国内外CFB锅炉的发展现状.docx
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国内外CFB锅炉的发展现状
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250MWe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GECALSTOM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AhlstromPyropower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GECAlstom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125MWeCFB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250MWeCFB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125MWeCFB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。
表1-1Gardanne电厂燃料分析
成分
单位
Gardanne煤
其它煤
掺烧油渣
Mar
%
11~14
<12
0.4
Aar
%
35
7~14
0.17
Sar
%
3.65~4.14
>3
>4.5
Qnet.ar
MJ/kg
15.05
24.58
38.88
灰中CaO含量
%
57
<5
灰中SO2含量
%
14
入炉煤颗粒度
mm
0~10(d50=1)
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1-1Gardenne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150MWCFB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FosterWheeler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NovaScotia电站165MWe机组就是采用这项技术。
AHLSTROM公司还为Turow电厂设计了3台235MWeCFB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200MWe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1-2Turow235MWe循环流化床锅炉
FosterWheeler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。
FosterWheeler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SO2吸收,从而可进一步降低SO2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SO2。
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FosterWheeler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INTREXTM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235MWe机组的基础上,FW公司又为Turow电厂提供了3台262MWeCFB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460MWe本生直管炉膛变压超临界CFB直流锅炉(560°C/580°C,275bar,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100MWe的CFB锅炉统计数据。
表1-1国外容量≥100MWe级的3种CFB锅炉炉型统计表
电厂名称及地址
台数
热功率MWth
电功率MWe
蒸汽参数
炉型及
设计制造厂家
燃料
投运年份
流量t/h
压力MPa
温度℃
德国Bewag电力公司Moabit电厂(Berlin)
1
222
100
326
19.6
540/540
Lurgi,Lentjes
次烟煤,褐煤
1989
美国SchuglkillEnergyResourcesSt.Nicholas(NorthMahanoy,Pa)
1
341
100
375
10.6
513
Lurgi,ABB-CE
无烟煤屑
1989
法国EmileHuchet电厂(Carling)
1
285
125
367
13.4
545/545
Lurgi,Stein
水煤浆,煤泥(干)
1990
美国Texas-NewMexico电力公司(TNP)Waco电厂
2
474
150
499
13.8
540/540
Lurgi,ABB-CE
木质褐煤
1990/
1991
法国Gardanne(Provence)电站
1
557
250
700
16.9
540/540
Lurgi,Stein
木质褐煤,烟煤
1995
韩国Tonghae热电厂
1
200
693
17.24
541/541
Lurgi,ABB-CE
无烟煤
1998
捷克Ledvice(Ledvice)电站
1
110
310
12.7
540/540
Lurgi,ABB-CE
褐煤
1998
美国Coloradoute电力公司Nucal电厂
1
291
110
420
10.5
541
FWPI
烟煤
1987
德国Goldenberg(Essen)电厂
1
312.6
100
400
11.5
504
FWEOY,EVT
褐煤
1992
德国Goldenberg(Essen)电厂
1
313
100
400
13.5
505
Steinmuller
褐煤
1992
芬兰Seinajoki电站
1
299
125
400
15.9
540/540
FWEOY
煤、煤泥
1990
美国ACE电厂(California)
1
306
110
413
10.5
541
FWPI
煤
1990
加拿大NovaScotia电力公司PointAconi电站
1
410
165
526
12.78
540/540
FWPI
烟煤
1993
美国Northampton电厂
1
277
125
360
17.4
540/540
FWPI
无烟煤屑
1995
芬兰IVOInternational公司
1
291
140
371
15.6
540/540
FWEOY
泥煤、煤
1994
美国Colver动力工程公司
1
270
120
356
17.4
540/540
FWPI
无烟煤
1995
中国内江电厂
1
285
100
410
9.8
540
FWEOY
贫煤
1996
波兰Turow电站
2
520
235
782
17.3
540/540
FWPI,FAKOP
褐煤
1998
印度尼西亚RAPP电厂
1
314
110
468
14
540
FWEOY
树皮,煤
1997
泰国NPS电厂
2
370
150
482
16.1
542/542
FWEOY
无烟煤,沥青,
1998
波特黎哥AESGuyama电厂
2
750
250
850
18.2
540/540
FWEOY
烟煤
1998
泰国MapTaPhut,COCO电厂
2
360
115
434
18.2
568
FWEOY
煤
1999
中国大港电厂
2
287
100
400
12.5
537
FWEOY
煤,煤泥
1999
波兰ECKatowice
2
352
120
483
13.8
540
FWEOY
煤
1999
美国Nisco(Louisiana)热电厂
2
120
374
11.4
540/540
FW
石油焦
1992
美国York县(Penndylvania)电厂
1
557
250
783
17.2
540/540
FW
烟煤
1998
注:
①FWPI为FWEOY(AHLSTROM)美国和加拿大子公司。
②Lentjes是与Lurgi合作生产的德国公司。
③FAKOP是FWEOY(AHLSTROM)设在波兰的许可证制造厂。
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50MWeCFB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FosterWheeler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2×220t/hCFB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、300MWeCFB锅炉。
国家计委组织四川白马300MWeCFB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“200~350MWe等级循环流化床技术转让合同”,设计制造秦皇岛三期工程300MWeCFB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220t/hPyroflow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220t/hCFB锅炉;与奥地利AEE公司合作生产241t/hCFB锅炉。
1999年7月引进Alstom(原德国EVT)公司220~410t/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/hCFB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“200~350MWe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300MWeCFB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/hCFB和670t/h锅炉,与西安热工研究院合作设计100MWe、200MWe、300MWeCFB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FosterWheeler、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FLEXTECHTM(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465t/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690t/h锅炉。
另外,于2003年与哈锅、东锅共同与法国Alstom公司签订了“200~350MWe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、670t/hCFB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300MWeCFB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/hCFB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/hCFB锅炉和超临界600MWeCFB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/hCFB锅炉。
包括甘肃窑街煤电公司4×130t/hCFB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240t/hCFB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/hCFB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/hCFB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50~150MWeCFB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
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