循环流化床燃烧技术的发展_钟辉 (1)

ZHONG Hui1 , WANG Xiao-yan2 ( 1. Liaoning Province s Anshan Design Institute of Small & Middling Heating & Power Installat ions,
Anshan 410002, China; 2. Liaoning Provinces Anshan Planing Institute for Cities and Towns, Anshan 410001, China)
收稿日期: 2004-05-25 基金项目: 国家重点基础研究发展规划项目( 200026309) 资助项目。 作者简介: 钟 辉( 1968- ) , 女, 高级工程师, 从事热电厂工艺设计和锅炉燃烧技术研究开发。
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循环流化床燃烧技术的发展
发电设备( 2005 No. 2)
因此, 在我国目前环保要求日益严格、煤种变 化较大和电厂负荷调节范围较大的情况下, 循环 流化床成为发电厂和热电厂优选的技术之一。我 国的循环流化床燃烧技术来自于自主开发、国外 引进、引进技术的消化吸收三个方面。上世纪 80 年代以来, 我国循环流化床锅炉数量和单台容量 逐年增加。据不完全统计, 现有近千台 35~ 460 t h 循环流化床蒸汽锅炉和热水锅炉在运行、安装、 制造或订货; 平均单 机容量 从 37. 41 t h 上 升至 106. 78 t h, 见图 1; 参数从中压、次高压、高压发展 到超高压, 单台容量已经 发展到 670 t h, 见图 2。 截至 2003 年, 投运台数已有 700 多台, 其中单炉 最大容量为 465 t h, 发电量 150 MW。近 3 年, 我 国循环流化床锅炉发展迅速, 100 MW 以上循环流 化床锅炉订货量达到近 80 台, 100 MW 以下循环 流化床锅炉订货超过 2000 台。今后, 随着环保标 准的提高, 供热及电力市场对循环流化床锅炉的 需求将会进一步扩大。
图 6 JEA 的 300 MW 循环流化床锅炉三维模型
另有近 10 台 200~ 300 MW 循环流化床锅炉 正在安装或制造。一般认为, 目前的技术水平制 造 600 MW 循环流化床锅炉是有把握的[ 4] 。当前 全世界( 除中国外) 100 MW 以上循环流化床锅炉 运行台数约 60 台。其中已 经投产运行 的 40 余 台。这些循环流化床锅炉主要在欧美, 只有 20% 左右在亚洲。单台连续运行最高记录为 13 个月, 可用率达到 98% 。
图 7 670 t h 超高压一次再热循环流化床锅炉
3 循环流化床技术的发展方向
3. 1 循环流化床高参数化 循环流化床锅炉大型化发展的一个重要的目
标是开发超临界参数循环流化床锅炉。常压循环 流化床燃烧技术是国际上公认的商业化程度最好 的洁净煤技术, 但在达到较高的供电效率方面并 未具有明显的优越性。超临界 CFB 作为下一代 CFB 技术, 由于可以得到较高的供电效率, 脱硫脱 硝投资及成本比烟气净化低 50% 以上, 是一种适 于在中国大量推广的燃煤发电技术。由于超临界 技术及大型循环流化床均是已经掌握的技术, 将 两者结合形成的超临界循环流化床锅炉将在环保
Hale Waihona Puke Baidu
取引进和自我开发两条路线, 完全掌握了中小型 循环流化床锅炉设 计制造技 术, 在 大型循环流 化床燃烧 技术
上已 经完成了 150 MW 超高压再热循环流化床锅炉的 示范工程, 引进的 300 MW 循环流化 床锅炉进 入示范 实
施阶段。阐明了超临界循环流化床锅炉是今后循环流化床燃烧技术发展极为重要的方向, 是大型燃煤电站污
图 1 中国 CFB 锅炉订货和平均容量
图 3 鲁奇式外置换热器
图 2 中国 CFB 锅炉单台容量的发展
1 循环流化床燃烧技术发展概况
德国鲁奇公司首先取得了循环流化床燃烧技 术的专利, 并研究开发出当时世界上最大的 270 t h 循环流化床锅炉, 由此引发出了循环流化床燃 烧技术的开发热潮, 至今已经形成几个技术流派: 以鲁奇公司为代表( 包括 Stain 公司和 ABB 公司) 的绝热旋风筒带有外置换热床( 见图 3) 的循环流
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循环流化床燃烧技术的发展
综述
循环流化床燃烧技术的发展
钟 辉1 , 王晓严2 ( 1. 辽宁省鞍山中小热电设计院, 辽宁 鞍山 410002; 2. 辽宁省鞍山城乡规划设计院, 辽宁 鞍山 410001)
摘 要: 循环流化床燃烧技术对我国燃煤污 染控制具有举 足轻重的意 义。我国自 上世纪 80 年 代以来 采
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及效率上实现双突破。近期的研究证明, 循环流 化床锅炉及超临界均是成熟技术, 两者的结合相 对技术风险不大, 然而, 结合后产生的技术综合了 循环流化床锅炉低成本污染控制及高供电效率两 个优势。超临界循环流化床锅炉技术实现难度低 于超临界煤 粉炉, 由于燃烧室内热 负荷低, 见图 8[ 9] , 可以相对简单的本生炉垂直管方案构成燃烧 室受热面; 而且, 低质量流率带来的低阻力降可能 使其在低负荷亚临界区具有自然循环性质, 运行 十分安全[ 10] 。
目前国内已经基本掌握 200 MW 以下循环流 化床锅炉技术, 进入了推广阶段。国产化 670 t h 锅炉( 200 MW) 已经实施, 图 7 为国产化 670 t h 循 环流化床锅炉的一个方案[ 5] 。
我国曾多次引进国外循环流化床锅炉技术, 并数次购买国外循环流化床锅炉产品, 推动了中 国循环流化床锅炉技术的发展。国内三家大型锅 炉厂先后引进了美国 F. W. 公司 50~ 100 MW 汽 冷旋风筒循环流化床锅炉技术、德国 EVT 150 MW 以下容量再热循环流化床锅炉技术和前 ABB-CE
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的再热循环流化床锅炉技术。目前国家发改委组 织引进了阿 尔斯通 300 MW 循环流 化床 锅炉技 术[ 6] [7] [ 8] 。国内的循环流 化床技 术发展, 在消化 引进国外循环流化床技术和研制开发自主知识产 权的大型循环流化床 锅炉制造技术 并重的基础 上, 一方面消化完善引进国外循环流化床技术, 使 之完全适应我国的国情; 另一方面在消化的基础 上找到突破口, 结合自己开发工作的成果和经验 予以创新, 形成自己的专利技术, 将大大推动中国 的循环流化床技术发展。
化床 锅炉 技术; 以美 国 FW 公 司为 代 表的 带有 Intrex( 见图 4) 的汽冷旋风分离循环流化床锅炉技 术; 以原芬兰 Alhstrom 公司为代表的燃烧室内布 置翼形受热面的高温绝热旋风分离的循环流化床 锅炉技术( 见图 5) 等。上世纪 90 年代中期, 又迅 速崛起了由前 Alhstrom 公司开发出的冷却式方型 分离紧凑式循环流化床锅炉技术。技术流派的演 变是一个技术发展的过程。上世纪 80 年代, 由笨 重易损的热旋风筒, 进步到上世纪 90 年代初的精 巧耐用的汽冷旋风筒, 进而到上世纪 90 年代中开 发出的冷却式方型分离紧凑式循环流化床锅炉又 克服了汽冷旋风筒的生产成本问题, 并为循环流 化床锅炉最终回归到传统锅炉的简洁布置开创了 道路; 目前由 F. W. 公 司生产, 安装于波兰的 260 MW 循环流化床锅炉即采用方形分离器技术[ 2] 。
图 4 INTREX 结构
图 5 内江高坝电厂 100 MW 循环流化床锅炉 131
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从容量上看, 循环流化床锅炉也从热电用小 中型低参数容量发展到高参数大型电站锅炉。目 前世界上在运行的最大容量循环流化床锅炉为美 国佛罗里达 300 MW 燃用石油焦的循环流化床锅 炉, 见图 6[3] 。
染控制最具竞争力的技术。
关键词: 循环流化床; 燃烧技术; 发展前景
中图分类号:TK229. 66
文献标识码: A
文 章编号: 1671- 086X( 2005) 02-0130- 05
Development of Circulating Fluidized Bed Combustion Technique
为 120 10- 6 左右。并可实现燃烧中直接脱硫和 低 NOx 排放, 其脱硫和低 NOx 排放的初投资及运
行费用远低于煤粉炉加烟气净化, 是目前我国在 经济上可承受的燃煤污染控制技术; 燃料适应性 广且燃烧效率高, 特别适合于低热值劣质煤; 排出 的灰渣活性好, 易于实现综合利用。负荷调节范 围大, 负荷可降到额定负荷的 30% 左右[ 1] 。
Abstract: Circulating fluidized bed combustion technology has a vital bearing in respect to control of pollution caused by combustion of coal. A review is presented of how China, since the 80 s of last century, by technology licensing and self - reliant efforts, has adopted a twofold way of development, herewith mastering the art of designing and manufacturing small and middling circulating fluidized bed boilers. In respect to combustion technique, concerning large sized circulating fluidized bed boilers, the demonstration program of a 150 MM super- high pressure circulating fluidized bed reheat boiler has been completed while an imported 300 MM circulating fluidized bed boiler has entered the damanstration stage. The viewpoint is expressed that the supercritical circulating fluidized bed boiler is a vital goal of development of CFBC technique, readily conpetitive in respect to control of pollution caused by large coal firing power plants.
Keywords: circulating fluidized bed; combustion technique; development prospect
目前我国一次能源消耗中煤炭占 65% , 在若 干年内还会维持这个趋势。可见发展高效、低污 染的清洁燃煤技术是当今亟待解决的问题。
循环流化床( CFB) 是近年来在国际上发展起 来的新一代高效、低污染清洁燃烧技术, 具有许多 其它燃烧方式所没有的优点。由于循环流化床属 于低温燃烧, 因此氮氧化物排放远低于煤粉炉, 仅
2 中国循环流化床燃烧技术的发展
我国循环流化床锅炉数量和单台容量逐年增 加。目前已经开发 35~ 465 t h 系列化循环流化 床锅炉, 建立了世界首台 135 MW 再热循环流化 床锅炉电厂仿真机[ 3] , 技术水平世界领先。与此 同时, 建立了循环流化床锅炉设计理论体系, 并形 成了符合中国实际情况的设计导则和热力计算方 法, 已经出口到国外, 打破了多年来我国一直依赖 进口循环流化床技术的局面。鉴于我国在循环流 化床锅炉研究开发中的成就, ABB、EDF、IHI 等一 些著名的国际公司与我们合作研究一些循环流化 床燃烧技术难题。