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燃烧学

CFB循环流化床锅炉

（Circulationfluidizedbedboiler）

作者：

xx

（Author:

WangHui）

学号：

xxxx

（Studentnumber：

xxxx）

单位：

中北大学

（Nameoforganization:

Northuniversityofchina）

摘要：

本文所论述的对象是CFB循环流化床锅炉。

主要对CFB循环流化床锅炉进行了设备及其特点进行了陈述。

又对CFB循环流化床锅炉在国内的发展以及取得的成果进行了介绍。

最后提出了目前CFB循环流化床锅炉还存在一系列问题，对CFB循环流化床锅炉未来的发展方向进行了设想。

（Summary:

Circulationfluidizedbedboilerisdiscussedinthisessay.DiscussionincludeequipmentsandcharactersofCirculationfluidizedbedboileranddevelopmentsandachievementsinChina.Inadditiontothis,thisessayalsocomeupwithsomeproblemsthatexistinCirculationfluidizedbedboilercurrentlyandmakesomeideasaboutdevelopdirectionofCirculationfluidizedbedboilerinthefuture.）

1.循环流化床（CFB）锅炉技术介绍

循环流化床锅炉热效率与常规煤粉炉相当，同时由于采用低温分级燃烧和向炉膛内给入石灰石，可在燃烧过程中方便地脱除含硫燃料产生的S02，并抑制Nox生成量，使其具有高效低污染、燃料适应性广等突出特点。

1.1本设备

循环流化床锅炉包括本体设备和辅助系统两部分。

·本体循环流化床锅炉本体由炉膛及布风装置、循环灰分离器、回料阀、尾部受热面竖井烟道及可以加置的外置式循环灰换热器组成。

其中炉膛由膜式水冷壁构成，底部为布风板。

炉膛下部锥段（浓相区）用耐火防磨材料覆盖，并依燃烧工艺要求开设二次风口、循环灰回灰口（给煤及石灰石通常与循环灰一并入炉）、排底渣（粗灰）口以及点火启动油燃烧器等孔口。

上部直段炉膛四壁为水冷壁受热面。

炉膛出口与循环灰分离器入口相连，分离器出口则与布置过热器、省煤器和空预器等对流受热面的尾部竖井连接。

为平衡炉膛换热量，可在炉膛内或灰循环回路中另布置部分受热面。

炉膛下部外置底渣冷却处理系统。

为提高燃烧效率，有时采用飞灰再循环技术，将尾部除尘器收集的飞灰气力回送至炉膛底部复燃。

炉膛出口处、分离器及回料系统内壁面也大都覆盖耐火防磨材料。

锅炉本体多采用钢架悬吊和支承相结合的方式固定。

除因燃烧工艺要求，在部分受热面的布置上有所差异外，循环流化床锅炉汽水系统的工作原理及功能与常规煤粉炉相同。

由于循环床锅炉自身蓄热量大，采用汽包炉更为安全和经济。

·辅助系统辅助系统的性能直接影响循环流化床锅炉的可靠性和经济性。

主要辅助系统罗列如下。

（1）风烟系统锅炉采用平衡通风方式，特点是风机压头要求较高，一、二次风机的压头分别达18KPa和12KPa左右。

（2）煤制备系统比常规制粉系统简单，一般需采用两级锤击式破碎机和防沾堵能力强的筛子（如圆盘筛）。

（3）石灰石制备系统两级制备，第一级多为锤击式破碎机，第二级可用低速棒式磨或钢球磨。

（4）灰渣处理系统从各灰斗收集的飞灰可用浓相气力输送方式送至飞灰仓；底渣经冷渣器或水冷绞龙冷却后送至底渣仓。

（5）燃油点火启动系统常采用床下热烟发生炉和床上燃烧器联合加热的方式，加床料至煤的着火温度，设计燃油热功率相当于锅炉额定热功率的30％或略高些。

（6）热控系统比煤粉炉热控系统多了床温、床压、S0z排放等回路控制系统。

2.国内循环流化床锅炉的发展

中国是世界上CFB锅炉装机容量最多的国家，自1995年首台50MWeCFB锅炉投运以来，在短短的10年间，中国完成了从高压、超高压到亚临界300MWe循环流化床锅炉技术的飞跃。

据不完全统计，到现在100MWe以上到200MWe级的CFB已经设计制造了179台；300MWe的CFB锅炉11台，其中上锅4台，哈锅4台、东锅3台。

超临600MWeCFB锅炉正在高校与制造厂酝酿之中，并已完成了方案设计。

我国CFB锅炉基础研究、工程应用等均稍落后于国外。

近年来国内CFB锅炉市场急剧扩大，国内主要锅炉厂从市场需求出发，采用引进国外技术与自主开发相结合的技术路线，与高校、研究所广泛合作，结合实际工程开展研发工作，总体水平已达到国外20世纪90年代末期的水平。

2.1

东方锅炉（集团）股份有限公司

1994年3月与美国FosterWheeler公司签定了“大型循环流化床锅炉（锅炉岛范围）许可证技术”转让合同，转让范围为50～100MWe及以上容量等级的CFB锅炉。

按照引进技术设计制造的宁波2×220t/hCFB锅炉于1997年5月和1998年3月相继投运，取得成功；相继在河北石家庄、河北保定完成了100MWe等级的实践，以此积累了大量的经验，开发了自主知识产权的135MWe再热循环流化床锅炉，先后在四川宜宾、江苏大屯、山东华盛、河南神火等电厂扩建～135MWe项目提供CFB锅炉，并且出口到国外，都已顺利投运。

在引进技术的基础上，结合国内科研成果，东锅还在研制具有完全自主知识产权的国产200MWe、300MWeCFB锅炉。

国家计委组织四川白马300MWeCFB锅炉工程示范机组技贸结合的引进工作，法国STEIN公司取得了订货合同，东锅参与工程的分包，现已制造完成，并与哈锅、上锅一起同法国ALSTOM公司签订了关于“200～350MWe等级循环流化床技术转让合同”，设计制造秦皇岛三期工程300MWeCFB锅炉。

2.2

哈尔滨锅炉厂有限责任公司

1992年与美国PPC公司（Ahlstrom技术）合作生产国内首台220t/hPyroflow型CFB锅炉，1997年，与清华大学合作开发具有当代国际先进水平“水冷异型分离器”的220t/hCFB锅炉；与奥地利AEE公司合作生产241t/hCFB锅炉。

1999年7月引进Alstom（原德国EVT）公司220～410t/h级（包括中间再热）循环流化床锅炉技术。

以河南新乡、开封工程440t/h超高压参数一次中间再热机组为依托，经过多个实际工程的设计制造经验，对CFB锅炉的设计进行了优化，设计制造了广东新会双水电厂480t/hCFB锅炉，至今，已生产近60台100～150MWe的CFB锅炉。

2003年哈锅与东锅、上锅共同与法国Alstom公司签订了“200～350MWe等级循环流化床技术转让合同”。

现已设计生产了4台云南燃用褐煤300MWeCFB锅炉。

哈锅在CFB锅炉方面，不仅注意引进技术及其优化，而且注意完全自主知识产权的研究开发，先后与清华大学合作设计440t/hCFB和670t/h锅炉，与西安热工研究院合作设计100MWe、200MWe、300MWeCFB锅炉。

2.3

上海锅炉厂有限公司

20世纪90年代起，上海锅炉厂有限公司与日本石川岛播磨重工（IHI）、三井造船（MES）、美国FosterWheeler、芬兰Ahlstrom、瑞典Kvaerner等公司合作，分包设计制造了多种容量（30～517t/h）的近30台CFB锅炉；与中科院院热物理研究所和日本三井造船株式会社三方合作，制造了10多台CFB锅炉。

2001年8月上锅与ALSTOM公司签定了FLEXTECHTM（原ABB-CE公司技术）循环流床锅炉技术转让合同，技术引进范围包括全套锅炉岛系统及锅炉本体，引进全套设计标准、制造、质保、安装、控制系统和调试的技术，包括计算机程序以及Alstom公司专家的现场技术支持。

在消化吸收引进技术的基础上已经设计生产了20余台135~150MW高压和超高压CFB锅炉机组.,

首台装于山东里彦电厂的465t/h锅炉已于2003年投运。

与中国科学院合作，为内蒙古鄂尔多斯电厂设计4台690t/h锅炉。

另外，于2003年与哈锅、东锅共同与法国Alstom公司签订了“200～350MWe等级循环流化床技术转让合同”。

现已设计生产6台亚临界300MW机组。

2.4

西安热工研究院有限公司（TPRI）

西安热工研究院有限公司（TPRI）从“六·五”开始建成了一系列的科研开发试验装置，积累了丰富的研究开发成果。

TPRI和济南锅炉厂联合开发了220t/h高温分离型CFB锅炉。

该型锅炉首台设备2000年6月在山西振兴电厂投入商业运行，以后有多台同容量锅炉投入运行。

TPRI和哈尔滨锅炉厂有限责任公司合作设计具有自主知识产权的410t/h、670t/hCFB锅炉在江西分宜发电厂顺利投运。

TPRI和东方锅炉（集团）股份有限公司合作设计了420t/h再热型CFB锅炉配125MWe汽轮发电机组配套，并设计了国产300MWeCFB锅炉。

2.5

清华大学

清华大学是世界上最早进行流化床燃烧技术研究的单位之一。

早在20世纪60年代初期，在广东茂名研制成功了中国第一台流化床锅炉，后又与江西锅炉厂合作，研制成功了第一台CFB锅炉。

经过“六五”、“**”、“八五”、“九五”、“十五”和“十五”滚动科技攻关，先后开发了国产10～670t/hCFB锅炉，在此过程中，形成了完整的设计理论体系。

鉴于清华大学CFB技术的杰出成就，ASME曾授予最佳论文奖。

目前正在进行完全自主知识产权的1025t/hCFB锅炉和超临界600MWeCFB锅炉。

2.6

中国科学院工程热物理研究所

中国科学院也是国内最早从事CFB锅炉研究单位之一，它与济南锅炉厂、杭州锅炉厂、无锡锅炉厂等有着长期的合作，开发设计了上百台75～480t/hCFB锅炉。

包括甘肃窑街煤电公司4×130t/hCFB锅炉被列为国家节能综合利用示范项目，2000年点火投运，经过两年的严格考核，进行了多项试验，2002年通过国家示范工程验收和产品鉴定；山东省恒通化工集团有限公司240t/hCFB锅炉于2002年10月投入运行，是国内首台自主技术生产的22Ot/h级高温高压CFB锅炉，一系列指标均达到并超过了设计要求；广东江门450t/hCFB锅炉2005年投运，燃用无烟煤，带有飞灰再循环系统；内蒙古鸟达2×480t/h再热CFB锅炉2005年3月投产发电。

2.7

浙江大学

浙大于90年代中后期与南通万达锅炉厂密切合作，开发有35～130t/hCFB锅炉系列产品，至今己有数十台产品进入市场，使用情况良好。

其主要技术特点为：

采用高效的高温旋风分离器；全膜式壁炉膛及部分膜式壁包墙烟道；非机械的U型回料装置；膜式水冷布风板，双鸭嘴定向风帽；床下热烟气风道点火；膜式省煤器，卧式空气预热器；采用可靠的防磨结构，防磨措施严密；采用风播煤等结构，保证进煤顺畅，同时防止烟气反窜。

2.8

哈尔滨普华煤燃烧技术开发中心

哈尔滨普华煤燃烧技术开发中心成立于1987年，是由国内主要锅炉制造厂（哈锅、东锅、上锅、武锅、北京巴威等）、国家级锅炉技术研究院所（国电热工研究院、上海发电设备成套设计研究所、哈尔滨电站设备成套设计研究所）以及国内著名高等学校（清华、哈工大、西安交大、华中科技大学）组成的科研生产联合体，系哈市高新技术企业。

中心宗旨是组织国内主要锅炉燃烧技术力量，开发新技术和新产品，直接应用于工厂生产或热力工程。

普华中心依靠成员单位的技术优势和组织优势，在成立之后的近20年工作中，为我国锅炉燃烧技术和节能、环保技术的发展做出了许多贡献。

在“八五”、“九五”期间与成员单位一起消化吸收大型煤粉炉引进技术，结合中国国情，创新编制了大型煤粉锅炉燃烧设备性能设计方法和大型煤粉锅炉炉膛燃烧器性能设计规范。

“十五”期间，与成员单位一起设立专题，进行大型CFB锅炉设计运行型谱研究，至今已经完成调研分析总结20多个电厂50台50~150MWeCFB锅炉的设计和运行情况，编制出CFB锅炉设计型谱初稿，在此基础上与成员单位专家及领导一起初步完成了大型CFB锅炉的性能设计参数的计算与选择技术；完成了自主知识产权的100～150MWe级CFB锅炉的传热计算与实际运行锅炉的校核，完成了CFB锅炉特有的部件：

分离器、回料器和外置换热器等的设计计算分析。

并在2007年最后完全燃用不同煤种的中国大型CFB锅炉的设计型谱和性能设计方法，为编制自主知识产权的CFB锅炉设计规范打下基础。

3.循环流化床锅炉技术的发展趋势

3.1大型化、超临界方向发展

3.1.1可行性国内外专家普遍认为，循环流化床锅炉未来将朝着大型化、超临界方向方展。

这是因为，一方面，CFB锅炉由于自身特点而易于大型化]：

①采用了一级飞灰分离循环燃烧，系统相对简单，便于大型化。

②不论是国外开发的方型分离器，或是国内开发的水冷异型分离器和下排气旋风分离器，均能与锅炉本体形成整体形式，结构紧凑，易于大型化。

另一方面，循环流化床燃烧技术由于具有以下固有燃烧特性而使它特别适合于与超临界参数技术结合：

（1）循环流化床锅炉炉膛内的温度比常规的煤粉炉低得多，因此炉膛内的热流要比煤粉锅炉低。

而循环流化床锅炉炉内较低的热流密度可降低对水冷壁冷却能力的要求;

（2）在循环流化床锅炉炉膛内，固体浓度和传热系数在炉膛底部最大，且随着炉膛高度的增加而逐渐减小，热流曲线的最大值出现在炉膛底部附近。

这样，炉膛内高热流密度区域刚好处于工质温度最低的炉膛下部区域，避免了煤粉锅炉炉膛内热流曲线的峰值位于工质温度较高的炉膛上部区域这一矛盾。

因此，循环流化床锅炉炉内热流分布特点也比较有利于水冷壁金属温度的控制;

（3）循环流化床锅炉的低温燃烧使得炉膛内的温度水平低于一般煤灰的灰熔点，所以水冷壁上基本没有积灰结渣，再加上炉膛内有较高的固体颗粒浓度，这能够保证水冷壁的吸热能力;

（4）与煤粉炉相比，循环流化床锅炉炉膛内的温度沿炉膛高度方向更加均匀，因而工质沿水冷壁高度方向的吸热也更加均匀，从而有利于控制各段水冷壁的吸热量。

3.1.2优势超临界循环流化床锅炉可结合超临界锅炉和循环流化床锅炉两者的技术优势，具有运行效率高、煤耗低、污染物排放少等优点。

另外，容量的有效放大必将促进循环流化床锅炉与煤粉锅炉在全部容量产品上展开竞争。

理论上，朗肯循环效率——即蒸汽的热能转化为电能的效率随着蒸汽参数的提高而提高，提高锅炉主蒸汽的压力和温度可以提高锅炉的热效率。

因此超临界压力蒸汽循环能够提高电厂效率，从而减少耗煤量和电厂运行费用。

国外研究认为u，采用超临界蒸汽参数的循环流化床锅炉的发电热效率可以达到43.2，这将比目前我国发电厂平均效率高约12，和传统的燃气蒸汽联合循环发电热效率相比毫不逊色，却能大大降低其成本。

　目前，300MWe亚临界参数循环流化床锅炉国内已通过技术引进在生产之中，而国外甚至已完成了600MWe超临界CFB锅炉的深度方案设计。

国内外的研究测算认为，600MWe将是未来主力发电机组的最低界限。

已投运煤粉炉的生产实践表明，600MWe超临界机组与同等级亚临界机组相比，发电效率可提高约3，达到41，每千瓦时煤耗可由324g减少到300g，经济和环保效益明显。

因此，可以预见：

今后我国循环流化床锅炉发展的一个趋势将是大力发展600MWe以上超临界参数锅炉技术。

3.2深度脱硫与脱硝

3.2.1深度脱硫深度脱硫是循环流化床锅炉技术今后发展中需要解决的一个重要问题。

这是因为，一方面，我国目前已是世界上拥有CFB锅炉数量和容量最多的国家，CFB锅炉脱硫效率的进一步提高将对减少SO。

排放总量产生显着效果。

同时，随着人们对环境保护问题的El益重视，国家对SO。

排放的控制标准已更加严格。

我国拟执行的新《火电厂污染物排放标准》

已把火电厂SO。

最高允许排放浓度由原来的8001200mg/m。

降低到了400mg/m。

，因此今后必将对CFB锅炉的脱硫技术提出更高要求。

这是CFB锅炉进行深度脱硫的外部动力;还有，也是其中最重要的原因，就是目前循环流化床锅炉炉内脱硫的优点正受到了挑战。

比如与湿法脱硫相比，循环流化床锅炉炉内脱硫尚有Ca/S摩尔比高，脱硫效率低等不足。

举一个例子，为达到909/5的脱硫效率，采用循环流化床锅炉炉内添加石灰石的脱硫方法，钙硫摩尔比一般需达2.0以上，而采用烟气湿法脱硫技术，钙硫摩尔比仅需1.1左右l1。

近年来，随着湿法脱硫技术的进步，尾部烟气脱硫的成本已逐步降低。

因此，如再考虑炉内添加石灰石脱硫将改变灰渣性质、增加灰渣处理成本、降低灰渣利用价值等因素，那么与煤粉炉+FGD系统相比，循环流化床锅炉系统在脱硫方面的总体优势正在减弱，因此需要在技术层面上予以改进。

这是CFB锅炉进行深度脱硫的内在要求。

3.2.2深度脱硝循环流化床锅炉自身的低温燃烧特性和空气分级供给燃烧方式对抑制氮氧化物生成十分有利，因此其NO排放量很低，是一般同容量PF锅炉的259/5～20约为采用先进低氮燃烧技术PF锅炉的1/2。

目前，CFB锅炉烟气中的NO排放浓度大多能控制在300mg/Nm以下，低于国家规定的排放控制标准。

但从长远看，随着国家对NO排放要求的进一步提高，150mg/kg或更低的排放量可能会成为CFB锅炉的排放控制水平口。

因此，未来CFB锅炉低污染燃烧的另一方向是深度脱硝。

3.3能源综合利用能源综合利用是循环流化床锅炉今后发展的另一个重要方向。

能源综合利用包含有3方面内容：

其一是以CFB锅炉为平台对一些低级能源资源综合优化利用。

目前在这方面做的比较好，已开发出针对于燃烧石油焦、污泥、生物质、垃圾废弃物等各种类型的CFB锅炉并取得了成功经验副;其二是循环流化床锅炉与其它能源或原材料加工系统整合从事能源高效利用，这是循环流化床锅炉技术今后应重点发展的一个方向。

目前，以循环流化床锅炉技术为基础的IGCC系统、PCFBC系统均已开发成功并已产业化，今后应朝着大型化和优化运行方向发展;其三是CFB锅炉燃烧后产生的灰渣综合利用。

这是CFB锅炉今后发展中尚待解决的一个难点问题。

循环流化床锅炉运行中由于采用了炉内添加石灰石脱硫技术，不但增加了它的灰渣数量，而且也使它的灰渣与普通煤粉炉产生的灰渣在形态、粒度、化学性质等有很多不同之处，以至于很难用常规的灰渣利用方式对其进行处理。

开发研究适合CFB锅炉脱硫灰渣的处理方式和利用途径已成为目前国内外关于循环流化床锅炉未来发展的一个研究热点。

鉴于锅炉产生的灰渣数量巨大，人们希望能够寻找某种在燃烧时就改变灰渣性质的工艺，以便从源头上杜绝灰渣的产生。

循环流化床锅炉联产水泥是其中的一个解决方案。

图2描述了l台以高灰煤为原料（燃料）的CFB锅炉实现热、电、水泥三联产的装置流程u。

目前，浙江大学在这方面已作了许多前瞻性的探索工作。