徐承乾—-论文 - 图文 (2)

内蒙古科技大学本科毕业论文

第一章 绪论

1.1循环流化床锅炉简介

迄今为止循环流化床锅炉已经在全世界范围内变得家喻户晓。CFB锅炉系统一般情况下由两大系统组成即：燃烧系统，汽水系统。燃料在循环流化床锅炉的燃烧系统中完成燃烧过程，并且，通过燃烧来进行能量之间的转换；锅炉的汽水系统的功能的实现是通过受热面吸收烟气所发出的热量，完成工质由水转变为饱和蒸汽，进而再转变为过热蒸汽而实现的。通过研究知道它具有很多异于旧式锅炉的鲜明特点，例如脱硫效率高、燃烧效率高、污染物排放量量小、燃料的适用性强、有很大的负荷调节比、灰渣可以综合利用等一系列特点。

1.2循环流化床锅炉的发展

在1979年，位于Finland的奥斯龙公司开发出了全球第一台20t/h商业用途的循环流化床锅炉，并投入使用，在这之后，Germany的鲁奇公司于20世纪八十年代年开发的全球第一台用于产汽与供热双重用途的CFBB并且建成运营。至此以后，CFB以及其相关的技术开始飞速的发展。

尽管我国在CFBB的研究与开发方面，虽然起步相对较晚，但是由于政府的高度重视和我国科研人员的不屑努力使我国的CFBB发展非常的迅速。在1987年中国科学院，它的工程热物理研究所与原名为开封的锅炉制造厂共同研究开发生产出中国首台CFBB，并且在开封中药厂投入运行，至此我国在CFB锅炉领域取得了零的突破。到目前为止，该台锅炉还在继续的工作，并且对该企业的发展做出了非常重要的贡献。在20世纪八十年代之后，全国几乎所有与热工程有关的科研院校和科研机构，比如清华大学、西安交通大学等高校和西安热工研究院等其它研究院，都投入到CFB锅炉的研发当中，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CFB锅炉，通过我国多年的发展与研究，我国在中、小型循环流化床技术等相关方面已经相当的成熟。由此可知，CFBB是中国锅炉这一行业的发展总的趋势，对于其他类型的锅炉，一定会被被CFB锅炉取而代之[1]。

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1.2.1循环流化床锅炉的优点

循环流化床具有许多的优点[2]： (1)循环流化床是一种低污染燃烧方式； (2)燃料适应性广；

(3)循环流化床锅炉燃烧效率高 ； (4)可以对老电厂进行改造； (5)灰渣易于综合利用。

正因为循环流化床具有以上的诸多好处，让它在未来的社会中拥有广阔的前景。

1.3循环流化床锅炉的发展总况

循环流化床锅炉和利用其它燃烧方式的锅炉相比较拥有相对较高的锅炉运行效率，并且它的脱硫效果也非常的好，除此之外它的氮氧化物排放量也较之普通的燃烧锅炉偏低，更重要的是它的燃料即煤炭的适用性非常的广，正是由于诸如这么多的优点，CFBB才受到了广泛的流行。经过近30年的迅猛发展，国外循环流化床锅炉技术已经趋于成熟，循环流化床锅炉的蒸发量已由最初的每小时几十吨发展到现在的每小时几百吨乃至上千吨，并已从工业锅炉扩展到电站锅炉，具有广阔的应用前景[3-6]。尤其是美国的福斯特·惠勒公司、德国的鲁奇、拔柏葛公司、法国的阿尔斯通和ABB-CE等公司在循环流化床锅炉技术的研究及开发中都有突出的成就，并形成了自己的特色，已能够提供功率600MW以下的全套大型商品化循环流化床锅炉发电设备[7-10]。

由于近几十年来的发展与改进，截至到现在，外国的循CFB锅炉的生制造与研发大部分都集中到惠勒公司以及阿尔斯通公司及其相关的子公司中。截止到现在，循环流化床锅炉的检查规格和检查程序以及安全规格和安全程序都已经被列入到了美国的ASME标准，这是其CFB锅炉的相关技术走向成熟的一个非常重要的里程碑[11]。

近几十年来，国外的CFB锅炉技术快速迅猛地发展，并且正趋向于大型化、高参数，到近期为止，国外的100MW以上容量的CFB锅炉已经在六十台以上，并且它们中许现在已经投入运营的CFBB在四十台以上。据目前来说，国外大型的循环流化床锅炉（大于一百兆瓦）的用户主要集中在欧美地区，亚洲地区分布

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的非常少大约占有20%上下。我国CFBB的燃烧技术的发展较之欧美国家相对比较晚，但是发展的非常之快，仅仅在20世纪后期，我国的许多科学研究机构和高等院校实验室先后开发了一系列有其独特优点的CFB锅炉，并且很快从实验室走向了大型工业生产上的应用。上世纪90年代以来，我国CFB锅炉的不但在数量上，而且在单台容量上也在不断的增加，同时锅炉的参数也从中压、次高压、高压不断发展到超高压。到现在为止，我国已成为世界上CFB锅炉台数和总蒸发量最大的国家[12]。

截止到现在，国产220t/h和其以下容量的CFBB已在我国的工业生产中得到普遍的运用，并且已经实现了生产的商业化。我国自主研究和生产的410t/h高压CFB锅炉和些许通过引进国外的技术与自主开发相结合的440~465t/h超高压一次再热循环流化床锅炉已开始投入商业运行[12,16]。据现有的情况统计，迄今为止我国已经工作的CFBB和正在建造的CFBB发电机组的总容量已经超过全国总装机容量的8%。最近几年我国的大型锅炉制造厂和科研机构还联合进行了关于600MW超临界循环流化床锅炉的开发和研究的一系列工作。并且我国还在2003年的时候与France的阿尔斯通公司签订了关于引进200~350MW级CFB锅炉制造的相关技术和有关电站设计的一系列技术,首台300MW循环流化床锅炉已于2006年在四川白马循环流化床锅炉示范电厂投运[13]。 1.3.1循环流化床锅炉的结构形式

迄今为止，世界上比较有代表性的CFB锅炉炉型[14]为：德国Lurgi型，芬兰Pyroflow型，美国FW型，德国Circofluid型和内循环(IR)型，见图1.1。 ① Lurgi型。锅炉的炉膛内布置膜式水冷壁受热面，采用工作温度与炉膛燃烧温度相接近的高温旋风分离器。它的主要技术特点是在循环灰回路上设置有外置式流化床换热器[15]。这种锅炉的类型最早由Lurgi公司推出。

② Pyroflow型。采用绝热的高温旋风分离器，膜式水冷壁炉膛内布置管屏和分隔墙两个受热面。由于无外置式换热器，固体物料循环回路中的吸热靠膜式水冷壁和分隔墙受热面这两个来完成。

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图1.1 循环流化床锅炉的主要型式

③ FW型。这种型式的CFB锅炉因由美国的福斯特·惠勒公司制造而得名。

④ Circofluid型。炉膛运行时气速相对较低。此种炉型由德国拔柏葛公司研发制造而成。

⑤ 内循环型。在炉膛出口处布置一级U型分离元件，分离下来的烟灰沿炉墙后墙向下流动，形成内循环，故称内循环型，这种形式的循环流化床锅炉结构简单，外形与常规煤粉炉相似，比较适合于现有煤粉锅炉的改造[17]。

国内在CFB锅炉基础研究及工程应用等方面都起步相对较晚，至今还没有完全自主知识产权的循环流化床锅炉布置方案，但在某些设备部件方面，具有自主知识产权的新技术[18]。 主要有：

下排气旋风分离器循环流化床锅炉。这种拥有下排气旋风分离器的CFB锅炉是经过华科大煤碳燃烧国家重点实验室和武锅容器厂共同研究开发而成，该CFBB的最大的不同之处就是使用华科大的专利技术即：下排气旋风分离器。该分离器布置在锅炉水平烟道与尾部竖井烟道相连接的换向室，将水平烟道与尾部竖井烟道整装为一体，使锅炉具有典型的“∏”型布置，锅炉深度小，结构紧凑，占地面积

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小[19]，下排气旋风分离器布置在过热器之后，属于中温分离器，与高温分离器相比，有体积小、耐火层薄、重量轻、点火启动时间短等优点[17-18]。中温分离器的应用能够有效地避开由于高温引起的循环系统结渣，从而减小影响CFBB连续安全运行的有关问题。

方形水冷分离器循环流化床锅炉。方形水冷分离器CFBB由清华大学和四川锅炉制造厂联合开发的结果。该锅炉有如下特点：1）采用了一个膜式壁构成的方形水冷上排气旋风分离器。该分离器与燃烧室整装为一体，结构紧凑；2）水冷分离器与燃烧室由膜式水冷壁组装成一个整体，非常好的解决了膨胀的密封性的情况；3）和在外边放置高温分离器的情况作比较，相比之下水冷分离器有：耐火层薄，重量相对较轻，水冷分离器的加热时间对CFB锅炉启动的时间没有限制；4）与Pyroflow方形水冷分离器相比，它采用了进口加速段结构。 1.3.2国外循环流化床锅炉的先进性

在西欧、北美和日本，循环流化床燃烧技术的开发受到高度重重视，许多有关的高等院校，科研机构一直在开展研究工作，经常举行各种国际性学术会议研讨循环流化床锅炉发展技术[20]。现在国外一些电力公司正在考虑设计制造新一代的、更大的容量的循环流化床锅炉，国外循环流化床锅炉的先进性主要有以下几点[20]:

(1)有扎实的工作基础。到现在为止国外对CFBB的基础理论研究已经非常的深入，并且在锅炉的设计方法方面也是相当的先进，在CFBB的设计与制造中，利用与之相对应的计算机软件并进行冷态实验、热态实验和对燃料进行试烧等多种实验。

(2)锅炉的可用率较高。国外CFB锅炉的可用率已达90％ 以上。由于国外CFB锅炉设计技术、制造技术都比较先进合理，在锅炉的安装质量上也能得到很好的保证，有专门为CFB锅炉而配套的装备，辅助系统和给煤系统等都有很高的可靠性，因此CFB锅炉的连续运行时间可以达到半年左右甚至还可以更长。

(3)锅炉的燃烧效率较高。CFB锅炉的燃烧效率和一般的锅炉的燃烧效率相比来说循环流化床锅炉的燃烧效率较高，一般来说在百分之八十八到百分之九十五的区间之内，以至于可以与煤粉锅炉并驾齐驱。循环流化床锅炉燃烧效率高是因为有下述特点，气固混合良好，燃烧速率高，其次是飞灰的再循环燃烧[21]。

(4)锅炉的负荷可调节性好，自控水平高。当负荷变化时，只需调节给煤量、

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