摘 要：簡要介紹了國外循環流化牀鍋爐技術的發展現狀，重點討論了近年來國內循環流化牀鍋爐技術的研究進展，分析指出了循環流化牀鍋爐技術的發展趨勢。循環流化牀鍋爐未來將朝着大型化超臨界、深度脫硫與脫硝、能源綜合利用等方向發展。目前，我國已掌握150MWe及以下各種容量級循環流化牀鍋爐的設計和製造技術，並通過技術引進開始了300MWe容量級CFB鍋爐的生產，未來將大力發展600MWe以上超臨界參數鍋爐技術。
關鍵詞：動力機械工程;循環流化牀;鍋爐技術;進展
循環流化牀鍋爐(CFB)燃燒技術具有氮氧化物排放低、可實現在燃燒過程中直接脫硫、燃料適應性廣、燃燒效率高和負荷調節範圍大等優勢，已成爲當前煤炭潔淨燃燒的首選爐型。時至今日，循環流化牀鍋爐技術已發展到一定水平，目前正往大容量、超臨界、高潔淨方向快速前進。總結循環流化牀鍋爐技術的最新進展，預測循環流化牀鍋爐技術未來的發展方向，對於推動循環流化牀鍋爐本身的技術進步、進一步推廣循環流化牀鍋爐技術以解決我國當前能源短缺、環境污染嚴重等問題，具有重要的現實意義。
受中國動力工程學會委託，由我們負責撰寫了《循環流化牀鍋爐技術的最新進展與展望》一文，並由學會推薦編入中國科協主編的《學科發展藍皮書——2004卷》。本文是在《循環流化牀鍋爐技術的最新進展與展望》一文的基礎上整理而成。
1、國外循環流化牀鍋爐的發展現狀
國外第一臺商業循環流化牀鍋爐由芬蘭的Ahlstrom 公司開發，於1979年在芬蘭Pihlava投運;緊接着於1982年，由Lurgi公司開發的、用於燃燒洗煤廠尾料的1臺84Mwth CFB鍋爐在德國的Leunen投運。1985年9月，世界上第一臺96Mwe再熱式CFB鍋爐在德國杜伊斯堡城市電廠投運並獲得了成功。
近2O、3O年來，CFB鍋爐技術在國外得到了快速發展，在西方國家現有37家公司生產流化牀鍋爐，其中就有27家生產CFB鍋爐。經過多年來的發展和整合，目前國外循環牀鍋爐的生產主要集中在Foster Wheeler Ahlstrom 公司和Alstom 公司旗下的幾個子公司中。截至2002年底，國外鍋爐廠家已生產CFB鍋爐總容量已超過30000MWe。目前，循環流化牀鍋爐的檢驗規程和安全規程已列入美國ASME標準，這是其技術成熟的一個重要標誌。
近年來，國外循環流化牀鍋爐技術快速地往大型化和高參數方向發展。迄今爲止，世界上200MW級的CFB鍋爐總裝機容量已超過5000MW 。其中Alstom 公司爲法國Gandanne 電廠製造的25OMwe CFB 鍋爐已於1996 年投運，Fw/Ahlstrom 公司爲美國Jacksonville電廠製造的300MWe級CFB鍋爐亦已在2002年內投運。在更高容量方面，Foster—Wheeler公司已於2003年與波蘭電力公司簽訂了生產目前世界上容量最大、也是第一臺460MWe級超I臨界循環流化牀鍋爐。該公司同時也獲得了法國電力公司600MWe級超臨界CFB鍋爐的製造合同，並已完成了方案的深度設計。目前，國外100MWe以上容量的循環流化牀鍋爐約有6O臺，其中已經投運的有4O餘臺。在運行的最大容量循環流化牀鍋爐爲美國佛羅里達300MWe燃用石油焦的循環流化牀鍋爐。另有近10臺200～300 MWe循環流化牀鍋爐正在安裝或製造中 。
據統計，國外大型CFB鍋爐(≥100MWe)用戶主要分佈在歐美，亞洲(不含中國)僅佔約2O 左右。波蘭是國外大型CFB鍋爐的用戶大戶，截至2003年底，波蘭已投運的100MWe級以上CFB鍋爐超過15臺，其CFB鍋爐的爐型、容量、使用燃料等較有代表性。表1列出了波蘭目前運行的100MWe以上CFB鍋爐情況l2j。
由表1可見：波蘭已投運的CFB鍋爐絕大部分是Ahlstrom /F.W 公司設計製造，這從一個側面反映了Foster—Wheeler/Ahlstrom Pyropower公司佔有世界CFB鍋爐市場主要份額的情況。目前，國外大型CFB鍋爐的設計生產和運行水平已達一定高度。
從表2可見，Gardanne電廠的實際運行效率和污染排放水平甚至優於設計保證值的要求。這說明國外CFB鍋爐企業已掌握了大型CFB鍋爐的設計製造技術。當然，限於所使用燃料的特殊性，並不是所有已投產的大型CFB鍋爐都運行良好。據報道，於1999年投運、安裝在韓國Tonghae電廠、燃燒當地無煙煤的220MWe級CFB鍋爐在初始運行中尚存在有旋風分離器和回料閥運行溫度高於設計值、飛灰含碳量偏高和燃燒效率達不到設計值等問題 J，後來經過大的整改，包括對旋風分離器進行重新設計改造，這些問題纔得到了較好的解決。
2、國內循環流化牀鍋爐的進展
2.1 概述我國的循環流化牀燃燒技術分爲自主開發、國外引進及引進技術的消化吸收三個主要來源。進入上世紀9O年代以來，我國循環流化牀鍋爐數量和單臺容量逐年增加。據不完全統計，現有近千臺35～460t/h循環流化牀蒸汽鍋爐和熱水鍋爐在運行、安裝、製造或訂貨，平均單機容量從37.4lt/h上升至106.78t/h;參數從中壓、次高壓、高壓發展到超高壓。單臺容量已經發展到670t/h(圖1)。截至2003年，投運臺數已有700多臺。單爐最大容量爲465t/h，發電量150MWe。目前，我國已成爲世界上循環流化牀鍋爐臺數最多和總蒸發量最大的國家，總運行臺數已超過世界其它地區所有循環流化牀鍋爐的總和 。
2.2 國內循環流化牀鍋爐技術水平現狀與進展近年來，在吸收和消化引進技術的基礎上，我國自主開發的CFB鍋爐水平有了長足進步，並已在一些核心技術上取得了突破。比如，浙江大學率先開發了下排氣旋風分離器循環牀鍋爐。此爐型在水平煙道與尾部豎井煙道相連接的換向室中佈置下排氣旋風分離器，將水平煙道與尾部豎井煙道整裝爲一體，使鍋爐具有典型的“兀”型佈置，具有結構緊湊、深度小、易於大型化等優點;清華大學跟蹤國際上出現的水冷方型分離器，成功地開發了具有獨立知識產權的水冷異型分離循環流化牀鍋爐，該爐型具有結構緊湊、密封性能好、分離效率高、重量輕、啓動時間短等優點，且也有易於放大和大型化生產的潛力等_5]。目前，國產循環流化牀鍋爐在130t/h及以下等級已過關，並完全取代了這個等級的進口鍋爐，佔領了國內市場。在220t/h等級上(50MWe)，通過技術引進、消化吸收和自己組織合作開發等方式，如東方鍋爐廠引進國外技術生產、國家電力公司熱工研究院和濟南鍋爐廠的合作、清華大學和無錫鍋爐廠的合作、中科院工程熱物理所與武漢鍋爐廠的合作等。早在上世紀9O年代中期，我國就已開發出了此容量級不同類型的中溫中壓、高溫次高壓和高溫高壓CFB鍋爐。目前，國內已完全掌握了這一容量級CFB鍋爐的製造技術，個別產品甚至出口到發展中國家。據統計，我國這個容量級CFB鍋爐已有5O多臺在運行、另有幾十臺在生產中。在410t/h容量級上(100MWe)：在上世紀9O年代中期，東方鍋爐廠和國家電力公司熱工研究院的合作，引進Ahlstrom公司技術生產了國內第一臺410t/h容量級CFB鍋爐，投運於四川內江;“九五”期間，國家又組織了哈鍋、東鍋、清華大學、浙江大學等單位，共同完成了科技攻關項目“100MWe級循環流化牀鍋爐的研製”;經過幾年來的自主開發和消化吸收，目前國內也已掌握了該容量級CFB鍋爐的生產技術並實現了國產化。2002年，由國電熱工研究院和哈爾濱鍋爐廠合作研製的國產第一臺410t/h級循環流化牀鍋爐在江西分宜投運，取得了成功。目前，國內這個容量級的CFB鍋爐已有近10臺投入運行，另尚有10臺左右在生產之中;在440～ 480t/h容量級方面(135MW～150MWe)。現在主要由哈鍋、東鍋和上鍋等三大鍋爐企業合作，引進國外技術生產。哈爾濱鍋爐廠利用引進技術生產的135MWe級循環流化牀鍋爐於2003年上半年在河南新鄉電廠投運;2004年4月，2臺135MWe循環流化牀鍋爐順利地通過了國電熱工研究院進行的性能達標試驗;由上海鍋爐廠有限公司引進技術分包承制的465t/h循環流化牀鍋爐(135MWe)已於2003年8月在山東濟寧電廠啓動達到滿負荷並順利通過了168h運行試驗;由東方鍋爐廠消化引進技術生產的135MWe再熱超高壓循環流化牀鍋爐也在2003年底在江蘇大屯電廠成功投運;這批鍋爐除了冷渣器系統及磨損存在一些問題外，在負荷、熱效率和脫硫效率等方面均已達到或超過了設計保證值。同時，國家也組織國內有關企業和研究機構在消化吸收引進技術基礎上進行自主開發。其中，由清華大學與哈爾濱鍋爐廠合作完成的440t/h超高壓再熱循環流化牀鍋爐(135Mwe)已於2003年7月通過了科技部的驗收。
這是目前國產已投運的最大容量循環流化牀鍋爐;由無錫鍋爐廠與中科院合作開發的480t/h(150MWe)CFB鍋爐電廠正在內蒙古烏達電廠建設之中。另外，國內的一些研究機構還參與了該容量級國外循環牀鍋爐技術的消化、吸收與開發，如浙江大學作爲技術依託機構參與了多項該等級燃用劣質煤的循環流化牀電廠建設。這些成果表明，在消化引進技術和結合自己研發經驗的基礎上，我國已基本掌握了這個容量級CFB鍋爐的.設計和製造技術。目前，國內三大鍋爐企業(東鍋、哈鍋、上鍋)已投運、生產、和接受訂單擬生產的135MW～150MWe級CFB鍋爐總量已超過100臺。在更大容量方面，國內同樣也走引進技術和自主開發相結合的發展道路。東鍋、哈鍋和上鍋合作，共同引進了Alstom 公司1025t/h(300MWe)容量級CFB鍋爐的製造技術。同時，由哈鍋、國電熱工院等多個單位合作開發的200MWe循環流化牀鍋爐已在江西分宜建設之中。目前，上鍋已在生產的300MWe容量級(1025~1065 t/h)CFB鍋爐有3臺，並另有訂單1臺;而哈鍋和東鍋也已分別接受了6臺1025 t/h(300MWe)CFB鍋爐訂單。
由上述可知，從引進到自行設計製造，近年來我國循環流化牀鍋爐發展迅速，在循環牀鍋爐大型化方面已取得了可喜的發展，與世界水平的差距正在逐步縮小。表3是目前我國已投運的1 00MWe以上CFB鍋爐電廠情況。由表3可見，近年來特別是2002年以來，我國大型CFB鍋爐發展神速，每年以超過1000MWe以上的投運容量在迅速增加。
2.3 目前國內形成的CFB鍋爐主要技術流派與特點目前，我國主要的鍋爐生產廠家有哈爾濱鍋爐廠、東方鍋爐廠、上海鍋爐廠、濟南鍋爐廠、無錫鍋爐廠、杭州鍋爐廠、四川鍋爐廠、武漢鍋爐廠、南通鍋爐廠等企業。這些企業要麼引進國外技術生產、要麼與國內研究機構合作開發，其生產的CFB鍋爐的技術特點可歸納如下(表4) j：
3、循環流化牀鍋爐技術的發展趨勢
3.1 大型化、超臨界方向發展
3.1.1 可行性國內外專家普遍認爲，循環流化牀鍋爐未來將朝着大型化、超臨界方向方展。這是因爲，一方面，CFB鍋爐由於自身特點而易於大型化 ]：①採用了一級飛灰分離循環燃燒，系統相對簡單，便於大型化。②不論是國外開發的方型分離器，或是國內開發的水冷異型分離器和下排氣旋風分離器，均能與鍋爐本體形成整體形式，結構緊湊，易於大型化。另一方面，循環流化牀燃燒技術由於具有以下固有燃燒特性而使它特別適合於與超臨界參數技術結合：