逸率较高,最高达到8ppm,对空气预热器的选型设计需要特殊要求,选用脱硝专用的空气预热器,并且对空气预热器的下游设备也有较大影响｡3循环流化床锅炉SCR技术SCR技术作为一种成熟的烟气脱硝技术在煤粉锅炉中被广泛采用,流化床锅炉因为飞灰含量高,受到催化剂选型因素的影响,在流化床锅炉中应用较少,随着催化剂制造工艺的不断提升,在循环流化床锅炉中也可以应用SCR技术控制NOX的排放｡在循环流化床中,SCR反应器设置在省煤器出口和空气预热器入口之间,如图2所示,在锅炉整体布置设计时,需要保证SCR反应器入口烟气温度在300~420℃之间,为了满足锅炉满足全负荷脱硝,必要时可对省煤器分级设计,即将省煤器分为两级,SCR反应器入口设置一级省煤器,SCR反应器出口设置一级省煤器｡SCR脱硝还原剂可以采用液氨,也可以采用尿素水解或热解制氨,在SCR反应器入口烟道喷入反应器,喷入的NH3在催化剂的作用下与烟气中的NOX反应,达到脱除NOX目的｡4循环流化床锅炉SNCR与SCR相结合技术在循环流化床锅炉中,可以采用SNCR与SCR相结合的烟气脱硝形式,既可得到更高的脱硝效率,还可以控制脱硝系统氨逃逸率｡在旋风分离器入口烟道或出口烟道设置SNCR尿素溶液喷枪,在省煤器出口设置SCR反应器,如图3所示,通过尿素溶液喷枪喷入尿素溶液,选择合适的NSR,尿素溶液热解生成的氨气与烟气中NOX反应后剩余的NH3,通过SCR反应器时,烟气中的NOX和NH3在催化剂的作用下继续反应,这样可以够控制反应器出口NH3逃逸率在3ppm以下｡为了达到较高的烟气脱硝效率,也可以在SCR入口设置独立的喷系统,通过喷氨格栅将氨气喷入SCR入口烟道,还原剂制备区可以与SNCR尿素溶液制备区公用,通过采用尿素溶液水解或热解的工艺制备氨气｡5结论通过控制流化床锅炉床温,控制流化床锅炉风量分配和过量空气系数,改善锅炉燃烧条件,同时采取辅助的脱硝设施,如SNCR､SCR､SNCR和SCR相结合等烟气脱硝技术,能够保证循环流化床锅炉出口NOX排放值达到超低排放标准的要求｡。
循环流化床燃烧技术的发展
循环流化床燃烧技术的发展1 循环流化床燃烧技术发展历史回顾主循环回路是循环流化床锅炉的关键，其主要作用是将大量的高温固体物料从气流中分离出来，送回燃烧室，以维持燃烧室稳定的流态化状态，保证燃料和脱硫剂多次循环、反复燃烧和反应，以提高燃烧效率和脱硫效率。
分离器是主循环回路的关键部件，其作用是完成含尘气流的气固分离，并把收集下来的物料回送至炉膛，实现灰平衡及热平衡，保证炉内燃烧的稳定与高效。
从某种意义上讲，CFB锅炉的性能取决于分离器的性能，所以循环床技术的分离器研制经历了三代发展，而分离器设计上的差异标志了CFB燃烧技术的发展历程。
1.1 绝热旋风筒分离器德国Lurgi公司较早地开发出了采用保温、耐火及防磨材料砌装成筒身的高温绝热式旋风分离器的CFB锅炉[1]。
分离器入口烟温在850℃左右。
应用绝热旋风筒作为分离器的循环流化床锅炉称为第一代循环流化床锅炉，目前已经商业化。
Lurgi公司、Ahlstrom公司、以及由其技术转移的Stein、ABB-CE、AEE、EVT 等设计制造的循环流化床锅炉均采用了此种形式。
这种分离器具有相当好的分离性能，使用这种分离器的循环流化床锅炉具有较高的性能。
但这种分离器也存在一些问题，主要是旋风筒体积庞大，因而钢耗较高，锅炉造价高，占地较大，旋风筒内衬厚、耐火材料及砌筑要求高、用量大、费用高，见图1；启动时间长、运行中易出现故障；密封和膨胀系统复杂；尤其是在燃用挥发份较低或活性较差的强后燃性煤种时，旋风筒内的燃烧导致分离下的物料温度上升，引起旋风筒内或回料腿回料阀内的超温。
这些问题在我国实际生产条件下显得更突出。
Circofluid的中温分离技术在一定程度上缓解了高温旋风筒的问题，炉膛上部布置较多数量的受热面，降低了旋风筒入口烟气温度和体积，旋风筒的体积和重量有所减小，因此相当程度上克服了绝热旋风筒技术的缺陷，使其运行可靠性提高，但炉膛上部布置有过热器和高温省煤器等，需要采用塔式布置，炉膛较高，钢耗量大，锅炉造价提高。
国内外循环流化床介绍
Provence 250MWe CFB锅炉
技术流派：鲁奇型 制造厂家：通用电气阿尔斯通斯登工业公司
Red Hills电厂2X250MW CFB锅炉
•制造商： ALSTOM 公司； •燃用褐煤； •2000.12.1试运 行；
法国Gardanne250MWe循环流化床的裤衩腿炉膛和燃烧系统
• 炉内布置屏式过热器，不布置EHE。 • 一次风、二次风、回料风压分别为15000Pa，
9000Pa和40000Pa • 一、二次风比例50：50
美国Foster
wheeler-FW 公司循环流 化床锅炉
FW水冷旋风分离器
特点
• 采用水（汽）冷旋风分离器，分离器厚 度100mm，使锅炉启动加快，增加传热， 消除分离器内再燃，分离效率>99%
锅炉热效率低。 循环流化床的优点
1、不布置埋管 2、风速高，布风板面积小，利于大型化 3、飞灰再循环，飞灰含碳量低，固体不完全燃
烧损失小，提高锅炉热效率。
2、国外循环流化床锅炉介绍
世界上CFB技术主要技术流派
AHLSTROM 奥斯龙型
LURGI 鲁奇型
BATTELE 拜特尔型
BABCOCK 巴布克型
（3）密相区内传热能力强，埋管的传热系数可达230－ 300W/(m2.K)，可大大降低金属消耗量。
（4）锅炉负荷的调节性能好。负荷可以在30－100％之间调 节。
由固定床向循环流化床的转变过程
鼓泡流化床
流化床布风系统
鼓泡流化床的缺点
1、埋管磨损严重 2、布风板面积大，不利于大型化 3、飞灰含碳量高，固体不完全燃烧损失大，
一、循环流化床在国内外的发展现状
CFBB讲稿
循环流化床锅炉介绍第一章．进展动因1．大气污染传统煤粉炉燃烧时炉膛温度大约度，生成大量NOx和SO2，对环境危害极大。
NOx的要紧成份是NO（占总量的95%），第二为NO2（约5%），还有少量的N2O，N2O3，N2O4，N2O5。
NO和NO2都是有害气体。
极易与血液中的血色素结合，使血液缺氧，引发神经中枢麻痹。
NOx能破坏臭氧层。
NOx存在时，O3变成O2，减弱臭氧层对紫外线的屏蔽作用。
对地面生物造成危害。
NO2在阳光照射下，和大气中其他污染物发生一系列连锁反映形成毒性专门大的光化学烟雾。
NOx和SOx与粉尘形成硝酸或硝酸盐气溶液，落到地上确实是酸雨。
SOx在氧气充沛和必然水分条件下，SO2在粉尘中金属氧化物的催化作用下，生成SO3转化为硫酸烟雾，形成酸雨。
SO2要紧刺激粘膜，引发各类呼吸道疾病。
我国酸雨危害极大。
1993年以来城市降水监视PH值低于的要紧城市为长江以南，西藏以东广大地域，面积从1985年的175万平方千米，急增到1993年的280万千米。
1992年我国76个城市空气中SO2浓度超过WHO推荐上限60ug/m3的城市占%。
2．劣质煤的大量存在和其他能源物质的燃烧问题低发烧量，高灰分，高硫煤，泥煤，褐煤，油焦，造纸厂纸泥等都可作为循环流化床锅炉的燃料。
大量的生物燃料（作物秸杆）等都可作为循环流化床锅炉的燃料。
目前利用循环流化床锅炉技术，以城市生活垃圾为燃料的垃圾处置炉也已在北京试运。
第二章．循环流化床锅炉1．循环流化床原理流态化概念使颗粒通过与气体或液体的接触而转变成类似流体的一种运动状态.当颗粒处于流态化时,作用于固体颗粒上的重力与气流的曳力相平稳,现在颗粒处于一种拟悬浮状态,从而具有类似液体的性质.其特点是:在任一高度的静压近似等于在此高度上单位床截面内的固体颗粒的重量.不管床如何倾斜,床面总维持水平,流体形状维持容器形状.床中固体颗粒能够象液体一样从底部或侧面流出.密度大于床料密度的物体会下沉，低于的会上浮。
循环流化床锅炉技术的现状及发展前景
循环流化床锅炉技术的现状及发展前景摘要：循环流化床锅炉技术是近年新兴的煤燃烧技术，在过去的30年间，它的应用已经从小型锅炉发展成300MW机组容量的配套锅炉。
从大量实践应用来看，CFB锅炉有很好的脱硫功能，NOx的生成相对较小，它具有负荷调整能力好、燃料适应性好、综合应用等特性。
目前，一次性能源在整个燃煤中占据着主体功能，而工业则以煤电为主，并且国内发电煤质交叉，所以大型循环硫化锅炉技术对电力事业发展具有很强的现实意义。
关键词：循环流化床；锅炉技术；现状；发展前景1流化床锅炉技术的特点1.1燃料的实用性较广循环流化床锅炉采用的是循环燃烧技术,在锅炉炉膛中存有大量受炽热固体颗粒形成的床料,热容量相当大,而新加人的燃料所占比重仅是整个循环床料的5沐7%左右,新燃料加人后会随着循环迅速的被加热到着火温度达到燃烧释放热量。
煤质变化对锅炉燃烧及带负荷影响较小,有助于电网的安全运行。
1.2燃料的应用效率较高新型循环流化床锅炉热效率可达87%以上,能够在运行变化范围内保持较高的燃烧效率。
循环硫化床锅炉使得进人炉膛内的固体燃料颗粒得以均匀充分的燃烧,对未燃烧尽的燃料颗粒会通过分离器和回料装置返回炉膛内进行燃烧,这大大降低了机械不完全燃烧造成的损失。
多次燃烧的方式保证燃料充分燃尽,提高燃烧效率。
1.3污染物的排放量较少基于循环流化床锅炉的低温燃烧特性,有效降低了烟气中S02的排放量,提高了脱硫效率。
其中采用石灰石脱硫与煤粉炉烟气干湿法脱硫相比效果要好,还能节约脱硫成本和运行费用,循环流化床低温燃烧的性质可有效控制Nox的生产,降低对CO、HCI、HF等污染物的排放。
2循环流化锅炉的发展现状2.1鼓泡硫化锅炉技术沸腾炉（鼓泡流化床）最早产生在20世纪60年代后期，通过坚持不懈的研究，工作人员终于解决了难点，同时在摸索中一直归纳经验，这让鼓泡流化床锅炉技术得到了进一步发展。
但事实上，鼓泡流化床锅炉在产品研发与研究中，很多人员都发现该技术燃料有很多局限，最后只得使用油页岩作为高灰燃料，所以鼓泡流化床的技术发展受到了制约。
超临界循环流化床锅炉技术发展现状与展望
超临界循环流化床锅炉技术发展现状与展望摘要：超临界循环流化床（CFB）锅炉技术是我国自主研发的先进燃煤技术，由于其具有高效、低污染、高可靠性等优点，是目前我国大力发展的清洁发电技术之一。
针对超临界CFB锅炉技术特点和当前面临的问题，本文将会概述超临界CFB锅炉技术发展历程和现状，从试验研究和工程应用方面探讨超临界CFB锅炉面临的技术挑战，并对其未来发展进行展望，以期人们能够更好地利用该技术，从而获得更加清洁的能源。
关键词：超临界；循环流化床；锅炉技术；发展现状；展望1 引言自20世纪60年代以来，美国、日本、德国等国家对燃煤发电技术进行了深入的研究，并在超临界煤粉炉、超超临界循环流化床（CFB）锅炉及高效低污染清洁燃煤发电技术等方面取得了一定的研究成果。
进入21世纪以来，我国对循环流化床（CFB）锅炉技术进行了大量的研究和应用，在研发和设计制造超临界CFB锅炉方面也取得了很大进展。
在国家能源局的大力支持下，中国电力科学研究院牵头研制了我国首台额定参数超临界CFB锅炉，并于2014年在贵州大唐国际湄潭发电有限责任公司投入商业运行，这标志着我国正式掌握了超临界CFB锅炉的核心技术，但是我国仍然需要在相关技术方面进行完善升级。
2 超临界循环流化床锅炉技术的发展困境超临界循环流化床锅炉技术的发展伴随着一系列新的挑战，从最开始的蒸汽压力仅有35MPa，到目前可以达到100MPa甚至200MPa，对于技术水平的提升是巨大的。
但是，也存在着许多技术瓶颈，包括对超临界压力下材料特性的研究、锅炉热力系统优化设计和运行工况优化、开发适应于超临界循环流化床锅炉的控制技术等。
首先，材料特性研究方面，目前我国还没有能全面掌握超临界循环流化床锅炉材料特性的试验平台。
很多研究都是基于实验室条件，其可靠性和准确性很难得到验证，因此，只有掌握了材料特性，才能更好地指导超临界循环流化床锅炉的设计。
其次，锅炉热力系统优化设计和运行工况优化方面，超临界循环流化床锅炉由于蒸汽压力较高，如果没有考虑其特点，很难设计出合适的热力系统，从而使锅炉在设计阶段就考虑了各种不利因素，影响了锅炉的整体性能。
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东北电力学院学报第21卷第1期 Journal Of Northeast China Vol.21,No.1 2001年3月Institute Of Electric Pow er Engineering Mar.,2001文章编号:100522992(2001)0120006205从法国Gardanne250MWCFB锅炉看循环流化床燃烧技术的发展曹坤龙1,王志伟1,魏高升2,周振堂3,刘柏谦2(1.株州电厂,湖南株州 412000;2.东北电力学院动力工程系,吉林吉林 132012;3.白城林业学校,吉林白城 137000)摘 要:以法国G ardanne电厂250MW循环流化床锅炉的基本技术概况和法国电力局为放大到600MW进行的技术研究进行述评,并对循环流化床燃烧技术的发展提出看法。
关 键 词:循环流化床锅炉;大型化;发展中图分类号:T K299.6、T K16 文献标识码:A0 前 言能源与环境是当今世界的两大主题。
假定世界能源消费以目前的速度增长,到2050年将是现在的3倍,其中发展中国家将消费70%。
世界能源会议(WEC)第17次会议(1998)预计,未来二十年全球能源消费将增加50%。
循环流化床燃烧(CFBC)技术是近年来在国际上发展起来的新一代高效、低污染的清洁燃烧技术。
截止1999年,全世界已有600多台CFB锅炉运行和建设,在我国、印度及其发展中国家还运行着数以百计的小型CFB锅炉。
目前,已经投运的最大的一台CFB锅炉是法国G ardanne250 MWCFB锅炉(截面积是170m2),按照容量算是发电250MW耗煤3600t/d锅炉;波兰Turow电站的三台235MW亚临界再热循环床锅炉也已投入商业运营;印度的Gujarat电厂,容量330MWCFB锅炉正在建设阶段,制造厂商已经可以提供600MW的商业设计。
目前,法国电力局正在进行G ardanne250 MWCFB锅炉放大到600MW的研究中,而ABB-CE、Ahlstrom、Lurgi、F and W等公司都有250～400 MW的研发计划(2000)。
这表明大型循环流化床电站锅炉已开始步入商业化阶段,从目前实际发展来看,九十年代,法国的循环流化床燃烧技术在实践方面已经走在了世界前列,其情形很像八十年代德国Duisburg CFB锅炉。
以下就法国250MWCFB锅炉的情况作简要的文献综述,同时对他们所进行的600MW放大的研究和准备进行简要介绍。
1 法国Provence/G ardanne250MW循环流化床锅炉[1,2,3]Provence250MWCFB锅炉(见图1)由GEC2AL STROM公司采用Lurgi CFB技术并受益于法国电力局对E.Huchet电厂的测试研究以及在Lys2Lez2Lannoy实验室冷模实验台上研究的基础上而设计的。
锅炉于1992年开始建设,1995年11月并网发电,到1997年末,锅炉已在不同负荷下运行5000h,收稿日期:2000212213作者简介:曹坤龙(1969-),男,株州电厂工程科工程师。
图1 Provence 250MW 循环流化床锅炉三维透视图性能良好。
该锅炉以裤衩腿底部的炉型为特色,炉底被分成两个腿,每个腿均有其独立的布风装置。
每腿上部设计面积11.5×7.4m ,保证当燃用G ardanne 煤,过量空气系数为1.2时的流化风速接近5.5m 。
锅炉采用四个旋风分离器(每侧两个),直径7.4m ,下接锥形阀和大的流化床换热器。
每个流化床换热器通过锥形阀控制回灰量。
装中温过热器的流化床换热器的回灰用于调节炉膛温度;装低温过热器和末级再热器的流化床换热器用于再热气温的调节。
很有兴趣地注意到,如果燃用常规烟煤,此锅炉已经达到了300MW 循环流化床锅炉的体积。
此锅炉属于自然循环锅炉,汽水系统如图2所示。
低中温过热器放在外置式换热器(FBHEs )中,高温过热器放在后部作为第一级对流受热面;高温再热器放在FBHEs 中;低温再热器放在后部作为第二级对流受热面(高过和省煤器之间)。
锅炉运行特征受到原有汽轮机的制约,过热蒸汽参数:700t/h ,16.3MPa ,565℃;再热蒸汽参数:651t/h ,3.75MPa ,565℃;毛功率250MW ,净功率231.7MW ,排烟温度145℃,锅炉效率90.5%(L HV ),电厂效率38.8%(L HV ),煤耗149t/h ,石灰石耗量15t/h 。
图2 Provence 250MWCFB 锅炉汽水回路锅炉烧G ardanne 煤矿高硫、高挥发份的次烟煤,设计粒度0～10mm (D50=1mm ),灰中含钙高,[Ca/S]=1.5～2.5,稍加石灰石就可以达到97%的脱硫率。
煤的收到基本成分为:M =11%～14%,A=29%～32%,C =40%,N =0.97%,S total =3.68%,L HV =6350Btu/lb (14775kJ /kg ),HHV =6690Btu/lb (15565kJ /kg ),配烧当地高粘度、高硫重渣油,成分为:M =0.4%,A =0.07%,C =85%,N =0.92%,S =4.5%,L HV =16360～17190Btu/lb(38050～39980kJ /kg ),粘度1500～3500cst (100℃),闪点200℃,配烧比可以达到1∶1。
启动燃料采用天然气,燃烧器放在一次风道和炉膛。
锅炉环境性能为有害物允许排放量SO x <=400mg/Nm 3([Ca/S ]<3时ηs =97%);NO x <=250mg/Nm 3;粉尘<=50mg/Nm 3。
选择裤衩腿的结构是为将来在更大型炉子上应用所作的准备。
每个腿都有其独立的一次风供应系统。
在一个单独的客容式再热空气预热器中预热的二次风在炉底分两级引入炉膛,这样可以保证稳定的燃烧而确保低NO x 排放。
运行中,大约三分之一的灰为底灰,通过两个流化床灰冷却器冷却。
其余灰为飞灰,通过常规静电除尘器收集。
在给料系统中,有四个独立的给料系统(每腿两个)。
每个由锤式破碎机提供0～10mm 的煤。
满负荷时给煤率为150t/h 。
此锅炉运行后测试表明运行特性良好。
满负荷时产汽量为730t/h ,大于合同规定值(700t/h )。
锅炉效率接近94%。
满负荷时电厂净效率为38%。
测得的SO x 、NO x 排放量均低于欧洲近期排放标准。
7第1期曹坤龙等:从法国G ardanne 250MWCFB 锅炉看循环流化床燃烧技术的发展 2 为放大换到600MW 进行的CFB 炉膛行为的研究循环流化床锅炉炉膛的设计依靠两相流体动力学和传热学的理论。
在全球,关于循环流化床的研究和发展已变得十分重要,但这些研发工作主要基于小型结构的,而来自于大型锅炉的数据却十分有限。
法国电力局与G ASI 在过去十多年里一直积极进行循环流化床的燃烧研究和理论研究。
在研究中,他们采用实炉测试与实验室测试相结合的形式,积累了一定的经验。
在流化床大型化的研究中,提出了几个值得我们探讨的概念。
2.1 “裤衩腿”型结构“裤衩腿”型结构见图3。
这种结构为循环流化床锅炉的放大提供了一个好的方法,并能够设计1.5m 宽的炉膛。
这种设计,能够保持良好的二次风穿透深度来保证煤、空气、石灰石的良好混合,又能在炉膛底部实现有效的化学反应(主要是改进燃烧降低氮氧化合物排放量)。
2.2 内置式流化床换热器在放大250MW Provence 锅炉到600MW 的可行性研究中,注意到,随着锅炉容量的增加,与炉墙相比,外置式换热器的换热量要相对增加。
这就要求外置式换热器数量和体积增加,而这与锅炉循环灰控制点数量是冲突的。
为解决此矛盾,G ASI 新概念是内置式流化床换热器,是基于环核模型(中间为颗粒上升区,靠近炉墙为颗粒下降的环形区)的理论建立起来的(如图4)。
内置式换热器收集到的颗粒由溢流口进入炉膛。
这种结构的优点在于:图3 Provence 250MWCFB 锅炉内置式流化床换热器和Wingwalls 管试验安装位置图4 内置式流化床换热器原理图 (1)在全负荷时能获得大量的颗粒,提高换热室的温度进而减少了传热面积;(2)部分负荷时的颗粒流也大大增加,因而降低了控制点数且在最小负荷时不必投油;(3)换热器在室内具有平行排列的可能性;(4)在炉膛较低部位增加颗粒再循环回路;(5)增加了向炉膛底部颗粒再循环处添加燃料的可能性。
内置床换热器的概念完全来源于炉墙的延伸。
这种结构可以使600MW 锅炉不使用密相床埋管受热面。
为确定内置式换热器的可行性,G ASI 对此进行了大量的研究。
其中包括在冷态循环流化床模型上的研究;对E.Huchet125MWCFB 锅炉的测试;以及Provence 250MWCFB 锅炉上的试验[2,4],很好地证明了这种结构的可行性。
在E.Huchet 125MWCFB 锅炉的测试中,提出了与其它学者相异的炉内8 东北电力学院学报第21卷特性参数计算式,作为对比,列于表1中。
表1 炉内特性参数计算公式对比来自于小型试验台 E.Huchet 125MW CFB 锅炉压力沿炉膛高度的变化(Pa )Δp =1.1335ρp g (1-ε)Δh +0.0047Δp =ah β轴向悬浮密度ε=εa +( ε-ε)exp [-1z 0(z -z i )]ρb (h )=-1g 9P (h )9h =-αβg h β-1边界层厚度和再循环比S D t =0.55Re -0.22t (H t D t )0.21(H t -h H t )0.73Z (h )=0.2+0.73(H e ,min -h H e ,min )G u (h )=ρb (h )(u a -u t )G d (h )=G u (h )-G s G s =G u (H e ,min 3(1-α)Z =G d /G u 局部传热系数h f =αρn b 750℃<Tb <850℃h f =αρβbav T r bav 2.3 Wingwalls 管蒸发受热面在锅炉设计中,在一定的参数下(850～900℃,炉底裤腿设计,流化风速4～6m/s 传热系数使用 E.Huchet CFB 锅炉测量值并局限在炉高内),水冷壁和其他热交换器的蒸发热力份额就可以计算了。
结果见图5(采用了平均传热系数)。
图5 满负荷时水冷壁吸热量与锅炉参数和流化风速的关系应该注意到250MW 以上,在水冷壁之外安装一些蒸发受热面(提高锅炉容量)就有必要了。
目前各锅炉建造商推荐的解决方案有:(1)Wigwalls 蒸发管(Ahlstrom 2Pyropower ,Fraser ,1991);(2)对流段的蒸发管束(Bashar 2Czarnecki 。