浅析大型循环流化床锅炉特点

摘 要：大型循环流化床锅炉具有炉内脱硫脱硝、燃料适应范围广、调峰能力强等设备性能特点，具有常规锅炉没有的炉膛结构、旋风筒、外置床、冷渣器、高压流化风系统等设备结构特点。这些特点使循环流化床发电技术倍受重视，大型循环流化床发电技术已成为不可替代的洁净煤发电技术，得到了长足发展。我国在近期内将实现300MW级循环流化床锅炉国产化，预计“十一五”计划末期可以完成600MW循环流化床锅炉研发，从而大大提升我国电力工业和机械制造业技术水平。 关键词：浅析 循环流化床锅炉 特点 

0　前言

循环流化床锅炉技术是一种清洁燃烧技术，上个世纪80年代以来发展很快。循环流化床锅炉从小型试验阶段发展到250MW大型燃煤锅炉和300MW大型燃用石油焦锅炉在法国和美国投入商业运行，只经历了短短十多年时间，目前，法国电力公司和法国阿尔斯通公司联合研发的600MW超临界单炉膛双支腿式循环流化床锅炉已完成详细设计，美国福斯特?惠勒公司设计的480MW循环流化床锅炉将于2005年投入运行。法国阿尔斯通公司设计制造的首台300MW大型循环流化床燃煤锅炉正在地处我国四川省内江市的白马循环流化床示范工程安装，预计2005年4季度投产发电。我国在引进300MW循环流化床锅炉设备的同时，引进了200?250MW大型循环流化床锅炉设计制造技术和系统设计技术，现正进行设计人员培训、资料交付和引进技术的消化吸收工作，哈尔滨锅炉厂、上海锅炉厂和东方锅炉厂已接受开远电厂、秦皇岛电厂等企业国产300MW循环流化床锅炉订单共15台。

四川白马循环流化床示范工程是国家以技贸结合方式引进法国ALSTOM公司设计制造的300MW循环流化床锅炉建设的洁净煤发电示范项目。300MW循环流化床锅炉为亚临界单炉膛双支腿式汽包炉，燃用四川宜宾芙蓉煤矿无烟煤，煤的低位发热量18495KJ/Kg，硫份3.54%。锅炉设计主蒸汽温度540±5℃，主蒸汽压力17.4Mpa，再热蒸汽温度540±5℃，再热蒸汽压力3.7Mpa，额定蒸发量1025T/H，配套国产300MW亚临界参数汽轮发电机组。锅炉装设有4个旋风筒，4个底灰冷却器，4个外置床，受热面面积大于同容量常规锅炉。中方与法国ALSTOM公司签订的技术转让和设备供货合同已于2003年4月生效，我国总理和法国总理拉法兰参加了在北京人民大会堂举行的合同签字仪式，我国十分重视大型循环流化床洁净煤发电技术的发展。

循环流化床发电技术发展很快，并得到我国和世界发达国家高度重视的主要原因，是其独特的燃烧方式带来的特点在改善环境、充分利用一次能源资源、降低工程造价、促进电力工业可持续发展、提升电力工业和机械制造业技术水平等方面的重要作用与良好效果。大型循环流化床锅炉的特点可以分为设备性能特点和设备结构特点，现主要以白马示范工程300MW循环流化床锅炉为例，对其特点浅析于后。

1　大型循环流化床锅炉设备性能特点

大型循环流化床锅炉与常规锅炉的主要不同之处在其燃烧方式不同。常规锅炉的燃料是在炉膛内呈悬浮状态燃烧。循环流化床锅炉则是脱硫剂（石灰石）与燃料同时入炉，由炉底送入的气流将燃料、石灰石和细灰粒子托起，使其处于悬浮的“流化”状态并充满整个燃烧室，在相对较低的温度（850℃?900℃）条件下，燃料随大量强烈搅动的细灰粒子在“流化床”内循环进行燃烧。处于流化床状态的固体物料具有极强的扰动混合特性、较高的炉内和外置床物料再循环倍率、极快的烟气/物料滑移速度以及较长的炉内停留时间，从而保证了燃料燃烧和脱硫化学反应的充分进行。这种独特的燃烧组织方式使大型循环流化床锅炉在设备性能方面具有以下突出特点：

（1）炉内脱硫脱硝，不需要另外安装脱硫和脱硝装置。循环流化床锅炉相对较低的燃烧温度以及物料在炉内强烈的扰动混合，使脱硫剂与燃料中的硫份能够充分发生化学反应生成固体硫酸钙，加之在燃烧室不同部位分部送风，使NOX生成量较少，从而实现炉内脱硫脱硝。从锅炉设计和实际使用效果来看，大型循环流化床锅炉SO2和NOX排放能够满足严格的环保排放标准要求。例如：法国普洛旺斯250MW循环流化床锅炉设计脱硫效率97%，实际可达到99%，在近期燃用南非高硫煤和石油焦（硫份6－8％）时，烟气SO2排放浓度低于500mg/Nm3，烟气NOX排放浓度低于400mg/Nm3，在燃用普洛旺斯当地褐煤时，SO2和NOX排放浓度还远远低于此值。四川白马循环流化床示范工程300MW循环流化床锅炉设计烟气排放SO2浓度≤600mg/Nm3，NOX浓度≤250mg/Nm3，Ca/S摩尔比≤1.8。

（2）燃料适应性范围广。循环流化床锅炉独特的燃烧方式使之能适应最难以燃烧的燃料。它不仅可以方便的燃用常规锅炉使用的燃料，还能燃用常规锅炉几乎不能燃用的燃料，比如高硫劣质煤、煤矸石、洗中煤、石油焦、废弃轮胎和垃圾等，可以充分利用一次能源资源。

（3）调峰能力强。由于在炉内参加循环燃烧的物料量大，蓄热多，因此，大型循环流化床锅炉易于保持燃烧稳定和蒸汽参数，具有很强的调峰能力，不投油最低稳燃负荷可以达到锅炉额定负荷的30%。四川白马示范工程300MW循环流化床锅炉设计启动前首次需向燃烧室内加入固体颗粒物料（灰渣或砂）不少于200吨，每个外置床在启动过程中加入灰渣约80吨，锅炉运行中物料总量超过600吨，蓄热量大；锅炉不投油最低稳燃负荷合同保证值为锅炉额定负荷的35%±5%，远低于常规锅炉。

（4）水消耗量较少。由于大型循环流化床锅炉在炉内燃烧过程中脱硫脱硝，可以避免烟气脱硫脱硝对水的消耗，因而其耗水量较常规锅炉加烟气脱硫脱硝装置的耗水量少，可以节约宝贵的水资源。

2　大型循环流化床锅炉设备结构特点

由于大型循环流化床锅炉的燃烧方式不同于常规锅炉，所以其燃烧系统的部件及辅助设备与常规锅炉差别很大。其汽水系统的部件及辅助设备则与常规锅炉基本相同，仅具体布置有差异，受热面的面积大于常规锅炉。以四川白马示范工程300MW循环流化床锅炉与常规300MW煤粉炉相比较，大型循环流化床锅炉的设备结构特点主要有：

（1）总体结构紧凑，占地面积相对较少。与常规300MW锅炉相比较，300MW循环流化床锅炉总体尺寸略大；与300MW常规锅炉加烟气脱硫装置比较，300MW循环流化床锅炉岛的设备、系统则显得简单紧凑，占地面积相对较少，可以节省国土资源。

（2）炉膛采用双支腿设计，为双支腿单炉膛结构。每个支腿下部装设有布风板，在两个支腿顶部合并为一个炉膛，炉膛四周布置水冷壁蒸发受热面。

（3）旋风筒。在锅炉标高25?37米装设四个旋风筒，直径8.7米，分别布置于炉膛两侧。旋风筒的作用是将烟气和物料组成的混合流体中的物料分离出来，高温物料通过流化虹吸密封回料装置再次进入炉膛，从而实现物料的再次循环流动。烟气则由旋风筒上部经烟气引出管进入锅炉尾部烟道。旋风筒设计、制作的好坏将直接影响物料的分离效率，分离效率越高，则煤的燃烬越好，石灰石耗量越少。

（4）外置床。在锅炉双支腿外侧标高6.7米装设四个外置床。外置床由外壳和热交换器组成，分别布置了低温度段过热器、中温段过热器和高温段再热器。外置床的作用是补充锅炉尾部烟道布置受热面的不足，并便于调节汽温和炉膛温度。

（5）灰控制阀。每个旋风筒下面布置一个灰控制阀（亦称锥形阀）。经旋风筒分离下来的物料通过灰控制阀调节进入炉膛和外置床的物料量，从而调节了进入炉膛和外置床的燃料量和热量，实现对炉膛温度和主蒸汽、再热蒸汽温度的调节。汽温调节的另一手段是喷水减温。进入外置床的物料由送入外置床的高压流化风流化。

（6）底灰冷却器。在锅炉两个支腿下部外侧布置4个底灰冷却器（亦称冷渣器），用于冷却从炉膛底部和外置床排出的灰渣，主要用工业水使灰渣冷却到150±50℃，经排灰阀排至底灰输送设备。

（7）流化风系统。除设有一、二次风以外，还装设5台高压流化风机，高压流化风主要送入虹吸密封回料装置和外置床，托起物料，实现物料流化。

综上所述，大型循环流化床锅炉在性能和结构方面都具有很多特点，这些特点标志着电站锅炉设计制造技术的进步，标志着火力发电技术的进步，也标志着大型循环流化床发电技术在洁净煤发电技术中占有重要的地位，具有其他洁净煤发电技术不可替代的优点。我国已经引进200?350MW循环流化床锅炉设计制造技术和系统设计技术，正在建设四川白马循环流化床示范工程，通过对引进技术的消化吸收和运用的白马示范工程300MW循环流化床锅炉的建设与调试、运行经验，在短期内将实现300MW循环流化床锅炉国产化。国家十分重视大型循环流化床洁净煤发电技术的发展，大力支持电力和机械行业联合自主研发超临界600MW循环流化床锅炉，目前此项工作已经开始策划。通过我国电力、机械行业和科研单位的共同努力，在完成的示范工程建设、消化吸收引进大型循环流化床技术的基础上，预计在国家“十一五”计划末期可以完成自主研发600MW超临界循环流化床锅炉各项工作，从而极大地提高我国电力工业和机械制造业的技术水平。

参考文献：

四川白马1×300MW循环流化床锅炉供货合同

作者简介：

吴星家，教授级高级工程师，毕业于重庆大学热动专业。现任四川白马循环流化床示范电站有限责任公司副总经理。曾任四川内江发电总厂（下辖高坝1×100MW CFB示范电站）厂长。1998年以来，一直负责白马1×300MW CFB示范工程的前期和建设工作，参与组织领导了白马300MW CFB锅炉的合同谈判及各次设计联络会，在此过程中积累了丰富的大型CFB锅炉知识和经验。

地　　址：四川省内江市白马镇，四川白马循环流化床示范电站有限责任公司　　邮编：1005

电子邮件：jmq@bmcfb.com

摘　要： 宁波中华纸业自备电厂220t/h循环流化床锅炉和苏州金华盛纸业有限公司的250t/h循环流化床锅炉分别为引进制造型和引进型锅炉，是国内较早安装投用的循环流化床锅炉。本文针对安装过程中存在的设计、安装以及调试的问题进行了探讨和论述，并提出意见和建议，为同类型锅炉的安装、设计和调试提供参考。 关键词： 循环流化厂　锅炉　设计　安装　调试　认识 

    自1982年世界上第一台德国LURGI公司生产的50t/h外置式热交换器循环流化床锅炉投入商业运行以来，流化床锅炉在国外发展较为迅速。以德国LURGI生产的LURGl型外置热交换器循环流化床锅炉和芬兰AHLSTROM公司生产的PYROFLOW型循环流化床锅炉为代表的两大派系，近年来不仅在中、小型锅炉的商业竞争中占有相当的市场份额，并且在技术日趋成熟，同时迅速向大型燃煤锅炉的商业市场迈进。1995年11月，采用LURGI工艺，由法国GASI设计制造的普罗旺斯(PROVENCE)电站250MW循环流化床锅炉已投入商业运行。目前，美国FOSTER WHEELER公司，ABB?CE公司等主要循环流化床锅炉制造商都在进行300-500MW等级的产品开发工作，并开始了更大容量500--600MW，甚至超临界压力参数循环流化床锅炉的研究和前期产品开发工作。

    我国自70年代开始，以清华大学、浙江大学为龙头致力于循环流化床锅炉的研究和产品开发工作，并取得了一定的成绩。但在大型化方面进展较缓，长期以来，容量一直在35-75t/h左右徘徊，首台130t/h锅炉于1998年研制成功。近年来，国内大型锅炉厂家分别引进国外技术220t/h-260t/h循环流化床锅炉，已投入运行或正在制造中。现就我公司安装过的宁波220t/h引进制造型和苏州工业园250t/h引进型循环流化床锅炉为例，作如下的探讨和认识：

1　设计方面

1.1　循环流化床锅炉给煤系统通常由给煤机通过落煤管直接供给入炉膛。给煤口的标高设计合理与否，是保证锅炉正常燃烧的前提条件。播煤口的位置应该在炉膛负压侧。炉膛下负压保护值给定要避开播煤口，以防给煤机皮带被炉膛突燃正压出现播煤口回火而烧毁。宁波中华纸业220t/h循环流化床锅炉出现过类似的问题。另外，播煤增压风与炉膛压力一定要匹配好。否则，很容易产生堵煤现象，致使锅炉灭火，停炉停机，造成不必要的经济损失。

1.2　一次风是经布分板上的的风帽均匀吹出，使煤粒、石灰石粉和床料气化燃烧。目前，风帽采用耐热不锈钢，有倒“L”形、“T”形和“伞”形。倒“L”形和“T”形虽交错布置，避开了对吹现象，但风帽磨损仍很严重，更换时需要凿掉敷设的耐火、耐磨衬里材料，更换难度大，检修时间长。(宁波中华纸业220t/h循环流化床锅炉就曾出现过此类问题)。建议采用“伞”形风帽，就可以避免磨损问题。因为“伞”形风帽周边均匀布置的等径小孔，使一次风均匀吹出，且燃烧较为稳定均匀，从而对稳定控制NOx、SOx、CO、CxHx等污染物的排放也是极其重要的。苏州金华盛纸业250t/h循环流化床锅炉就使用了“伞”形风帽，到目前为止，尚未出现过风帽磨损问题。

1.3　国内外已投运的循环流化床锅炉在除渣方面存在的问题较多。日前采用较为普通的除渣方式有两种：一种是炉渣从冷渣器布风板落至螺旋冷却器送到渣缓冲箱，与省煤器灰斗下来的灰，由负压气力除渣系统送到渣库；另一种是经螺旋冷却器和垂直提升机送到渣库中。前一种因经常性故障而排渣不畅，易造成冷渣器结焦，建议采用第二种除渣方式。宁波中华纸业220t/h循环流化床锅炉设计为第一种排渣方式，后因运行问题较多而改成第二种方式。另外，第二种排渣方式中，在垂直提升机之后增设振动分离筛，把渣和床料分离后，床料通过仓泵输送到砂库或燃烧室，再循环使用，减少床料浪费，避免每运行一段时间补加床料，大大降低了运行成本。

2　安装方面

2.1　循环流化床锅炉在运行过程中，一次风特殊形式的布风板使煤粒和石灰粉及床料，在燃料室下部进行内循环流化，完成燃烧和脱硫反应。与普通煤粉锅炉相比，在流化床区域生产微正压气流，在引风机的作用下，形成烟气流和粒子流，粒子流对受热面的冲刷、磨损不可避免，因此，流化床锅炉的密封和炉膛内密封焊接及受热面安装焊缝的表面成型将直流影响锅炉的正常运行和使用寿命。国内已投产的锅炉大部分存在漏沙现象。如果炉膛内部的焊缝表面成型粗糙，在运行中，粒子流在此受阻冲刷，长时间后将形成“凹”窝，缩短使用寿命。因而，在安装中采取可靠措施，确保锅炉密封及焊缝的表面成型质量是循环流化床锅炉安装的重要内容。

2.2　由于循环流化床锅炉固有的特点，与锅炉本体相连的旋风分离器和与燃烧室相连的一、二次风管、落煤管等均采用耐高温的伸缩装置，以保证锅炉在运行中能自由膨胀。因此，循环流化床锅炉伸缩节的安装不同于普通煤粉锅炉，如旋风分离器的进出口和“丁”阀及燃烧室相连的伸缩节内部要敷设相当厚度的保温、防磨、耐火衬里材料，施工工艺复杂，施工难度大，故在安装中要把好原材料和施工工艺关，才能保证锅炉的自由膨胀和密封性能。我司在宁波中华纸业自备电厂l×220t/h 循环流化床锅炉和苏州工业园区金华盛纸业白备电厂2×250t/h 循环流化床锅炉伸缩节施工上比较成功，自投入运行以来未发生过任何故障。

2.3　为了防止经旋风分离器分流后的回料灰进入炉膛，致使床温过高，中、小型流化床锅炉大部分在炉膛上部布置有辐射式受热面设备 (一般为屏式过热器和水冷壁) ，故辐射式受热面设备穿墙问题是无法避免的。国内几大锅炉厂引进技术生产制造的220t/h锅炉，在此部位没有进行技术消化，多数都是采用直接与炉墙密封并焊死的方式，但在实际运行中，屏式过热器和水冷壁之间膨胀差(约25-35mm)靠屏过蛇形管排的变形来补偿，使得粒子流对屏过管排冲刷、磨损加剧。苏州金华盛纸业自备电厂2×250t/h循环流化床锅炉由奥地利AEE公司设计生产，屏过穿墙部分虽考虑了密封和膨胀问题，但因设计不合理，试运过程中该处漏砂严重，导致锅炉运行环境恶化，使人无法接近，最后被迫停炉。后经我司修改原有设计后，彻底解决了密封和膨胀的之间的矛盾，达到正常运行。

2.4　与普通煤粉锅炉相比，循环流化床锅炉结构复杂，锅炉钢架内设备布置密集，I、Ⅲ级过热器与包墙过热器穿墙连接等特点，整体安装组合量较小，适合散件安装。因此，整台锅炉的炉架开口方案、安装顺序和I、Ⅲ级过热器管排吊装方法是安装成功的关键，决定着整个施工工期，苏州金华盛纸业有限公司的250t/h 循环流化床锅炉吊装顺序和措施较为得当，从锅炉钢架开吊至正式供汽，比奥地利AEE公司的合理工期节约了3个月。

2.5　燃烧室、旋风分离器、“丁”阀和屏式过热器下部等部位敷设的耐火、耐磨、耐高温衬里是循环流化床锅炉的关键，关系到锅炉的正常运行。国内已投产的循环流化床锅炉的炉衬里材料，因多数在施工时未严格按照工艺要求施工，且未很好的考虑载体金属的热膨胀和耐火材料高温收缩之间的矛盾，在运行中，耐火材料龟裂现象严重，甚至出现大面积脱落，进而被迫停炉。该缺陷处理周期较长，会造成较大的经济损失。我公司在宁波和苏州工程中分别采用了国产和进口的耐火材料及施工工艺，对二者的性能和施工工艺进行了全面的比较和分析，总结出了循环流化床锅炉衬里材料施工的一套工艺流程，在苏州工程中收到了明显的效果。目前，苏州金华盛两台250t/h循环流化床锅炉，商业运行近4年来未出现耐火材料龟裂和脱落现象，每次停炉冷却后检查，衬里表面依旧光滑平整。

    目前，国内生产的耐火材料在引进国外生产技术工艺后，经过近几年的发展，性能方面已经达到国际标准。但在燃烧室使用的耐磨可塑料中氧化铁的含量比其它部位要少，必须控制在一定的范围之内，因为在锅炉突然停炉后，物料就会沉积在燃烧室区域内，大量的床料堆积在耐火材料表面上继续燃烧，因缺氧就会从耐火材料中吸收氧量，从而使耐火材料受到破坏。在这种环境下，如果氧含量越高，破坏的程度就越大，这一点是我们公司和外方技师在实际探讨和试验中得出的结论。

另外，国产耐火材料配有专用胶结剂搅拌，在施工时，要与环境温度的严格控制相配比，若配比不当，每高一个百分点，其强度会降低10％。同时，对搅拌时间和搅拌后的施工时间也要有严格要求。在材料初凝前完成施工，初凝后的材料严禁使用。在衬里施工时还要充分考虑膨胀和收缩的关系。因为耐火材料都是附着在金属材料的表面上的，金属载体在热态运行时产生膨胀，将会使耐火材料拉裂。为此，要根据金属载体的结构和膨胀方向，留出适当的膨胀间隙，以消除膨胀差异，确保砼不受破坏。同时，耐火材料在高温过程中还有一定的塑性收缩，并且应力很大，足以拉裂砼层，出现无序的裂痕。为此，我公司在耐火材料施工时，将一个砼面分成若干个错落有致的小块，相邻块间既相互连接又相互断开。这样，单块收缩量小，每块侧边的施工缝做成“Z”字形，解决了密封问题。从而彻底消除了膨胀与收缩的矛盾，使砼无序的龟裂变成有序的补偿吸收。  

3　调试方面

3.1　循环流化床锅炉的调试，试运周期较普通煤粉锅炉长，且技术复杂。点火烘炉方案直接决定着燃烧室、旋风分离器、冷渣器和“丁”阀底部衬里的强度，从而影响到锅炉的正常运行和使用寿命。我公司对曾安装过的循环流化床锅炉都参与了调试和运行。但大多数烘炉方案中都不同程度的忽略了冷渣器和“丁”阀底部衬里材料的烘炉温度，使该区域的温度达不到烘炉曲线中的要求温度。因为烘炉阶段使用油，?、二次风量较小，冷渣器和“丁”阀底部的床料不能完全流化，因而温度不能起来，最高温度只能达到250℃-300℃左右，与烘炉最高温度980℃相差甚远，使该区域衬里材料达不到设计强度，在大负荷运行时，衬里材料因强度不够而容易脱落。苏州金华盛纸业250t/h循环流化床锅炉因上述原因曾出现冷渣器衬里材料表面脱落现象。建议在循环流化床锅炉烘炉方案中，采取辅助措施，提高冷渣器和“丁”阀底部的烘炉温度。

3.2　?次风量、二次风量和“丁”阀一次风量的配比是整个循环流化锅炉调试的核心工作。三者之间的配比直接影响着物料的流化，继而影响到锅炉的燃烧、床温的高低和SOx、NOx等污染物生成量，影响到锅炉负荷的调节特性。为此，建议锅炉在点、烘炉前后，进行细致严格的风量模拟标定，在热态运行时以此为基础予以调整，这样，既可以缩短调试试运周期，又可避免因调整不当导致锅炉结焦。另外，炉膛正负压保护定值在热态运行时要注意观察锅炉燃烧情况，收集运行时的技术数据，并加以分析、研究后，对保护定值予以调整，避免炉膛正负压过量产生的负面影响。

 作者简介：

韩喜全，高级工程师，热动。

甘肃火电工程公司  甘肃省兰州市城关区和平新村66号  邮编：730000

E-mail:hxq@gshd.cn