维普资讯 http://www.cqvip.com ２２ 余热锅炉２００ｌ２．３ ＦＢＢ向ＣＦＢＢ的过渡及其问题的解决 宁波热电股份有限公司 张 洪 摘要 九十年代中国ＣＦＢＢ在国家经济高速发展和产业的引导下获得了高 速发展的良机，通过自研、引进，使当今ＣＦＢＢ与国际先进技术接轨。但是，不容 置疑的是：中国在九十年代以前的ＦＢＢ的艰难摸索为后来ＣＦＢＢ的发展奠定了坚实 的基础。 本文回顾了我国ＦＢＢ到ＣＦＢＢ的发展过程并对发展中的主要技术问题作了较详 细的分析。 关键词ＦＢＢ ＣＦＢＢ问题过渡发展 循环流化床锅炉的英文缩写为ＣＦＢＢ。 第一台成功运行的流化床是德国人温克勒 （ＦＲＩＺ ＩＥＲ）于１９２１年１２月发明的， 燃煤设备上，针对难燃固体燃料的应用，体 现得更有代表性。如山东明水化肥厂采用济 南锅炉厂生产的３５ｔ／ｈ ＦＢＢ、清华大学热电 厂采用江西锅炉厂生产的２０ｔ／ｈ ＦＢＢ、福建 三明化肥厂采用的福州化工厂生产的２０ｔ／ｈ ＦＢＢ、山西晋城热电厂采用的北京锅炉厂生 他将燃烧产生的烟气引入一装有焦炭颗粒的 炉室底部，观察到固体颗粒因受气体的作用 力而被提升，整个颗粒系统看起来就像沸腾 的液体。 产的７５ｔ／ｈ ＦＢＢ、黑龙江鸡东坑口电站采用 哈尔滨锅炉厂生产的１３０ｔ／ｈ ＦＢＢ，锅炉的燃 快速流化床则是由麻省理工学院的刘易 斯（ＷＡＲＲＥＮ Ｋ．ＬＥＷＩＳ）和吉里兰（ＥＤ． ＷＩＮＲ．ＧＩＩＪＪＩ，ＡＮＤ）在１９３８年１２月最早发 料基本上是煤矸石、无烟煤、坑口煤泥或链 条炉渣。可以这样认为，ＦＢＢ是８Ｏ年代难 明的。当时他们正在为流化床催化裂化过程 （ＦＣＣ）设想一种合适的气固接触工艺，当 气流以３ｍ／ｓ的速度自下而上通过装有ＦＣＣ 燃固体燃料燃烧设备的典型代表，在工业生 产中、在坑口工业废物的处理工作中，ＦＢＢ 几乎成了难燃固体燃料燃烧设备的代名词而 风靡大江南北。根据统计数据，至９０年代 初，全国ＦＢＢ总量达近３０００台…。但是， 颗粒（平均粒径约为５５ｔｍａ）的容器时，发 现了细颗粒的聚集以及较高的气固相对速 度。 当时的ＦＢＢ在大型化上显然受到了制约， １ ＦＢＢ和ＣＦＢＢ在国内的早期应用 循环流化床锅炉（ＣＦＢＢ）最早缘于流 因此，难以突破１３０ｔ／ｈ的设计容量。 在作为大型洁净燃烧设备的应用上，国 外引进技术的ＣＦＢＢ则体现得特别充分：如 ＡＨＬＳＴＲＯＭ公司技术国内生产的燃用石油焦 的镇海炼化热电站的２２０ｔ／ｈ ＣＦＢＢ、 ＡＨ［ＳＴＲＯＭ公司技术国内生产的杭州协联热 电公司的２２０ｔ／ｈ ＣＦＢＢ、内江电厂引进示范 化床锅炉（ＦＢＢ），缘于化工系统的催化裂 化流化床设备。将ＦＢＢ和ＣＦＢＢ作为燃煤设 备的提出当时基于二个角度，就是难燃固体 燃料的燃烧和方便脱硫。在我国早期的ＦＢＢ 维普资讯 http://www.cqvip.com 余热锅炉２００２ ３ 型ＡＨＬＳＴＲＯＭ公司生产的４１０ｔ／ｈ ＣＦＢＢ均是 这一类设备的典型代表。 ２ ９０年代国产ＣＦＢＢ的推出 ９ｏ年代是ＣＦＢＢ大力发展的年代，这得 益于当时国家的改革开放、经济快速发展的 需要，进而提出对电力的迫切需求。小火电 的兴起，从根本上讲是由于国家电力不足、 地方经济发展的需要。鉴于当时国家对环保 问题已相当重视，认为中小型燃煤设备必须 采用ＦＢＢ或ＣＦＢＢ，甚至将这一要求作为项 目报批的一项必备条件（至今仍然如此）。 但是，当时市场上普遍对配置１２ＭＷ的７５ ｔ／ｈ燃煤设备表示出极大的兴趣，而ＦＢＢ在 ７５ｔ／ｈ以上的燃煤设备上已暴露出其不足： 主要反映在飞灰烧蚀量、埋管的磨损（埋管 的磨损速度与密相区的物料直径为１．５次 方Ｌ３Ｊ的关系）和为了解决炉膛吸热强度从而 将布风板做得特别巨大，如北京锅炉厂的 ７５ｔ／ｈ ＦＢＢ，其床面面积达３２ｍ２，一个大床 面分为六个小床面，以适应埋管受热面的吸 热需要（见图１）。而ＣＦＢＢ在这几个方面却 有其独到的优势：由于彻底改变了传热机 理，ＣＦＢＢ炉膛截面强度是ＦＢＢ炉膛截面热 强度的２—３倍…。因此，ＣＦＢＢ无需采用沉 浸技术利用密相区受热面的大传热系数来满 足吸热负荷的需要（沉浸管传热系数高达 ２２ ＿２７０ｋＷ／ｍ ｏＣ），如７５ｔ／ｈ ＣＦＢＢ的布风 板床面面积仅为７—８ｍ２（见图２）； 高的分离效率在满足循环量的同时，也 实现了高的燃烧效率，当分离效率大于 ９５％时，燃烧效率将达到９８％以上［引，因 此，同品质煤种其飞灰烧蚀量可比ＦＥＢ降 低ｌ ２０个百分点。当然，ＣＦＥＢ技术突破 的关键还是在于利用其更高的炉膛截面热强 度解决燃烧设备的大型化问题。于是，ＣＦ— ＢＢ应运而发展。在９ｏ年代国产的７５ｔ／ｈ ＣＦ— ＢＢ中，中科院推出的二级分离技术和绝热 图１ ７５ｔ／ｈ ＦＢＢ炉膛布置 图２ ７５ｔ／ｈ ＣＦＢＢ炉膛布置 型旋风筒的高温分离技术是当时的主流派。 杭州锅炉厂、无锡锅炉厂主要生产销售二级 分离技术的ＣＦＢＢ，该种产品于１９９２年ｌ２ 月中旬通过产品和技术鉴定；济南锅炉厂主 维普资讯 http://www.cqvip.com ２４ 余热锅炉２００２．３ 要生产销售绝热型旋风筒高温分离技术的 ＣＦＢＢ，于１９９３年４月２１日通过技术鉴定。 ２００２年前得到商业化推出。 ４ ＦＢＢ应用中解决的问题为ＣＦＢＢ的成功 应用打下了坚实的基础 这期间，该二种炉型产品的总销售量突破 ３００台Ｌ２ Ｊ。进入９ｏ年代的中期，一种引进 德国Ｂａｂｃｏｃｋ公司的Ｃｉｒｃｏｆｌｕｉｄ循环流化床锅 炉在北京Ｂ＆Ｗ公司生产，并得到商业应 用，这种炉型采用炉膛受热面塔式布置，旋 无论是ＦＢＢ还是ＣＦＢＢ，当时推广应用 中的技术问题主要有五方面。布风板面的设 计、返料系统的设计、分离系统的设计、防 磨设计和炉衬的设计。 ４．１布风板 风分离器中温分离和炉膛内循环，使燃烧效 率在对旋风筒分离效率不是太过追求的条件 下又得到了进一步的突破，达到９９％以 床面不易干净、流化点不易寻找和运行 上 Ｊ。这在当时，不得不说是一个好的炉 型，因为前面二种技术均存在不可克服的不 中极易结焦，是当时ＦＢＢ推广过程中的一 大难题。新采用ＦＢＢ的单位几乎将点火问 足：二级分离高温百叶窗分离器的故障率高 和高温绝热型旋风筒分离器内结焦、过厚的 旋风筒内衬热震性差，使这二种技术的运行 可靠性不能很好地得到保证，在９５％负荷 连续运行时间能够达到３０００小时以上就已 经是运行得相当出色了。 ３引进技术的ＣＦＢＢ的应用和发展 题和运行中的结焦问题，当作产热部门甚至 决策部门的重大问题来对待。当然，其中存 在设计上的不足，与此同时，运行手法还未 完全摸索成熟也是一大问题 在当时许多 ＦＢＢ采用单位中，点火结焦，锅炉才送上去 就结焦，甚至连续结几次、十几次焦，似乎 成了并不奇怪的事情；克服了运行和点火困 难的单位，几乎将点火的技术作为一项高回 报的技术咨询来对待。而对欲上ＦＢＢ项目 到９ｏ年代的末期，随着国外循环流化 床锅炉的引进、传统汽冷型旋风分离器制作 工艺的解决，以及制作工艺简单的水冷异型 分离器的推出，使冷却型旋风筒的使用得到 了推广，在获取大循环倍率的同时兼顾了分 一的单位，与锅炉制造商进行技术接触时的第 个问题就是询问炉子会不会结焦。现在如 果对循环流化床已经达到相当的熟悉程度， 可能对当时提出的问题还会感觉到十分可 笑。但当时这一问题的提出为后来ＦＢＢ过 渡到ＣＦＢＢ打下了相当重要的基础。如为解 决运行中床面干净的问题，开孔率的探索 （指风帽小孔开孔面积与布风板面面积之比， 该值一般取在０．０２５—０．００４）、盆型布风板、 离器的可靠运行。水冷异型分离器技术由清 华大学的岳光溪教授在改进Ｆｗ技术的基础 上引进国内，首先对其进行生产和销售的厂 家是四川锅炉厂；而传统汽冷式旋风分离器 在哈尔滨锅炉厂、东方锅炉厂、上海锅炉厂 和杭州锅炉厂得到成功的制作，尤其是杭州 锅炉厂蜗壳汽冷型旋风筒的制作成功，代表 着当今世界上最高旋风筒制作工艺得以在国 内突破 Ｊ。从而使近１０台进ＶＩ技术（主要 是ＡＨＬＳＴＲＯＭ技术）国内生产的２２０ｔ／ｈ ＣＦ— 倾斜型布风板、冷渣口上部结构方案的探 讨、风帽型式等等问题，使由于设计结构上 的不足导致的结焦得到彻底的改善；同时， 从点火的方法上也作了大量的探索，从当时 的木炭点火、木柴点火发展到现在的油点 火甚至变床上点火为床下点火；运行中找流 化点，从当时的仅靠试验发展到今天的用炉 耙探床和进行准确的冷炉试验，也为今天循 ＢＢ于９０年代末期得以商业化推出，近２０ 台采用消化后技术（对２２０ｔ／ｈ ＡＨＩＮＴＲＯＭ 技术的消化并缩小）国产的１３０ｔ／ｈ ＣＦＢＢ于 维普资讯 http://www.cqvip.com 余热锅炉２００２．３ 环流化床的推广打下了扎实的基础。 ４．２返料系统 返料系统的探索没有走很困难的路程。 但早期的ＦＢＢ中，用Ｌ型非机械返送阀占 了相当的比例。作为一种非机械型输送阀， Ｌ阀（图３）在当时的大多数应用场合是十 分可靠的。但其应用的条件要求阀内的灰位 必须是明确的（启动前就必须保证好阀内的 灰位），否则将由于烟气短路而使分离效率 大打折扣，同时由于Ｌ阀一般均是将返料回 送至炉膛的密相区，因此最后可能造成返料 口结焦，从而使锅炉带负荷失败。虽然Ｌ阀 也属于移动床的输送，但由于输送量的限 制，基本上应用于３５ｔ／ｈ以下的ＦＢＢ中，而 对于较大型的ＦＢＢ（７５ｔ／／ｈ），当时一般使用 Ｈ型非机械输送阀。Ｈ型非机械输送阀（图 ４）的返送点一般在密相区的出口或稀相区 的进口，输送量虽然大，但输送口对炉膛内 物料也易收入，造成输送阀的堵塞、结焦， 使物料的输送失败，最后导致负荷上不去和 烧蚀量提高。随着ＣＦＢＢ的推出，ｖ阀（图 ５）开始应用。可以说，Ｖ阀克服了Ｈ阀、 Ｌ阀几乎所有的缺点，却涵盖它们几乎所有 的优点：输送量大、带高阻气板的向下倾斜 型料腿使输送点位于密相区，同时对ｖ阀 的启动无须任何特别的要求却不会发生输送 口结焦和堵塞的情况。 进料 充 气 ——◆Ｌ 图３ Ｌ阀结构 ４．３分离系统 自从提出ＣＦＢＢ以来，分离系统就成了 ＣＦＢＢ“古今中外”的核心话题。实际上， ＣＦＢＢ与ＦＢＢ的分界性区别也就在于此：分 离效率决定了物料循环倍率，而分离器的型 式却决定了分离效率。循环系统实际上由分 离和返送二个系统所构成。分离系统考核的 指标通常用分离效率来衡量。但实际上分离 效率并不能方便准确地评价一个分离器的分 离效果。因为从分离器的分离效率的定义来 说，为其出口物料量与其进口物料量之比。 但在热态运行条件下，分离器进、出口物料 量是无法测量的参数．因此，当仅有某一结 辫１｜ｒ ｊ 回抖 图４ Ｈ阀结构 回科 ．．｜＿一 图５ Ｖ阀结构 构类型旋风筒冷态试验参数时，这个表征参 量的意义就不是那么大了。现在普遍用切割 粒径这个参量来表征一个分离器的分离效 果。切割粒径指的是分离器分离下的物料 维普资讯 http://www.cqvip.com ２６ 余热锅炉２００２．３ 中，粒度组成中各占５０％的粒径分界。毫无 疑问这个数值越小，分离器的分离效果越好。 大量的实验和应用证明：旋风筒是一种 最好的、效率最高的分离元件－４ Ｊ。实际上， 国外一直将旋风筒作为主要的分离元件。在 国内早期发展ＦＢＢ的一个很重要的因素， 就是考虑到旋风分离器的工艺复杂、制作难 度大，一直都用些小型但却简单的分离元件 作为分离器。这其中比较有代表意义的有： 平面流分离器、槽型分离器。作为ＦＢＢ的 分离系统，这些类型的分离元件已足以满足 设计要求。从理论上讲，平面流分离器的分 离效率可达到９ｏ％，实际上，从２０ｔ／ｈ ＦＢＢ 和３５ｔ／ｈ ＣＦＢＢ的使用来看，其平面流分离 元件对锅炉所保证的运行效果，绝不亚于后 来７５ｔ／ｈ ＣＦＢＢ二级分离对锅炉所保证的运 行效果；槽型分离器由于其结构简单，制作 安装方便，从而在ＦＢＢ中也得到了较为广 泛的使用，理论上槽型分离器的分离效率为 ７５％一８０％，最近的改进型槽型分离器，据 分析分离效率将达到８５％－５ Ｊ。平面流分离 器多用于高温段的分离，槽型分离器则多用 于中低温段的分离。高温旋风分离器的应用 才是解决ＣＦＢＢ的大型化问题的关键。 ４．４炉内衬 炉内衬的设计，开始的出发点是着眼于 保证炉内衬在炉内的耐磨性能，于是，追求 高强度、大厚度的内衬材料成为了当时的必 然。但是，后来的使用实践证明，这二个追 求反而贻误了内衬可靠性的保证。因为，炉 内衬在运行中大量暴露的问题不是被冲削， 而是被龟裂和剥落，从而造成炉内衬的不可 靠。当今的内衬已走向采用中高强度（通常 认为炉衬材料的抗压指标一般取在６０ＭＰ ８０ＭＰａ，而不是８ＯＭＰａ甚至１００ＭＰａ以上）、 薄炉衬（８Ｏ甚至６０ｍｍ以下）和高的热震稳 定性，再辅以良好的烘炉手段－６Ｊ，使龟裂、 剥落问题得到了根本的改善。 ４．５防磨措施 炉内金属件的防磨问题，实际上缘于二 个方面：良好的运行手法和有效的防磨设 计。在防磨设计方面，传统的手法一直都在 应用，如：合理的风速（磨损速度与风速的 ３．６次方成正比）、防磨盖瓦的应用、尾部 受热面采用膜式顺列布置方式、均流板的应 用等。但是，良好的运行手法，却是在这些 防磨设计的基础上达到理想的防磨效果的最 终体现【 。 总之，国内的循环流化床锅炉，发展到 今天是应该喝彩，应该庆贺的，尤其是对国 内９ｏ年代循环流化床的发展速度值得称赞。 因为在９ｏ年代国内完成了从ＦＢＢ到ＣＦＢＢ 的过渡。二十一世纪的头十年，国内循环流 化床将进入大型化的时期，随着４１０ｔ／ｈ炉 型的引进和开发、随着四川白马６３０ｔ／ｈ循 环流化床示范炉的引进、随着国家对环保的 日益重视和经济的高速发展，作为一切工业 的源头——能源生产工业的环保型绿色设 备，必将迎来她的又一个艳阳天。 参考文献 ［１］张振杰，张绪伟．循环流化床锅炉设计与运行 中的若干问题初析．清华大学热能工程系． ［２］姜作仁，那永洁．循环流化床锅炉在中国 的发展．中科院热物理所． ［３］岑可法，倪明江，骆仲泱，循环流化床锅炉理 论设计与运行． ［４］岑可法，倪明江，骆仲泱．气固分离理论及技 术． ［５］张子栋，杨励丹，鲍亦令．低倍率循环流化床 锅炉槽型惯性分离器． ［６］江伟程，张洪．循环流化床锅炉内衬的复合烘 炉工艺． ［７］江伟程，张洪．浅谈循环流化床锅炉安全经济 运行管理的特点．
