1、.：.；循環(huán)流化床鍋爐的開展與展望國(guó)網(wǎng)能源開發(fā) 胡昌華 孫志寬 張文清一循環(huán)流化床鍋爐的開展與現(xiàn)狀循環(huán)流化床CFB鍋爐是近三十年開展起來(lái)的一種新型干凈煤熄滅技術(shù)。在短短的三十年間，流化床技術(shù)得到了飛速開展，由最初的鼓泡流化床開展到了循環(huán)流化床，其運(yùn)用也由小型鍋爐開展到容量與煤粉爐大體相當(dāng)?shù)拇笮碗娬惧仩t。1.國(guó)外循環(huán)流化床的開展新一代的循環(huán)流化床真正得到運(yùn)用始于七十年代末八十年代初。1979年，芬蘭奧斯龍Ahlsltrom公司開發(fā)的世界首臺(tái)20t/h商用循環(huán)流化床鍋爐投入運(yùn)轉(zhuǎn)。1982年，德國(guó)魯奇Lurgi公司開發(fā)的世界上首臺(tái)用于產(chǎn)汽與供熱的循環(huán)流化床84MWth建成投運(yùn),循環(huán)流化床技術(shù)開場(chǎng)迅速

2、開展，隨著法國(guó)Stein公司制造，安裝在法國(guó)Gardanne電廠的250MW循環(huán)流化床鍋爐，安裝在波蘭Turow電廠的235MW循環(huán)流化床鍋爐以及安裝在韓國(guó)Tonghan電廠的220MW 循環(huán)流化床鍋爐的相繼投運(yùn)，波蘭Lagisza的460MW超臨界參數(shù)CFB鍋爐正在安裝，估計(jì)2021年投產(chǎn)。該臺(tái)超臨界鍋爐機(jī)組在效率和煤的經(jīng)濟(jì)利用方面屬世界領(lǐng)先程度，排放方面完全滿足歐盟大型燃煤電廠排放指點(diǎn)性規(guī)范的要求。鍋爐燃用熱值為，硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 和灰分為 的煙煤，其煤耗可比常規(guī)汽包鍋爐低，機(jī)組效率將到達(dá)。循環(huán)流化床技術(shù)曾經(jīng)向高參數(shù)，大容量邁出了步伐。2.我國(guó)循環(huán)流化床的開展我國(guó)對(duì)流化床的研討是開展得比較早

3、的，自1964年以來(lái)，在鼓泡床燃用劣質(zhì)燃料方面有相當(dāng)?shù)拈_展。在循環(huán)流化床鍋爐的研討方面，雖然起步較晚，但開展非常迅速。與國(guó)內(nèi)各科研院所配合，如中科院工程熱物理所、清華大學(xué)、浙江大學(xué)、華中理工大學(xué)、西安交通大學(xué)和西安熱工研討院等，各鍋爐制造廠先后開發(fā)出20t/h、35t/h、65t/h、75t/h、130t/h及220t/h等中、小型循環(huán)流化床鍋爐，經(jīng)過(guò)多年的開展，我國(guó)在中、小型循環(huán)流化床技術(shù)方面曾經(jīng)相當(dāng)成熟，但在大型化循環(huán)流化床鍋爐研討方面，與先進(jìn)國(guó)家還有相當(dāng)?shù)牟罹?。為此，?guó)家于1996年引進(jìn)原芬蘭奧斯龍公司410t/h常壓循環(huán)流化床鍋爐在四川內(nèi)江高壩電廠建成全國(guó)第一個(gè)100MW等級(jí)的循環(huán)流化

4、床鍋爐示范電站。在引進(jìn)消化吸收410t/h循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的根底上，我國(guó)實(shí)現(xiàn)了循環(huán)流化床技術(shù)向大型化的突破，相繼開發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的100MW、MW、150MW及200MW等級(jí)的循環(huán)流化床鍋爐，并在全國(guó)范圍內(nèi)大量投運(yùn)。2003年，根據(jù)，采用技貿(mào)結(jié)合引進(jìn)大型循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的依托工程，引進(jìn)法國(guó)ALSTOM公司一臺(tái)1025t/h的常壓循環(huán)流化床鍋爐及相應(yīng)的關(guān)鍵設(shè)備，配套一臺(tái)國(guó)產(chǎn)300MW汽輪發(fā)電機(jī)組在四川白馬建立的一個(gè)全國(guó)大型循環(huán)流化床示范電站。在引進(jìn)消化吸收白馬300MW循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的根底上，三大鍋爐廠東鍋、上鍋和哈鍋設(shè)計(jì)制造的國(guó)產(chǎn)化300MW循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組目前曾經(jīng)投運(yùn)12臺(tái)云

5、南開遠(yuǎn)、小龍?zhí)?、巡檢司各2臺(tái)；秦皇島2臺(tái)，內(nèi)蒙古蒙西電廠2臺(tái)；廣東寶麗華2臺(tái)，正在制造、安裝的已有近70臺(tái)。我國(guó)再次實(shí)現(xiàn)了循環(huán)流化床技術(shù)從100MW等級(jí)到300MW等級(jí)的勝利跨躍。因此加快對(duì)引進(jìn)技術(shù)的消化吸收，走大型化CFB國(guó)產(chǎn)化之路，減少對(duì)國(guó)外技術(shù)的的依賴，是我國(guó)流化床技術(shù)開展的方向。目前，我國(guó)曾經(jīng)在300MW循環(huán)流化床技術(shù)的根底上，開場(chǎng)了600MW循環(huán)流化床鍋爐的自主研發(fā)，成立了600MW循環(huán)流化床研發(fā)專家組，白馬600MW循環(huán)流化床鍋爐示范工程曾經(jīng)獲得國(guó)家發(fā)改委批復(fù)，正開展前期任務(wù)和初步設(shè)計(jì)，方案2021年投產(chǎn)。3.世界上流行的CFB鍋爐的主要型式世界上流行的CFB鍋爐的最主要型式有四種

6、，其特點(diǎn)分別如下： = 1 * GB3 、魯奇Lurgi型CFB鍋爐其特點(diǎn)是帶有外置熱交換器、高溫旋風(fēng)分別器、高循環(huán)倍率，爐膛內(nèi)部不布置除水冷壁以外的輻射式受熱面如屏式過(guò)熱器，而在外置式換熱器EHE中大量布置了過(guò)熱器和再熱器受熱面。 = 2 * GB3 、奧斯龍Ahlsltrom型CFB鍋爐其特點(diǎn)是不帶有外置式熱交換器、高溫旋風(fēng)分別器、高循環(huán)倍率、爐膛內(nèi)部布置少量除水冷壁外的輻射式受熱面如屏式過(guò)熱器。 = 3 * GB3 、德國(guó)巴伯考型CFB鍋爐其特點(diǎn)是不帶有外置式熱交換器、中溫旋風(fēng)分別器、較低的循環(huán)倍率、爐膛頂部布置大量除水冷壁以外的輻射式受熱面如屏式過(guò)熱器、再熱器、省煤器。 = 4 * G

7、B3 、美國(guó)福斯特惠勒FW公司的CFB鍋爐其主要技術(shù)特點(diǎn)采用蒸汽冷卻式旋風(fēng)分別器，大型的CFB鍋爐還布置有外置式熱交換器。它的外置式熱交換器稱著INTREX EHE，其特點(diǎn)是同時(shí)利用了很大一部分內(nèi)循環(huán)灰和外置分別器料腿分別下來(lái)的外循環(huán)灰兩部分作為調(diào)溫手段，構(gòu)成標(biāo)志性特點(diǎn)?？偟膩?lái)說(shuō)，CFB鍋爐的開展較常規(guī)鍋爐的開展慢，目前世界上已投運(yùn)的CFB鍋爐機(jī)組最大容量為300MW等級(jí)亞臨界機(jī)組，最大容量的訂貨業(yè)績(jī)是FW公司已中標(biāo)制造的波蘭Lagisza的460MW超臨界參數(shù)CFB鍋爐，這是世界上第一臺(tái)也是目前世界最大的超臨界CFB鍋爐。4.循環(huán)流化床技術(shù)的脫硫原理循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)石灰石干法脫硫，即是將噴

8、入爐膛的CaCO3 高溫煅燒分解成CaO，與煙氣中的SO2 發(fā)生反響，生成硫酸鈣，從而到達(dá)脫硫的目的。石灰石脫硫過(guò)程主要分以下三個(gè)步驟來(lái)完成：1 石灰石的煅燒分解CaCO3 = CaO + CO2 - 178 kj/mol2 硫的析出和氧化S + O2 = SO2SO2 + 1/2 O2 = SO3燃料煤中的硫可以分為有機(jī)硫、黃鐵礦硫兩大部分，也含有少量硫酸鹽硫。有關(guān)實(shí)驗(yàn)闡明，煤在被加熱并被熄滅的過(guò)程中，SO2 的析出呈現(xiàn)出明顯的階段性。對(duì)SO2 析出影響最大的因數(shù)是床溫暖過(guò)?？諝庀禂?shù)。實(shí)驗(yàn)闡明：SO2 析出率隨著床溫的升高而單調(diào)添加：過(guò)?？諝庀禂?shù)越大，區(qū)域氧濃度越高，SO2 析出也越多。因此

9、，單從提高SO2 的析出率而言，熄滅溫度越高，過(guò)?？諝庀禂?shù)越大，那么脫硫效率就越高。3 硫酸鹽的生成CaO + SO2 + 1/2 O2 = CaSO4+ 500 kj/mol實(shí)驗(yàn)研討闡明：熄滅溫假設(shè)小于800時(shí)，脫硫反響的速率很低，從而引起床料中石灰石捕獲SO2 的效果降低，難以到達(dá)有效脫硫；相反，當(dāng)熄滅溫度過(guò)高(920)時(shí)，雖然反響速率很高，但脫硫效率反而會(huì)下降，緣由是：溫度過(guò)高，會(huì)引起石灰石顆粒的外表孔隙過(guò)早堵塞，而內(nèi)孔物質(zhì)未得到充分利用；同時(shí)，溫度過(guò)高時(shí)，顆粒外表會(huì)產(chǎn)生部分低氧和復(fù)原氣氛，使曾經(jīng)生成的CaSO4，重新分解為CaO并釋放出SO2，從而降低脫硫劑的利用率。因此就脫硫效果而言

10、，存在一最正確脫硫溫度。雖然這一最正確溫度還遭到脫硫劑種類、粒徑、煅燒條件等諸多條件的限制，但目前比較公認(rèn)的最正確反響溫度為850900之間。二循環(huán)流化床鍋爐的特點(diǎn)國(guó)際上普遍認(rèn)可的干凈煤發(fā)電技術(shù)主要包括增壓循環(huán)流化床PFBC、整體煤氣化結(jié)合循環(huán)IGCC、常壓循環(huán)流化床CFB技術(shù)。其中，常壓循環(huán)流化床發(fā)電技術(shù)是國(guó)際上公認(rèn)的商業(yè)化程度最好的成熟技術(shù)，這種技術(shù)是八十年代開展起來(lái)的一種新型干凈煤熄滅技術(shù)，它為處置高硫煤和劣質(zhì)煤及滿足嚴(yán)厲的大氣排放規(guī)范帶來(lái)了愉快的前景。循環(huán)流化床干凈煤熄滅技術(shù)具以下優(yōu)點(diǎn)：1.燃料順應(yīng)性廣由于循環(huán)流化床鍋爐采用的是循環(huán)熄滅技術(shù)，在爐膛、旋風(fēng)分別器、虹吸密封回路進(jìn)展循環(huán)的床

11、料輔助床料沙、脫硫用的石灰石、燃煤及熄滅后的煤灰等的熱容量是相當(dāng)大的，而新參與的燃料按分量比僅占整個(gè)循環(huán)床料的5%7%，參與后隨著循環(huán)的進(jìn)展會(huì)迅速被加熱到著火溫度而熄滅并釋放熱量，同時(shí)在循環(huán)過(guò)程中由于顆粒之間的相互碰撞，燃料顆粒會(huì)破碎成細(xì)小的顆粒，這樣更利于燃料的燃盡。所以循環(huán)流化床鍋爐幾乎可以燃用一切種類的燃料并到達(dá)很高的熄滅效率。其中包括高灰分、高水分、低熱值的劣質(zhì)燃料，如泥煤、褐煤、油頁(yè)巖、爐渣、木屑、洗煤廠的煤泥、洗矸、煤礦的煤矸石等以及難于點(diǎn)燃和燃盡的低揮發(fā)分燃料，如貧煤、無(wú)煙煤、石油焦和焦巖等。因煤量變化對(duì)鍋爐熄滅及帶負(fù)荷影響較小，有利于電網(wǎng)的平安穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)劣質(zhì)煤資源的利器具有深

12、遠(yuǎn)的意義。2.負(fù)荷調(diào)理性能好，負(fù)荷調(diào)理幅度大循環(huán)流化床鍋爐在運(yùn)轉(zhuǎn)中負(fù)荷的調(diào)理范圍可從100%30%，在30%的負(fù)荷時(shí)不需求投油助燃，熄滅非常穩(wěn)定。該優(yōu)點(diǎn)非常利于電網(wǎng)的調(diào)峰，對(duì)水電資源非常豐富的電網(wǎng)有著重要意義。3.環(huán)保目的優(yōu)越循環(huán)流化床鍋爐正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)床溫控制在850950，同時(shí)根據(jù)燃煤特性以一定的Ca/S向爐內(nèi)參與石灰石粉作為脫硫劑，在熄滅的過(guò)程中脫去熄滅生成的SO2，而石灰石粉在 850950范圍內(nèi)脫硫效率最高，所以循環(huán)流化床鍋爐采用850950熄滅溫度可以到達(dá)較高的脫硫效率。同時(shí)循環(huán)流化床在850950熄滅溫度下能有效地抑制熱反響型NOx的生成，再加上采用了分級(jí)熄滅方式送入二次風(fēng)，又有效地

13、控制了燃料型NOx的生成。循環(huán)流化床干凈煤熄滅技術(shù)的污染控制本錢是很有競(jìng)爭(zhēng)力的，是曾經(jīng)為世界各國(guó)公認(rèn)的較為成熟而最有出路的干凈煤熄滅技術(shù)。三四川白馬300MW循環(huán)流化床示范工程概略四川白馬1300MW循環(huán)流化床示范工程是根據(jù)，采用技貿(mào)結(jié)合引進(jìn)大型循環(huán)流化床簡(jiǎn)稱CFB鍋爐技術(shù)的依托工程，引進(jìn)一臺(tái)1025t/h的常壓循環(huán)流化床鍋爐及相應(yīng)的關(guān)鍵設(shè)備，配套一臺(tái)國(guó)產(chǎn)300MW汽輪發(fā)電機(jī)組在四川白馬建立的一個(gè)全國(guó)大型循環(huán)流化床示范電站。1025t/h常壓循環(huán)流化床鍋爐由法國(guó)ALSTOM公司設(shè)計(jì)供貨，300MW汽輪發(fā)電機(jī)組分別由東方汽輪機(jī)廠和東方電機(jī)廠供貨。引進(jìn)制造技術(shù)的接納方為三大鍋爐廠，系統(tǒng)設(shè)計(jì)接納方為

14、中國(guó)電力工程咨詢公司電規(guī)總院和六大設(shè)計(jì)院。工程于2003年5月15日正式開工，2005年12月30日初次并網(wǎng)，2006年4月17日完成168小時(shí)滿負(fù)荷試運(yùn)后正式投入商業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)。機(jī)組經(jīng)過(guò)2006年、2007年2次B級(jí)檢修，以及2021年的A級(jí)檢修，機(jī)組目前設(shè)備安康情況較好，運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定。四循環(huán)流化床鍋爐的環(huán)保性能及運(yùn)轉(zhuǎn)情況1. 100MW等級(jí)循環(huán)流化床機(jī)組的環(huán)保特性根據(jù)全國(guó)電力行業(yè)CFB協(xié)作網(wǎng)2005年CFB機(jī)組競(jìng)賽數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，參賽電廠44家，參賽機(jī)組79臺(tái)， 其中MW級(jí)機(jī)組38臺(tái)，50MW級(jí)機(jī)組41臺(tái)，MW級(jí)機(jī)組SO2排放平均值為406.4272mg/m3,NOX排放平均值123.1917 mg/m3

15、,脫硫率平均為84.688純凝機(jī)組和86.104供熱機(jī)組 。根據(jù)全國(guó)電力行業(yè)CFB協(xié)作網(wǎng)2006年CFB機(jī)組競(jìng)賽數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，參賽電廠36家，參賽機(jī)組60臺(tái)，其中MW級(jí)機(jī)組42臺(tái)，100MW級(jí)機(jī)組18臺(tái)，SO2排放平均值為241.8mg/m3,NOX排放平均值102.09 mg/m3,脫硫率平均為87.35純凝機(jī)組和89.45供熱機(jī)組。2. 300MW等級(jí)循環(huán)流化床機(jī)組的環(huán)保特性 = 1 * GB3 白馬300MW循環(huán)流化床機(jī)組的環(huán)保特性根據(jù)白馬300MW循環(huán)流化床鍋爐的實(shí)踐運(yùn)轉(zhuǎn)情況，設(shè)計(jì)煤種灰份35.27，低位發(fā)熱量18495KJ/Kg，如今運(yùn)用的煤種有些曾經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離設(shè)計(jì)煤種，灰份最高有56，低

16、位發(fā)熱量最低11000 KJ/Kg左右，且煤中攙和有約10左右的石頭和矸石。2006年全年燃煤平均灰分44.75%,平均低位發(fā)熱量16037.37KJ/Kg；2007年上半年燃煤平均灰分45.8%,平均低位發(fā)熱量14692.03KJ/Kg，2021年13月，燃煤平均熱值為11900 KJ/Kg，灰分達(dá)56。，但鍋爐爐內(nèi)流化情況依然較好，汽溫、汽壓也能到達(dá)要求，充分證明了循環(huán)流化床鍋爐對(duì)煤種的順應(yīng)性。循環(huán)流化床鍋爐具有很好的脫硫才干，它經(jīng)過(guò)在爐內(nèi)摻燒一部分石灰石，能有效的減少二氧化硫的排放量。而常規(guī)煤粉爐為降低二氧化硫排放，需添加煙氣凈化系統(tǒng)，但投資大，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用高。本工程在燃用硫分為2.93的高

17、硫煤時(shí)，SO2排放量?jī)H為0.809t/h，比常規(guī)鍋爐減少了7.281 t/h。西安熱工研討院和四川電力實(shí)驗(yàn)研討院于2007年4月進(jìn)展的機(jī)組環(huán)保性能考核實(shí)驗(yàn)結(jié)果SO2排放量?jī)H為0.651t/h，排放濃度560mg/Nm3,此時(shí)Ca/S為1.74，脫硫效率為94.72。 循環(huán)流化床鍋爐采用低溫、分段熄滅技術(shù)，床內(nèi)溫度控制在890左右，低于生成熱力型NOx所需求的溫度。環(huán)保監(jiān)測(cè)數(shù)聽闡明排放濃度在50-100 mg/Nm3,僅為常規(guī)鍋爐的10左右，而且?guī)缀鯖]有任何脫硝運(yùn)營(yíng)本錢。 西安熱工研討院和四川電力實(shí)驗(yàn)研討院于2007年4月進(jìn)展的機(jī)組環(huán)保性能考核實(shí)驗(yàn)結(jié)果NOx排放量0.7 t/h，排放濃度為81

18、mg/Nm3。按照年發(fā)電小時(shí)4600小時(shí)計(jì)，年排放量為642.62噸，大大低于常規(guī)鍋爐NOx排放量。 = 2 * GB3 國(guó)產(chǎn)化循環(huán)流化床鍋爐環(huán)保排放情況根據(jù)我們收資了解的情況云南開遠(yuǎn)電廠、秦皇島電廠各2臺(tái)300MW循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組SO2排放濃度長(zhǎng)期在200mg/Nm3以內(nèi),脫硫效率可達(dá)95和98。 = 3 * GB3 法國(guó)普羅旺斯電廠250MW循環(huán)流化床鍋爐在Ca/S為2.5時(shí)脫硫率已達(dá)99。過(guò)去中小型循環(huán)流化床機(jī)組脫硫效率普通在90以下，一些專家學(xué)者質(zhì)疑循環(huán)流化床的開展，而如今循環(huán)流化床機(jī)組實(shí)踐運(yùn)轉(zhuǎn)證明了大型循環(huán)流化床鍋爐的脫硫效率完全可以滿足越來(lái)越嚴(yán)厲的環(huán)保排放要求。3. 300MW等

19、級(jí)循環(huán)流化床機(jī)組的運(yùn)轉(zhuǎn)情況由于煤質(zhì)的差別，各地循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)轉(zhuǎn)情況有所差別，但從整體情況看根本上都可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期平安穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，如山東江泉實(shí)業(yè)MW循環(huán)流化床鍋爐延續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)300天，白馬300MW循環(huán)流化床鍋爐最長(zhǎng)延續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)155天，秦皇島電廠300MW循環(huán)流化床鍋爐最長(zhǎng)延續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)200天，云南開遠(yuǎn)電廠300MW循環(huán)流化床鍋爐最長(zhǎng)延續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)293天五循環(huán)流化床鍋爐的開展展望循環(huán)流化床鍋爐干凈煤熄滅技術(shù)是目前商業(yè)化程度比較好的干凈煤熄滅技術(shù)?，F(xiàn)狀，亞臨界CFB電站鍋爐無(wú)論在容量、效率和可用率方面均已到達(dá)根本上和煤粉爐相比的程度，如何實(shí)現(xiàn)超臨界蒸汽循環(huán)和CFB熄滅技術(shù)的結(jié)合，在處理環(huán)保排放的同時(shí)又能到達(dá)較高的發(fā)電效率，是CFB熄滅技術(shù)下一步開展的主要方向。以法國(guó)ALSTOM公司和美國(guó)FW公司為代表的大型循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)、制造商曾經(jīng)設(shè)計(jì)出600MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐方案，但目前沒有訂貨業(yè)績(jī)。我國(guó)高度注重超臨界CFB鍋爐的開展，先后在兩個(gè)國(guó)家科技攻關(guān)工程中資助相關(guān)的前期研討，跟蹤國(guó)際上的最新開展動(dòng)態(tài)。在2002年的國(guó)家高科技開