循环流化床锅炉的发展现状及运行中若干问题的探讨.docx

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循环流化床锅炉的发展现状及运行中若干问题的探讨

循环流化床锅炉的发展现状及运行中若干问题的探讨

摘要：

循环流化床锅炉（CFBB）是近年发展起来的一种新型炉型。

本文阐述了CFBB技术上的优势及国内外CFBB的发展现状，根据CFBB的工作原理及其在运行中的经验，分析了目前国内CFBB存在的主要问题，并对锅炉的出力不足、磨损、分离器与回料器、床面结焦等问题提出了看法，对CFBB设计和运行中尚待进一步研究的问题进行了综述，所得分析结果对CFBB的设计和运行有一定的指导作用。

关键词：

循环流化床锅炉；燃烧；发展现状；运行问题

Abstracts:

TheCirculatingFluidizedBedBoiler（CFB）isanewtypeboilerthatisgraduallydevelopedinrecentyears.ThispaperexpoundssomeadvantagesofCFBtechnologyanddevelopingstatusbothathomeandabroad,Accordingtotheoperatingtheoryandrun-timeexperienceofCFB,TheauthorsanalyzethemainproblemsoccurredtodomesticCFBatpresent,andalsomakesomesuggestionsonthebolierinefficiency,abrasion,separatorandloopseal,heatingsurfaceagglomerationproblemsetc,andputforwardsomeissuesofCFBthatmeedfurtherdevelopment,TheanalyticalresultsarepropitioustodirectionprocessforCFBdesignerandfunction.

KeyWords:

circulatingfluidizedbedboiler;combustion;developingstatus;operationproblems

1引言

循环流化床锅炉采用了新兴的燃烧技术。

循环流化床锅炉（以下简称CFBB）由于其燃烧适应性广、炉内直接脱硫脱硝、锅炉负荷调节比大、节约能源、锅炉热效率高等诸多方面具有突出优点而日益为热工界所瞩目。

CFB燃烧技术，在世界范围内的许多领域得到广泛应用。

了解国内外CFBB的发展动态，并对CFBB在实际运行中所遇到的主要问题进行分析与探讨，这对CFBB锅炉的结构设计及优化运行均具有很好的指导意义。

2循环流化床锅炉工作原理

CFBB又称第二代沸腾炉，是从鼓泡床沸腾炉发展而来的一种新型燃煤锅炉技术，它的工作原理是：

将煤破碎成0～13mm的颗粒后送人炉膛，同时炉膛内存有大量床料，由炉膛下部配风使燃料在床料中呈“流态化”燃烧，同时取消床层内的沉浸受热面，并在炉膛出口或过热器后部安装气固分离器，将分离下来的固体颗粒通过回送装置再次送入炉膛燃烧。

3循环流化床锅炉技术特点

CFBB技术之所以得到迅速发展，是由于它独特的流体动力特性和结构。

使得它具有其它锅炉不具备的显著特点。

3．1燃料适应性广

由于CFB的特殊流体动力特性，使得炉膛内的气体和物料能够良好的混合。

这就使CFBB不仅可高效燃用烟煤、褐煤等易燃煤种，同样可高效燃用无烟煤等难燃煤种，还可高效燃用各种低热值、高灰分或高水分的矸石、固体垃圾等废弃物。

3．2燃烧效率高

由于灰及燃料的多次循环。

这为燃料提供了足够的燃烬时间。

使飞灰含碳量下降。

燃烧效率通常在97．5％～99．5％之间，有效地降低了未燃烬损失，提高了锅炉热效率。

3．3负荷调节性能好

CFBB可通过控制物料循环量迅速有效地调节负荷，使得其负荷调节速度快，调节范围宽。

若采用外置式热交换器。

负荷调节性能更好。

CFBB负荷调节幅度比煤粉炉大得多，一般在30％～110％，甚至可以在20％负荷的情况下保持稳定运行。

3．4环保性能好

由于炉内温度对脱硫有利，且脱硫剂多次循环。

炉内扰动很大，与烟气接触时间长，提高了石灰石的利用率，故可以在较低的C鹕比下，达到较高的脱硫效率。

同样由于较低的燃烧温度。

低于燃烧化学当量的一次风从炉膛底部送入。

析出的燃料氮不能充分与氧反应生成氧化氮，而是转化为分子氮。

二次风从炉膛底部还原区以上送入．这样就控制了燃料型Nox的产生。

因此，燃煤CFBB可轻易地控制NOx含量到低于标准允许排放量的水平。

3．5燃烧制备系统简单

CFBB要求的燃料粒径在0～13mm范围内，只需简单的干燥及破碎装置即可满足燃烧要求，没有煤粉炉燃烧所需复杂的制粉系统，这样既可省去复杂的磨煤设备又可以减少厂用电耗。

3．6有利于灰渣综合利用

CFBB燃烧温度低。

灰渣不软化、不粘结、活性良好。

炉内加入脱硫剂燃烧后产生的灰渣中含有硫酸钙和氧化钙。

因此。

其灰渣可以作水泥混合料或其他建筑材料。

3．7与鼓泡床锅炉相比，有利于大型化

鼓泡床锅炉是靠床的面积组织燃烧，所以其容量受床面积的限制。

而CFBB的燃烧过程是一个流化燃烧过程，燃烧反应是在整个炉膛内进行的。

所以，CFBB的容量不受床面积的限制，这对大型化是非常有利的。

4国外循环流化床锅炉发展概况

国外CFBB的研究始于20世纪70年代，它是从鼓泡床沸腾炉和化工行业的CFB工艺发展而来的。

目前国外虽然开发研制、生产CFBB的公司、厂商较多，但从CFBB设计结构特点上主要可分为三大流派。

4．1德国鲁奇（Lurgi）公司为代表的鲁奇型CFBB

鲁奇型CFBB采用外置式换热器（EHE）设计，鲁奇公司在有利于锅炉受热面布置、炉膛温度及锅炉负荷控制、再热器布置及汽温调节等方面做出了成功的探索。

同时也为机组的大型化创造了有利条件。

该技术特点是调温、排放特性好，主要缺陷是系统复杂、成本高和运行水平要求高。

4．2芬兰奥斯龙公司的百炉宝（Pyronow）型CFBB

该公司开发的Pyronow型CFB技术采用热水循环、绝热旋风筒、炉内布置受热面、管等技术。

由于解决圆筒型高温绝热旋风分离器给锅炉整体布置带来的困难，该公司提出了紧凑式（Pyronow—Compact）布置的概念。

即将圆筒型分离器改为方形，使其形状与方形的炉膛与尾部烟道相匹配。

从而简化锅炉的布置，节省钢耗量。

4．3美国福斯特·惠勒（FosterWheeler）公司的CF-BB

Fosterwheeler公司是美国三大电站锅炉制造商之一。

它提出了汽冷分离器和一体式返料换热器（IM限EX7rM）技术。

该公司大型CFB的主要特点是独特的管道式床下点火装置、汽冷式旋风分离器、整体式换热床定向风帽、固体物料回送采用J阀等。

1995年该公司兼并了奥司龙公司．在技术上将汽冷分离器和IN7mEXTM技术与奥司龙公司的紧凑式布置等技术巧妙结合在一起．形成了更具特色的CFBB技术。

另外还有美国BatⅡe实验室开发的多固体CFB和瑞典Studsvik公司开发的使用惯性分离器的CFB等。

5国内循环流化床锅炉发展概况

在我国，CFBB基础研究、工程应用等均落后予国外。

由于近年来国内CFBB市场急剧扩大，国内主要锅炉厂从市场需求出发，采用自主开发、国外引进及引进技术的消化吸收相结合的技术路线，与著名高校研究所广泛合作，结合实际工作开展研发工作，总体水平已达到国外20世纪90年代中期的水平。

5．1清华大学洁净燃烧技术国家工程研制中心

清华大学跟踪国际上出现的水冷方型分离器．成功地开发了具有独立知识产权的水冷异型分离CFBB，该炉型具有结构紧凑、密封性能好、分离效率高、重量轻、启动时间短等优点，且也有易于放大和大型化生产的潜力等。

由清华大学与哈尔滨锅炉厂合作完成的440讥超高压再热CFBB（135M硼已于2003年7月通过了科技部的验收。

5．2浙江大学

率先开发了下排气旋风分离器循环床锅炉。

此炉型在水平烟道与尾部竖井烟道相连接的换向室中布置下排气旋风分离器，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“n”型布置，具有结构紧凑、深度小、易于大型化等优点。

5．3国电公司西安热工研究院

该院是我国引进第1台100MWCFB锅炉f四川内江高坝电厂）示范工程的主要技术支持单位之一，在CFB锅炉的设计及调试方面有着丰富的经验。

2002年，国电热工研究院和哈尔滨锅炉厂合作研制的国产第一台410讥级CFBB在江西分宜投运，取得了成功。

该院还深入细致地研究了国外的外置式换热器。

并开发了专利技术——分流式回灰换热器，它采用了气力分流方式，将有可能应用于国产200MW及300MWCFB锅炉上。

5．4中国科学院热物理所

该所也是国内最早从事CFB锅炉研究的单位之一，已经在CFB燃烧技术各个方面特别是布风流化、分离技术和循环返料系统、系统集成与控制等关键技术方面形成了一批具有我国特色的专利和技术成果。

首台130t／hCFBB在2000年9月点火试运行，410t／h大型CFBB是国内首台利用自主技术设计的大容量锅炉。

下一步发展具有中间再加热420t/h（125MW）CFBB，最终将具备开发1025t/h（300MW）CFBB的能力。

5．5国内三大锅炉制造厂的技术引进

为开发C邝B技术，与国际先进水平接轨，国内三大锅炉制造厂——东方锅炉厂、上海锅炉厂和哈尔滨锅炉厂分别进行了技术引进工作。

东方锅炉厂消化引进了美国Foster矾eeler公司技术．生产的135MW再热超高压CFBB也在2003年底在江苏大屯电厂成功投运，这批锅炉除了冷渣器系统及磨损存在一些问题外，在负荷、热效率和脱硫效率等方面均已达到或超过了设计保证值。

上海锅炉厂有限公司引进美国A醛TOM—CE公司50—135MWCFBB技术，分包承制的465t／hCFBB（135MW）已于2003年8月在山东济宁电厂启动达到满负荷并顺利通过了168h运行试验。

哈尔滨锅炉厂利用引进技术生产的135MW级CFBB于2003年上半年在河南新乡电厂投运：

2004年4月．2台135MWCFBB顺利地通过了国电热工研究院进行的性能达标试验。

目前，在更大容量方面，国内三大锅炉企业合作，共同引进了Alstom公司1025t/h（300MW）容量级CFBB的制造技术。

上锅已在生产的300MW容量级（1025～l065t/h）CFB锅炉有3台；而哈锅和东锅也已分别接受了6台1025t/h（300MW）CFB锅炉订单。

由上述可知。

从引进到自行设计制造，近年来我国CFBB发展迅速．在CFBB大型化方面已取得了可喜的发展。

与世界水平的差距正在逐步缩小。

6CFBB在运行中常见的问题与分析

由于存在操作技术和设备在设计、制造、安装等方面的原因，CFBB在实际运行中常出现一些问题，致使锅炉不能正常运行。

6．1锅炉出力不足

目前CFBB存在的主要问题是达不到额定出力。

影响出力的因素很多，主要表现在：

（1）循环倍率低，突出的是高温分离器达不到设计效率。

（2）设计煤种与锅炉实际燃用煤种差别太大。

（3）锅炉设计时燃烧份额分配不合理，或者是运行中燃烧调整不当，影响锅炉物料平衡和热量平衡，从而影响了锅炉出力。

（4）锅炉辅机和配套设备是否适应CFBB的特点对锅炉的影响也很大，特别是风机的流量和压头选择不当，必将影响锅炉出力。

6．2磨损问题

由于CFBB的高颗粒浓度和高运行风速。

锅炉部件的磨损是比较严重的。

若分离器效率不高或运行不正常，还将引起对流受热面的严重磨损。

磨损问题分为两种：

一种是受热面管子：

另一种是耐磨材料。

前者只要控制好烟气速度就可以避免。

后者的磨损在CFBB中较为常见．严重磨损区为分离器入口、分离器旋风筒的入口正对面、分离器出口烟道上部。

这都是因为颗粒浓度较高的气流冲刷很容易造成磨损。

设计和施工中应选用合适的材料。

6．3分离器和回料器问题。

分离器存在两个主要问题：

一是分离效率低：

二是磨损严重。

目前应用较广的高温分离器有旋风分离器和惯性分离器，尤其以旋风分离器为主。

它结构简单，压降低和分离效率高；而惯性分离器其结构简单、费用低，但存在技术上的问题。

分离效果较旋风分离器差，在新设计的锅炉中基本上被淘汰，仅在旧锅炉改造中应用。

回料器的问题主要是运行可靠性不好。

甚至有堵灰现象。

控制回料器返料速度．是保证CFBB稳定、高效运行不可忽略的因素。

目前，国内大多采用L型回料器，其缺点，料封高度大，易串风，不但影响返料量，而且还影响分离器效率。

实践证明：

U型回料器比L型好，回料量大，且便于控制，料封高度不大。

6．4床面结焦问题

实际运行中，因床温过高导致床面结焦，流化燃烧工况被破坏．影响锅炉正常运行。

引起结焦的原因有以下几种：

（1）运行中一次风量太小，低于最小流化风量，使物料不能很好的流化而堆积，炉膛温度场改变，悬浮段燃烧份额下降，锅炉出力降低，若盲目加大进煤量。

会造成炉床超温而结焦。

（2）燃料制备系统选择不当，燃料级配过大，粗颗粒份额较大，造成密相床超温而结焦。

（3）在运行中由于风帽损坏，使局部流化不佳，部分床温升高导致结焦。

（4）煤种变化过大，燃煤挥发份过低，炉膛下部密相区容易产生过多的热量，使床层温度升高而结焦。

造成这种状况的原因有设计问题，也有制造、安装、运行等方面的问题。

就设计问题而言，有些问题是因为基础研究工作做得不够，提示人们必须加强CFB流体动力学和炉内传热等特性的研究，应经过一系列完整的半工业性试验来检验和修正从实验室模型试验中得到的数据，避免生硬地照搬鼓泡床锅炉和化工行业有CFB的设计方法。

锅炉在设计或运行中，应根据煤种，控制燃料颗粒；选用合适的炉膛高度和灰的循环次数，提高分离器分离效率；调节回料器返料速度以控制床温：

合理选取对流受热面灰粘污系数和重视燃煤制备系统的设计等。

只有这样，才能保证CFBB长期高效、清洁和安全运行。

7结束语

CFBB是一种新型的炉型．CFB燃烧技术在我国还是一门年轻的技术，经过国内科研人员的努力尽管取得了长足进展，加之该炉型有着燃烧劣质煤的优势，所以CFBB在我国有着广阔的发展前景。

但是在设计制造、运行和管理等方面存在的问题和不足尚需要不断总结和完善，这就需要我们广大科研人员以及从事该技术的工作人员共同努力解决，才能使这项技术不断发展。

参考文献：

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国循环流化床燃烧技术工业应用研讨会．北京：

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