循环流化床锅炉的发展现状及前景

循环流化床锅炉的现状及发展前景

（无锡华光锅炉股份有限公司）

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摘 要 循环流化床燃烧技术是国际80年代在锅炉上得到成功应用的清洁煤燃烧技术。提高可靠性、经济性和文明生产程度贯穿了循环流化床燃烧技术的发展历史。 关键词 循环流化床锅炉 分离器 防磨措施 发展方向 0 引 言

循环流化床锅炉(CFB)燃烧技术是一项近20年来发展起来的燃煤技术。它具有燃料适应性广、燃烧效率高、氮氧化物排放低、负荷调节比大和负荷调节快等突出优点。自循环流化床燃烧技术出现以来，循环流化床锅炉已在世界范围内得到广泛的应用，大容量的循环流化床电站锅炉已被发电行业所接受。世界上最大容量的300MW循环流化床锅炉已在2002年投运，多台200～250MW大容量循环流化床锅炉也已投产。我国集中于中型CFB的研制与开发，目前已完全商业化，上千台35~220t/h循环流化床锅炉已投入商业运行；国产化技术和引进国外技术生产的410~480t/h循环流化床锅炉也相继投入运行；引进国外技术的300MW循环流化床锅炉已在建设之中。 1 循环流化床燃烧技术的优点

循环流化床锅炉兼具泡床炉和煤粉炉的长处 ，又摒弃了两种炉型的不足之处，因此，循环流化床燃烧技术具有其它各种燃烧方式无与伦比的优点，所以才被世人公认为最有希望的燃烧技术，其主要优点：

1、低污染燃烧。由于循环流化床燃烧炉膛温度可控制在850～920℃左右，并可在投燃料的同时加投石灰石CaCO3这样可以达到去除SO2与控制NOX有害物质生成的目的，避免大气中形成酸雨造成的危害，目前世界上脱硫效率最好的可达95％，这种先进的燃烧方式为烧高硫煤解除了后顾之优。

2、燃烧适应范围广，除了燃用一般的煤以外，还可以烧低热值的煤矸石，油页岩、煤泥、垃圾、树皮等，这对处理城市垃圾和综合利用能源有着显著的经济效益和社会效益。 3、适合调峰运行，循环流化床锅炉能做到在30％MCR时不投油稳燃。负荷调节比大。 4、锅炉热效率高，循环流化床锅炉的燃料是在多次循环中完成燃烧的，所以燃料的化学不完全燃烧的热损几乎可以达到“0”的水平，同时灰渣的的热量也能得充分的回收。 5、综合经济效益好。因飞灰可燃物低，燃后的灰渣可作为水泥的掺料和轻质建筑材料。 2 循环流化床锅炉的发展现状

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循环流化床锅炉除了向大容量、高参数逐步发展外，另一个关键发展方向为气固分离器的发展。气固分离器是CFB系统的核心部件之一。其之所以关键，从运行机理上来讲，只有当分离器完成了含尘气流的气固分离并连续地把收集下来的物料回送至炉膛，实现灰平衡及热平衡，才能保证炉内燃烧的稳定与高效；就系统结构而言，分离器设计、布置得是否合理直接关系着锅炉系统制造、安装、运行、维修等各方面的经济性与可靠性。虽然分离器是CFB必不可少的关键环节，但它又具有相对的独立性和灵活性，在结构与布置上回旋余地很大。从某种意义上讲，CFB锅炉燃烧技术的发展也取决于气固分离技术的发展，分离器设计上的差异标志着不同的CFB技术流派。目前我国使用较多的分离器形式主要有以下几种：

2.1 绝热旋风分离循环流化床锅炉

旋风分离器在化工、冶金等领域具有悠久的使用历史，是比较成熟的气固分离装置，因此在CFB领域应用最多。

高温绝热式旋风分离器筒内采用保温、耐火及防磨材料砌装而成。锅炉运行时分离器入口烟温在850～900℃左右。这种分离器具有相当好的分离性能，使用这种分离器的循环流化床锅炉具有较高的性能。由于该结构简单，目前国内大部份锅炉采用了高温绝热旋风分离器，但这种分离器也存在一些问题，主要是旋风筒体积庞大，因而钢耗较高，锅炉造价高，占地较大，旋风筒内衬厚、耐火材料及砌筑要求高、用量大、费用高、维修量大，见图1；启动时间长、运行中易出现故障；密封和膨胀系统复杂；尤其是在燃用挥发份较低或活性较差的强后燃性煤种时，旋风筒内的燃烧导致分离后的物料温度上升，引起旋风筒内或回料腿回料阀内的超温结焦。这些问题在我国的实际生产条件下显得更为突出。

图1 高温绝热式旋风分离器的筒体

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2.2 中温分离循环流化床锅炉

该型锅炉将分离器布置在400～600℃的区域，目前在国内使用该型分离方式的炉型主要有以下两种：

a、 分离器采用两级分离方式，第一级（高温区域）采用百叶窗或槽形分离器，第二级（中

温区域）采用旋风分离器或下排气分离器形式；采用该结构形式的锅炉结构简单，占地面积小，投资少；但由于第一级分离方式属于惯性分离，因其分离效率低，飞灰量大，易造成尾部受热面的磨损；第二级采用中温分离，因其返料灰温度低，若循环灰量多，易造成炉膛温度偏低，燃烧不稳定。同时由于该形式分离器效率低，飞灰可燃物偏高，锅炉效率相对偏低。

b、 采用Circofluid的中温分离技术，炉膛上部布置了较多数量的受热面，降低了旋风筒

入口处的烟气温度和体积，旋风筒的体积和重量有所减小，因此相当程度上克服了绝热旋风筒技术的缺陷，使其运行可靠性提高，但炉膛上部布置有过热器和高温省煤器等，需要采用塔式布置，炉膛比较高，钢耗量大，使锅炉造价提高；当燃用低热值煤种时，由于燃料中灰份较多，易导致炉内受热面的磨损，发生爆管现象。同时，它的CO排放及检修问题在一定程度上限制了该技术的发展。 2.3 水(汽)冷分离循环流化床锅炉

为保持绝热旋风筒循环流化床锅炉的优点，同时有效地克服该炉型的缺陷，国内外锅炉生产厂家设计出了堪称典范的水(汽)冷旋风分离器，其结构如图2。该分离器外壳由水冷或汽冷管弯制、焊装而成，取消绝热旋风筒的高温绝热层，代之以受热面制成的曲面及其内侧布满销钉涂一层较薄厚度的高温耐磨浇注料。壳外侧覆以一定厚度的保温层，内侧只敷设一薄层防磨材料，见图3。水(汽)冷旋风筒可吸收一部分热量，分离器内物料温度不会上升，甚至略有下降，较好地解决了旋风筒内侧防磨问题。采用该形式的循环流化床锅炉从未发生回料系统结焦的问题，也未发生旋风筒内磨损问题，充分显示了其优越性。这样，高温绝热型旋风分离循环床的优点得以继续发挥，缺点则基本被克服。

当然，任何一种设计都难以尽善尽美，水(汽)冷旋风分离器的问题是制造工艺复杂，生产成本过高，缺乏市场竞争力，这使其商业竞争力下降，通用性和推广价值受到了一定的限制。

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图2 水(汽)冷旋风分离器筒体结构 图3 水(汽)冷旋风分离器耐火材料示意图

2.4 水冷方形分离器

为克服汽冷旋风筒制造成本高的问题，国内外的一些锅炉生产厂家采用具有专利技术的

方形分离器，分离器的分离机理与圆形旋风筒本质上无差别，壳体仍采用水(汽)冷管壁式，但因筒体为平面结构而别具一格。它与常规循环流化床锅炉的最大区别是采用了方形的气固分离装置，分离器的壁面作为炉膛壁面水循环系统的一部分，因此与炉膛之间免除热膨胀节。同时方形分离器可紧贴炉膛布置从而使整个循环床锅炉的体积大为减少，布置显得十分紧凑。此外，为防止磨损，方形分离器水冷表面敷设了一层薄的耐火层，这使得分离器起到传热表面的作用，并使锅炉启动和冷却速率加快。

图4 水泠方形分离器循环床锅炉简图

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