循环流化床锅炉的发展与展望
国网能源开发有限公司胡昌华孙志宽张文清
一．循环流化床锅炉的发展与现状
循环流化床（CFB）锅炉是近三十年发展起来的一种新型洁净煤燃烧技术。在短短的三十年间，流化床技术得到了飞速发展，由最初的鼓泡流化床发展到了循环流化床，其应用也由小型锅炉发展到容量与煤粉炉大体相当的大型电站锅炉。
1.国外循环流化床的发展
新一代的循环流化床真正得到应用始于七十年代末八十年代初。1979年，芬兰奥斯龙（Ahlsltrom）公司开发的世界首台20t/h商用循环流化床锅炉投入运行。1982年，德国鲁奇（Lurgi）公司开发的世界上首台用于产汽与供热的循环流化床（84MWth）建成投运,循环流化床技术开始迅速发展，随着法国Stein公司制造，安装在法国Gardanne电厂的250MW循环流化床锅炉，安装在波兰Turow电厂的
235MW循环流化床锅炉以及安装在韩国Tonghan电厂的220MW 循环流化床锅炉的相继投运，波兰Lagisza的460MW超临界参数CFB锅炉正在安装，预计2009年投产。该台超临界ＣＦＢ锅炉机组在效率和煤的经济利用方面属世界领先水平，排放方面完全满足欧盟大型燃煤电厂排放指导性标准的要求。锅炉燃用热值为１８～２３ＭＪ／ｋｇ，硫的质量分数为０．６％～１．４％和灰分为１０％～２５％的烟煤，其煤耗可比常规汽包锅炉低５％，机组效率将达到４２．７％。循环流化床技术已经向高参数，大容量迈出了步伐。
2.我国循环流化床的发展
我国对流化床的研究是开展得比较早的，自1964年以来，在鼓泡床燃用劣质燃料方面有相当的发展。在循环流化床锅炉的研究方面，虽然起步较晚，但发展非常迅速。与国内各科研院所配合，如中科院工程热物理所、清华大学、浙江大学、华中理工大学、西安交通大学和西安热工研究院等，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、小型循环流化床锅炉，通过多年的发展，我国在中、小型循环流化床技术方面已经相当成熟，但在大型化循环流化床锅炉研究方面，与先进国家还有相当的差距。为此，国家于1996年引进原芬兰奥斯龙公司410t/h常压循环流化床锅炉在四川内江高坝电厂建成全国第一个100MW等级的循环流化床锅炉示范电站。在引进消化吸收410t/h 循环流化床锅炉技术的基础上，我国实现了循环流化床技术向大型化的突破，相继开发出具有自主知识产权的100MW、135MW、150MW及200MW等级的循环流化床锅炉，并在全国范围内大量投运。
2003年，根据《中国洁净煤技术“九五计划”和2010年发展纲要》，采用
技贸结合引进大型循环流化床锅炉技术的依托工程，引进法国ALSTOM公司一台1025t/h的常压循环流化床锅炉及相应的关键设备，配套一台国产300MW汽轮发电机组在四川白马建设的一个全国大型循环流化床示范电站。在引进消化吸收白马300MW循环流化床锅炉技术的基础上，三大锅炉厂（东锅、上锅和哈锅）设计制造的国产化300MW循环流化床锅炉机组目前已经投运12台（云南开远、小龙潭、巡检司各2台；秦皇岛2台，内蒙古蒙西电厂2台；广东宝丽华2台），正在制造、安装的已有近70台。我国再次实现了循环流化床技术从100MW等级到300MW等级的成功跨跃。因此加快对引进技术的消化吸收，走大型化CFB国产化之路，减少对国外技术的的依赖，是我国流化床技术发展的方向。
目前，我国已经在300MW循环流化床技术的基础上，开始了600MW循环流化床锅炉的自主研发，成立了600MW循环流化床研发专家组，白马600MW循环流化床锅炉示范工程已经取得国家发改委批复，正开展前期工作和初步设计，计划2010年投产。
3.世界上流行的CFB锅炉的主要型式
世界上流行的CFB锅炉的最主要型式有四种，其特点分别如下：
①、鲁奇（Lurgi）型CFB锅炉
其特点是带有外置热交换器、高温旋风分离器、高循环倍率，炉膛内部不布置除水冷壁以外的辐射式受热面（如屏式过热器），而在外置式换热器EHE中大量布置了过热器和再热器受热面。
②、奥斯龙（Ahlsltrom）型CFB锅炉
其特点是不带有外置式热交换器、高温旋风分离器、高循环倍率、炉膛内部布置少量除水冷壁外的辐射式受热面（如屏式过热器）。
③、德国巴伯考型CFB锅炉
其特点是不带有外置式热交换器、中温旋风分离器、较低的循环倍率、炉膛顶部布置大量除水冷壁以外的辐射式受热面（如屏式过热器、再热器、省煤器）。
④、美国福斯特惠勒FW公司的CFB锅炉
其主要技术特点采用蒸汽冷却式旋风分离器，大型的CFB锅炉还布置有外置式热交换器。它的外置式热交换器称着INTREX EHE，其特点是同时利用了很大一部分内循环灰和外置分离器料腿分离下来的外循环灰两部分作为调温手段，形成标志性特点。
总的来说，CFB锅炉的发展较常规锅炉的发展慢，目前世界上已投运的CFB 锅炉机组最大容量为300MW等级亚临界机组，最大容量的订货业绩是FW公司已中标制造的波兰Lagisza的460MW超临界参数CFB锅炉，这是世界上第一台也是目前世界最大的超临界CFB锅炉。
4.循环流化床技术的脱硫原理
高温煅烧分循环流化床锅炉炉内石灰石干法脱硫，即是将喷入炉膛的CaCO
3
解成CaO，与烟气中的SO
发生反应，生成硫酸钙，从而达到脱硫的目的。
2
石灰石脱硫过程主要分以下三个步骤来完成：
（1）石灰石的煅烧分解
CaCO
3 = CaO + CO
2
- 178 kj/mol
（2）硫的析出和氧化
S + O
2 = SO
2
SO
2 + 1/2 O
2
= SO
3
燃料煤中的硫可以分为有机硫、黄铁矿硫两大部分，也含有少量硫酸盐硫。有关实验表明，煤在被加热并被燃烧的过程中，SO
2
的析出呈现出明显的阶段性。
对SO
2析出影响最大的因数是床温和过剩空气系数。实验表明：SO
2
析出率
随着床温的升高而单调增加：过剩空气系数越大，区域氧浓度越高，SO
2
析出也
越多。因此，单从提高SO
2
的析出率而言，燃烧温度越高，过剩空气系数越大，则脱硫效率就越高。
（3）硫酸盐的生成
CaO + SO
2 + 1/2 O
2
= CaSO
4
+ 500 kj/mol
实验研究表明：燃烧温若小于800℃时，脱硫反应的速率很低，从而引起床
料中石灰石捕获SO
2
的效果降低，难以达到有效脱硫；相反，当燃烧温度过高(>920℃)时，虽然反应速率很高，但脱硫效率反而会下降，原因是：温度过高，会引起石灰石颗粒的表面孔隙过早堵塞，而内孔物质未得到充分利用；同时，温
度过高时，颗粒表面会产生局部低氧和还原气氛，使已经生成的CaSO
4
，重新分
解为CaO并释放出SO
2
，从而降低脱硫剂的利用率。
因此就脱硫效果而言，存在一最佳脱硫温度。尽管这一最佳温度还受到脱硫剂品种、粒径、煅烧条件等诸多条件的限制，但目前比较公认的最佳反应温度为850℃～900℃之间。
二．循环流化床锅炉的特点
国际上普遍认可的洁净煤发电技术主要包括增压循环流化床（PFBC）、整体煤气化联合循环（IGCC）、常压循环流化床（CFB）技术。其中，常压循环流化床发电技术是国际上公认的商业化程度最好的成熟技术，这种技术是八十年代发展起来的一种新型洁净煤燃烧技术，它为处理高硫煤和劣质煤及满足严格的大气排放标准带来了美好的前景。循环流化床洁净煤燃烧技术具以下优点：1）.燃料适应性广
