循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展前景

　　摘 要：簡(jiǎn)要介紹了國(guó)外循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，重點(diǎn)討論了近年來國(guó)內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的研究進(jìn)展，分析指出了循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。循環(huán)流化床鍋爐未來將朝著大型化超臨界、深度脫硫與脫硝、能源綜合利用等方向發(fā)展。目前，我國(guó)已掌握150MWe及以下各種容量級(jí)循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)，并通過技術(shù)引進(jìn)開始了300MWe容量級(jí)CFB鍋爐的生產(chǎn)，未來將大力發(fā)展600MWe以上超臨界參數(shù)鍋爐技術(shù)。

　　關(guān)鍵詞：動(dòng)力機(jī)械工程;循環(huán)流化床;鍋爐技術(shù);進(jìn)展

　　循環(huán)流化床鍋爐(CFB)燃燒技術(shù)具有氮氧化物排放低、可實(shí)現(xiàn)在燃燒過程中直接脫硫、燃料適應(yīng)性廣、燃燒效率高和負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大等優(yōu)勢(shì)，已成為當(dāng)前煤炭潔凈燃燒的首選爐型。時(shí)至今日，循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)已發(fā)展到一定水平，目前正往大容量、超臨界、高潔凈方向快速前進(jìn)�？偨Y(jié)循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的最新進(jìn)展，預(yù)測(cè)循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)未來的發(fā)展方向，對(duì)于推動(dòng)循環(huán)流化床鍋爐本身的技術(shù)進(jìn)步、進(jìn)一步推廣循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)以解決我國(guó)當(dāng)前能源短缺、環(huán)境污染嚴(yán)重等問題，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

　　受中國(guó)動(dòng)力工程學(xué)會(huì)委托，由我們負(fù)責(zé)撰寫了《循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的最新進(jìn)展與展望》一文，并由學(xué)會(huì)推薦編入中國(guó)科協(xié)主編的《學(xué)科發(fā)展藍(lán)皮書——2004卷》。本文是在《循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的最新進(jìn)展與展望》一文的基礎(chǔ)上整理而成。

　　1、國(guó)外循環(huán)流化床鍋爐的發(fā)展現(xiàn)狀

　　國(guó)外第一臺(tái)商業(yè)循環(huán)流化床鍋爐由芬蘭的Ahlstrom 公司開發(fā)，于1979年在芬蘭Pihlava投運(yùn);緊接著于1982年，由Lurgi公司開發(fā)的、用于燃燒洗煤廠尾料的1臺(tái)84Mwth CFB鍋爐在德國(guó)的Leunen投運(yùn)。1985年9月，世界上第一臺(tái)96Mwe再熱式CFB鍋爐在德國(guó)杜伊斯堡城市電廠投運(yùn)并獲得了成功。

　　近2O、3O年來，CFB鍋爐技術(shù)在國(guó)外得到了快速發(fā)展，在西方國(guó)家現(xiàn)有37家公司生產(chǎn)流化床鍋爐，其中就有27家生產(chǎn)CFB鍋爐。經(jīng)過多年來的發(fā)展和整合，目前國(guó)外循環(huán)床鍋爐的生產(chǎn)主要集中在Foster Wheeler Ahlstrom 公司和Alstom 公司旗下的幾個(gè)子公司中。截至2002年底，國(guó)外鍋爐廠家已生產(chǎn)CFB鍋爐總?cè)萘恳殉�過30000MWe。目前，循環(huán)流化床鍋爐的檢驗(yàn)規(guī)程和安全規(guī)程已列入美國(guó)ASME標(biāo)準(zhǔn)，這是其技術(shù)成熟的一個(gè)重要標(biāo)志。

　　近年來，國(guó)外循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)快速地往大型化和高參數(shù)方向發(fā)展。迄今為止，世界上200MW級(jí)的CFB鍋爐總裝機(jī)容量已超過5000MW 。其中Alstom 公司為法國(guó)Gandanne 電廠制造的25OMwe CFB 鍋爐已于1996 年投運(yùn)，F(xiàn)w/Ahlstrom 公司為美國(guó)Jacksonville電廠制造的300MWe級(jí)CFB鍋爐亦已在2002年內(nèi)投運(yùn)。在更高容量方面，F(xiàn)oster—Wheeler公司已于2003年與波蘭電力公司簽訂了生產(chǎn)目前世界上容量最大、也是第一臺(tái)460MWe級(jí)超I臨界循環(huán)流化床鍋爐。該公司同時(shí)也獲得了法國(guó)電力公司600MWe級(jí)超臨界CFB鍋爐的制造合同，并已完成了方案的深度設(shè)計(jì)。目前，國(guó)外100MWe以上容量的循環(huán)流化床鍋爐約有6O臺(tái)，其中已經(jīng)投運(yùn)的有4O余臺(tái)。在運(yùn)行的最大容量循環(huán)流化床鍋爐為美國(guó)佛羅里達(dá)300MWe燃用石油焦的循環(huán)流化床鍋爐。另有近10臺(tái)200～300 MWe循環(huán)流化床鍋爐正在安裝或制造中 。

　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)外大型CFB鍋爐(≥100MWe)用戶主要分布在歐美，亞洲(不含中國(guó))僅占約2O 左右。波蘭是國(guó)外大型CFB鍋爐的用戶大戶，截至2003年底，波蘭已投運(yùn)的100MWe級(jí)以上CFB鍋爐超過15臺(tái)，其CFB鍋爐的爐型、容量、使用燃料等較有代表性。表1列出了波蘭目前運(yùn)行的.100MWe以上CFB鍋爐情況l2j。

　　由表1可見：波蘭已投運(yùn)的CFB鍋爐絕大部分是Ahlstrom /F.W 公司設(shè)計(jì)制造，這從一個(gè)側(cè)面反映了Foster—Wheeler/Ahlstrom Pyropower公司占有世界CFB鍋爐市場(chǎng)主要份額的情況。目前，國(guó)外大型CFB鍋爐的設(shè)計(jì)生產(chǎn)和運(yùn)行水平已達(dá)一定高度。

　　從表2可見，Gardanne電廠的實(shí)際運(yùn)行效率和污染排放水平甚至優(yōu)于設(shè)計(jì)保證值的要求。這說明國(guó)外CFB鍋爐企業(yè)已掌握了大型CFB鍋爐的設(shè)計(jì)制造技術(shù)。當(dāng)然，限于所使用燃料的特殊性，并不是所有已投產(chǎn)的大型CFB鍋爐都運(yùn)行良好。據(jù)報(bào)道，于1999年投運(yùn)、安裝在韓國(guó)Tonghae電廠、燃燒當(dāng)?shù)責(zé)o煙煤的220MWe級(jí)CFB鍋爐在初始運(yùn)行中尚存在有旋風(fēng)分離器和回料閥運(yùn)行溫度高于設(shè)計(jì)值、飛灰含碳量偏高和燃燒效率達(dá)不到設(shè)計(jì)值等問題 J，后來經(jīng)過大的整改，包括對(duì)旋風(fēng)分離器進(jìn)行重新設(shè)計(jì)改造，這些問題才得到了較好的解決。

　　2、國(guó)內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐的進(jìn)展

　　2.1 概述我國(guó)的循環(huán)流化床燃燒技術(shù)分為自主開發(fā)、國(guó)外引進(jìn)及引進(jìn)技術(shù)的消化吸收三個(gè)主要來源。進(jìn)入上世紀(jì)9O年代以來，我國(guó)循環(huán)流化床鍋爐數(shù)量和單臺(tái)容量逐年增加。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)有近千臺(tái)35～460t/h循環(huán)流化床蒸汽鍋爐和熱水鍋爐在運(yùn)行、安裝、制造或訂貨，平均單機(jī)容量從37.4lt/h上升至106.78t/h;參數(shù)從中壓、次高壓、高壓發(fā)展到超高壓。單臺(tái)容量已經(jīng)發(fā)展到670t/h(圖1)。截至2003年，投運(yùn)臺(tái)數(shù)已有700多臺(tái)。單爐最大容量為465t/h，發(fā)電量150MWe。目前，我國(guó)已成為世界上循環(huán)流化床鍋爐臺(tái)數(shù)最多和總蒸發(fā)量最大的國(guó)家，總運(yùn)行臺(tái)數(shù)已超過世界其它地區(qū)所有循環(huán)流化床鍋爐的總和 。

　　2.2 國(guó)內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)水平現(xiàn)狀與進(jìn)展近年來，在吸收和消化引進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，我國(guó)自主開發(fā)的CFB鍋爐水平有了長(zhǎng)足進(jìn)步，并已在一些核心技術(shù)上取得了突破。比如，浙江大學(xué)率先開發(fā)了下排氣旋風(fēng)分離器循環(huán)床鍋爐。此爐型在水平煙道與尾部豎井煙道相連接的換向室中布置下排氣旋風(fēng)分離器，將水平煙道與尾部豎井煙道整裝為一體，使鍋爐具有典型的“兀”型布置，具有結(jié)構(gòu)緊湊、深度小、易于大型化等優(yōu)點(diǎn);清華大學(xué)跟蹤國(guó)際上出現(xiàn)的水冷方型分離器，成功地開發(fā)了具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的水冷異型分離循環(huán)流化床鍋爐，該爐型具有結(jié)構(gòu)緊湊、密封性能好、分離效率高、重量輕、啟動(dòng)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，且也有易于放大和大型化生產(chǎn)的潛力等_5]。目前，國(guó)產(chǎn)循環(huán)流化床鍋爐在130t/h及以下等級(jí)已過關(guān)，并完全取代了這個(gè)等級(jí)的進(jìn)口鍋爐，占領(lǐng)了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。在220t/h等級(jí)上(50MWe)，通過技術(shù)引進(jìn)、消化吸收和自己組織合作開發(fā)等方式，如東方鍋爐廠引進(jìn)國(guó)外技術(shù)生產(chǎn)、國(guó)家電力公司熱工研究院和濟(jì)南鍋爐廠的合作、清華大學(xué)和無錫鍋爐廠的合作、中科院工程熱物理所與武漢鍋爐廠的合作等。早在上世紀(jì)9O年代中期，我國(guó)就已開發(fā)出了此容量級(jí)不同類型的中溫中壓、高溫次高壓和高溫高壓CFB鍋爐。目前，國(guó)內(nèi)已完全掌握了這一容量級(jí)CFB鍋爐的制造技術(shù)，個(gè)別產(chǎn)品甚至出口到發(fā)展中國(guó)家。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)這個(gè)容量級(jí)CFB鍋爐已有5O多臺(tái)在運(yùn)行、另有幾十臺(tái)在生產(chǎn)中。在410t/h容量級(jí)上(100MWe)：在上世紀(jì)9O年代中期，東方鍋爐廠和國(guó)家電力公司熱工研究院的合作，引進(jìn)Ahlstrom公司技術(shù)生產(chǎn)了國(guó)內(nèi)第一臺(tái)410t/h容量級(jí)CFB鍋爐，投運(yùn)于四川內(nèi)江;“九五”期間，國(guó)家又組織了哈鍋、東鍋、清華大學(xué)、浙江大學(xué)等單位，共同完成了科技攻關(guān)項(xiàng)目“100MWe級(jí)循環(huán)流化床鍋爐的研制”;經(jīng)過幾年來的自主開發(fā)和消化吸收，目前國(guó)內(nèi)也已掌握了該容量級(jí)CFB鍋爐的生產(chǎn)技術(shù)并實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化。2002年，由國(guó)電熱工研究院和哈爾濱鍋爐廠合作研制的國(guó)產(chǎn)第一臺(tái)410t/h級(jí)循環(huán)流化床鍋爐在江西分宜投運(yùn)，取得了成功。目前，國(guó)內(nèi)這個(gè)容量級(jí)的CFB鍋爐已有近10臺(tái)投入運(yùn)行，另尚有10臺(tái)左右在生產(chǎn)之中;在440～ 480t/h容量級(jí)方面(135MW～150MWe)。現(xiàn)在主要由哈鍋、東鍋和上鍋等三大鍋爐企業(yè)合作，引進(jìn)國(guó)外技術(shù)生產(chǎn)。哈爾濱鍋爐廠利用引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的135MWe級(jí)循環(huán)流化床鍋爐于2003年上半年在河南新鄉(xiāng)電廠投運(yùn);2004年4月，2臺(tái)135MWe循環(huán)流化床鍋爐順利地通過了國(guó)電熱工研究院進(jìn)行的性能達(dá)標(biāo)試驗(yàn);由上海鍋爐廠有限公司引進(jìn)技術(shù)分包承制的465t/h循環(huán)流化床鍋爐(135MWe)已于2003年8月在山東濟(jì)寧電廠啟動(dòng)達(dá)到滿負(fù)荷并順利通過了168h運(yùn)行試驗(yàn);由東方鍋爐廠消化引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的135MWe再熱超高壓循環(huán)流化床鍋爐也在2003年底在江蘇大屯電廠成功投運(yùn);這批鍋爐除了冷渣器系統(tǒng)及磨損存在一些問題外，在負(fù)荷、熱效率和脫硫效率等方面均已達(dá)到或超過了設(shè)計(jì)保證值。同時(shí)，國(guó)家也組織國(guó)內(nèi)有關(guān)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)在消化吸收引進(jìn)技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行自主開發(fā)。其中，由清華大學(xué)與哈爾濱鍋爐廠合作完成的440t/h超高壓再熱循環(huán)流化床鍋爐(135Mwe)已于2003年7月通過了科技部的驗(yàn)收。

　　這是目前國(guó)產(chǎn)已投運(yùn)的最大容量循環(huán)流化床鍋爐;由無錫鍋爐廠與中科院合作開發(fā)的480t/h(150MWe)CFB鍋爐電廠正在內(nèi)蒙古烏達(dá)電廠建設(shè)之中。另外，國(guó)內(nèi)的一些研究機(jī)構(gòu)還參與了該容量級(jí)國(guó)外循環(huán)床鍋爐技術(shù)的消化、吸收與開發(fā)，如浙江大學(xué)作為技術(shù)依托機(jī)構(gòu)參與了多項(xiàng)該等級(jí)燃用劣質(zhì)煤的循環(huán)流化床電廠建設(shè)。這些成果表明，在消化引進(jìn)技術(shù)和結(jié)合自己研發(fā)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，我國(guó)已基本掌握了這個(gè)容量級(jí)CFB鍋爐的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)。目前，國(guó)內(nèi)三大鍋爐企業(yè)(東鍋、哈鍋、上鍋)已投運(yùn)、生產(chǎn)、和接受訂單擬生產(chǎn)的135MW～150MWe級(jí)CFB鍋爐總量已超過100臺(tái)。在更大容量方面，國(guó)內(nèi)同樣也走引進(jìn)技術(shù)和自主開發(fā)相結(jié)合的發(fā)展道路。東鍋、哈鍋和上鍋合作，共同引進(jìn)了Alstom 公司1025t/h(300MWe)容量級(jí)CFB鍋爐的制造技術(shù)。同時(shí)，由哈鍋、國(guó)電熱工院等多個(gè)單位合作開發(fā)的200MWe循環(huán)流化床鍋爐已在江西分宜建設(shè)之中。目前，上鍋已在生產(chǎn)的300MWe容量級(jí)(1025~1065 t/h)CFB鍋爐有3臺(tái)，并另有訂單1臺(tái);而哈鍋和東鍋也已分別接受了6臺(tái)1025 t/h(300MWe)CFB鍋爐訂單。

　　由上述可知，從引進(jìn)到自行設(shè)計(jì)制造，近年來我國(guó)循環(huán)流化床鍋爐發(fā)展迅速，在循環(huán)床鍋爐大型化方面已取得了可喜的發(fā)展，與世界水平的差距正在逐步縮小。表3是目前我國(guó)已投運(yùn)的1 00MWe以上CFB鍋爐電廠情況。由表3可見，近年來特別是2002年以來，我國(guó)大型CFB鍋爐發(fā)展神速，每年以超過1000MWe以上的投運(yùn)容量在迅速增加。

　　2.3 目前國(guó)內(nèi)形成的CFB鍋爐主要技術(shù)流派與特點(diǎn)目前，我國(guó)主要的鍋爐生產(chǎn)廠家有哈爾濱鍋爐廠、東方鍋爐廠、上海鍋爐廠、濟(jì)南鍋爐廠、無錫鍋爐廠、杭州鍋爐廠、四川鍋爐廠、武漢鍋爐廠、南通鍋爐廠等企業(yè)。這些企業(yè)要么引進(jìn)國(guó)外技術(shù)生產(chǎn)、要么與國(guó)內(nèi)研究機(jī)構(gòu)合作開發(fā)，其生產(chǎn)的CFB鍋爐的技術(shù)特點(diǎn)可歸納如下(表4) j：

　　3、循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

　　3.1 大型化、超臨界方向發(fā)展

　　3.1.1 可行性國(guó)內(nèi)外專家普遍認(rèn)為，循環(huán)流化床鍋爐未來將朝著大型化、超臨界方向方展。這是因?yàn)椋�一方面，CFB鍋爐由于自身特點(diǎn)而易于大型化 ]：①采用了一級(jí)飛灰分離循環(huán)燃燒，系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，便于大型化。②不論是國(guó)外開發(fā)的方型分離器，或是國(guó)內(nèi)開發(fā)的水冷異型分離器和下排氣旋風(fēng)分離器，均能與鍋爐本體形成整體形式，結(jié)構(gòu)緊湊，易于大型化。另一方面，循環(huán)流化床燃燒技術(shù)由于具有以下固有燃燒特性而使它特別適合于與超臨界參數(shù)技術(shù)結(jié)合：