循環(huán)流化床(CFB)鍋爐以其優(yōu)越的環(huán)保特性、燃料適應(yīng)性和良好的運(yùn)行性能受到廣泛歡迎，并得到了迅猛發(fā)展。國(guó)際上，CFB鍋爐制造商的競(jìng)爭(zhēng)十分激烈：Alstom收購(gòu)了EVT公司、Stein公司和ABB-CE公司；Foster Wheeler (FW)公司兼并了AHLSTROM Pyropower公司，不同流派的CFB燃燒技術(shù)逐漸結(jié)合，相互滲透，在國(guó)外逐漸形成了美國(guó)FW公司和法國(guó)ALSTOM公司曲．人CFB鍋爐技術(shù)集團(tuán)。
    最近十多年，CFB機(jī)組的大型化取得了突破性的進(jìn)展。隨著法國(guó)Gardanne電廠的250 MWe CFB鍋爐，波蘭Turow電廠的235 MWe CFB鍋爐以及韓國(guó)Tonghan電廠的220MWe CFB鍋爐的相繼投運(yùn)，CFB鍋爐正式成為大型電站鍋爐中的重要一員。
  2003年，根據(jù)《中國(guó)潔凈煤技術(shù)“九五計(jì)劃”和2010年發(fā)展綱要》，采用技貿(mào)結(jié)合，引進(jìn)ALSTOM公司300 MWe常壓循環(huán)流化床鍋爐及相應(yīng)的關(guān)鍵設(shè)備在四川白馬建設(shè)了全國(guó)第一個(gè)大型循環(huán)流化床示范電站，采用引進(jìn)技術(shù)的機(jī)組目前已經(jīng)投運(yùn)近20臺(tái)。根據(jù)白馬300 MW循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，結(jié)合我國(guó)的具體條件，三大鍋爐廠（東鍋、哈鍋和上鍋）分別進(jìn)行了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)300 MWe等級(jí)循環(huán)流化床鍋爐的開發(fā)。目前已經(jīng)近10臺(tái)投入運(yùn)行，正在制造、安裝的已有60多臺(tái)。我國(guó)實(shí)現(xiàn)了循環(huán)流化床技術(shù)從100 MW等級(jí)到300 MW等級(jí)的成功跨躍。
1、國(guó)際上300 MWe等級(jí)CFB鍋爐技術(shù)發(fā)展
1.1魯奇(Lurgi)型CFB鍋爐
  魯奇型循環(huán)流化床鍋爐采用外置式換熱器(EHE)設(shè)計(jì)，在鍋爐受熱面布置、爐膛溫度及鍋爐負(fù)荷控制、再熱汽溫調(diào)節(jié)等方面做出了成功的探索，同時(shí)也為機(jī)組大型化創(chuàng)造了有利條件。特別是魯奇公司將CFB鍋爐技術(shù)轉(zhuǎn)讓給Alstom-Stein公司（原法國(guó)Stein公司）和Alstom-CE公司（原美國(guó)CE公司）后，這項(xiàng)技術(shù)得到了進(jìn)一步的發(fā)展和更加廣泛的應(yīng)用，富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒顆粒機(jī)、木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。
    Alstom-Stein公司通過(guò)大量的試驗(yàn)研究工作，率先完成了大型化CFB鍋爐的開發(fā)應(yīng)用工作，建成法國(guó)Gardanne電站的世界上第一座250 MWe CFB鍋爐。Gardanne電站1995年的順利投運(yùn)標(biāo)志者大型CFB鍋爐技術(shù)開始成熟，為CFB鍋爐的進(jìn)一步發(fā)展開辟了道路。
    Alstom-CE公司在開發(fā)大型化CFB鍋爐的同時(shí)，還積極致力于外置式換熱器的研究，通過(guò)將EHE與爐膛布置成一個(gè)整體( FLEXTECH)．解決了外置式換熱器占地面積大、布置困難的問(wèn)題，簡(jiǎn)化了鍋爐的整體布置。2001年，Alstom公司向上海鍋爐廠轉(zhuǎn)讓了全套FLEXTECHTM循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)。
    2003年，三大鍋爐廠聯(lián)合引進(jìn)了Alstom的大型CFB鍋爐技術(shù)，隨后分別完成了多臺(tái)300 MWe等級(jí)CFB鍋爐的設(shè)計(jì)和制造，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)引進(jìn)技術(shù)的消化和吸收。引進(jìn)型300 MWe CFB鍋爐技術(shù)以四川白馬電站鍋爐為代表，采用褲衩腿型爐膛，兩側(cè)對(duì)稱布置4個(gè)絕熱旋風(fēng)分離器和4個(gè)外置式換熱器。外置換熱器內(nèi)分別布置過(guò)熱器和再熱器受熱面，通過(guò)調(diào)節(jié)外置換熱器的入口灰流量可以方便地調(diào)節(jié)爐膛內(nèi)床溫和再熱汽溫。
    隨著CFB容量的增大，褲衩腿爐膛結(jié)構(gòu)（圖1）由于在解決均勻布風(fēng)和抑制爐膛上部貧氧區(qū)等問(wèn)題上具有的優(yōu)勢(shì)，而被廣泛應(yīng)用于大型CFB鍋爐中。雖然褲衩腿結(jié)構(gòu)爐膛在設(shè)計(jì)中都盡量做到了結(jié)構(gòu)上的對(duì)稱，但由于運(yùn)行中難以保證兩側(cè)爐膛內(nèi)流動(dòng)結(jié)構(gòu)的完全對(duì)稱，在不附加外部調(diào)節(jié)操作的條件下，任何微小的擾動(dòng)都能導(dǎo)致兩側(cè)爐膛內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)的偏離，并最終出現(xiàn)一側(cè)“褲腿”內(nèi)床料被吹空，大量床料堆積到另一側(cè)“褲腿”內(nèi)而無(wú)法被一次風(fēng)流化的情況，這一現(xiàn)象稱為褲衩腿型CFB的翻床事故。為了防止翻床事故的發(fā)生，必須在風(fēng)煙系統(tǒng)中加入復(fù)雜的自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)兩側(cè)“褲腿”的進(jìn)風(fēng)量．
    當(dāng)鍋爐容量和壓力超過(guò)某一限度時(shí)，通常認(rèn)為超過(guò)1000t/h和超臨界時(shí)，由于翼型墻受熱面的布置需要一定的間隙，爐膛中的空間不足以安排這些爐內(nèi)受熱面時(shí)，需要考慮采用在爐膛外部的主循環(huán)回路設(shè)置換熱器，即外置式換熱器(圖2)。外置式換熱器內(nèi)部由中隔墻分隔成了若干個(gè)倉(cāng)室（一般為2～3個(gè)），每個(gè)倉(cāng)室都是一個(gè)低速鼓泡床，其流化風(fēng)速通常在0.5 m/s以下，并且物料顆粒較細(xì)(平均粒徑100—500m)，所以不存在像爐膛中那樣嚴(yán)重的受熱面磨損問(wèn)題。固體物料以溢流的方式翻過(guò)隔墻進(jìn)入下一倉(cāng)室或返回爐膛。倉(cāng)室間氣體流動(dòng)的方向與顆粒溢流方向相同，并最終進(jìn)入爐膛。外置式換熱器的應(yīng)用使受熱面布置變得更靈活。通過(guò)外置式換熱器對(duì)循環(huán)灰的冷卻，可有效控制床溫和爐膛出口溫度。同時(shí)，傳統(tǒng)的外置式換熱器占地較大且系統(tǒng)復(fù)雜，廠用電耗高，為了降低成本，制造商在300 MWe及以下容量等級(jí)的CFB鍋爐中更傾向于不設(shè)外置式換熱器或采用結(jié)構(gòu)更加緊湊的外置式換熱器。
1.2 Pyroflow型CFB鍋爐
    芬蘭奧斯龍(AHLSTROM)公司也曾是一個(gè)重要的CFB鍋爐的制造商，它的鍋爐型式為Pyroflow型．Pyroflow型CFB鍋爐不設(shè)EHE，而在爐膛中布置一定數(shù)量的屏式過(guò)熱器和再熱器。同時(shí)運(yùn)用蒸汽旁通技術(shù)，解決了再熱蒸汽調(diào)溫的問(wèn)題，即一部分再熟蒸汽進(jìn)入低溫再熱器，而另一部分再熱蒸汽不經(jīng)低溫再熱器加熱，從旁路直接進(jìn)入高溫再熱器，通過(guò)控制旁路再熱蒸汽的流量來(lái)調(diào)節(jié)再熱汽溫，從而避免了噴水調(diào)溫降低機(jī)組效率。AHLSTROM公司為Turow電廠設(shè)計(jì)了3臺(tái)235 MWe CFB鍋爐，該項(xiàng)目的成功投運(yùn)證明：即使不采用外置式換熟器，CFB機(jī)組容量也可以達(dá)到200 MWe以上。
    隨著鍋爐容量的增加，爐膛水冷壁受熱面面積與爐膛容積之比將減小，當(dāng)循環(huán)流化床鍋爐的容量超過(guò)220 t/h時(shí)，單靠在爐膛內(nèi)布置水冷壁就很難保證合理的床溫和爐膛出口溫度。因此，在鍋爐設(shè)計(jì)中通常的做法是在爐膛上部布置翼型墻受熱面（圖3）。實(shí)踐證明，對(duì)于300 MWe及以下容量等級(jí)的CFB鍋爐，均可以通過(guò)在爐膛內(nèi)合理布置屏式受熱面，達(dá)到控制床溫和爐膛出口溫度的目的．采用屏式受熱面替代外置式換熱器可以簡(jiǎn)化CFB鍋爐整體結(jié)構(gòu)，但是由于屏過(guò)、屏再等內(nèi)部的工質(zhì)溫度與水冷壁相差較大，導(dǎo)致屏式受熱面與水冷壁的膨脹程度存在差異，如果處理不當(dāng)容易在熱態(tài)運(yùn)行中出現(xiàn)爐膛漏料和屏式受熱面變形等問(wèn)題。同時(shí)由于爐膛內(nèi)流化風(fēng)速較高，因此屏式受熱面也相對(duì)更容易發(fā)生磨損和泄漏。
1.3 FW型CFB鍋爐
    FW公司是美國(guó)三大電站鍋爐制造商之一，它提出了氣冷旋風(fēng)分離器和一體式返料換熱器（INTREX）技術(shù)l61．FW為美國(guó)JEA電廠制造的2臺(tái)300 MWe CFB鍋爐，于2002年建成投產(chǎn)，是當(dāng)前世界上投入運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的300 MWeCFB鍋爐。FW公司收購(gòu)了奧斯龍的Pyropower公司后，兩大技術(shù)流派合并、融合，將方形氣冷分離器和INTREX等技術(shù)巧妙結(jié)合在一起，形成了更具特色的緊湊型CFB鍋爐技術(shù)。2009年，F(xiàn)W為波蘭Lagisza電廠制造的緊湊式460 MWe超臨界CFB直流鍋爐建成投產(chǎn)。這是世界上第一臺(tái)超臨界CFB鍋爐．也是迄今為止容量最大的CFB鍋爐．
  傳統(tǒng)的圓筒絕熱旋風(fēng)分離器因其熱慣性大、體積龐大、容易超溫等問(wèn)題而難以適應(yīng)CFB鍋爐的大型化。方形截面的旋風(fēng)分離器（圖4）在保證分離效率的前提下，更利于在分離器外壁布置冷卻換熱面，從而防止分離器出口超溫和返料結(jié)焦；同時(shí)在分離器外壁布置受熱面可以減少分離器內(nèi)的耐火材料用量，減小分離器的熱慣性：當(dāng)分離器采用水冷受熟面時(shí)，還能進(jìn)一步降低分離器外壁溫度，減少鍋爐散熱損失：另外，方形分離器的形狀與方形的爐膛與尾部煙道相匹配，可以使鍋爐的布置更加緊湊，節(jié)省鋼耗量．
    為了適應(yīng)大型CFB鍋爐緊湊布置的要求，F(xiàn)W公司開發(fā)出了一體式返料換熱器（INTREX，見圖5）。INTREX的外壁由爐膛水冷壁擴(kuò)展包覆而成，其進(jìn)口物料由兩部分組成：一部分來(lái)自分離器返回的外循環(huán)灰，另一部分來(lái)自爐膛后墻開口的內(nèi)循環(huán)灰。高溫循環(huán)灰在1NIREX中處于低速鼓泡流化狀態(tài)，被其中布置的蛇形管換熱面冷卻后返回爐膛．通過(guò)調(diào)節(jié)INTREX返料腿中的充氣量，可以控制進(jìn)入INTREX的物料流量。相比傳統(tǒng)EHE，INTREX不但結(jié)構(gòu)緊湊，而且循環(huán)灰流量調(diào)節(jié)范圍更大，因此其受熱面布置也更加靈活。但是由于其結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，對(duì)于制造、安裝和檢修的要求也更高。
    作為國(guó)外CFB鍋爐的兩個(gè)主要制造商，Alstam和FW在CFB鍋爐大型化過(guò)程中發(fā)展形成了各具特色的兩大技術(shù)流派，它們也是國(guó)內(nèi)CFB鍋爐技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。Alstom和FW的300 MWe等級(jí)CFB技術(shù)比較如表1所示。
2、中國(guó)300 MWe等級(jí)CFB鍋爐技術(shù)發(fā)展
    作為國(guó)內(nèi)大型CFB鍋爐的主要制造商，上海鍋爐廠有限公司、哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司和東方鍋爐（集團(tuán)）股份有限公司等，在較小容量CFB鍋爐的開發(fā)過(guò)程中，曾引進(jìn)過(guò)國(guó)外不同流派的CFB鍋爐技術(shù)。例如，東鍋1994年3月與美國(guó)FW公司簽定了“大型循環(huán)流化床鍋爐（鍋爐島范圍）許可證技術(shù)”轉(zhuǎn)讓合同，引進(jìn)了50—100 MWe及以上容量等級(jí)的CFB鍋爐技術(shù)；哈鍋1999年7月引進(jìn)了AJstom(原德國(guó)EVT)公司220～410t/h級(jí)（包括中間再熱）循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)。上鍋2001年8月引進(jìn)了ALSTOM公司的FLEXTECHTM（原ABB-CE公司技術(shù)）CFB鍋爐技術(shù)。2002年，三大鍋爐廠引進(jìn)了Alstom的300 MWe等級(jí)CFB鍋爐技術(shù)，并且占據(jù)了國(guó)內(nèi)該容量等級(jí)的幾乎全部CFB電站鍋爐市場(chǎng)。隨著對(duì)引進(jìn)300 MWe等級(jí)CFB技術(shù)的實(shí)踐，我國(guó)得到了相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，借鑒在135 MWe等級(jí)CFB的經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)采用帶有外置式換熱器結(jié)構(gòu)的Alstom的300 MWe亞臨界CFB技術(shù)的系統(tǒng)復(fù)雜、運(yùn)行控制回路多、設(shè)計(jì)制造安裝和維護(hù)成本較高，尤其是在應(yīng)對(duì)我國(guó)煤質(zhì)復(fù)雜多變的實(shí)際情況方面，引進(jìn)技術(shù)出現(xiàn)了很大的不適應(yīng)性，開展了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)300 MWe等級(jí)CFB鍋爐的研究開發(fā)。
    東鍋經(jīng)過(guò)系列的詳細(xì)計(jì)算和模型分析，認(rèn)為在自主研究開發(fā)CFB技術(shù)過(guò)程中積累的流態(tài)選擇是合理的。通過(guò)對(duì)爐膛單側(cè)旋風(fēng)分離器非對(duì)稱性布置的氣固兩相流均勻性，大床面積的流化均勻性、二次風(fēng)混合的關(guān)鍵影響因素等系列問(wèn)題的研究，找到了工程實(shí)現(xiàn)方法。據(jù)此開發(fā)了簡(jiǎn)約型布置的300 MWe亞臨界CFB鍋爐川。首先針對(duì)Alstom技術(shù)中褲衩腿型爐膛風(fēng)煙系統(tǒng)自動(dòng)控制困難，容易發(fā)生翻床事故的特點(diǎn)，在300 MWe等級(jí)CFB設(shè)計(jì)中采用簡(jiǎn)約型布置，將爐膛改回了單爐膛單布風(fēng)板結(jié)構(gòu)，徹底避免了運(yùn)行翻床事故，還將一次風(fēng)機(jī)壓頭降低了5 kPa;通過(guò)在爐膛中設(shè)置屏式受熱面，取消了外置式換熱器，從而避免了復(fù)雜的運(yùn)行操作和檢修困難，節(jié)省了耗鋼量，降低了鍋爐的制造成本和廠用電耗．另外還采用氣冷分離器取代絕熱分離器，較好地解決了分離器超溫的問(wèn)題．
    簡(jiǎn)約型布置300 MWe CFB鍋爐的第一個(gè)用戶為廣東寶麗華集團(tuán)荷樹園電廠，其3#鍋爐自2008年6月投入運(yùn)行以來(lái)，鍋爐的出力和蒸汽參數(shù)、低負(fù)荷性能均達(dá)到或超過(guò)設(shè)計(jì)值。荷樹園電廠4#鍋爐自2008年9月投運(yùn)以來(lái)，一直保持在較高的負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。與采用引進(jìn)技術(shù)的同容量機(jī)組相比，自主開發(fā)的簡(jiǎn)約型布置300 MWe亞臨界CFB鍋爐每臺(tái)可以降低投資約5千萬(wàn)元人民幣以上。其運(yùn)行的簡(jiǎn)單性和可靠性的優(yōu)勢(shì)得到了業(yè)主的高度評(píng)價(jià)。由于系統(tǒng)簡(jiǎn)單，廠用電率明顯下降，簡(jiǎn)約型布置300 MWe CFB鍋爐達(dá)到了同容量同參數(shù)煤粉爐的水平。
    哈鍋?zhàn)灾鏖_發(fā)的300 MWe等級(jí)CFB鍋爐采用了褲衩腿型爐膛，爐膛內(nèi)布置高溫屏式再熱器和二級(jí)過(guò)熱器，沿用4個(gè)高溫絕熱分離器，取消了外置式換熱器，尾部采用雙煙道結(jié)構(gòu)，空預(yù)器采用回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器或管式空氣預(yù)熱器。采用西安熱工研究院的330 MW等級(jí)CFB鍋爐則采用單爐膛單布風(fēng)板結(jié)構(gòu)，爐內(nèi)布置水冷屏和過(guò)熱器屏，4個(gè)高溫絕熱分離器，4個(gè)緊湊式分流回灰換熱器同時(shí)兼具返料閥和外置式換熱器的功能．緊湊式分流回灰換熱器(CHE)為國(guó)電熱工研究院具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大型循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)，其結(jié)構(gòu)如圖6所示。緊湊式分流回灰換熱器分為高溫回料室、分配室、均流室、換熱室和低溫回料室，各個(gè)倉(cāng)室內(nèi)的空氣由獨(dú)立的風(fēng)室供給，高溫回料室和低溫回科室的物料通過(guò)返料管回到循環(huán)流化床底部，煙氣通過(guò)單獨(dú)的引出管直接引入循環(huán)流化床的爐膛中部，緊湊式分流回灰換熱器集合了傳統(tǒng)返料閥和外置式換熱器的功能，同時(shí)通過(guò)空氣流量分配調(diào)節(jié)高低溫回料的比例，避免了采用錐形閥等復(fù)雜結(jié)構(gòu)帶來(lái)的維護(hù)困難，這項(xiàng)技術(shù)已用于江西分宜電廠330 MWe CFB鍋爐。
    上鍋為了適應(yīng)國(guó)內(nèi)用戶的需求，從2006年開始自主開發(fā)300 MWe CFB。在自主開發(fā)300 MWe CFB鍋爐的過(guò)程中，上鍋與中國(guó)科學(xué)院工程熱物理所、上海成套研究所、上海交通大學(xué)、上海理工大學(xué)等單位合作，進(jìn)行了鍋爐布風(fēng)均勻性，風(fēng)帽的漏渣、磨損和布風(fēng)特性，3個(gè)旋風(fēng)分離器流場(chǎng)的數(shù)值摸擬，過(guò)熱器、再熱器調(diào)溫特性，鍋爐的熱量分配和優(yōu)化，冷渣器技術(shù)與底渣熱量回收措施，二次風(fēng)的穿透與二次風(fēng)布風(fēng)均勻性等一系列課題的研究，設(shè)計(jì)開發(fā)了單爐膛單布風(fēng)板結(jié)構(gòu)，不帶外置式換熱器的300 MWe CFB鍋爐。
    對(duì)三大鍋爐廠自主開發(fā)300 MWe等級(jí)CFB鍋爐技術(shù)的比較如表2所示。
3、結(jié)語(yǔ)
    由于我國(guó)超臨界煤粉鍋爐技術(shù)以及大型CF}3鍋爐技術(shù)均已經(jīng)成熟，完全具備了自主開發(fā)600 MW超臨界CFB鍋爐的實(shí)力，三大鍋爐廠均研發(fā)出自己的超臨界CFB鍋爐設(shè)計(jì)方案，因此發(fā)改委決定不再引進(jìn)600 MWe超臨界CFB，走自主開發(fā)的路線，并積極推動(dòng)示范工程立項(xiàng)，同意項(xiàng)目成熟一個(gè)核準(zhǔn)一個(gè)．2008年，國(guó)家發(fā)改委正式批準(zhǔn)四川白馬循環(huán)流化床示范電站建設(shè)1×600 MWe超臨界CFB示范工程，機(jī)組的設(shè)計(jì)效率達(dá)到43.2%。2009年，東鍋設(shè)計(jì)的600MWe超臨界CFB鍋爐獲得了白馬循環(huán)流化床示范電站的訂單，機(jī)組投運(yùn)后將成為世界上最大容量的超臨界CFB鍋爐，這標(biāo)志著我國(guó)大型CFB鍋爐技術(shù)已步入世界先進(jìn)行列。


相關(guān)生物質(zhì)鍋爐顆粒機(jī)產(chǎn)品：
1、生物質(zhì)蒸鍋
2、秸稈壓塊機(jī)
3、木屑顆粒機(jī)