300MW级循环流化床锅炉性能分析

第　期　２００７年０９月　热机技术　・　６３　・　

３００ＭＷ级循环流化床锅炉性能分析　

内蒙古电力勘测设计院范飞　

［内容提要］本文对目前国内已有的四家３００ＭＷ等级的循环流化床锅炉技术进行了介绍，并针对白马电厂试运　中存在的一些问题，提请以后工程注意。　［关键词］　循环流化床锅炉　超温冷渣器　漏风磨损　

１循环流化床锅炉的特点　循环流化床是近年来在国际上发展起来的　新一代高效、低污染的清洁燃烧技术，其主要特　点在于燃料和脱硫剂经多次循环、反复地进行低　温燃烧和脱硫反应，炉内湍流运动强烈，不但能　达到与煤粉炉相近的燃烧效率，而且能达到８５　以上的脱硫效率和低ＮＯＸ排放；同时具有燃料　适应性广、易于实现灰渣综合利用等优点。　１．１燃料适应性广　这是循环流化床锅炉的主要优点之一。在　循环流化床锅炉中按重量计，燃料仅占床料的　１　～３　，其余是不可燃烧的固体颗粒，如脱硫　剂、灰渣或砂。循环流化床锅炉的特殊流体动力　特性使得气一固混合非常好，因此燃料进人炉膛　后很快与大量床料混合，燃料被迅速加热至高于　着火温度，而同时床层温度没有明显降低。只要　燃料的热值大于加热燃料本身和燃料燃烧所需　空气至着火温度所需的热量，上述特点就可以使　得循环流化床锅炉不需辅助燃料而燃用任何燃　料。循环流化床锅炉既可燃用优质煤，也可燃用　各种劣质燃料，如高灰煤、高硫煤、高水分煤、煤　矸石、煤泥，以及油页岩、泥煤、石油焦、尾矿、矿　渣、炉渣、树皮、废木头、垃圾等，以及难于点燃和　燃尽的低挥发份燃料，如贫煤、无烟煤、石油焦和　焦碳等。　１．２燃料效率高　循环流化床锅炉燃烧效率高是因为有下述　特点：气一固混合良好；燃烧速率高，特别是对粗　粒燃料；绝大部分未燃尽的燃料被再循环至炉　膛，燃料燃尽度高，通常，性能良好的循环流化床　锅炉燃烧效率可达到９８　～９９　以上。　１．３高效脱硫　脱硫反应进行得较为缓慢，循环流化床锅炉　中物料的反复循环使烟气中的二氧化硫气体与　脱硫剂有充分长的接触时间和尽可能大的反应　比面积，使氧化钙（煅烧石灰石）能充分转化为硫　酸钙。典型的循环流化床锅炉达到８５　的脱硫　效率时所需脱硫剂的Ｃａ／Ｓ摩尔比为１．５～２．５。　１．４氮氧化物（ＮＯｘ）排放低　氮氧化物排放低是循环流化床锅炉的另一　个非常吸引人的特点。运行经验表明，循环流化　床锅炉的ＮＯｘ排放范围为５Ｏ～１５０ｐｐｍ或４Ｏ～　１２０ｍｇ／ＭＪ。循环流化床锅炉ＮＯｘ排放低是由　于以下两个原因：一是低温燃烧，此时空气中的　氮一般不会生成ＮＯｘ；二是分段燃烧，抑制燃料　中的氦转化为ＮＯｘ，并使部分已生成的ＮＯｘ得　到还原。　１．５其他污染物排放低　循环流化床锅炉的其他污染物如ＣＯ、ＨＣＩ　、　ＨＦ等的排放也很低。　１－６易于实现灰渣综合利用　循环流化床燃烧过程属于低温燃烧，同时炉　内优良的燃尽条件使得锅炉的灰渣含碳量低，属　于低温烧透，易于实现灰渣的综合利用；如灰渣　作为水泥搀和料或做建筑材料，同时低温烧透也　有利于灰渣中稀有金属的提取。

　维普资讯 http://www.cqvip.com ・　６４　・　热机技术　第３期　２００７年０９月　Ｌ　７投资和运行费用适中　循环流化床锅炉的投资和运行费用略高于　常规煤粉锅炉，但比配置脱硫装置的煤粉炉低　１５　～２０　。　２国内目前３００ＭＷ等级循环流化　床锅炉技术介绍　２．１　Ａ１　［、ＯＭ引进型３００Ｍｗ循环流化床锅炉　１９９６年，由法国阿尔斯通（ＡＩ　ＳＴＯＭ／　ＳＴＥ１Ｎ）公司生产的安装在ＰＲＯＶＥＮＣＥ　ＧＡＲ—　ＤＡＮＮＥ电厂的世界上第一台２５０ＭｗＣＦＢ锅炉　投人商业运行。其后又获得了几个大型ＣＦＢ锅　炉的供货合同，包括ＰＯＲＴＯ　ＲＩＣＯ的ＧＵＹＡ—　ＭＡ电厂（２×２５０ＭＷ）机组；美国密西西比州的　ＲＥＤ　ＨＩＩ　Ｉ　Ｓ电厂的（２×２５０ＭＷ）机组；美国的　ＳＥＷＡＲＤ电厂的（２　ｘ　２５０ＭＷ）机组等。　２００３年２月我国与法国阿尔斯通（ＡＩ　Ｓ—　ＴＯＭ／ＳＴＥＩＮ）公司签署了３００ＭＷ循环流化床　锅炉技术引进合同，作为技术引进的依托工程四　川省内江市白马电厂１×３００Ｍｗ机组工程由　ＡＩ　ＳＴＯＭ／ＳＴＥＩＮ公司总承包。按照合同规定，　ＡＩ　ＳＴＯＭ／ＳＴＥＩＮ公司与东方锅炉（集团）股份　有限公司共同为四川白马电厂提供ｌ台中国最　大的循环流化床（ＣＦＢ）锅炉。此外，ＡＩ　ＳＴＯＭ／　ＳＴＥ１Ｎ公司还将其ＣＦＢ技术转让给中国最主要　的三家锅炉制造厂东方锅炉（集团）股份有限公　司、哈尔滨锅炉厂有限责任公司和上海锅炉厂有　限责任公司，转让期为ｌ５年。　在引进技术的支撑下，三大锅炉厂正在开　发、设计的３００ＭＷ　ＣＦＢ锅炉有：　

容量　压力　温度　用　户　台数　燃料　投运时问　（ｔ／ｈ）　（ＭＰａ）　（℃）　东方锅炉厂　四川内江白马电厂　２　１０２５　１７．６　５４０　无烟煤　２００６在　秦皇岛电厂　２　１０２５　１７．６　５４０　劣质烟煤　２００７在　哈尔滨锅炉厂　云南红河发电有限责任公司　２　１０２５　１７．４　５４０　褐煤　２００６在　开远电厂　云南巡检司　２　１０２５　１７．５　５４０　烟煤　在建　上海锅炉厂有限公司　小龙潭　２　１０２５　１７．４　５４０　褐煤　在建　山西平朔　２　１０６５　１７．５　５４１　煤泥、矸石、洗中煤　在建　内蒙古蒙西　２　１０６５　１７．５　５４１　矸石、洗中煤　在建　广东坪石电厂　２　１０２５　１７．４　５４０　劣质烟煤　在建　Ａ１　ＳＴＯＭ引进型３００Ｍｗ　ＣＦＢ锅炉主要由　炉膛、高温绝热旋风分离器、回料阀、外置式换热　器、尾部对流烟道、冷渣器和回转式空预器等部　分组成。　水循环采用单汽包、自然循环、单段蒸发系　统。　采用单炉膛、裤衩形双布风板结构，燃烧室　（炉膛）蒸发受热面采用膜式水冷壁及附墙式水　冷壁结构。采用水冷布风板，大直径钟罩式风　帽，具有布风均匀、防堵塞、防结焦和便于维修等　优点。　ＡＩ　ＳＴＯＭ引进型３００Ｍｗ　ＣＦＢ锅炉虽然在　１　ＵＲＧ１技术的基础上有所发展，但１　ＵＲＧ１的基　本结构形式没有变，它的主要特点是：

　维普资讯 http://www.cqvip.com 第３期　２００７年０９月　热机技术　・　６５　・　１）分体式炉膛：对大容量锅炉，常在炉膛深　度方向采用双支腿布风结构，目的在于保证二次　风的穿透性，缩小炉膛宽深比。　２）开式炉膛：炉内一般不布置屏式受热面，　而通过回料管上的机械分灰阀，将部分回料通过　分流管道引入外置式换热器，在其中布置过热、　再热或蒸发受热面；　３）为制造方便，常采用钢板加厚壁耐磨、保　温材料构成的分离器；　４）尾部不采用双烟道结构　２．２哈尔滨锅炉厂和西安热工研究院合作开发　的国产３００ＭＷ循环流化床锅炉　哈尔滨锅炉厂于２００３年与云南开远电厂签　订了３００ＭＷ　ＣＦＢ锅炉供货合同，该锅炉于２００６　年６月顺利通过了１６８小时试运行。随后，哈锅　又签订了云南巡检司、安徽淮北临涣等项目的　３Ｏ０ＭＷ循环流化床锅炉。　哈锅在技术引进的同时，还一直不遗余力地　进行自有技术的开发工作，哈尔滨锅炉厂有限责　任公司和西安热工研究院合作开发研制的国产　１００ＭＷ　ＣＦＢ锅炉，安装在江西分宜发电厂，于　２００３年６月１９日成功投入商业运行。　在成功研制国产１００ＭＷ　ＣＦＢ锅炉的基础　上，西安热工研究院和哈尔滨锅炉厂有限责任公　司合作，开发研制了国产２ｌ０Ｍｗ　ＣＦＢ锅炉。　国产２１０ＭＷ　ＣＦＢ锅炉已于２００６年７月７　日在江西分宜发电厂成功投运，２１０ＭＷ　ＣＦＢ锅　炉的研制和工程应用为进一步开发研制３００ＭＷ　ＣＦＢ锅炉提供了技术基础。　２００６年５月哈锅与江西分宜电厂签订了国　内首台最大的具有自主知识产权的３３０ＭＷ　ＣＦＢ　锅炉供货合同。　国家电力公司热工研究院（西安热工研究　院）对我国洁净煤燃烧技术的发展作了突出的贡　献，对ＣＦＢ锅炉技术已有多年的研究，不但致力　于大型循环流化床锅炉本体的开发和研究，同时　还非常注重辅机及配套系统的研究，并且在消化　吸收国外的先进技术等方面，积累了较为丰富的　经验。曾承担引进内江４１０ｔ／ｈ　ＣＦＢ锅炉的消化　吸收工作；并在“九五”期间与哈锅、清华、浙大等　单位共同承担国家“九五”重点科技攻关项目　１２５ＭＷ　ＣＦＢ锅炉的开发与研究工作。拥有　１ＭＷ的ＣＦＢ锅炉热态试验台，可对ＣＦＢ锅炉的　燃料特性、着火特性、脱硫特性、流化速度、循环　灰流率、床温分布及控制特性等大量重要技术性　能数据进行测试。曾和哈锅成功开发出首台国　产化４１０ｔ／ｈ　ＣＦＢ锅炉，并获中国电机工程协会　一等奖。为开发２００ＭＷ　ＣＦＢ锅炉，热工院还建　造了一个大型外置床热态试验台，曾为分宜２００　Ｍｗ　ＣＦＢ锅炉的成功研制奠定了坚实的基础。　哈尔滨锅炉厂和西安热工研究院合作自主　开发的３３０ＭＷ　ＣＦＢ锅炉的主要设计特点为：　ｌ、锅炉整体布置和主要结构继续采用西安　热工研究院和哈尔滨锅炉厂有限责任公司联合　开发的ｌＯ０ＭＷ和２１０ＭＷ　ＣＦＢ锅炉结构为基础　的Ｈ型炉型；　２、采用独特的紧凑式分流回灰换热器专利　技术，在紧凑式分流回灰换热器内布置再热器和　部分过热器；　３、炉膛采用单炉膛结构，模块式放大设计方　法；　４、针对煤质特性选取合理的炉膛高度和炉　膛温度，以保证锅炉燃烧效率；　５、炉膛空床速度小于５．５ｍ／ｓ，并且在结构　上采取成熟可靠的防磨技术措施。　２．３东方锅炉自主开发型３００ＭＷ循环流化床　锅炉　东方锅炉作为国内大型电站锅炉制造基地　之一，一直非常重视循环流化床技术的研究。东　方锅炉开发ＣＦＢ锅炉产品的历程总的分为四个　阶段：　１９８８￣１９９３年为第一阶段，为国内合作自行　开发时期。这一时期，东锅建立了当时国内最大　的循环流化床冷、热态试验台，试验台热容量为　０．８ＭＷ，可进行ＣＦＢ锅炉中固体气流特性、热流　特性、灰粒子及其分布、系统设计考验、传热、污　染物排放、灰渣冷却及排放、运行、调试、控制特　

性等的试验研究等工作，同时还积极与国内大专　维普资讯 http://www.cqvip.com ・　６６　・　热机技术　第３期　２００７年【ｊ９月　院校及科研机构合作，发展自己的ＣＦＢ技术，相　继开发出２０ｔ／ｈ、３５ｔ／ｈ、６５ｔ／ｈ、７５ｔ／ｈ、１３０ｔ／ｈ中　压、次高压、高压标准参数系列产品，具有代表性　的有：永川煤矿２０ｔ／ｈ，福建石狮热电厂３５ｔ／ｈ，吉　林桦甸６５ｔ／ｈ（燃油页岩），重庆南川７５ｔ／ｈ锅炉　等，这些锅炉投运后，各项经济指标均达到国内　先进水平，其中桦甸６５ｔ／ｈ燃油页岩ＣＦＢ锅炉经　专家鉴定达到国际先进水平。　１９９２年￣２０００年为第二阶段。在第一阶段　的基础上，为进一步加快ＣＦＢ大型化的进程，提　高自身ＣＦＢ技术实力，满足电力工业对大型循环　流化床锅炉的要求，从１９９２年起，东方锅炉作为　内江高坝电厂１００ＭＷ　ＣＦＢ锅炉示范工程引进　设备技术消化工作的参加单位，参与了四川内江　工程的技术谈判，并与芬兰奥斯龙公司合作设　计，分包制造了该炉约３９％的硬件，这些工作，　为下一步的技术引进积累了宝贵的经验。　“八・五”期间，东方锅炉受原国务院重大办　委托，作为当时国内唯一一家引进大型ＣＦＢ锅炉　制造技术的厂家，于１９９４年３月与美国ＦＯＳ—　ＴＥＲ　ＷＨＥＥｌ　ＥＲ公司签定了“大型循环流化床　锅炉（锅炉岛范围）许可证技术”转让合同，并于　１９９４年１２月１０日起合同开始生效执行。“许可　证技术”转让的范围为５０ＭＷｅ　１００ＭＷｅ及以　上容量等级的ＣＦＢ锅炉岛技术。　技术引进的依托工程一浙江宁波中华纸业　有限公司２×２２０ｔ／ｈ　ＣＦＢ锅炉分别于１９９７年５　月和１９９８年３月成功投运，运行情况良好。国家　电力公司西安热工研究院进行的锅炉性能试验　表明，该锅炉的各项性能指标均达到合同要求，　锅炉运行稳定，可靠性高，自投运以来，这两台锅　炉的平均年运行时间都超过了８０００小时，其可　靠性为国内最好水平。　１９９８年１１月，东锅赢得了四川宜宾电厂１×　４１０ｔ／ｈ　ＣＦＢ锅炉的供货合同，１９９９年５月，又赢　得了石家庄４×４１０ｔ／ｈ、保定２×４５０ｔ／ｈ　ＣＦＢ锅　炉合同，确立了国内大容量ＣＦＢ锅炉领域的绝对　领先地位。运行实践表明，锅炉的性能良好、安　全、满发、可靠。　第三阶段，继保定、石家庄工程设计完成后．　东锅开始着手“１３５ＭＷ等级超高压带中间再热　机组锅炉方案”的设计开发工作，积极参与了由　国家科委主持的“九・五”科技攻关项目“国产化　大型ＣＦＢ锅炉机组的研制”工作。此外．根据用　户的需要，在消化吸收引进美国福斯特・惠勒公　司的循环流化床锅炉技术的基础上，结合　２００ＭＷ、３００ＭＷ煤粉炉的成功经验，完成了国　内唯一具有自主知识产权的“１３５ＭＷ带再热机　组ＣＦＢ锅炉方案”的研制工作。　截止到２００５年８月，该方案已相继赢得了江　苏徐州大屯矸石电厂１×４４０ｔ／ｈ、山东华盛２×　４６０ｔ／ｈ等２１个项目共计近７Ｏ台锅炉的合同，　１３５ＭＷ等级ＣＦＢ锅炉市场占有额居国内同行　业的首位。２００３年１２月，徐州大屯矸石电厂　４４０ｔ／ｈ　ＣＦＢ锅炉点火一次成功，并在参建各方的　共同努力下，顺利通过了７２小时试运行，锅炉负　荷稳定在１３５ＭＷ左右，锅炉运行参数均达到设　计要求。２００５年１１月４日，中国机械工业联合　会在江苏徐州主持召开了东锅研发的国产　１３５ＭＷ级再热循环流化床锅炉鉴定会，鉴定结　果表明：锅炉总体技术先进，结构设计合理，制造　工艺及质量优良，运行可靠。锅炉燃料适应性　强，在燃用热值１２．５～２５ＭＪ／ｋｇ，挥发分１４～　４４　，灰分３８￣３７　９／６的燃料以及掺烧焦末和煤泥　时都能稳定运行，并能保证负荷和蒸汽参数。该　炉型是在消化引进技术基础上，国内首次自行设　计制造的１３５ＭＷ级再热循环流化床锅炉，设计　合理、安全可靠，达到国际先进技术水平，应推广　应用。　第四阶段，经过多年的技术准备，２００３年２　月，国家计委组织的３００ＭＷ　ＣＦＢ技术引进工作　获得批准，东方锅炉等与法国ＡＩ　ＳＴＯＭ公司正　式签订了关于“２００￣３５０ＭＷ等级循环流化床技　术转让协议”。根据技术转让协议，法国ＡＩ　Ｓ—　ＴＯＭ公司同时取得了自马工程的订货合同。东　方锅炉也与ＡＩ　ＳＴＯＭ公司签订了自马项目联合　设计联合制造合同，承担了自马项目几乎全部承