循環流化床鍋爐發展概況及前景展望

張德勤

（盤錦市特種設備監督檢驗所，遼寧沈陽　124010）

循環流化床鍋爐發展概況及前景展望

張德勤

（盤錦市特種設備監督檢驗所，遼寧沈陽124010）

在建設資源節約型、環境友好型社會的大背景下，循環流化床鍋爐是一種新型的潔凈燃燒技術，通過與其他燃燒方式的對比發現其有：燃燒效率高、變負荷能力強、燃料適應性強、自用電量低、大氣污染物排飯小等特點。本文深入的介紹了幾種典型的循環流化床鍋爐，詳細分析了不同爐型的優缺點，指出不同鍋爐制造企業的技術流派，挖掘了循環流化床鍋爐大型化、大容量、高參數、模塊化的發展方向。

循環流化床發展概況前景展望

1　研究背景

能源是人類賴以生存和發展的重要物質基礎，縱觀人類社會發展的歷史，人類文明的每一次重大進步都伴隨著能源的改進與更替［1］，［2］，［3］。隨著人類社會能源消費的高速增長，能源對人類經濟社會發展的制約和對資源環境的影響越來越明顯，已成為當今國際政治、經濟、軍事、外交關注的焦點。

改革開放以來，我國經濟社會持續快速發展，離不開有力的能源保障，目前我國已成為世界第二大能源生產與消費國、第一大煤炭生產與消費國、第二大石油消費國及石油進口國、第二大電力生產國。在經濟全球化深入發展和我國現代化加快推進的大背景下，能源直接關系經濟發展、國家安全和民族根本利益。因此，認清我國的能源形勢、合理選擇能源發展戰略及采取有效的政策措施成為十分重要的問題。

我國能源資源總量比較大，其中水能和煤炭較為豐富，蘊藏量分別居世界第1和第3位；而優質化石能源相對不足，石油和天然氣資源的探明剩余可采儲量目前僅列世界第13和第17位。但由于人口眾多，我國各種能源資源的人均占有量都遠低于世界平均水平。

在現有的煤燃燒方式中，煤粉燃燒技術及循環流化床燃燒技術是實現了大型化和商業化應用的潔凈煤燃燒技術，并大量應用于電站鍋爐領域［4］.［5］。煤粉鍋爐由于其爐內煤粉可以和空氣充分混合，且煤粉顆粒的比表面積大，在燃燒過程中，煤粉顆粒可以與空氣充分混合，其燃燒效率可達85%以上，熱損失較低；設備檢修成本低、損壞消耗周期短，極易實現自動化控制；但同時存在諸多問題，如煤粉顆粒吸濕形成塊狀后容易爆燃，爐內溫度高容易結焦，易產生氮氧化物，復合調節性差，煤質要求高，鍋爐點火時需要較高的爐膛溫度等問題。相對煤粉鍋爐，流化床鍋爐爐料顆粒尺寸相對較大，由于流化風的作用，顆粒在爐膛內懸浮燃燒，其燃燒溫度低于煤粉燃燒溫度，一般為800-900℃，氮氧化物生成量低，且尾氣處理效果好。相比其他燃燒方式，有以下幾點優勢：

（1）相比層燃鍋爐具有較高的燃燒效率。燃料經給料口進入循環流化床鍋爐進行燃燒，由于爐膛內燃燒溫度較低，部分未燃盡的燃料顆粒隨流化風的作用進入煤粉燃燒區，該區域的溫度較高，燃料顆粒可以得到充分的燃盡，而煤粉燃燒部分的燃燒效率本身就很高；而在層燃鍋爐中，燃料固定在爐排上，燃燒過程是垂直向下進行，燃燒強度低，同時無法保證燃料完全燃盡，其燃燒效率一般在70%左右，嚴重低于流化床鍋爐的燃燒效率。

（2）燃料適用性強。流化床鍋爐可以穩定的燃燒劣質煤，而在煤粉鍋爐內劣質煤很難運行，采用復合燃燒可以保證在鍋爐下部形成一個穩定的熱源，強化劣質煤燃燒；同時，傳統煤粉鍋爐的點火方式為先用油、氣或等離子點火，對鍋爐爐膛先行預熱，當達到煤粉燃燒溫度后再噴入煤粉，而復合燃燒下部流化床鍋爐熱源作用，使得煤粉鍋爐在點火過程變得相對簡單和經濟。

（3）鍋爐運行變負荷能力強。按照鍋爐爐膛容積設計流化床鍋爐負荷和煤粉鍋爐負荷比例，本文按照1：9的比例設計。當煤粉鍋爐低負荷運行時，需要投油穩燃，消耗大且運行效率極低，當負荷低于50%時，煤粉鍋爐一般很難運行。而復合燃燒有效的改善了鍋爐運行負荷范圍。當鍋爐低負荷運行時，可先由流化床鍋爐運行，隨著復合的提高，煤粉鍋爐在投入運行，這樣在保證鍋爐運行效率的前提下，極大的擴大了鍋爐運行符合范圍。

（4）大幅降低鍋爐自用電量。一般的煤粉鍋爐前配置磨煤機，需將煤磨至90μm。磨煤機一般采用機械力對煤塊進行反復碾壓，將煤塊進行破碎變成煤粉，直到煤粉達到指定粒度為止。而復合燃燒中流化床鍋爐對煤粉粒度的要求相對寬松，一般為0-10mm，最大粒徑可達50mm，這樣可大大降低磨煤機耗電量，即較大幅度的降低鍋爐自用電量。

（5）有效降低煙氣污染物對大氣的污染。流化床鍋爐可以采用摻燒石灰石、生石灰等脫硫劑的形式，在爐內使硫元素與脫硫劑充分反應，方便經濟的實現爐內脫硫。同時，由于流化床鍋爐爐內較低的燃燒溫度，有效的抑制熱力型氮氧化物的生成。

2　發展概況

1979年芬蘭的Ah lstrom公司研發并于芬蘭Pih lava投運了一臺20t/h循環流化床鍋爐，其標志著全球循環流化床鍋爐技術正式商業化。隨后德國Lurgi公司、德國B&W公司、美國FW公司分別按照市場需求，分別研制了各具特點的循環流化床鍋爐。近些年，循環流化床鍋爐技術獲得了長足的發展。目前，在我國1064家鍋爐制造企業中，有近70%生產流化床鍋爐；其中231家A級鍋爐（含A級鍋爐部件）制造企業，有近90%生產流化床。

目前，比較典型的循環流化床鍋爐主要有以下幾種：

（1）以原芬蘭Ah lstrom公司研制的Pyroflow型循環流化床鍋爐。該爐型是目前世界上運行數量最多的爐型，采用高循環倍率和高溫旋風分離器，頂部設置“Ω”型過熱器，回料口底部不設置物料換熱器；其結構較為簡單。

（2）以德國魯齊公司設計并冠名的Lurgi型循環流化床鍋爐。該爐型在原芬蘭Ah lstrom公司研制的Py roflow型循環流化床鍋爐基礎上，在旋風分離器的回料閥處加裝了外置流化床換熱器，有助于控制火床溫度，強化了爐內物料的燃燒和傳熱控制，但其系統較為復雜，運行成本較高。

（3）以美國F.W.公司設計并冠名的F.W.型循環流化床鍋爐。該爐型融合了上述兩種爐型的成功經驗，并應用了大量的自主研發的專利技術：汽（水）冷分離器，方形分離器以及爐膛一體化成型技術，INTREX循環灰換熱器等。

（4）以德國Babcock和VKW公司聯合開發的Cirofluid型循環流化床鍋。該爐型采用中溫分離并設置兩級分離裝置，其中第二級分離器布置于過熱器后，并在爐膛上部布置部分對流受熱面，降低了鍋爐的生產成本，目前主要應用于中低容量的循環流化床鍋爐。

（5）以美國巴威公司生產并冠名的巴威內循環循環流化床鍋爐。該爐型采用初級慣性分離和末級旋風分離相結合的方式，其中初級槽型分離器安裝在爐膛出口內，使分離出來的飛灰在爐膛內實現循環，這樣降低了分離器的運行負擔，整個系統結構簡單。

3　前景展望

目前國際上循環流化床鍋爐正逐步朝著大型化、大容量、高參數、模塊化方向迅猛發展。其發展方向是超臨界參數循環流化床鍋

············爐。由于流化床技術和超臨界技術都是相對成熟的技術，兩者結合形成超臨界循環流化床鍋爐技術可實現優勢互補，從環保和能效上實現雙突破，特別是鍋爐制造企業以及大專院校已著手開展相關研究。Stein公司已完成了600MW e超臨界循環流化床鍋爐的設計［6］；ABB-CE公司正在積極策劃超臨界循環流化床鍋爐的示范工程；浙江大學劉靜等依據國內外循環流化床取得的成果，給出了1臺600MW e超臨界循環流化床鍋爐的設計方案［7］；清華大學從機理上對循環流化床鍋爐進行了分析，提出“定態理論”，并通過對電廠發電機組的經濟性研究和超臨界循環流化床機組相關問題的探討，完成了600MWe和800MWe循環流化床鍋爐的概念設計及水冷壁水動力、壁溫等設計計算；FW公司已完成1臺歐洲的460MWe世界醉倒的超臨界循環流化床鍋爐的制造工作，并已于2005年投產，現運行良好。

超臨界循環流化床作為下一代循環流化床燃燒技術，已經備受重視。目前我國也在積極策劃實施超臨界循環流化床的示范工程。希望在不久的將來，世界上容量最大、參數最高的循環流化床鍋爐將在中國誕生。

［1］Enerdata.Global Energy Statistical Year book2015-Total energy consumption［EB/OL］.

［2］江澤民.對中國能源問題的思考［J］.上海交通大學學報，2008，42（3）：345-359.

［3］賈承造.我國能源前景與能源科技前沿［J］.高校地質學報，2011，17（2）：151-160

［4］駱仲泱，何紅舟，王勤輝，等.循環流化床鍋爐技術的現狀及發展前景［J］.熱力發電，2004，26（6）：761-767.

［5］岳光溪.循環流化床燃煤技術在我國的發展與前景［J］.電力設備，2008，9（5）：104-106.

［6］Semedard J C，Cauville P，Mom J X.Development of ultra large CFB boiler［A］.Donald W Geiling，Donald L Bonk eds.Proceeding of16th International Conference on FBC［C］.ASME，2001，Nevada，171.

［7］李靜，王勤輝，駱仲泱，等.發展超零界循環流化床的討論［J］.熱能動力工程，2002，17（5）：439-441.