发展战略循环流化床锅炉的发展与展望孙志宽最全版.docx

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发展战略循环流化床锅炉的发展与展望孙志宽最全版

（发展战略）循环流化床锅炉的发展与展望孙志宽

循环流化床锅炉的发展和展望

国网能源开发有限X公司胡昌华孙志宽张文清

壹．循环流化床锅炉的发展和现状

循环流化床（CFB）锅炉是近三十年发展起来的壹种新型洁净煤燃烧技术。

在短短的三十年间，流化床技术得到了飞速发展，由最初的鼓泡流化床发展到了循环流化床，其应用也由小型锅炉发展到容量和煤粉炉大体相当的大型电站锅炉。

1.国外循环流化床的发展

新壹代的循环流化床真正得到应用始于七十年代末八十年代初。

1979年，芬兰奥斯龙（Ahlsltrom）X公司开发的世界首台20t/h商用循环流化床锅炉投入运行。

1982年，德国鲁奇（Lurgi）X公司开发的世界上首台用于产汽和供热的循环流化床（84MWth）建成投运,循环流化床技术开始迅速发展，随着法国SteinX公司制造，安装在法国Gardanne电厂的250MW循环流化床锅炉，安装在波兰Turow电厂的235MW循环流化床锅炉以及安装在韩国Tonghan电厂的220MW循环流化床锅炉的相继投运，波兰Lagisza的460MW超临界参数CFB锅炉正在安装，预计2009年投产。

该台超临界ＣＦＢ锅炉机组在效率和煤的经济利用方面属世界领先水平，排放方面完全满足欧盟大型燃煤电厂排放指导性标准的要求。

锅炉燃用热值为１８～２３ＭＪ／ｋｇ，硫的质量分数为０．６％～１．４％和灰分为１０％～２５％的烟煤，其煤耗可比常规汽包锅炉低５％，机组效率将达到４２．７％。

循环流化床技术已经向高参数，大容量迈出了步伐。

2.我国循环流化床的发展

我国对流化床的研究是开展得比较早的，自1964年以来，在鼓泡床燃用劣质燃料方面有相当的发展。

在循环流化床锅炉的研究方面，虽然起步较晚，但发展非常迅速。

和国内各科研院所配合，如中科院工程热物理所、清华大学、浙江大学、华中理工大学、西安交通大学和西安热工研究院等，各锅炉制造厂先后开发出20t/h、35t/h、65t/h、75t/h、130t/h及220t/h等中、小型循环流化床锅炉，通过多年的发展，我国在中、小型循环流化床技术方面已经相当成熟，但在大型化循环流化床锅炉研究方面，和先进国家仍有相当的差距。

为此，国家于1996年引进原芬兰奥斯龙X公司410t/h常压循环流化床锅炉在四川内江高坝电厂建成全国第壹个100MW等级的循环流化床锅炉示范电站。

在引进消化吸收410t/h循环流化床锅炉技术的基础上，我国实现了循环流化床技术向大型化的突破，相继开发出具有自主知识产权的100MW、135MW、150MW及200MW等级的循环流化床锅炉，且在全国范围内大量投运。

2003年，根据《中国洁净煤技术“九五计划”和2010年发展纲要》，采用技贸结合引进大型循环流化床锅炉技术的依托工程，引进法国ALSTOMX公司壹台1025t/h的常压循环流化床锅炉及相应的关键设备，配套壹台国产300MW汽轮发电机组在四川白马建设的壹个全国大型循环流化床示范电站。

在引进消化吸收白马300MW循环流化床锅炉技术的基础上，三大锅炉厂（东锅、上锅和哈锅）设计制造的国产化300MW循环流化床锅炉机组目前已经投运12台（云南开远、小龙潭、巡检司各2台；秦皇岛2台，内蒙古蒙西电厂2台；广东宝丽华2台），正在制造、安装的已有近70台。

我国再次实现了循环流化床技术从100MW等级到300MW等级的成功跨跃。

因此加快对引进技术的消化吸收，走大型化CFB国产化之路，减少对国外技术的的依赖，是我国流化床技术发展的方向。

目前，我国已经在300MW循环流化床技术的基础上，开始了600MW循环流化床锅炉的自主研发，成立了600MW循环流化床研发专家组，白马600MW循环流化床锅炉示范工程已经取得国家发改委批复，正开展前期工作和初步设计，计划2010年投产。

3.世界上流行的CFB锅炉的主要型式

世界上流行的CFB锅炉的最主要型式有四种，其特点分别如下：

、鲁奇（Lurgi）型CFB锅炉

其特点是带有外置热交换器、高温旋风分离器、高循环倍率，炉膛内部不布置除水冷壁以外的辐射式受热面（如屏式过热器），而在外置式换热器EHE中大量布置了过热器和再热器受热面。

、奥斯龙（Ahlsltrom）型CFB锅炉

其特点是不带有外置式热交换器、高温旋风分离器、高循环倍率、炉膛内部布置少量除水冷壁外的辐射式受热面（如屏式过热器）。

、德国巴伯考型CFB锅炉

其特点是不带有外置式热交换器、中温旋风分离器、较低的循环倍率、炉膛顶部布置大量除水冷壁以外的辐射式受热面（如屏式过热器、再热器、省煤器）。

、美国福斯特惠勒FWX公司的CFB锅炉

其主要技术特点采用蒸汽冷却式旋风分离器，大型的CFB锅炉仍布置有外置式热交换器。

它的外置式热交换器称着INTREXEHE，其特点是同时利用了很大壹部分内循环灰和外置分离器料腿分离下来的外循环灰俩部分作为调温手段，形成标志性特点。

总的来说，CFB锅炉的发展较常规锅炉的发展慢，目前世界上已投运的CFB锅炉机组最大容量为300MW等级亚临界机组，最大容量的订货业绩是FWX公司已中标制造的波兰Lagisza的460MW超临界参数CFB锅炉，这是世界上第壹台也是目前世界最大的超临界CFB锅炉。

4.循环流化床技术的脱硫原理

循环流化床锅炉炉内石灰石干法脱硫，即是将喷入炉膛的CaCO3高温煅烧分解成CaO，和烟气中的SO2发生反应，生成硫酸钙，从而达到脱硫的目的。

石灰石脱硫过程主要分以下三个步骤来完成：

（1）石灰石的煅烧分解

CaCO3=CaO+CO2-178kj/mol

（2）硫的析出和氧化

S+O2=SO2

SO2+1/2O2=SO3

燃料煤中的硫能够分为有机硫、黄铁矿硫俩大部分，也含有少量硫酸盐硫。

有关实验表明，煤在被加热且被燃烧的过程中，SO2的析出呈现出明显的阶段性。

对SO2析出影响最大的因数是床温和过剩空气系数。

实验表明：

SO2析出率随着床温的升高而单调增加：

过剩空气系数越大，区域氧浓度越高，SO2析出也越多。

因此，单从提高SO2的析出率而言，燃烧温度越高，过剩空气系数越大，则脱硫效率就越高。

（3）硫酸盐的生成

CaO+SO2+1/2O2=CaSO4+500kj/mol

实验研究表明：

燃烧温若小于800℃时，脱硫反应的速率很低，从而引起床料中石灰石捕获SO2的效果降低，难以达到有效脱硫；相反，当燃烧温度过高（>920℃）时，虽然反应速率很高，但脱硫效率反而会下降，原因是：

温度过高，会引起石灰石颗粒的表面孔隙过早堵塞，而内孔物质未得到充分利用；同时，温度过高时，颗粒表面会产生局部低氧和仍原气氛，使已经生成的CaSO4，重新分解为CaO且释放出SO2，从而降低脱硫剂的利用率。

因此就脱硫效果而言，存在壹最佳脱硫温度。

尽管这壹最佳温度仍受到脱硫

剂品种、粒径、煅烧条件等诸多条件的限制，但目前比较公认的最佳反应温度为850℃～900℃之间。

二．循环流化床锅炉的特点

国际上普遍认可的洁净煤发电技术主要包括增压循环流化床（PFBC）、整体煤气化联合循环（IGCC）、常压循环流化床（CFB）技术。

其中，常压循环流化床发电技术是国际上公认的商业化程度最好的成熟技术，这种技术是八十年代发展起来的壹种新型洁净煤燃烧技术，它为处理高硫煤和劣质煤及满足严格的大气排放标准带来了美好的前景。

循环流化床洁净煤燃烧技术具以下优点：

1）.燃料适应性广

由于循环流化床锅炉采用的是循环燃烧技术，在炉膛、旋风分离器、虹吸密封回路进行循环的床料（辅助床料沙、脱硫用的石灰石、燃煤及燃烧后的煤灰等）的热容量是相当大的，而新加入的燃料按重量比仅占整个循环床料的5%～7%，加入后随着循环的进行会迅速被加热到着火温度而燃烧且释放热量，同时在循环过程中由于颗粒之间的相互碰撞，燃料颗粒会破碎成细小的颗粒，这样更利于燃料的燃尽。

所以循环流化床锅炉几乎能够燃用壹切种类的燃料且达到很高的燃烧效率。

其中包括高灰分、高水分、低热值的劣质燃料，如泥煤、褐煤、油页岩、炉渣、木屑、洗煤厂的煤泥、洗矸、煤矿的煤矸石等以及难于点燃和燃尽的低挥发分燃料，如贫煤、无烟煤、石油焦和焦岩等。

因煤质变化对锅炉燃烧及带负荷影响较小，有利于电网的安全稳定运行，对劣质煤资源的利用具有深远的意义。

2）.负荷调节性能好，负荷调节幅度大

循环流化床锅炉在运行中负荷的调节范围可从100%～30%，在30%的负荷时不需要投油助燃，燃烧十分稳定。

该优点十分利于电网的调峰，对水电资源十分丰富的电网有着重要意义。

3）.环保指标优越

循环流化床锅炉正常运行时床温控制在850℃～950℃，同时根据燃煤特性以壹定的Ca/S向炉内加入石灰石粉作为脱硫剂，在燃烧的过程中脱去燃烧生成的SO2，而石灰石粉在850℃～950℃范围内脱硫效率最高，所以循环流化床锅炉采用850℃～950℃燃烧温度能够达到较高的脱硫效率。

同时循环流化床在850℃～950℃燃烧温度下能有效地抑制热反应型NOx的生成，再加上采用了分级燃烧方式送入二次风，又有效地控制了燃料型NOx的生成。

循环流化床洁净煤燃烧技术的污染控制成本是很有竞争力的，是已经为世界各国公认的较为成熟而最有前途的洁净煤燃烧技术。

三．四川白马300MW循环流化床示范工程概况

四川白马1×300MW循环流化床示范工程是根据《中国洁净煤技术“九五计划”和2010年发展纲要》，采用技贸结合引进大型循环流化床（简称CFB）锅炉技术的依托工程，引进壹台1025t/h的常压循环流化床锅炉及相应的关键设备，配套壹台国产300MW汽轮发电机组在四川白马建设的壹个全国大型循环流化床示范电站。

1025t/h常压循环流化床锅炉由法国ALSTOMX公司设计供货，300MW汽轮发电机组分别由东方汽轮机厂和东方电机厂供货。

引进制造技术的接收方为三大锅炉厂，系统设计接收方为中国电力工程咨询X公司（电规总院）和六大设计院。

工程于2003年5月15日正式开工，2005年12月30日首次且网，2006年4月17日完成168小时满负荷试运后正式投入商业运行。

机组经过2006年、2007年2次B级检修，以及2008年的A级检修，机组目前设备健康状况较好，运行稳定。

四．循环流化床锅炉的环保性能及运行情况

1.100MW等级循环流化床机组的环保特性

根据全国电力行业CFB协作网2005年CFB机组竞赛数据统计，参赛电厂44家，参赛机组79台，其中135MW级机组38台，50MW级机组41台，135MW级机组SO2排放平均值为406.4272mg/m3,NOX排放平均值123.1917mg/m3,脱硫率平均为84.688％（纯凝机组）和86.104％（供热机组）。

根据全国电力行业CFB协作网2006年CFB机组竞赛数据统计，参赛电厂36家，参赛机组60台，其中135MW级机组42台，100MW级机组18台，SO2排放平均值为241.8mg/m3,NOX排放平均值102.09mg/m3,脱硫率平均为87.35％（纯凝机组）和89.45％（供热机组）。

2.300MW等级循环流化床机组的环保特性

白马300MW循环流化床机组的环保特性

根据白马300MW循环流化床锅炉的实际运行情况，设计煤种灰份35.27％，低位发热量18495KJ/Kg，当下使用的煤种有些已经远远偏离设计煤种，灰份最高有56％，低位发热量最低11000KJ/Kg左右，且煤中搀杂有约10％左右的石头和矸石。

2006年全年燃煤平均灰分44.75%,平均低位发热量16037.37KJ/Kg；2007年上半年燃煤平均灰分45.8%,平均低位发热量14692.03KJ/Kg，2008年1～3月，燃煤平均热值为11900KJ/Kg，灰分达56％。

，但锅炉炉内流化状况依然较好，汽温、汽压也能达到要求，充分证明了循环流化床锅炉对煤种的适应性。

循环流化床锅炉具有很好的脱硫能力，它通过在炉内掺烧壹部分石灰石，能有效的减少二氧化硫的排放量。

而常规煤粉炉为降低二氧化硫排放，需增加烟气净化系统，但投资大，运行费用高。

本工程在燃用硫分为2.93％的高硫煤时，SO2排放量仅为0.809t/h，比常规锅炉减少了7.281t/h。

西安热工研究院和四川电力试验研究院于2007年4月进行的机组环保性能考核试验结果SO2排放量仅为0.651t/h，排放浓度560mg/Nm3,此时Ca/S为1.74，脱硫效率为94.72％。

循环流化床锅炉采用低温、分段燃烧技术，床内温度控制在890℃左右，低于生成热力型NOx所需要的温度。

环保监测数据表明排放浓度在50-100mg/Nm3,仅为常规锅炉的10％左右，而且几乎没有任何脱硝运营成本。

西安热工研究院和四川电力试验研究院于2007年4月进行的机组环保性能考核试验结果NOx排放量0.1397t/h，排放浓度为81mg/Nm3。

按照年发电小时4600小时计，年排放量为642.62吨，大大低于常规锅炉NOx排放量。

国产化循环流化床锅炉环保排放情况

根据我们收资了解的情况云南开远电厂、秦皇岛电厂各2台300MW循环流化床锅炉机组SO2排放浓度长期在200mg/Nm3以内,脱硫效率可达95％和98％。

法国普罗旺斯电厂250MW循环流化床锅炉在Ca/S为2.5时脱硫率已达99％。

过去中小型循环流化床机组脱硫效率壹般在90％以下，壹些专家学者质疑循环流化床的发展，而如今循环流化床机组实际运行证明了大型循环流化床锅炉的脱硫效率完全能够满足越来越严格的环保排放要求。

3.300MW等级循环流化床机组的运行情况

由于煤质的差异，各地循环流化床锅炉运行情况有所差异，但从整体情况见基本上都能够实现长期安全稳定运行，如山东江泉实业135MW循环流化床锅炉连续运行达300天，白马300MW循环流化床锅炉最长连续运行达155天，秦皇岛电厂300MW循环流化床锅炉最长连续运行达200天，云南开远电厂300MW循环流化床锅炉最长连续运行达293天

五．循环流化床锅炉的发展展望

循环流化床锅炉洁净煤燃烧技术是目前商业化程度比较好的洁净煤燃烧技术。

现状，亚临界CFB电站锅炉无论在容量、效率和可用率方面均已达到基本上和煤粉炉相比的水平，如何实现超临界蒸汽循环和CFB燃烧技术的结合，在解决环保排放的同时又能达到较高的发电效率，是CFB燃烧技术下壹步发展的主要方向。

以法国ALSTOMX公司和美国FWX公司为代表的大型循环流化床锅炉设计、制造商已经设计出600MW超临界循环流化床锅炉方案，但目前没有订货业绩。

我国高度重视超临界CFB锅炉的发展，先后在俩个国家科技攻关项目中资助相关的前期研究，跟踪国际上的最新发展动态。

在2002年的国家高科技发展计划中（863计划），设立了超临界CFB锅炉研究项目，由清华大学和哈尔滨锅炉厂共同承担。

目前清华大学、浙江大学，西安热工研究院及三大锅炉厂都已经设计出了600MW超临界循环流化床锅炉方案，有的单位仍提出了800MW超超临界循环流化床锅炉方案。

从2003年引进白马300MW循环流化床锅炉开始就着手在消化吸收引进的300MW循环流化床锅炉技术的基础上自主研发600MW超临界循环流化床锅炉，2004年至今，国家电网X公司按照国家发改委能源局关于研究600MWCFB示范工程项目问题的要求开展了600MW循环流化床的前期工作。

今年8月12日国家发改委以发改办能源【2008】1776号文批复同意开展600MW循环流化床的前期工作。

目前，在国家电网X公司的正确领导下，按照国家十壹五规划纲要要求，工程计划今年年底开工，2010年底且网发电。

循环流化床锅炉从10万等级发展到30万等级用了10年时间，脱硫效率从90％以下，提高到95％之上，供电煤耗下降10％，钙硫比从2.2～2.5下降到1.8～2.2。

相信从30万等级发展到60万等级超临界的时间会更短，脱硫效率会更高，供电煤耗会更上壹层楼。

白马X公司将积极响应国家大力发展洁净煤燃烧技术，节能减排号召，把300MW循环流化床示范工程建设、试运期间取得技术、管理和实战经验应用到国内自主研发的首台600MWCFB示范工程上，为推动我国大型循环流化床锅炉技术再上新台阶，实现新跨越，促进资源节约型和环境友好型社会建设再立新功，努力把白马建成全国大型循环流化床环保技术示范中心。