我国大型循环流化床技术创新与发展

1、我国大型循环流化床技术地创新与发展 2018 年 01 月 22 日 09:00 科技日报循环流化床燃烧技术是洁净煤技术中最具商业化潜力、污染排放控制成本最低地技术，同时由于煤种适应性强，也是消纳煤炭生产带来地大量煤矸石地最有效手段超临界循环流化床锅炉作为下一代循环流化床燃烧技术，由于可以得到较高地供电效率，脱硫成本比烟气脱硫低50%以上,是一种适于在中国大量推广地高效洁净煤发电技术.b5E2RGbCAP摘要：我国以煤为主要一次能源地局面长期不会改变燃煤带来地污染以及温室气体地排放是影响我国可持续发展地主要问题之一.循环流化床燃烧技术是洁净煤技术中最具

2、商业化潜力、污染排放控制成本最低地技术，同时由于煤种适应性强，也是消纳煤炭生产带来地大量煤矸石地最有效手段.我国自上世纪80年代初，在政府地大力支持下开展了循环流化床燃 烧技术地研发，同时引进国外大型循环流化床锅炉技术.通过自主研发和对国外技术地消化吸收，成功形成了具有自主知识产权地150MW中压到300MW亚临界循环流化床锅炉产品系列，完全占据了我国热电市场和部分电力市场.在国家发改委、国家能源局、科技部地大力支持下，我国正集合国内主要循环流化床锅炉研究力量，在四川白马开展世界最大容量600MW超临界循环流化床锅炉示范工程前期工作.600MW超临界循环流化床机组发电可以将发电效率从亚临界地3

3、9%提高到42%，发电煤耗接近我国燃煤主力机组地水平，一方面实现节能 减少二氧化碳排放，同时扩大循环流化床锅炉在低成本污染控制方面地优势.该工程标志着我国循环流化床锅炉研发达到世界领先水平.对我国以节能减排，减少二氧化碳排放地洁净煤事业做出重大贡献.plEanqFDPw关键词：600MW,超临界，循环流化床锅炉循环流化床技术在我国洁净煤技术中地地位中国地经济迅速发展，对能源地需求越来越大中国地能源结构中，煤炭是主要地一次能 源.煤炭在我国电力工业中占有举足轻重地地位，发电装机容量中火电装机容量占70%以上，火电机组又以燃煤机组为主近年来，中国政府大力发展水电、风电和核电等可再生能源，但是，在可

4、以预见地未来，很难改变煤炭地重要地位.DXDiTa9E3d中国是一个煤炭资源比较丰富地国家 然而，煤炭资源地分布呈现了严重不均匀性，大部 分位于西北，远离发达地东南沿海优质煤运输流向东南沿海，每年遗留近亿吨劣质煤及矸石 ， 经济合理利用这些低质量燃料，成为一个推动中国循环流化床燃烧技术发展地重要动力之一 .RTCrpUDGiT与此同时，中国燃料种类繁多，包括褐煤、烟煤、贫煤、无烟煤，热值变化很大，硫含量普遍较高 洽硫 1%地占56%.含硫1%2%地占32%，含硫2%地占12%.因此，利用煤炭发 电成为燃煤污染物地主要来源发展洁净煤发电技术，提高能源利用率，提高发电效率，降低污染排放，是我国能源

5、战略地重要方面 .5PCzVD7HxA循环流化床燃煤技术由于燃烧室内强烈地气固混合和质交换，强化了燃烧和传热，使得装置可以实现中等温度稳定燃烧一方面可以燃用低热值燃料，而且在850 C左右是石灰石颗粒最佳地二氧化硫吸收反应温度区间，实现了低成本地脱硫；同时此温度区域地燃烧，氮氧化物生成量大幅度降低，直接排放已经能够满足环保要求，因此循环流化床燃煤技术是一种适应劣 质煤燃烧、低成本污染控制地清洁煤技术.jLBHrnAlLg整体煤气化联合循环（IGCC和增压循环流化床联合循环 （PFBC CC是先进地高效清 洁煤发电技术然而其初投资大，尚有部分关键问题未解决现阶段只能做少量示范工程加以 验证和考验

6、.超临界、超超临界煤粉炉技术是成熟技术，其发电效率已经达到 41%43%，可以作为我国电力地骨干机组.然而煤粉炉对燃料地质量及稳定性要求较高，同时须配用烟气脱硫脱氮装置解决气体污染排放.相对而言，循环流化床锅炉以其优异地燃料适应性、低成本地气体污染控制可成为以煤粉炉为主地燃煤发电结构地有效补充特别是燃用褐煤等劣质煤具有更明显优越性xHAQX74J0X近年来，随着国内外温室气体减排地压力地增加，节能、提高发电效率是减少二氧化碳排放地最有效途径，因此,提高燃用劣质煤地循环流化床锅炉容量和蒸汽参数以提高发电效率地 呼声日益增加.开发300MW以上容量超临界循环流化床锅炉地课题摆在我国科研和工程界 面

7、前.超临界循环流化床锅炉作为下一代循环流化床燃烧技术，由于可以得到较高地供电效率脱硫成本比烟气脱硫低50%以上,而投资最多与超临界煤粉炉+烟气脱硫（FGD+SCR（选择性催化还原降NOx相当，是一种适于在中国大量推广地高效洁净煤发电技术，其商业前途十分光明丄DAYtRyKfE我国循环流化床燃烧技术发展历程及主要创新成果我国与世界几乎同步于上世纪80年代初期开始研究和开发循环流化床锅炉技术大体上我国地循环流化床燃烧技术发展可以分为四个阶段：Zzz6ZB2Ltk19801990年为第一阶段，其间我国借用发展鼓泡床地经验开发了带有飞灰循环、取消 了密相区埋管地改进型鼓泡床锅炉，容量在35t/h 75

8、t/h.由于没有认识到循环流化床锅炉与 鼓泡床锅炉在流态上地差别，这批锅炉存在严重地负荷不足和磨损问题.dvzfvkwMIl19902000年为第二阶段，我国科技工作者开展了全面地循环流化床燃烧技术基础研究 基本上掌握了循环流化床流动、燃烧、传热地基本规律.应用到产品设计上，成功开发了75t/h 220t/h蒸发量地国产循环流化床锅炉，占据了我国热电市场.rqyn14ZNXI20002005年为第三阶段，其间为进入电力市场通过四川高坝100MW等技术引进和自 主开发，一大批135 150MWe超高压再热循环流化床锅炉投运.我国研究人员和工程界也通过实践形成了系统地循环流化床燃烧理论体系和设计导

9、则，该设计理论达到了世界先进水平.EmxvxOtOco2005年之后为第四阶段，其间发改委组织引进了法国阿尔斯通全套300MWe亚临界循环流化床锅炉技术，第一个示范在四川白马（燃用无烟煤 取得了成功，随即，采用同样技术地 云南红河电厂、国电开原电厂和巡检司电厂（燃用褐煤 以及秦皇岛电厂（燃用烟煤 均成功运行.由于我国已经形成了坚实地循环流化床锅炉设计理论基础，对引进技术地消化和再创新速度很快，引进技术投运不久，就针对其缺点，开发出性能先进、适合中国煤种特点地国产化 300MWe亚临界循环流化床锅炉，而且由于国产技术地价格与性能优势,2008年后新订货地300MW循环流化床锅炉几乎均为国产技术.

10、以哈锅、东锅和上锅为代表地锅炉制造企业也 建立了大容量高参数循环流化床锅炉工装设备体系，制造经验达到世界一流.SixE2yXPq5从100MW等级到300MW等级循环流化床锅炉设计制造水平上新台阶，运行水平大幅提咼，设备可靠性大幅提升；节能环保性能大幅提升（供电煤耗降低10%,脱硫效率从90%上升至95%,资源综合利用水平大幅提高.同时技贸结合引进技术建设白马 1 X300MW循环流化床机组示范工程起了关键作用，在节能环保、资源综合利用和技术创新方面都起到了工程典范地作用.6ewMyirQFL开发超临界循环流化床锅炉地意义循环流化床燃烧技术已经证明在劣质煤利用和污染控制成本方面具有优势.然而进

11、入电力市场后，其发电效率与我国迅速发展地大容量、超临界参数煤粉炉相比尚有不足.提高蒸汽参数是提高发电效率地最有效途径.资料表明,8.83MPa、535 C地高压电站供电效率为 30.04%,12.7MPa、535 C超高压电站供电效率为32.16%,16.3MPa、535/537C亚临界电站供电效率为37.12%,24.3MPa、540/560 C超临界锅炉电站供电效率为40.95%.大型电厂普遍采用地煤粉燃烧锅炉即是沿着中压t高压t超高压t亚临界t超临界这一条路发展地.因此容量向300MW以上、参数向超临界转化是循环流化床燃烧技术发展地必然趋势.超临界循环流化床锅炉作为下一代循环流化床锅炉技

12、术，可以得到42%左右地较高地发电效率.总投资约为超临界煤粉炉+FGD+SCR地78%,运行成本为超临界煤粉炉 +烟气脱硫+SCR地37%,且不需采取附加措施皆能满足NOx排放低于200mg/Nm3,因此被认为是一种适于在中国大量推广地清洁燃煤发电技术特别应当指出地是，循环流化床锅炉中石灰石脱硫是炉内干法脱硫 与湿法烟气脱硫相比，可以节约大量水地消耗这对我国水资源缺乏地现实，具有重要意 义.kavU42VRUs自主开发600MW超临界循环流化床锅炉地进展超临界循环流化床锅炉本质上是将大型循环流化床燃烧与垂直管本生直流锅炉地结合 需要有大型循环流化床锅炉和超临界垂直管圈煤粉锅炉地设计制造经验.y

13、6v3ALoS89我国在完成300MW亚临界大型循环流化床锅炉技术地引进消化再创新同时，通过引进和吸收也掌握了 600 1000MW超临界、超超临界煤粉炉地设计制造和运行经验我国已经具备了自主研发600MWe超临界循环流化床锅炉地基本条件国家发改委在引进 300MW循环流化床锅炉设计技术时已经明确批示今后不再继续引进国外循环流化床锅炉设计技术，进一步地发展将完全建立在自主开发基础上.M2ub6vSTnP国际上从20世纪末开始超临界循环流化床锅炉地研究美国福斯特 惠勒(FosterWheeler公司是世界上第一个获得超临界循环流化床锅炉定货合同地公司，该公司与波兰Lagisza电厂签订了一台46

14、0MWe超临界循环流化床锅炉，该炉设计容量为460MWe，主蒸汽 流量1300t/h，压力28.2MPa、温度563C；再热蒸汽压力 5MPa、温度582C .工程工程于 2006年启动据报道去年该炉点火，目前已经转入商业运行.ALSTOM公司也对超临界循环流 化床锅炉展开了大量地研究 .OYujCfmUCw我国于 十五” (2001 005期间通过“863和科技攻关工程中支持开展了超临界循环流 化床锅炉方案地初步研究超临界循环流化床锅炉地研究列入十一五”科技支撑计划地重大工程，国家发改委批准了 600MW超临界循环流化床锅炉地示范工程立项，2008年确定示范工程点设在原引进300MWe循环流

15、化床锅炉第一个示范工程所在电厂一四川白马循环流化床示范电站，以利于充分利用该厂 300MW循环流化床锅炉方面地经验而我国科研工作者和锅炉厂完成了 600MW循环流化床示范工程地前期研究和设计任务三家锅炉厂分别完成地三个各具特色地600MW超临界循环流化床锅炉技术方案，其中哈尔滨锅炉厂采用双燃烧室中 质量流率节流管圈配 6个热绝缘旋风分离器、6个外置床地方案东方锅炉厂选用双布风板 单炉膛低质量流率、6个气冷分离器配6个外置床方案上海锅炉厂选用单炉膛双回路、高 质量流率配6个热绝缘旋风筒6个外置床地方案三个方案均已经通过用户和专家组两次评 审，认为方案均可行，可以进入技术设计阶段.2008 年，国

16、家发改委决定选择东方锅炉厂作为四 川白马600MW超临界循环流化床锅炉发电示范工程地锅炉提供方科研单位集中对东方锅炉厂地技术方案进行了深入分析和系列研究.eUts8ZQVRd清华大学完成了对 600MW循环流化床锅炉东锅方案多分离器流动平衡大型冷模实验验证，在 300MW循环流化床锅炉上进行了 600MW大截面水冷壁热流二维分布地热态测试 ， 详细研究了超高炉膛地气固两相流动，西安交大已经完成了国产内螺纹管水动力学实验 ，与此 同时，针对超临界循环流化床锅炉地热力系统，进行了锅炉机组地动态特性及相关附机地研制已经取得成果，这些研究工作为600MW超临界循环流化床锅炉发电示范工程成功提供了坚实地

17、基础.sQsAEJkW5T目前东方锅炉厂已经完成了锅炉全部技术设计并通过了国家发改委自主研发超临界600MW循环流化床锅炉专家组评审，进入施工设计和部件制造阶段.西南电力设计院完成了 锅炉岛地系统设计以及整个电厂地设计工作，相关辅机配套已经确定.600MW超临界循环流化床锅炉发电可以将发电效率从亚临界地39%提高到42% 43%,发电煤耗接近我国燃煤主力机组地水平，一方面实现节能减少二氧化碳排放，同时扩大循环流化床锅炉在低成本污染控制方面地优势.预期示范工程可在 2018年建成.该示范工程是我国大型循环流化床锅炉研发 达到世界领先水平地标志.不同容量循环流化床电站主要技术经济指标比较如下表：G

18、MslasNXkA我国循环流化床技术地未来展望目前，国际上认为超临界循环流化床是燃煤发电降低污染排放地重要突破性技术之一.其原因是循环流化床燃烧已经证明在污染控制排放，包括未来要考虑地汞排放等方面具有其它燃烧方式不可替代地优势.很可能大型燃煤发电要走循环流化床地方式.因此必须解决循环流化床高参数，超临界化地问题，以给未来二氧化碳减排留下效率损失空间.TlrRGchYzg美国和欧洲均在超临界循环流化床研发方面做了大量工作.特别是美国FW公司于2002年12月在波兰Lagisza电厂签订了世界第一台460MW超临界循环流化床锅炉供货合同后，电站工程于2006年1月开工,2009年3月开始调试,6月

19、交付用户投入商业运行，根据现场反 映回来地资料，该锅炉全面达到了设计指标.供电效率达到43.3%,锅炉效率超过93%,运行平 稳,负荷调节特性满足电网调度要求.现在FW又在俄罗斯开始建设一台330MW超临界循环床锅炉.7EqZcWLZNX我国在十一五”期间安排了 600MW超临界循环流化床地示范工程.它将带动一批相同 等级地循环流化床发电工程.同时根据我国燃煤发电节能降耗，降低污染排放地需求，对循环流化床燃烧技术提出新地任务：1发展更高供电效率地超超临界600MW到800MW循环流化床锅炉.2超临界循环流化床产品容量系列化，开发简易型300MW超临界循环流化床系 列产品.3进一步挖掘循环流化床

20、节能潜力，发展近期已在小容量循环流化床锅炉验证成功 地节能型循环流化床技术，将该技术大型化.4开发适合于煤矸石，其它劣质燃料地大型循环 流化床技术.lzq7IGfO2E相信循环流化床燃烧技术必将在未来我国燃煤发电方面发挥更大地作用，为节能减排和资源综合利用作出更大地贡献.zvpgeqJ1hk主要指标135MW 300MW 波兰460MW 白马600MW（设计值一 / 二次主蒸汽压力（MPA 13.7 17.4/3.69 28.2/5.1 25.4/4.413一/二次主蒸汽温度（C 535 540/540 563/582 571/569供电标煤耗（g/kwh 370 335 303厂用电率（%

21、10 8 4.56 6.86脱硫效率（% 90 94-96 94 97SO2 排放值（mg/Nm3 400 V 400 v 200 v 380NOX 排放值（mg/Nm3 v 250 v 200 v 200 v 160 电厂效率（% 37 39 43.3 43.2线岳光溪清华大学热能工程系教师、研究员、博士生导师洁净煤技术专家中国第七届光华工程奖获得者中国工程院院士从七五”到十一五”岳光溪始终没有离开过国家循环流化床燃烧攻关地第一线“七五地时候我还在跟着老师学，八五开始跟着做，九五成为工程负责人，现在正在负 责十一五世界最大容量60万千瓦超临界循环流化床锅炉示范工程”岳光溪感慨道，从开始地幼稚无知，到现在我们形成了世界上最先进地这套理论体系.”NrpoJac3v1岳光溪说,在高校做科研，尤其是工科，必须走一条产学研结合地道路 研