锅炉发展简介

循环流化床的发展

循环流化床是从流化床燃烧装置、快速流化床催化裂化装置、氢氧化铝焙烧反应器等一系列化工、燃烧装置中，经过50年的研制，开发出的高效、低污染燃烧技术。

自1979年第一台20t/h循环流化床锅炉问世以来，循环流化床燃烧技术得到了许多国家的重视。循环流化床锅炉大型化一直是技术成熟的标志。目前国际著名的锅炉制造公司都无一例外地加入到循环流化床燃烧技术产品的开发和生产的行列中。国际上，八十年代末完成了100Mwe等级循环流化床锅炉的开发，九十年代后期完成了250Mwe等级循环流化床锅炉的开发。现在开始了更大容量（400～600MWe）、甚至超临界压力参数的超大型循环流化床锅炉的研究和开发工作。

在目前全世界循环流化床锅炉的开发热潮中，已经形成了几个技术流派，并且不同容量等级的情况也有所不同。

200-300MWe等级循环流化床锅炉，主要技术流派为：

（1）鲁奇技术流派，代表为Stein公司和ABB－CE公司，特点为采用绝热旋风分离器带外置换热器的循环流化床技术；

（2）奥斯龙技术流派，代表为FW公司，特点是采用绝热旋风分离器及炉内布置翼形或屏式受热面；

（3）FW技术流派，特点是采用汽冷旋风分离器及紧凑式外置换热器，即带INTRIX 的循环流化床锅炉。

100MWe等级的循环流化床锅炉，除上述技术流派外，还有以美国FW公司为代表的紧凑式方形旋风分离循环流化床技术，以EVT为代表的采用绝热旋风分离器及炉内布置屏式受热面的循环流化床锅炉技术。

50Mwe及以下容量的循环流化床锅炉，除上述技术流派外，还有以德国Babcock 公司为代表的采用塔式布置中温旋风分离循环流化床技术，美国B&W公司采用两级分离的循环流化床技术。

二十世纪九十年代中期以来，世界上多台200MWe以上等级的循环流化床锅炉投入商业运行，如：1995年11月，采用德国鲁奇（Lurgi）循环流化床燃烧技术，由法国通用电气阿尔斯通斯坦因工业公司（GASI）设计制造的法国普罗旺斯（Provence）电站250MWe循环流化床锅炉投入商业运行，普罗旺斯电站的成功投运成为大型循环流化床锅炉发展史上的一个里程碑；它不仅解决了循环流化床锅炉大型化过程中的很多技术问题，更重要的是，它为大型化工作的进一步开展增强了信心。目前，美国ABB-CE公司、福斯特惠勒（Foster Wheeler）公司等主要循环流化床锅炉制造商都完成了200～250MWe等级的产品开发工作，相应在韩国东海（Tonghe）电厂和波兰图鹿（Turow）电厂分别投运了他们的产品，运行状况均令人满意。

由于国际锅炉制造业竞争剧烈，互相兼并和收购是司空见惯的事情，到目前为止，在250MWe等级以上容量的循环流化床锅炉开发阵营中，仅存在两个大的集团公司：法国通用电气阿尔斯通集团公司和美国福斯特惠勒公司。阿尔斯通集团不但拥有斯坦因工业公司，而且先后收购了德国EVT公司和 ABB－CE公司中的锅炉制造分部，因此二者的循环流化床锅炉技术及业务均由阿尔斯通集团掌控；美国福斯特惠勒公司收购了芬兰的奥斯龙循环流化床锅炉业务，因此福斯特惠勒不但拥有自己的循环流化床锅炉技术，而且拥有奥斯龙循环流化床锅炉技术。

循环流化床锅炉的技术发展过程表明，循环流化床燃烧技术日趋完善与成熟，各

技术流派逐步趋同，特别是在核心关键参数及流程上，形成主流派技术。纵观国外循环流化床锅炉大型化的经验，大容量(200MWe等级)循环流化床锅炉都毫无例外地采用旋风分离技术，绝大多数带有外置换热器来增加锅炉运行的灵活性和可靠性。在中小容量循环流化床锅炉范围，根据不同情况，进行适当简化，形成针对性强的专项技术，使得在主流技术体系下，循环流化床锅炉具有某种灵活性，如分离器型式和外置换热器的设置等。

大容量循环流化床锅炉之所以采用旋风分离器，是因为旋风分离器的分离性能能够满足循环流化床锅炉的要求，但是当容量放大时，分离器也存在放大问题，即尺寸放大后分离效率下降的问题，传统理论预测分离器直径不能超过5－6米，经过不断放大实践的探索，成功解决了旋风分离器放大的难题，到目前为止，旋风分离器的直径可以放大到10米直径，如235MWe循环流化床锅炉仅采用两个旋风分离器即可满足要求，如何对分离技术实施放大是循环流化床锅炉研发的一个核心内容。正是旋风分离器放大技术在实践和理论上的突破，使循环流化床锅炉的大型化成为现实。

目前国外约有60台100MWe以上循环流化床锅炉，其中已经投产运行的为40余台。它们大多数主要在欧美，约有20%在亚洲。单台连续运行最高记录为13个月，可用率达到98%。循环流化床检验规程和安全规程已经列入美国ASME标准，这是其技术成熟及标准化的重要标志。

循环流化床技术的国际发展趋势是继续开发300MWe等级以上的大型电站循环流化床锅炉。国外循环流化床锅炉制造公司认为，目前制造600MWe循环流化床锅炉在技术上是有把握的，研究开发的一个重要方向是超临界参数循环流化床锅炉。由于超临界技术及大型化循环流化床技术均已掌握，因此将二者结合成的超临界循环流化床锅炉会在效率和环保上实现双突破，完全有可能形成一种在IGCC、PFBC、PC+FGD之外的清洁煤技术，当前一些著名的循环流化床锅炉公司都非常关注这一点。

目前国外著名的循环流化床锅炉技术开发的工作重心为加紧研究因锅炉容量的放大所带来的技术问题，特别集中在：通过内部燃烧过程的合理组织，进一步降低污染物的生成与排放，降低脱硫脱硝运行成本，满足日益严格的环保标准；加强燃料种类的适应性，包括难燃煤种的燃烬问题；加强运行可靠性和经济性；采用超临界参数的超大型技术等等。这是国际上这项技术的发展趋势和研究前沿。国外循环流化床锅炉技术研究开发的先进性主要有以下几点：

（1）投入大，基础工作扎实；国外对循环流化床锅炉的基础理论研究深入，设计方法科学先进，在循环流化床锅炉的设计中，利用相应的计算软件并进行冷态、热态实验，对燃料进行试烧等。另外，国外在较低容量级的循环流化床锅炉上进行1～2年的性能测试，掌握全部的特性曲线，建立相应的数学模型，这样就保证了较大容量循环流化床锅炉的安全、可靠和经济运行，例如Stein开发600MWe 容量循环流化床锅炉是在对250MWe循环流化床锅炉进行长达两年的实测数据分析及模化的基础上进行的。

（2）锅炉岛的可用率高；国外循环流化床锅炉岛的可用率已达到90%以上，由于国外锅炉制造公司不但提供锅炉本体，而且常常提供整个锅炉岛，因此系统配套性较好，此外由于发达国家工业基础较好，配套设备、辅机系统等的可靠性高，因此锅炉岛的连续运行时间较长，利用率较高。

（3）自控水平高。国外控制系统的设备过关，比较注意控制方面的配套开发，在较大容量的循环流化床锅炉上均实现了闭环自动控制，参数调整及时、迅速，

运行操作简单。

国内循环流化床锅炉的开发工作与国外几乎同时起步。“七五”期间，在国家有关部门的支持下，开发出了国内第一台35t/h循环流化床发电锅炉。“七五”末期，开始了75t/h循环流化床锅炉的研究开发，在国家有关部委的大力支持下，国内许多科研单位开发出了国内第一批35t/h－75t/h循环流化床锅炉。限于当时的认识水平，以及相关辅机系统不配套，第一批生产的循环流化床锅炉普遍存在出力不足、磨损严重、锅炉密封不良等问题。1993年以后，国家经贸委组织了75t/h循环流化床锅炉完善化工程项目，使国内主要技术流派的循环流化床锅炉得到了不同程度的改善。通过科研、制造、安装和使用单位的共同努力，先后完成了75t/h及以下容量循环流化床锅炉的研究开发和产业化工作。此容量的循环流化床锅炉目前已经成为成熟的、大批量生产的环保型产品。据粗略统计，目前国内已经有近300台左右的75t/h循环流化床锅炉在运行，燃用不同燃料，并且分布很广。

国家计委在“八五”期间，支持了国产循环流化床锅炉向220t/h等级发展的工作，但所建立的依托工程因经济等原因尚未投运。国家科技部在“九五”期间组织了125MW再热循环流化床锅炉的研究与设计任务，但没有工程项目依托。

在同一时期，鉴于对大型循环流化床锅炉的需要，电力系统加快了循环流化床锅炉设备的引进工作，典型的标志是采用引进技术的内江410t/h（100MWe）循环流化床锅炉的投运。基于国内化工行业和相关热电厂对220t/h循环流化床锅炉的需求，国内锅炉制造公司先后采用引进技术及国内分包制造的形式，生产了一批220t/h循环流化床锅炉，取得了大型循环流化床锅炉生产和运行的实际经验。“九五”后期，在国家经贸委支持下，具有国家自主知识产权的130t/h循环流化床锅炉开发成功，多台投入运行，这标志着向循环流化床锅炉大型化发展迈出了实质性的一步，并且占领了国内市场。此容量等级的开发采取市场机制，是国内首次直接进入产品级开发，与国际的开发模式接轨，同时锅炉自控水平有很大提高，多个用户直接采用DCS自动控制系统，最好投入率接近80%，为今后大容量循环流化床锅炉技术开发奠定了坚实基础。国内自主开发的130t/h循环流化床锅炉还有近20台处在设计、制造和安装阶段。因此130t/h级循环流化床锅炉经过完善和提高后，很快形成产业化。

此外，“九五”期间，一些科研单位鉴于循环流化床锅炉大型化的困难而逐步转向其它研究领域，只有少数科研单位对循环流化床锅炉技术进行了广泛的实践和系统的研发，并且初步摸索出了循环流化床锅炉的开发模式和流程，因此具备了向更大容量循环流化床锅炉进行研发的基础。

“十五”期间，国内自主开发的135MWe等级的循环流化床锅炉要取得依托工程，投入商业运行；并研制出具有国家自主知识产权的200MWe循环流化床锅炉，为300MWe、600MWe及超临界参数的循环流化床锅炉的开发提供技术和实践平台。综观国内循环流化床锅炉研究开发的整个过程，前期工作主要停留在分离技术（旋风分离器的替代技术）、物料循环系统与关键部件的技术探索、配套系统的形成等方面。经过长时间的技术积累和市场培育，现在用户主要关心的是锅炉的可靠性和综合经济环保特性。要求锅炉具有高可靠性、高经济性和高环保性。因此，循环流化床锅炉大型化研究开发工作必须以高可靠性、高经济性和高环保性为核心。

随着时间的推进和技术的进步，循环流化床燃烧技术研究的成果日臻完善，迫切需要研制融合最新技术成果、具有高性能的更大容量的循环流化床锅炉。国际上，

采用高温旋风分离技术是循环流化床锅炉发展的主流派技术，采用具有冷却表面的旋风分离器是一个新的发展趋势，但是成本较高。目前，也有采用方形（异型）分离器的循环流化床锅炉，对于大容量多变煤种的情况，能否满足高效、低污染等技术指标，还在探索之中。旋风分离技术是一个经过探索、行得通的分离技术，目前运行的发电200MWe以上容量的循环流化床锅炉均采用旋风分离器。因此循环流化床锅炉大型化应首选旋风分离器技术，这也是国际上的主流技术，以确保高的分离性能，减少大型化的技术风险。

从国内外的技术对比来看，国内目前的循环流化床锅炉技术并不落后，可以说是紧跟国际的发展前沿；但在锅炉容量、整体技术、配套技术等方面尚有一些差距，研究与开发的投入还远远不够，特别是研究资金投入不足，研制开发力量分散等多种因素，导致研究开发工作进展缓慢。经过长时间的技术普及和市场培育，目前在国家有关政策支持下，特别是国家计委和经贸委均在组织具有自主技术的大型循环流化床的示范工程，用户已经能够接受具有自主技术的大容量循环流化床锅炉产品，因此迫切需要加紧开发和应用大容量循环流化床锅炉技术。

循环流化床锅炉与传统的层燃炉（如链条炉）和煤粉炉相比，其最大的优势体现在煤颗粒燃烧过程的控制上。众所周知，在煤颗粒的燃烧过程控制中，值得关心的问题是燃烧的燃烬性、燃烧的安全性和燃烧的清洁性。燃烧的燃烬性是最大限度地实现燃料的完全燃烧；燃烧的安全性是燃烧稳定，并将燃烧温度控制在合理的范围内；燃烧的清洁性是指燃烧过程生成的污染物最少，即燃烧生成的SO2和NOx最少。

煤粉锅炉的燃烧为高温火炬燃烧，可实现的燃烧控制有：煤粒度控制、煤种控制、配风控制，达到高的燃烧效率，降低氮氧化物排放。但是采用煤粉燃烧，氮氧化物排放降低的程度极为有限，炉内脱硫效率很低，需要加装尾气脱硫净化装置，成本高昂。煤粉燃烧控制主要定位于燃烧的安全性和燃烬性，虽然人们不断地改进燃烧器，使用分级燃烧技术，但是由于煤采用高温燃烧方式，这必然带来较高氮氧化物的排放。目前关于煤粉的类石墨化、氮在燃烧过程的生成过程等项的研究是此燃烧过程控制的补充，但是这些研究很难对煤粉燃烧过程控制有重大突破。

层燃炉的燃烧亦为高温燃烧，可实现的燃烧控制有：煤粒度控制、煤种控制、配风控制，但是该燃烧方式的燃烧效率低，氮氧化物和二氧化硫的排放高，污染大。目前可以采取加装尾气脱硫装置来降低二氧化硫的排放，但成本高昂，燃烧过程的控制停留在燃烬和燃烧稳定性上。

循环流化床锅炉的燃烧技术，燃烧温度被控制在850℃左右，加入的石灰石在此温度下煅烧生成CO2和CaO，其中CaO与煤燃烧生成的SO2发生反应生成CaSO4，从而实现燃烧过程中的脱硫，随着物料循环的实现，石灰石的循环利用也成为现实，最佳的脱硫温度、炉内强烈的湍流混合方式和脱硫剂在炉内停留时间的延长使脱硫效率大大提高，一般Ca与S的摩尔比为2时，脱硫效率可达90%；通过低温燃烧（850℃）和分级配风实现低氮氧化物的生成；低温燃烧形成的灰渣活性好，易于综合利用。循环流化床燃烧技术彻底解决了燃烧稳定性问题，使得负荷调节范围大，燃料适应性广，不但可以烧煤，还适用于衍生燃料的燃烧和固体废弃物的焚烧。因此循环流化床燃烧技术在燃烧过程中同时实现高效稳定燃烧和洁净燃烧，使煤的直接燃烧在很长一段时间内能够满足日益严格的环保要求。循环流化床燃烧为低温燃烧，可实现的燃烧控制有：煤粒度控制、配风控制、温度控制、循环物料控制，从而实现高效及低污染排放的燃烧过程控制。

循环流化床作为一项高效低污染的新型燃烧技术，是对传统的层状燃烧(链条炉)和悬浮燃烧(煤粉炉)技术的一个重大革新，具有其它燃烧方式无法比拟的优点，它的主要优点有：

（1）燃料适应性广，可以燃用常规原煤，也可以燃用煤矿洗选下来的煤矸石、洗中煤、煤泥等劣质煤，还可以燃用石油焦和造气炉渣等劣质燃料，能够较好地满足我国锅炉煤种供应多变、原煤直接燃烧比例高等特点。

（2）环保性能好，可以实现炉内高效脱硫，氮氧化物(NOx)排放低，满足国家环保要求。

（3）易于操作，燃烧稳定安全，燃烧效率高。

（4）锅炉负荷调节范围大，调节比达4:1，可以适应锅炉带基本负荷，也可以进行大幅度调峰，特别适合昼夜负荷变化大的地区。

（5）灰渣可以综合利用，循环流化床锅炉属于低温燃烧，灰渣活性好，直接用于建筑材料如水泥掺合料、制砖等。

因此，采用循环流化床锅炉，可以切实地体现其重大的经济、社会和环保效益，得到了国家的重视，已列为国家“十五”期间和2015年规划的产业发展方向。目前从国际国内正在积极开发的多种燃煤新技术中，在未来20年内，唯有循环流化床燃烧技术才是真正能够被国内广泛接受和应用的。