第一章 国内外CFB锅炉的发展现状

第一章 国内外CFB 锅炉的发展现状

1.1 国外CFB 锅炉的发展

近年来，循环流化床锅炉以其优越的环保特性、燃料适应性和良好的运行性能受到广泛欢

迎，并得到了迅猛发展。尤其是最近十年，机组大型化发展取得了突破性的进展。其代表作就

是法国普罗旺斯(Provence)电站250 MWe循环流化床锅炉的成功投运。另外，近几年来，国际

上CFB 锅炉的发展出现了竞争十分激烈的局面：法国GEC ALSTOM收购了德国EVT 公司、

法国Stein 公司和美国ABB-CE 公司；美国FW 公司兼并了芬兰的Ahlstrom Pyropower公司，

不同流派的CFB 燃烧技术在逐渐相互结合，相互渗透，在国外逐渐形成了美国FW 公司和法

国GEC Alstom公司两大CFB 锅炉技术集团。

1.1.1 德国鲁奇型(Lurgi)循环流化床锅炉及Alstom 公司的扩展

鲁奇型循环流化床锅炉采用外置式换热器(EHE)设计，在有利于锅炉受热面布置、有利于

炉膛温度及锅炉负荷控制、有利于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

机组大型化创造了有利条件。特别是鲁奇公司将其CFB 锅炉技术转让给ALSTOM-Stein(原法

国Stein 公司) 公司、ALSTOM-CE 公司(原美国CE 公司) 后，这项技术得到了进一步的发展和

更广泛的应用。

ALSTOM-Stein 公司充分利用外置式换热器的优越性，主要致力于CFB 锅炉的大型化工

作。通过大量的试验研究工作，率先在世界上完成了大型化CFB 锅炉的开发应用工作，其代

表作就是艾米录希电站和Gardanne(Provence)电站。艾米录希电站125 MWe CFB 锅炉燃用干

煤泥和湿煤泥两种燃料。Gardanne(Provence)电站是世界上第一座250 MWe CFB 锅炉电站，

1995年顺利投运标志着大型化CFB 锅炉技术已经成熟。该锅炉燃用褐煤，锅炉的整体布置型

体和主要结构基本上是在艾米录电站125 MWe CFB锅炉基础上的放大，采用单炉膛裤衩腿结

构，4个分离器和4个外置式换热器。无疑Gardanne(Provence)电站的成功投运为广大CFB 锅

炉工作者增添了更多信心，为CFB 锅炉的进一步发展开辟了道路。

Gardanne 电厂位于法国南部的Provence 省。该锅炉于1996年正式投入运行，并获得了美

国电力杂志1996年最佳电站奖。

Gardanne 电厂250MWe 循环流化床锅炉

的主蒸汽流量为194.44kg/s，蒸汽压力为

16.9MPa ，主蒸汽温度为567℃，再热蒸

汽温度为566℃，排烟温度为140℃。

该锅炉的设计煤种为当地的高硫煤

和其它煤，也可掺烧50%(热值) 的油渣。

其燃料分析见表1-1。该电站外观图见图

1-1。该锅炉采用4个高温旋风分离器，两侧墙相对布置，分离器内衬耐火材料，底部支撑，

直径为7.4m 。床料循环回路上有外置鼓泡床换热器，共有4个。运行时，炉膛温度由两个布

置有中温埋管过热器的外置换热器(每一个腿一个) 来调节和控制，再热蒸汽温度由两个布置有

高温埋管再热器的外置换热器控制。过热蒸汽温度调节由喷水减温器控制。我国引进的

300MWe 循环流化床锅炉就是基于Gardenne 电厂的技术。

图1-1 Gardenne 电厂的锅炉外观图

ALSTOM-CE 公司在致力于CFB 锅炉大型化的同时，还积极投身于外置式换热器的研究

工作，即将外置式换热器与炉膛布置成一个整体(Flextech流化床热交换器) ，解决了外置式换

热器占地面积大、布置困难的问题，简化了锅炉的整体布置。该技术已在美国德州—新墨西哥

州(TNP)的150 MW CFB锅炉中应用。随着ALSTOM 公司内部的技术融合，该项技术应该有

更广阔的前景。

1.1.2 奥斯龙(AHLSTROM)型及Foster Wheeler公司循环流化床锅炉的发展

芬兰奥斯龙(AHLSTROM)公司也曾是一个重要的CFB 锅炉的制造商，它的锅炉型式为

Pyroflow 型。它不采用带外置式换热器的设计方案。该公司应用蒸汽旁通调节汽温的技术，解

决再热蒸汽的调温问题，即一部分再热蒸汽直接进入低温再热器，而另一部分再热蒸汽在两级

再热器之间送入，来调节再热汽温，从而避免了喷水调温降低机组效率。1993年投运的加拿

大Nova Scotia电站165 MWe机组就是采用这项技术。AHLSTROM 公司还为Turow 电厂设计

了3台235 MWe CFB锅炉，分别在1998年和2000年投运，该项目证明不采用外置式换热器

机组容量也可以达到200 MWe以上。

Turow 电厂位于波兰与德国和捷克交界的地区的Bogatynia ，有10台容量为200MWe 燃烧

当地褐煤的老煤粉炉。该厂已有30年的历史，锅炉效率低，污染物排放严重。因此决定采用

循环流化床锅炉利用原来煤粉炉的位置对该电厂进行改造。改造计划为三台容量为235MWe

旋风分离器的循环流化床锅炉和三台容量为260MWe 的紧凑型循环流化床锅炉，整个改造计

划于2004年完成，Turow 电厂的循环流化床锅炉的总容量将是1485MWe ，这将是世界上容量

最大的循环流化床锅炉电厂。图1-2所示为Turow 电厂235MWe 循环流化床锅炉的立体图。

图1-2 Turow 235MWe循环流化床锅炉

Foster Wheeler 公司是美国三大电站锅炉制造商之一，它提出了汽冷式分离器和一体式返

料换热器(INTREXTM ) 技术。Foster Wheeler供货的美国JEA 电厂的2台300MWeCFB 锅炉，其

设计燃料是要能够100%的燃烧煤和石油焦，或可以任何比例混烧煤和石油焦，分别于2002

年5月和7月建成投产，是当前世界上已投入运行的容量最大的CFB 锅炉。该锅炉的炉膛高

度为35m ，炉膛宽度为26m, 炉膛深度为6.7m ，每台锅炉采用3个蒸汽冷却旋风筒分离器，

分离器的直径为7.3m ，如图1-3 所示。JEA 电厂燃用高硫燃料，煤和石油焦的含硫量分别为

2.8%和6.7%，所以除了采用石灰石脱硫外，还采用了第二级烟气洗涤脱硫，利用飞灰中含有

的大量未反应石灰和水反应生成Ca(OH)2，能够迅速将烟气中剩余的低浓度SO 2吸收，从而可

进一步降低SO 2的排放。测试结果表明，锅炉本身的脱硫效率达到98.85%，而洗涤塔喷水加

湿活化可以进一步脱除0.3%的SO 2。

图1-3 美国JEA 电厂2×300MWeCFB 锅炉

为解决圆筒绝热旋风分离器给锅炉整体布置带来的困难，奥斯龙公司提出了紧凑式布置的

概念，即将圆筒型改为方形，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。1995年Foster Wheeler公司收购了奥斯龙的parepower 公司后，两大技术流派合

并、融合，将汽冷分离器和INTREX TM 技术与紧凑式布置等技术巧妙结合在一起，形成了更

具特色的CFB 锅炉技术。在投运的Turow 电厂235 MWe机组的基础上，FW 公司又为Turow

电厂提供了3台262MWe CFB锅炉，见图1-4。

图1-4 波兰Turow 电厂的262MWe 紧凑型锅炉

自1994年售出第一台商业化的紧凑型CFB 锅炉以来，至今已售出近60台燃烧各种燃料

的紧凑型锅炉，已售出的最大的紧凑型CFB 锅炉的容量已达4600MWe 。2002年12月， FW

为波兰波兰的Bedzin 的 PKE 电厂(Lagisza，Poland) 提供一台460 MWe 本生直管炉膛变压超

临界CFB 直流锅炉(560°C/580°C, 275 bar， 计划于2007年建成投产。这将是世界上第一台超

临界CFB 锅炉，也是容量最大的循环流化床锅炉。图1-5所示为这台锅炉的立体效果图，它

是紧凑型布置的CFB 锅炉。

图1-5 将建于波兰 PKE 电厂的460MWe 超临界直流锅炉

1.1.3 美国 Babcock & Wllcox 公司内循环流化床锅炉的发展

瑞典 Studsvik 公司在1978年就开始研究循环流化床锅炉，在进行了大量的试验研究后，

在1984年与美国Babcock & Wilcox公司共同生产了内循环循环流化床锅炉。

美国Babcock & wilcox公司内循环流化床锅炉的主要特点是，采用两级分离系统，一级分

离系统采用撞击式槽型分离器，布置在炉膛出口，实现内循环；二级分离循环系统采用多管式

旋风分离器布置在省煤器的下部，形成外循环。不采用高温旋风分离器和外置式换热器。

这种炉型的主要优点是，结构紧凑；由于两级分离器都是金属结构件，不需耐磨材料，缩

短了锅炉启动时间；采用了两级分离，对循环物料粒径控制范围较广。

1.1.4 不同煤种在CFB 锅炉中的应用

除了积极开展CFB 锅炉大型化的研究外，还充分利用CFB 锅炉煤种适应性广的特点，努

力开发使用不同性质燃料的循环流化床锅炉。目前除了各种煤包括烟煤、贫煤、无烟煤外，煤

泥、石油焦、矸石等劣质燃料、树皮等生物质燃料也被广泛应用，从而积极推动了循环流化床

锅炉技术的发展。表1-1列出了1998年前投运的部分大于100 MWe的CFB 锅炉统计数据。

第一章 国内外CFB 锅炉的发展现状

注：① FWPI 为FWEOY(AHLSTROM)美国和加拿大子公司。 ② Lentjes 是与Lurgi 合作生产的德国公司。 ③ FAKOP 是FWEOY(AHLSTROM)设在波兰的许可证制造厂。 7

1.2 国内循环流化床锅炉的发展

中国是世界上CFB 锅炉装机容量最多的国家，自1995年首台50MWe CFB锅炉投运以来，在短短的10年间，中国完成了从高压、超高压到亚临界300MWe 循环流化床锅炉技术的飞跃。据不完全统计，到现在100MWe 以上到200MWe 级的CFB 已经设计制造了179台；300MWe 的CFB 锅炉11台，其中上锅4台，哈锅4台、东锅3台。超临界600MWeCFB 锅炉正在高校与制造厂酝酿之中，并已完成了方案设计。

我国CFB 锅炉基础研究、工程应用等均稍落后于国外。近年来国内CFB 锅炉市场急剧扩大，国内主要锅炉厂从市场需求出发，采用引进国外技术与自主开发相结合的技术路线，与高校、研究所广泛合作，结合实际工程开展研发工作，总体水平已达到国外20世纪90年代末期的水平。

1.2.1 东方锅炉(集团) 股份有限公司

1994年3月与美国Foster Wheeler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，转让范围为50～100MWe 及以上容量等级的CFB 锅炉。按照引进技术设计制造的宁波2×220 t/h CFB锅炉于1997年5月和1998年3月相继投运，取得成功；相继在河北石家庄、河北保定完成了100MWe 等级的实践，以此积累了大量的经验，开发了自主知识产权的135MWe 再热循环流化床锅炉，先后在四川宜宾、江苏大屯、山东华盛、河南神火等电厂扩建～135MWe 项目提供CFB 锅炉，并且出口到国外，都已顺利投运。

在引进技术的基础上，结合国内科研成果，东锅还在研制具有完全自主知识产权的国产200MWe 、300MWe CFB锅炉。

国家计委组织四川白马300 MWe CFB 锅炉工程示范机组技贸结合的引进工作，法国STEIN 公司取得了订货合同，东锅参与工程的分包，现已制造完成，并与哈锅、上锅一起同法国ALSTOM 公司签订了关于“200～350 MWe 等级循环流化床技术转让合同”，设计制造秦皇岛三期工程300MWe CFB锅炉。

1.2.2 哈尔滨锅炉厂有限责任公司

1992年与美国PPC 公司(Ahlstrom技术) 合作生产国内首台220 t/h Pyroflow型CFB 锅炉，1997年，与清华大学合作开发具有当代国际先进水平“水冷异型分离器”的220 t/h CFB锅炉；与奥地利AEE 公司合作生产241 t/h CFB锅炉。

1999年7月引进Alstom(原德国EVT) 公司220～410 t/h级(包括中间再热) 循环流化床锅炉技术。以河南新乡、开封工程440t/h超高压参数一次中间再热机组为依托，经过多个实际工程的设计制造经验，对CFB 锅炉的设计进行了优化，设计制造了广东新会双水电厂480t/h CFB锅炉，至今，已生产近60台100～150MWe 的CFB 锅炉。

2003年哈锅与东锅、上锅共同与法国Alstom 公司签订了“200～350 MWe等级循环流化床

技术转让合同”。现已设计生产了4台云南燃用褐煤300MWe CFB锅炉。

哈锅在CFB 锅炉方面，不仅注意引进技术及其优化，而且注意完全自主知识产权的研究开发，先后与清华大学合作设计440t/h CFB 和670t/h锅炉，与西安热工研究院合作设计100MWe 、200MWe 、300MWe CFB锅炉。

1.2.3 上海锅炉厂有限公司

20世纪90年代起，上海锅炉厂有限公司与日本石川岛播磨重工(IHI)、三井造船(MES)、美国Foster Wheeler、芬兰Ahlstrom 、瑞典Kvaerner 等公司合作，分包设计制造了多种容量(30～517t/h)的近30台CFB 锅炉；与中科院院热物理研究所和日本三井造船株式会社三方合作，制造了10多台CFB 锅炉。

2001年8月上锅与ALSTOM 公司签定了FLEXTECH TM (原ABB-CE 公司技术) 循环流化床锅炉技术转让合同，技术引进范围包括全套锅炉岛系统及锅炉本体，引进全套设计标准、制造、质保、安装、控制系统和调试的技术，包括计算机程序以及Alstom 公司专家的现场技术支持。在消化吸收引进技术的基础上已经设计生产了 20余台135~150MW高压和超高压CFB 锅炉机组., 首台装于山东里彦电厂的465 t/h锅炉已于2003年投运。与中国科学院合作，为内蒙古鄂尔多斯电厂设计4台690 t/h锅炉。另外，于2003年与哈锅、东锅共同与法国Alstom 公司签订了“200～350 MWe等级循环流化床技术转让合同”。现已设计生产6台亚临界300MW 机组。

1.2.4 西安热工研究院有限公司(TPRI)

西安热工研究院有限公司(TPRI)从“六·五”开始建成了一系列的科研开发试验装置，积累了丰富的研究开发成果。TPRI 和济南锅炉厂联合开发了220t/h高温分离型CFB 锅炉。该型锅炉首台设备2000年6月在山西振兴电厂投入商业运行，以后有多台同容量锅炉投入运行。TPRI 和哈尔滨锅炉厂有限责任公司合作设计具有自主知识产权的410t/h、 670 t/h CFB锅炉在江西分宜发电厂顺利投运。TPRI 和东方锅炉(集团) 股份有限公司合作设计了420t/h再热型CFB 锅炉配125MWe 汽轮发电机组配套，并设计了国产300MWe CFB锅炉。

1.2.5 清华大学

清华大学是世界上最早进行流化床燃烧技术研究的单位之一。早在20世纪60年代初期，在广东茂名研制成功了中国第一台流化床锅炉，后又与江西锅炉厂合作，研制成功了第一台CFB 锅炉。经过“六五”、“七五”、“八五”、“九五”、“十五”和“十五”滚动科技攻关，先后开发了国产10～670t/h CFB 锅炉，在此过程中，形成了完整的设计理论体系。鉴于清华大学CFB 技术的杰出成就，ASME 曾授予最佳论文奖。目前正在进行完全自主知识产权的1025t/h CFB锅炉和超临界600MWe CFB锅炉。

1.2.6 中国科学院工程热物理研究所

中国科学院也是国内最早从事CFB 锅炉研究单位之一，它与济南锅炉厂、杭州锅炉厂、

无锡锅炉厂等有着长期的合作，开发设计了上百台75～480t/h CFB 锅炉。包括甘肃窑街煤电公司4×130t/h CFB 锅炉被列为国家节能综合利用示范项目，2000年点火投运，经过两年的严格考核，进行了多项试验，2002年通过国家示范工程验收和产品鉴定；山东省恒通化工集团有限公司240 t/h CFB 锅炉于2002年10月投入运行，是国内首台自主技术生产的22Ot/h 级高温高压 CFB 锅炉，一系列指标均达到并超过了设计要求；广东江门450t/h CFB 锅炉2005年投运，燃用无烟煤，带有飞灰再循环系统；内蒙古鸟达2×480t/h再热CFB 锅炉2005年3月投产发电。

1.2.7 浙江大学

浙大于90年代中后期与南通万达锅炉厂密切合作，开发有35～130t/h CFB 锅炉系列产品，至今己有数十台产品进入市场，使用情况良好。其主要技术特点为：采用高效的高温旋风分离器；全膜式壁炉膛及部分膜式壁包墙烟道；非机械的U 型回料装置；膜式水冷布风板，双鸭嘴定向风帽；床下热烟气风道点火；膜式省煤器，卧式空气预热器；采用可靠的防磨结构，防磨措施严密；采用风播煤等结构，保证进煤顺畅，同时防止烟气反窜。

1.2.8 哈尔滨普华煤燃烧技术开发中心

哈尔滨普华煤燃烧技术开发中心成立于1987年，是由国内主要锅炉制造厂(哈锅、东锅、上锅、武锅、北京巴威等) 、国家级锅炉技术研究院所(国电热工研究院、上海发电设备成套设计研究所、哈尔滨电站设备成套设计研究所) 以及国内著名高等学校(清华、哈工大、西安交大、华中科技大学) 组成的科研生产联合体，系哈市高新技术企业。中心宗旨是组织国内主要锅炉燃烧技术力量，开发新技术和新产品，直接应用于工厂生产或热力工程。普华中心依靠成员单位的技术优势和组织优势，在成立之后的近20年工作中，为我国锅炉燃烧技术和节能、环保技术的发展做出了许多贡献。

在“八五”、“九五”期间与成员单位一起消化吸收大型煤粉炉引进技术，结合中国国情，创新编制了大型煤粉锅炉燃烧设备性能设计方法和大型煤粉锅炉炉膛燃烧器性能设计规范。

“十五”期间，与成员单位一起设立专题，进行大型 CFB 锅炉设计运行型谱研究，至今已经完成调研分析总结20多个电厂50台50~150MWe CFB 锅炉的设计和运行情况，编制出 CFB 锅炉设计型谱初稿，在此基础上与成员单位专家及领导一起初步完成了大型 CFB 锅炉的性能设计参数的计算与选择技术；完成了自主知识产权的100～150MWe 级CFB 锅炉的传热计算与实际运行锅炉的校核，完成了CFB 锅炉特有的部件：分离器、回料器和外置换热器等的设计计算分析。并在2007年最后完全燃用不同煤种的中国大型CFB 锅炉的设计型谱和性能设计方法，为编制自主知识产权的CFB 锅炉设计规范打下了基础。

1.3 国内外一些主要生产CFB 锅炉公司的技术特点

随着历史的发展各公司实行技术引进及公司兼并，到目前为止国外从原来的鲁奇公司和奥斯龙公司发展成主要两家大公司，即美国FW 公司和法国阿尔斯通公司。中国三大锅炉制造公

司也由分头引进国外FW 、ALSTOM(原EVT) 和ALSTOM(原ABB-CE) 公司技术到共同引进法国阿尔斯通公司300 MWe CFB锅炉技术。随着锅炉容量的增大，其技术特点也在逐步融合。详见表1-2a 及1-2b 。

表1-2a 国外一些主要生产CFB 锅炉的公司及技术特点

表1-2b 国内各锅炉公司CFB 锅炉技术特点

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1.4 国内各主要CFB 锅炉制造公司的生产业绩和CFB 锅炉电厂分布

下面将国内几个主要生产厂家生产的130t/h以上的CFB 锅炉业绩列于表1-3~1-5。对其中燃用不同煤种的40台220～1025t/h锅炉的设计型谱及运行情况附于本书附录，以供设计参考。

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1.5 CFB 锅炉大型化与高参数化-超临界循环流化床锅炉

1.5.1 超临界循环流化床锅炉的必要性

自从20世纪80年代，该技术商业化过程中显示出其优良的环境排放特性，其污染控制成本是目前其它技术无法匹敌的，但在达到较高的供电效率方面并未具有明显的优越性，因此提高蒸汽的压力和温度并增加其容量已成广泛的共识。随着循环流化床大型化的发展和250MWe 再热循环流化床的顺利运行，以及300MWe 等级燃煤循环流化床锅炉的商业化，国际上在20世纪末展开了超临界循环流化床的研究。原则上，循环流化床及超临界均是成熟技术，二者的结合相对技术风险不大，结合后的技术综合了循环流化床低成本污染控制及高供电效率两个优势，在燃料价格、材料成本、制造水平上，具有巨大的商业潜力，是一个具有明显优势的燃煤发电技术。

在超临界煤粉炉中，由于炉膛中燃烧比较集中，热负荷分布不均，工质的热偏差较大，再加上工质温度较高，因此水冷壁部件的冷却能力是关键之一，而循环流化床锅炉炉膛内的温度和热流比煤粉炉低得多，降低了对水冷壁冷却能力的要求。循环流化床炉膛内的热流密度在炉膛底部最大，且随着炉膛高度的增加而逐渐减小，见图1-6，热流最大值出现在工质温度最低的炉膛下部区域，有利于水冷壁金属温度的控制，而对于煤粉炉，炉膛内热流曲线的峰值对应

再加上炉膛内较高的固体颗粒浓度，所以水冷壁上基本没有积灰结渣，保证了水冷壁的吸热能力。与煤粉炉相比，循环流化床锅炉炉膛内的温度非常均匀，尤其是宽度和深度方向上的热负荷分布比煤粉炉均匀得多。可见，循环流化床所具有的特性使其更适合与超临界循环相结合。

超临界循环流化床锅炉(SCCFB)兼备了CFB 燃烧技术和SC 蒸汽循环的优点。超临界循环流化床锅炉作为下一代循环流化床燃烧技术，由于可以得到较高的供电效率，烟气净化(脱硫、脱硝) 的初投资和运行成本比烟气脱硫低50%以上，很是一种适于大量推广的高效洁净煤发电技术，其商业前途十分光明。因此受到人们的高度重视，一些循环流化床锅炉的重要制造商和研究单位进行了这方面的研究开发，并开始实施示范工程。

1.5.2 Stein 的SCCFB 设计

Stein 在设计Provence 的250MWe 时，已经考虑到循环流化床锅炉容量放大的问题，即采用Emile 的125MWe 容量增加一倍的方法，600MWe 便是基于放大设计经验以及Provence 250MWe 运行经验，并进一步改善机组的效率。Stein 目前已经完成了蒸汽温度采用600C 的600MWe 超临界循环流化床锅炉的设计，该锅炉

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o

燃烧室截面积为306m 2，单炉膛双布风板六个冷却式分离器和相应的六个冷却式炉墙构成的外置换热器，见图1-7。锅炉过热蒸汽流量为483kg/s，过热蒸汽压力27.6MPa ，过热、再热蒸汽温度均为602o C ，再热蒸汽压力为6MPa ，给水温度290o C 。预期NO X 的排放小于150mg/m3；SO 2的排放小于250mg/m3。

Stein 对600MWe 超临界循环流化床锅炉的性能进行了详细的研究，尤其是燃烧问题，认为分离器并不是影响循环流率的唯一参数，煤的破碎粒径对它会有影响：在100 m 范围内，除了分离器效率之外，煤的粒径分布以及煤灰、石灰石的成灰特性、磨耗特性均对循环流率有重要影响。

启动

分离器

旋风筒

煤仓

II 过

I 再

I 过 省煤器

省煤器

至空预器

烟气调

节挡板

II 过

给煤机

二次风

换热床

末级过热器 末级再热器 一次风管道

图1-7 Stein 的600MWe 超临界循环流化床锅炉方案

图1-8 ABB 420MWe 超临界CFB 锅炉

1.5.3 ABB-CE 的SCCFB 设计

ABB-CE 在几年前就开始了超临界循环流化床锅炉的研究，如垂直水冷壁的超临界下滑压运行特性、炉膛的循环系统和材料问题、滑压运行的超临界循环流化床锅炉的可行性等，讨论了热流分布、热负荷分配、辅机电耗、启动过程。并完成了25MPa/569o C 的420MWe 超临界循环流化床锅炉的详细热力性能和水动力计算。

ABB-CE 的CFB 固体燃料循环流动采用典型的Lurgi 系统，见图1-8。烟气携带的固体物料被旋风分离器收集后，靠重力流入Seal Pot。通过水冷机械调节阀的分配，一部分流入换热床，在床中被低速流化，向床中埋管传热，受到一定冷却后流入燃烧室；其余部分直接返送至燃烧室，通过调节二者流量调节燃烧室床温度。

目前，由于ABB-CE 、Stein 目前已经加盟Alstom ，合并后的Alstom 整合原来各公司的技术，正在积极策划超临界循环流化床锅炉示范工程。

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1.5.4 浙江大学提出的SCCFB 设计

刘静等依据国内外在循环流化床锅炉方面所取得的成果，讨论了超临界大型循环流化床锅炉设计时所面临的一些主要问题，如炉膛结构、受热面布置等，给出了1台600MWe 超临界直流循环流化床锅炉的设计方案，对部分负荷工况进行了计算。

炉膛下部采用“裤衩管”结构形式以保证良好的流化状态和二次风的良好混合。6只汽冷旋风分离器被布置在锅炉的两侧，分离下来的高温物料一部分经分流进入布置有过热器或再热器的外置式换热器。燃料通过给煤口送入炉膛底部的两个分开的流化区裤衩管的两条支腿。炉膛结构为矩形截面，炉膛净高为62m ，炉膛上部稀相区截面尺寸为21m×18m ，由28mm×6.5mm 的膜式壁构成。炉膛上部两侧墙开有6个5.9m×2.3m 的炉膛出口烟窗。炉膛下部为裤衩管结构。裤衩管支腿为锥形结构，高为7m ，两条支腿内侧均敷有耐火材料，且各自有独立的布风装置，底部布风板的长为21m ，宽7m 。每条支腿四周各有2排以30o 的倾斜角向下的二次风口，每排24个，上排二次风口的中心距布风板的高度为2m ，下排距布风板的高度为1m 。炉膛四周总共布置了14个给煤点，炉膛两侧的6个分离器的返料管上各设有1个给煤点，炉膛的四面墙上各布置有2个给煤点。旋风分离器的内径为10.2m ，每个旋风分离器与1台非机械阀控制型外置式换热器相连，其中2台布置再热器，4台布置过热器。被分离下来的固体颗大部分经EHE 冷却后送回炉膛，另外一小部分则通过返料装置直接返回炉膛。从分离器出去的烟气进入尾部烟道，进行对流换热。锅炉布置了三级过热器，两级再热器。高温过热器和低温再热器位于尾部烟道内。低温、中温过热器以及高温再热器均位于EHE 内，见图1-9。给水进入省煤器，然后进入炉膛水冷壁，被加热后的一部分工质作为冷却介质经过旋风分离器，然后与另一部分工质混合后进入位于EHE 中的低温过热器，然后所有工质经过中温过热器进入高温过热器，进入汽轮机做功。从汽轮机高压缸来的低压蒸汽，依次通过低温再热器、高温再热器，然后进入汽轮机低压缸。

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1.5.5 清华的SCCFB 研究

清华大学详细地分析了超临界循环流化床锅炉用于火力发电的电站机组的经济性，探讨了发展超临界循环流化床锅炉的有关问题，并完成了600MWe 和800MWe 循环流化床锅炉的概念设计以及水冷壁水动力问题、壁温等设计计算。

在600MWe 方案中，锅炉受热面流程见图1-10，水冷壁采用垂直内螺纹管，燃烧室宽度为18.22m ，深度为18.22m ；布风板至炉顶的高度为58m 。分叉的炉底由两个独立供风的流化床布风板构成。炉膛与四个旋风分离器相连，每个分离器接往一个外置式换热器，两个布置II 级过热器以控制床温，另两个布置中间级再热器以控制再热汽温。沿烟气流程方向布置有Ⅲ级过热器、末级再热器、I 级过热器、初级再热器、省煤器和空预器。过热汽温由两级喷水减温进行调节。计算了五个工况下水冷壁流量分配、水冷壁的压降、工质出口温度、内外壁温度、换热系数及流量偏差等参数进行了研究。计算表明所提出的600MWe 循环流

化

床

锅

炉

在

图1-10 清华600MWe 超临界循环流化床锅炉受热面流程图

19

图

1-9 浙大600MWe 超临界直流循环流化床锅炉方案简图

100%~60%B-MCR负荷

范

围内有较稳定的工况，各水冷壁受热面中均有较充分的流量，证明可采用无中间混合集箱的一次上升垂直管。

在800MWe 方案中，根据蒸汽参数与机组效率之间的关系、国外超临界技术发展经验，以及新型耐热钢的性能、价格及其在我国的应用状况，主蒸汽压力采用25MPa ，温度选定600o C ，采用一次再热，以简化系统，减少材料消耗，降低成本。考虑到滑压方式下，蒸汽温度不同负荷下能保持恒定，使得汽轮机的热应力较小，并且滑压运行能够减少外部管道阀门，简化启动过程；减少电厂能耗，改善电厂的热效率，因此采用滑压运行方式考虑锅炉技术，即锅炉在75%以上负荷下为超临界压力运行，其中82%~MCR为定压运行；50~75%为滑压运行，50%以下为定压运行。

布置采用单炉膛下部双裤衩腿结构。根据固体颗粒在密相区中的扩散能力核算，炉膛共布置了14个给煤点，其中炉膛两侧的6个分离器的直接返料管上各设有1个给煤点，炉膛的前后墙上各布置有4个给煤点。为加快启动速度，节省启动燃油，采用了床上和床下结合的启动方式。六只绝热旋风分离器布置在炉膛左右侧，每个分离器下面设置一个换热床，其中两个布置高温段再热器，两个布置Ⅱ级过热器，两个布置Ⅲ级过热器。换热床为绝热炉墙结构。换热床处于鼓泡床状态，流化速度很低(

炉膛、高温绝热旋风分离器、双路回料阀、换热床等组成主循环回路，在主循环回路中，一次风流化床料，煤颗粒进入床料中被加热，发生碎裂、热解、燃烧并形成局部的还原性气氛；同时，加入的石灰石发生分解反应后进行换运行气氛下的脱硫反应。燃烧产生的烟气携带床料、焦炭颗粒、发生了部分反应的脱硫剂夹带出密相区，经过二次风补燃，在向上流动的过程中，烟气下携带的颗粒浓度较高，发生团聚，团聚后的颗粒团具有较高的终端速度，使得颗粒的上升速度远小于空塔速度；终端速度小于空塔速度的颗粒团形成下降流动，下降过程中的颗粒团被上升气流冲散，颗粒再次向上流动再形成颗粒团，这一过程大大延长了颗粒在燃烧室的停留时间，为燃烧反应、脱硫反应的进行提供了条件，同时强化了床向受热面的传热。经过分离器净化过的烟气进入尾部对流烟道，前烟道布置低温段再热器，后烟道布置Ⅰ级过热器，调节进入布置有低温段再热器的前烟道烟气量可以控制低温段再热的吸热量，即与换热床一起控制再热蒸汽汽温。过热蒸汽温度由在过热器之间布置的两级喷水减温器调节。

20

的受热面吊挂管均采用省煤器出口的

工质冷却。尾部竖井的下部合并成单

烟道，布置省煤器，省煤器及其采用

护板炉墙由烟道包墙以及烟道内的受

热面吊挂管悬吊。下部的空气预热器

采用卧管式支撑结构。锅炉采用平衡

通风方式，压力平衡点位于炉膛出口。

1.5.6 FW 的SCCFB 设计研究开发

为了开发超临界CFB 技术，现在

世界各国包括中国均在进行不懈的努

力。其中，进展最为突出的是福斯特

惠勒(FW)公司，完成了多台不同容量

燃烧不同煤种的超临界CFB 锅炉的概图1-12 FW为法国电力公司研究设计的超临界循环流化床直流锅炉600MWe(27.5Mpa/560°C/580°C)

念设计。图1-12所示为其为法国电力公司委托进行600MWe 超临界直流锅炉的研究设计的立体效果图，其蒸汽参数为310bar 、593°C 。2002年底，FW 得到了目前世界上最大的也是唯一

的一台超临界CFB 锅炉合同。

基于Lagisza460MWe 超临界CFB 直流锅炉工程项目的设计经验，美国和欧洲相继开展了超超临界CFB 直流锅炉的研究开发。美国的能源部和美国FW 共同资助，进行参数分别为(1) 400MWe/31.1Mpa/593/593o C 、(2) 600MWe/31.1Mpa/593/593o C 、(3) 600MWe/37.5Mpa/700/700o C 三项超超临界CFB 锅炉的研发计划。由西班牙的EndesaGeneración 电力公司、FW 芬兰公司及芬兰、德国、希腊和西班牙的共六家公司，合作研究CFB800(800MWe，30.9MPa/604/621o C) ，为期三年。

Endesa Generación 是西班牙最大的电力公司，拥有西班牙全国40%的电力安装容量。该项目的工程背景是Endesa Generación 电力公司希望深入了解建设容量达800MWe 的超超临界CFB 锅炉的实际可行性，并将大容量超超临界CFB 技术与其它煤基发电技术在效率，排放和燃料灵活性方面进行比较，了解大容量超超临界CFB 是否是最佳的煤基发电技术选择方案之一，以便判断在不久的将来是否可采用该大容量超超临界CFB 技术来取代那些将要被淘汰的老机组。该超超临界CFB-800的研究设计的锅炉设计容量为800MWe 。研究内容包括蒸汽循环的优化、CFB800锅炉的详细设计、超超临界直流蒸发受热面的详细设计、锅炉排放性能的优化、超超临界CFB 电厂动力学特性的研究、经济可行性分析等。

根据FW 对多台大容量CFB 锅炉设计的经验，锅炉采用模块式放大炉膛宽度炉膛深度炉膛深度。图1-13所示为该超超临界CFB-800的研究设计的三维视图。该CFB 锅炉的设计排烟温度为90°C ，冷凝器采用18°C 的海水作为循环水，从而使得该CFB800机组的电厂循环效率达45%。

图1-13 800MWe(30MPa /600°C/620°C)CFB 锅炉

参 考 文 献

[1] 冯俊凯, 岳光溪, 吕俊复. 循环流化床燃烧锅炉. 电力工业出版社, 2003

[2] Bursi J M, Lafanechere L, Jestin L. Basic Design Studies for a 600MWe CFB Boiler (270bar, 2×600o C).

Circulating Fluidized Technology, ed. J Werther, Würzhning, Germany, 1999: 913~916

[3] Basu P, Halder P K. A New Concept for Operation of a Pulverized Coal Fired Boiler Using Circulating Fluidized

Bed Firing. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, Transactions of the ASME, 1989: 626-630

[4] Semedard J C, Gauville P, Morn J X. Development of Ultra Large CFB Boilers. In: Donald W Geiling, Donald L

Bonk eds. Proceeding of 16th International Conference on FBC, ASME, 2001, Nevada, No.171

[5] Skowyra R S, T S Czamecki, C Y Sun, et al. Design of A Supercritical Sliding Pressure Circulating Fluidized

Bed Boiler with Vertical Water Walls. In: Rubow L N ed. Proceedings of the 13th International Conference on FBC. New York: ASME, 1995: 17~25

[6] Prabir Halder. Further Studies into the Designs of Supercritical Pressure Circulating Fluidized Bed Boilers. In:

Donald W Geiling, Donald L Bonk eds. Proceeding of 16th International Conference on FBC, ASME, 2001, Nevada, No.104

[7] 刘静, 王勤辉, 骆仲泱, 等. 600MWe 超临界循环流化床锅炉的设计研究. 动力工程, 2003, 23(1):

2179~2284

[8] 吴玉新, 吕俊复, 张建胜, 等. 800MWe超临界循环流化床锅炉概念设计. 锅炉技术, 2004, 35(3): 12~16

[9] Kari Myöhänen, Timo Hyppänen, Jouni Miettinen, et al. Three-dimensional Modeling and Model Validation of

Circulating Fluidized Bed Combustion. In: Sarma V Pisupat ed. Proceedings of 17th International Conference on FBC, Florida: ASME, 2003: No. 48

[10] .Stephen J Goidich, Song Wu, Zhen Fan, ey al. Design Aspects of the Ultra-Supercritical CFB Boiler.

International Pittsburgh Coal Conference, September 12-15, 2005, Pittsburgh PA, USA

第一章 国内外CFB 锅炉的发展现状 ............................................................................................ 1

1.1 国外CFB 锅炉的发展 . ............................................................................................................ 1

1.1.1 德国鲁奇型(Lurgi)循环流化床锅炉及Alstom 公司的扩展 . ......................................... 1

1.1.2 奥斯龙(AHLSTROM)型及Foster Wheeler公司循环流化床锅炉的发展 . ................... 2

1.1.3 美国 Babcock & Wllcox 公司内循环流化床锅炉的发展 ............................................ 5

1.1.4 不同煤种在CFB 锅炉中的应用 ..................................................................................... 5

1.2 国内循环流化床锅炉的发展 .................................................................................................. 8

1.2.1 东方锅炉(集团) 股份有限公司 ........................................................................................ 8

1.2.2 哈尔滨锅炉厂有限责任公司 . .......................................................................................... 8

1.2.3 上海锅炉厂有限公司....................................................................................................... 9

1.2.4 西安热工研究院有限公司(TPRI) ................................................................................... 9

1.2.5 清华大学 .......................................................................................................................... 9

1.2.6 中国科学院工程热物理研究所 . ...................................................................................... 9

1.2.7 浙江大学 ........................................................................................................................ 10

1.2.8 哈尔滨普华煤燃烧技术开发中心 . ................................................................................ 10

1.3 国内外一些主要生产CFB 锅炉公司的技术特点 ............................................................... 10

1.4 国内各主要CFB 锅炉制造公司的生产业绩和CFB 锅炉电厂分布 . ................................. 12

1.5 CFB 锅炉大型化与高参数化-超临界循环流化床锅炉 . ...................................................... 16

1.5.1 超临界循环流化床锅炉的必要性 . ................................................................................ 16

1.5.2 Stein 的SCCFB 设计 ..................................................................................................... 16

1.5.3 ABB-CE 的SCCFB 设计 .............................................................................................. 17

1.5.4 浙江大学提出的SCCFB 设计 ...................................................................................... 18

1.5.5 清华的SCCFB 研究 ...................................................................................................... 19

1.5.6 FW 的SCCFB 设计研究开发 ....................................................................................... 21 参 考 文 献 . .............................................................................................................................. 23