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1、第一章 国内外CFB锅炉的发展现状第一章 国内外CFB锅炉的发展现状1.1 国外CFB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
2、，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(Lurgi)循环流化床锅炉及Alstom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
3、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
4、添了更多信心，为CFB锅炉的进一步发展开辟了道路。表1-1 Gardanne电厂燃料分析成分单位Gardanne煤其它煤掺烧油渣Mar%111434.5Qnet.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)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
5、地的高硫煤和其它煤，也可掺烧50%(热值)的油渣。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1-1 Gardenne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
6、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(AHLSTROM)型及Foster Wheeler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
7、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
8、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1-2 Turow 235MWe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
9、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1
10、-3 美国JEA电厂2300MWeCFB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。图1-4 波兰Turow电厂的262MWe紧凑型锅炉
11、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1-5 将建于波兰 PKE 电厂的460MWe超临界直流锅炉1.1.3 美国 Babcock
12、& Wllcox 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
13、粒径控制范围较广。1.1.4 不同煤种在CFB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。1表1-1 国外容量100 MWe级的3种CFB锅炉炉型统计表电厂名称及地址台数热功率MWth电功率MWe蒸汽参数炉型及设计制造厂家燃料投运年份流量t/h压力MPa温度德国Bewag电力公司Moabit电厂
14、(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/
15、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美国Colorado ute电力公司Nucal电厂129111042010.5541FWPI烟煤1987德国Goldenberg (Essen)电厂1312.610040011.5504FWEOY, EVT褐煤1992德国Goldenberg (Essen)电厂131310040013.5505Steinmuller褐煤1992芬兰Seinajoki电站
