300MW 等級(jí)引進(jìn)型與自主研發(fā)型CFB鍋爐設(shè)計(jì)特點(diǎn)分析

葉 菲

（中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)東北電力設(shè)計(jì)院有限公司，長(zhǎng)春 130021）

循環(huán)流化床是一種高效、低污染的清潔燃燒技術(shù)，其主要特點(diǎn)在于燃料和脫硫劑經(jīng)多次循環(huán)、反復(fù)進(jìn)行低溫燃燒和脫硫反應(yīng)，爐內(nèi)湍流運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，不但能達(dá)到與煤粉爐相近的燃燒效率，而且能達(dá)到90%以上的脫硫效率和低NOx排放；同時(shí)具有燃料適應(yīng)性廣、效率高，灰渣易于綜合利用等優(yōu)點(diǎn)，因此大型循環(huán)流化床（CFB）鍋爐在我國(guó)電力行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。以下對(duì)CFB鍋爐引進(jìn)技術(shù)及自主開(kāi)發(fā)技術(shù)設(shè)計(jì)特點(diǎn)進(jìn)行分析。

1 CFB鍋爐的特點(diǎn)

a.燃料適應(yīng)性廣。CFB 鍋爐的特殊流體動(dòng)力特性使得氣－固混合非常好，因此燃料進(jìn)入爐膛后很快與大量床料混合，燃料被迅速加熱至高于著火溫度。CFB鍋爐既可燃用優(yōu)質(zhì)煤，也可燃用各種劣質(zhì)燃料，以及難于點(diǎn)燃和燃盡的低揮發(fā)分燃料。

b.燃料效率高。CFB鍋爐氣－固混合良好，燃燒速率高，特別是對(duì)粗粒燃料；絕大部分未燃盡的燃料被再循環(huán)至爐膛，燃料燃盡度高，通常，性能良好的CFB鍋爐燃燒效率可達(dá)到98%～99%。

c.高效脫硫。脫硫反應(yīng)進(jìn)行得較為緩慢，CFB鍋爐中物料的反復(fù)循環(huán)使煙氣中的二氧化硫氣體與脫硫劑有充分長(zhǎng)的接觸時(shí)間和盡可能大的反應(yīng)比面積，使氧化鈣（煅燒石灰石）能充分轉(zhuǎn)化為硫酸鈣。典型的CFB鍋爐達(dá)到90%的脫硫效率時(shí)所需脫硫劑的Ca/S摩爾比為2.0～2.8。

d.NOx排放低。CFB鍋爐爐膛燃燒溫度低，空氣中的氮一般不會(huì)生成NOx；分段燃燒，抑制燃料中的氮轉(zhuǎn)化為NOx，并使部分已生成的NOx得到還原，NOx排放質(zhì)量比為50～150 mg/kg，其他污染物如CO、HCl、HF等的排放也很低。

2 引進(jìn)型300MW CFB鍋爐技術(shù)方案特點(diǎn)

2.1 300 MW 等級(jí)CFB鍋爐的工藝流程

法國(guó)ALSTOM 公司Lurgi型技術(shù)300 MW 等級(jí)CFB鍋爐的工藝流程如圖1所示。

2.2 引進(jìn)型300 MW CFB鍋爐技術(shù)特點(diǎn)

a.在爐膛深度方向采用褲衩腿雙布風(fēng)板結(jié)構(gòu)，縮小了爐膛寬深比，增強(qiáng)了二次風(fēng)的穿透性，解決了大容量鍋爐橫截面大、二次風(fēng)穿透性差的問(wèn)題。

b.4個(gè)單路回料閥，單路回料閥是指有一個(gè)物料進(jìn)口和一個(gè)物料出口的回料閥，熱灰物料通過(guò)回料閥返回爐膛，冷灰物料通過(guò)外置式換熱器返回爐膛。

圖1 ALSTOM 公司Lurgi型技術(shù)300 MW 等級(jí)CFB鍋爐的工藝流程圖

c.4個(gè)外置式換熱器布置在高溫循環(huán)灰回路中。受熱面浸沒(méi)在處于流態(tài)化狀態(tài)的細(xì)熱灰中，吸收熱灰熱量。分離器從爐膛煙氣中分離出來(lái)的高溫循環(huán)灰在分流裝置的作用下，一部分經(jīng)返料器直接返回爐膛，另一部分流經(jīng)外置式換熱器，與布置在其中的受熱面進(jìn)行熱交換后，返回爐膛。

隨著白馬電廠、開(kāi)遠(yuǎn)電廠、秦皇島熱電廠等一批引進(jìn)型300 MW CFB鍋爐的相繼投運(yùn)，證實(shí)了設(shè)置外置式換熱器有利于受熱面的布置和鍋爐的大型化；負(fù)荷調(diào)節(jié)性能好，減少污染物的排放；有良好的汽溫調(diào)節(jié)功能；燃料適應(yīng)性好，調(diào)節(jié)鍋爐輻射吸熱量與對(duì)流吸熱量的比例，從而維持最佳床溫，保證鍋爐出力和汽溫；傳熱性能好，受熱面磨損小。

2.3 引進(jìn)型300 MW CFB鍋爐整體布置

鍋爐主要由單爐膛、4個(gè)高效絕熱旋風(fēng)分離器、4個(gè)回料閥、4個(gè)外置式換熱器、尾部對(duì)流煙道、4個(gè)風(fēng)水聯(lián)合冷渣器/6臺(tái)冷渣器和1個(gè)回轉(zhuǎn)式空預(yù)器等部分組成。

單爐膛采用褲衩腿、雙布風(fēng)板結(jié)構(gòu)，爐膛內(nèi)蒸發(fā)受熱面為膜式水冷壁結(jié)構(gòu)，采用水冷布風(fēng)板，大直徑鐘罩式風(fēng)帽，具有布風(fēng)均勻、防堵塞、防結(jié)焦和便于維修等優(yōu)點(diǎn)。

在爐膛上部左右兩側(cè)各布置2個(gè)內(nèi)徑8m 的高效汽冷旋風(fēng)分離器，分離器上部為圓筒形，下部為錐形。每個(gè)分離器回料腿下布置一個(gè)回料閥和一個(gè)外置式換熱器，分離器分離下來(lái)的循環(huán)物料，分別進(jìn)入回料閥和外置式換熱器，再分別以高溫物料和低溫物料的狀態(tài)返回爐膛，從而實(shí)現(xiàn)了床溫調(diào)節(jié)和再熱汽溫調(diào)節(jié)的目的。每個(gè)回料閥一側(cè)與爐膛相連，另一側(cè)與一個(gè)外置式換熱器相連。分離器分離下來(lái)的高溫物料一部分直接返送回爐膛，另一部分進(jìn)入外置式換熱器，外置換熱器入口設(shè)有錐型閥，通過(guò)調(diào)整錐型閥的開(kāi)度來(lái)控制外置換熱器和回料閥的循環(huán)物料分配。

尾部對(duì)流煙道中依次布置高溫過(guò)熱器、低溫再熱器、高溫省煤器、低溫省煤器，最后進(jìn)入回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器。過(guò)熱蒸汽溫度由布置在各級(jí)過(guò)熱器之間的三級(jí)噴水減溫器調(diào)節(jié)。再熱汽溫通過(guò)布置高溫再熱器的兩個(gè)外置式換熱器來(lái)調(diào)節(jié)，同時(shí)還在低溫再熱器入口處布置事故噴水減溫器，外置式換熱器實(shí)現(xiàn)了床溫和再熱蒸汽溫度分開(kāi)調(diào)節(jié)的目標(biāo)，更方便靈活，有利于鍋爐的低負(fù)荷穩(wěn)燃，避免了再熱器噴水調(diào)溫影響整個(gè)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的弊端。

循環(huán)流化床燃燒用風(fēng)分級(jí)送入燃燒室，以降低NOx的生成量，除從布風(fēng)板送入的一次風(fēng)外，還從燃燒室下部錐段分二層不同高度引入二次風(fēng)。脫硫劑采用石灰石，以氣力輸送方式分8點(diǎn)送入回料閥斜腿，分4路進(jìn)入爐膛。

3 自主研發(fā)型300MW CFB鍋爐技術(shù)方案

在引進(jìn)基礎(chǔ)上，國(guó)內(nèi)鍋爐廠通過(guò)消化吸收，結(jié)合自己在135～150 MW 級(jí)別循環(huán)流化床鍋爐上成熟的制造經(jīng)驗(yàn)，也在自主研發(fā)，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵技術(shù)和核心技術(shù)，擺脫對(duì)國(guó)外技術(shù)的依賴，下面將就哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱哈鍋）、東方鍋爐股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱東鍋）自主開(kāi)發(fā)型300 MW CFB鍋爐的技術(shù)特點(diǎn)做簡(jiǎn)要論述。

3.1 哈鍋?zhàn)灾餮邪l(fā)的300 MW CFB 的主要設(shè)計(jì)特點(diǎn)

3.1.1 主要設(shè)計(jì)特點(diǎn)

a.單爐膛雙布風(fēng)板結(jié)構(gòu)。目前國(guó)內(nèi)外投運(yùn)的250 MW 等級(jí)（包括250 MW）以上CFB 鍋爐大多數(shù)采用單爐膛雙布風(fēng)板結(jié)構(gòu)。單爐膛雙布風(fēng)板結(jié)構(gòu)在提高二次風(fēng)的穿透性上具有明顯優(yōu)勢(shì)，最大限度地增加了二次風(fēng)的橫向擾動(dòng)，降低了飛灰含碳量（開(kāi)遠(yuǎn)工程飛灰含碳量小于1%），提高了鍋爐效率。

b.不采用外置式換熱器。借鑒在135～150 MW 等級(jí)CFB鍋爐受熱面的布置方式，自主研發(fā)的300 MW 鍋爐取消外置式換熱器，把水冷屏、過(guò)熱器屏和再熱器屏合理地布置在爐膛內(nèi)，通過(guò)一、二次風(fēng)的合理匹配在一定范圍內(nèi)控制床溫，尾部采用煤粉鍋爐成熟的雙煙道擋板調(diào)溫技術(shù)，通過(guò)調(diào)節(jié)擋板來(lái)控制再熱蒸汽溫度，提高整個(gè)電廠熱效率。此種布置的優(yōu)點(diǎn)是整個(gè)鍋爐系統(tǒng)簡(jiǎn)單，有利于電廠總體布置；同時(shí)降低廠用電，減少運(yùn)行費(fèi)用；再熱器采用成熟可靠的擋板調(diào)溫技術(shù)；由于降低了鍋爐啟停和甩負(fù)荷、主燃料跳閘等工況下的熱慣性，可取消緊急補(bǔ)給水系統(tǒng)，減少初投資。

c.鍋爐兩側(cè)對(duì)稱布置的4個(gè)汽冷高效旋風(fēng)分離器，有利于氣固兩相流溫度場(chǎng)和流量場(chǎng)的均勻性，更有利于提高分離器的效率；有利于鍋爐的啟動(dòng)、停爐和負(fù)荷變化；有利于吸收后燃產(chǎn)生的熱量，防止分離器內(nèi)結(jié)焦。

d.在汽冷高效旋風(fēng)分離器下面采用自平衡U型雙路回料裝置，4個(gè)回料裝置對(duì)稱布置，每個(gè)回料裝置有2個(gè)回料點(diǎn)，鍋爐每側(cè)共有4個(gè)回料點(diǎn)，足以保證了循環(huán)物料在爐內(nèi)的均勻分配，有利于保證爐內(nèi)溫度場(chǎng)均勻?；亓涎b置的特點(diǎn)為自平衡回灰，無(wú)須運(yùn)行控制；供風(fēng)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)簡(jiǎn)化；有利于循環(huán)灰在爐內(nèi)的均勻分布；不會(huì)發(fā)生循環(huán)灰噎塞或塌床現(xiàn)象。

e.尾部雙煙道擋板調(diào)溫布置方式是煤粉鍋爐成熟的典型設(shè)計(jì)，已在國(guó)內(nèi)數(shù)十臺(tái)超高壓、亞臨界及超臨界帶再熱機(jī)組煤粉鍋爐中成功應(yīng)用，運(yùn)行情況良好，并可有效降低減溫水耗量，提高電廠熱效率。

3.1.2 鍋爐整體布置

鍋爐主要由單爐膛、4個(gè)汽冷分離器、4個(gè)回料閥、尾部對(duì)流煙道、6臺(tái)冷渣器和1個(gè)回轉(zhuǎn)式空預(yù)器等部分組成。爐膛采用單爐膛雙布風(fēng)板結(jié)構(gòu)，爐膛內(nèi)蒸發(fā)受熱面采用膜式水冷壁及水冷壁延伸墻結(jié)構(gòu)。采用水冷布風(fēng)板，大直徑鐘罩式風(fēng)帽，具有布風(fēng)均勻、防堵塞、防結(jié)焦和便于維修等優(yōu)點(diǎn)。鍋爐采用4個(gè)汽冷分離器，對(duì)稱布置爐膛兩側(cè)，外壁由膜式壁制成，內(nèi)襯為絕熱材料及耐磨耐火材料，分離器上部為圓筒形，下部為錐形。每個(gè)汽冷分離器回料腿下布置一個(gè)非機(jī)械型回料閥，回料為自平衡式，流化密封風(fēng)用高壓風(fēng)機(jī)單獨(dú)供給。爐膛、汽冷分離器和回料閥構(gòu)成了循環(huán)流化床鍋爐的核心部分——物料熱循環(huán)回路，煤與石灰石在燃燒室內(nèi)完成燃燒及脫硫反應(yīng)，產(chǎn)生的煙氣分別進(jìn)入四個(gè)汽冷分離器，進(jìn)行氣固兩相分離，經(jīng)過(guò)分離器凈化過(guò)的煙氣進(jìn)入尾部煙道。

尾部對(duì)流煙道由包墻過(guò)熱器分隔在鍋爐寬度方向形成雙煙道結(jié)構(gòu)，左煙道中布置了低溫再熱器，右煙道從上到下布置了高溫過(guò)熱器、低溫過(guò)熱器，向下左右煙道合成一個(gè)煙道，在其中布置H 型省煤器，最后進(jìn)入回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器。過(guò)熱蒸汽溫度由噴水減溫器調(diào)節(jié)，減溫水來(lái)自鍋爐給水。再熱汽溫采用煙氣擋板調(diào)溫，設(shè)事故噴水減溫器，避免再熱器噴水調(diào)溫影響整個(gè)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的弊端。

CFB 鍋爐燃燒用風(fēng)分級(jí)送入燃燒室，以降低NOx的生成量，除從布風(fēng)板送入的一次風(fēng)外，還從燃燒室下部錐段分二層不同高度引入二次風(fēng)。脫硫劑采用石灰石，以氣力輸送方式分八點(diǎn)送入回料閥斜腿，分八路進(jìn)入爐膛。

3.2 東鍋?zhàn)灾餮邪l(fā)的300 MW CFB鍋爐的主要設(shè)計(jì)特點(diǎn)

3.2.1 主要設(shè)計(jì)特點(diǎn)

a.大型CFB鍋爐采用單爐膛結(jié)構(gòu)在合理配風(fēng)、有效的控制爐膛深度等前提條件下，完全能夠確保二次風(fēng)的穿透攪拌能力，保證整個(gè)床面的均勻性。采用單爐膛，系統(tǒng)顯得簡(jiǎn)潔、方便，為電廠節(jié)約初投資。FW 公司一直采用單布風(fēng)板的爐膛結(jié)構(gòu)。

b.由于目前在與FW 公司合作中積累的經(jīng)驗(yàn)，東鍋在旋風(fēng)分離器的設(shè)置上采用了3臺(tái)汽冷式旋風(fēng)分離器，布置在爐膛和尾部煙道之間，這是東鍋?zhàn)灾鏖_(kāi)發(fā)型CFB鍋爐另一大特色。

c.由于鍋爐寬深比較大，為確保回料均勻，回料器采用一分為二的形式。不采用外置式換熱器或INTREX 結(jié)構(gòu)。

3.2.2 鍋爐的總體結(jié)構(gòu)形式

鍋爐為單爐膛、自然循環(huán)、循環(huán)流化床燃燒方式，緊身封閉布置。鍋爐主要由膜式水冷壁爐膛、3臺(tái)汽冷式旋風(fēng)分離器和1個(gè)尾部豎井3部分組成。由于沒(méi)有外置式換熱器布置受熱面，因此在爐膛受熱面內(nèi)布置了屏式受熱面。鍋爐采用爐前給煤，鍋爐前墻共設(shè)有10 臺(tái)給煤裝置，后墻布置6 個(gè)回料點(diǎn)；在鍋爐前墻同時(shí)設(shè)4個(gè)石灰石給料口，在前墻水冷壁下部收縮段沿寬度方向均勻布置。爐膛底部由水冷壁管彎制圍成的水冷風(fēng)室。每臺(tái)爐設(shè)置兩個(gè)床下點(diǎn)火風(fēng)道，每個(gè)床下點(diǎn)火風(fēng)道配兩個(gè)油燃燒器（帶高能點(diǎn)火裝置），其目的在于高效地加熱一次流化風(fēng)，進(jìn)而加熱床料；另外，在爐膛下部還設(shè)置床上助燃油槍，用于鍋爐啟動(dòng)點(diǎn)火和低負(fù)荷穩(wěn)燃。

爐膛與尾部豎井之間，布置3臺(tái)汽冷式旋風(fēng)分離器，其下部各布置1臺(tái)回料器，為確?；亓暇鶆?，回料器采用一分為二的形式，將旋風(fēng)分離器分離下來(lái)的物料經(jīng)回料器直接返回爐膛，采用管式空氣預(yù)熱器，過(guò)熱系統(tǒng)中設(shè)有兩級(jí)噴水減溫器，再熱器采用煙氣擋板調(diào)溫并布置事故噴水減溫器和微噴減溫器。

4 引進(jìn)型和自主研發(fā)型300 MW CFB鍋爐技術(shù)比較

從目前投運(yùn)的引進(jìn)型300 MW CFB 鍋爐工程運(yùn)行的效果來(lái)看，引進(jìn)型300 MW CFB鍋爐在床溫控制、再熱汽溫控制、二次風(fēng)配風(fēng)、爐內(nèi)煙氣流場(chǎng)和溫度場(chǎng)均勻性等方面優(yōu)勢(shì)明顯，但外置床的系統(tǒng)復(fù)雜，設(shè)計(jì)、制造、安裝以及檢修要求都很高，且風(fēng)水聯(lián)合冷渣器排渣效果不好，故障率高。而自主研發(fā)的國(guó)產(chǎn)型300 MW CFB 鍋爐，在汲取ALSTOM 公司的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，并充分結(jié)合目前國(guó)內(nèi)已成功投運(yùn)的大批135～150 MW 等級(jí)CFB鍋爐開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、制造方面的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，形成了自己的具有鮮明特色的技術(shù)特點(diǎn)。引進(jìn)型與自主研發(fā)型CFB 鍋爐主要特點(diǎn)比較見(jiàn)表1。

表1 引進(jìn)型與自主研發(fā)型300 MW CFB鍋爐主要特點(diǎn)比較

5 結(jié)束語(yǔ)

大型循環(huán)流化床鍋爐因其煤種適應(yīng)性強(qiáng)、燃燒效率高、污染物排放水平低等的突出特點(diǎn)而成為一種高效、環(huán)保潔凈煤燃燒技術(shù)，發(fā)展空間巨大。對(duì)于300 MW 等級(jí)CFB 爐型無(wú)論是引進(jìn)型或是國(guó)內(nèi)自主研發(fā)型均有其自身的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，因此在鍋爐爐型的選擇上需要綜合考慮煤質(zhì)特性、鍋爐性能、系統(tǒng)布置、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、安全性、投資、檢修維護(hù)量等諸多因素的影響，對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，同時(shí)依據(jù)項(xiàng)目自身的特點(diǎn)，綜合引進(jìn)型和國(guó)產(chǎn)型不同的技術(shù)優(yōu)勢(shì)進(jìn)行模塊化組合，以此達(dá)到技術(shù)、指標(biāo)、投資及環(huán)保等綜合效益的最大化。