循环流化床锅炉发展概况及前景展望-2019年文档

循环流化床锅炉发展概况及前景展望1研究背景能源是人类赖以生存和发展的重要物质基础，纵观人类社会发展的历史，人类文明的每一次重大进步都伴随着能源的改进与更替[]，[]，[]。随着人类社会能源消费的高速增长，能源对人类经济社会发展的制约和对资源环境的影响越来越明显，已成为当今国际政治、经济、军事、外交关注的焦点。改革开放以来，我国经济社会持续快速发展，离不开有力的能源保障，目前我国已成为世界第二大能源生产与消费国、第一大煤炭生产与消费国、第二大石油消费国及石油进口国、第二大电力生产国。在经济全球化深入发展和我国现代化加快推进的大背景下，能源直接关系经济发展、国家安全和民族根本利益。因此，认清我国的能源形势、合理选择能源发展战略及采取有效的政策措施成为十分重要的问题。我国能源资源总量比较大，其中水能和煤炭较为丰富，蕴藏量分别居世界第1和第3位；而优质化石能源相对不足，石油和天然气资源的探明剩余可采储量目前仅列世界第13和第17位。但由于人口众多，我国各种能源资源的人均占有量都远低于世界平均水平。在现有的煤燃烧方式中，煤粉燃烧技术及循环流化床燃烧技术是实现了大型化和商业化应用的洁净煤燃烧技术，并大量应用于电站锅炉领域[].[]。煤粉锅炉由于其炉内煤粉可以和空气充分混合，且煤粉颗粒的比表面积大，在燃烧过程中，煤粉颗粒可以与空气充分混合，其燃烧效率可达85%以上，热损失较低；设备检修成本低、损坏消耗周期短，极易实现自动化控制；但同时存在诸多问题，如煤粉颗粒吸湿形成块状后容易爆燃，炉内温度高容易结焦，易产生氮氧化物，复合调节性差，煤质要求高，锅炉点火时需要较高的炉膛温度等问题。相对煤粉锅炉，流化床锅炉炉料颗粒尺寸相对较大，由于流化风的作用，颗粒在炉膛内悬浮燃烧，其燃烧温度低于煤粉燃烧温度，一般为800-900C,氮氧化物生成量低，且尾气处理效果好。相比其他燃烧方式，有以下几点优势：（1）相比层燃锅炉具有较高的燃烧效率。燃料经给料口进入循环流化床锅炉进行燃烧，由于炉膛内燃烧温度较低，部分未燃尽的燃料颗粒随流化风的作用进入煤粉燃烧区，该区域的温度较高，燃料颗粒可以得到充分的燃尽，而煤粉燃烧部分的燃烧效率本身就很高；而在层燃锅炉中，燃料定在炉排上，燃烧过程是垂直向下进行，燃烧强度低，同时无法保证燃料完全燃尽，其燃烧效率一般在70%左右，严重低于流化床锅炉的燃烧效率；炉中，燃料（2）燃料适用性强。流化床锅炉可以稳定的燃烧劣质煤，而在煤粉锅炉内劣质煤很难运行，采用复合燃烧可以保证在锅炉下部形成一个稳定的热源，强化劣质煤燃烧；同时，传统煤粉锅炉的点火方式为先用油、气或等离子点火，对锅炉炉膛先行预热，当达到煤粉燃烧温度后再喷入煤粉，而复合燃烧下部流化床锅炉热源作用，使得煤粉锅炉在点火过程变得相对简单和经济。3）锅炉运行变负荷能力强。按照锅炉炉膛容积设计流化床锅炉负荷和煤粉锅炉负荷比例，本文按照1：9的比例设计。当煤粉锅炉低负荷运行时，需要投油稳燃，消耗大且运行效率极低，当负荷低于50%时，煤粉锅炉一般很难运行。而复合燃烧有效的改善了锅炉运行负荷范围。当锅炉低负荷运行时，可先由流化床锅炉运行，随着复合的提高，煤粉锅炉在投入运行，这样在保证锅炉运行效率的前提下，极大的扩大了锅炉运行符合范围。（4）大幅降低锅炉自用电量。一般的煤粉锅炉前配置磨煤机，需将煤磨至90卩m磨煤机一般采用机械力对煤块进行反复碾压，将煤块进行破碎变成煤粉，直到煤粉达到指定粒度为止。而复合燃烧中流化床锅炉对煤粉粒度的要求相对宽松，一般为0-10mm最大粒径可达50mm这样可大大降低磨煤机耗电量，即较大幅度的降低锅炉自用电量。（5）有效降低烟气污染物对大气的污染。流化床锅炉可以采用掺烧石灰石、生石灰等脱硫剂的形式，在炉内使硫元素与脱硫剂充分反应，方便经济的实现炉内脱硫。同时，由于流化床锅炉炉内较低的燃烧温度，有效的抑制热力型氮氧化物的生成。2发展概况1979年芬兰的Ahlstrom公司研发并于芬兰Pihlava投运了一台20t/h循环流化床锅炉，其标志着全球循环流化床锅炉技术正式商业化。随后德国Lurgi公司、德国B&W公司、美国FW公司分别按照市场需求，分别研制了各具特点的循环流化床锅炉。近些年，循环流化床锅炉技术获得了长足的发展。目前，在我国1064家锅炉制造企业中，有近70%生产流化床锅炉；其中231家A级锅炉（含A级锅炉部件）制造企业，有近90%生产流化床。目前，比较典型的循环流化床锅炉主要有以下几种：（1）以原芬兰Ahlstrom公司研制的Pyroflow型循环流化床锅炉。该炉型是目前世界上运行数量最多的炉型，采用高循环倍率和高温旋风分离器，顶部设置“Q”型过热器，回料口底部不设置物料换热器；其结构较为简单。（2）以德国鲁齐公司设计并冠名的Lurgi型循环流化床锅炉。该炉型在原芬兰Ahlstrom公司研制的Pyroflow型循环流化床锅炉基础上，在旋风分离器的回料阀处加装了外置流化床换热器，有助于控制火床温度，强化了炉内物料的燃烧和传热控制，但其系统较为复杂，运行成本较高。（3）以美国F.W•公司设计并冠名的F.W.型循环流化床锅炉。该炉型融合了上述两种炉型的成功经验，并应用了大量的自主研发的专利技术：汽（水）冷分离器，方形分离器以及炉膛一体化成型技术，INTREX循环灰换热器等。（4）以德国Babcock和VKW公司联合开发的Cirofluid型循环流化床锅。该炉型采用中温分离并设置两级分离装置，其中第二级分离器布置于过热器后，并在炉膛上部布置部分对流受热面，降低了锅炉的生产成本，目前主要应用于中低容量的循环流化床锅炉。（5）以美国巴威公司生产并冠名的巴威内循环循环流化床锅炉该炉型采用初级惯性分离和末级旋风分离相结合的方式，其中初级槽型分离器安装在炉膛出口内，使分离出来的飞灰在炉膛内实现循环，这样降低了分离器的运行负担，整个系统结构简单。3前景展望目前国际上循环流化床锅炉正逐步朝着大型化、大容量、高参数、模块化方向迅猛发展。其发展方向是超临界参数循环流化床锅炉。由于流化床技术和超临界技术都是相对成熟的技术，两者结合形成超临界循环流化床锅炉技术可实现优势互补，从环保和能效上实现双突破，特别是锅炉制造企业以及大专院校已着手开展相关研究。Stein公司已完成了600MW超临界循环流化床锅炉的设计[]；ABB-CE公司正在积极策划超临界循环流化床锅炉的示范工程；浙江大学刘静等依据国内外循环流化床取得的成果，给出了1台600MW超临界循环流化床锅炉的设计方案[];清华大学从机理上对循环流化床锅炉进行了分析，提出“定态理论”，并通过对电厂发电机组的经济性研究和超临界循环流化床机组相关问题的探讨，完成了600MW和800MWef环流化床锅炉的概念设计及水冷壁水动力、壁温等设计计算；