1、流化床燃燒技術改造電站鍋爐作者：華中理工大學 劉德昌摘 要 用流化床燃燒技術改造電站燃煤、燃油和燃氣鍋爐和 增容是目前國際上流化床燃燒技術應用發展的方向之一，受到世界上主要發達國家的重視。本文較為詳細地介紹了美國、法國、日本、波蘭、烏克蘭等國利用流化床燃燒技術改造現有電站鍋爐的十大示范工程。另外，對FW和BW鍋爐公司煤粉鍋爐改循環床鍋爐爐型作了簡要介紹。最后介紹了流化床燃燒技術改造舊鍋爐在我國的應用前景。 關鍵詞 流化床 改造 電站鍋爐 1 前言 流化床燃燒技術改造煤粉鍋爐和其他鍋爐成為發展流化床鍋爐之源。原因是許多電廠煤粉鍋爐己超齡或快超齡，而汽輪發電機組及其輔助系統和設備經整修還能運行25

2、30年。用流化床燃燒技術將煤粉鍋爐改成流化床鍋爐能使電廠延長服役2530年，而投資成本只有新建電廠的4060，經濟上是很有吸引力和競爭力的。第二個原因是這些煤粉鍋爐均沒有配煙氣脫硫設備，SO2排放嚴重超標。若加裝煙氣脫硫設備造價高，又無安裝空間，用流化床燃燒技術將其改成流化床鍋爐能較好地解決SO2污染大氣的問題。第三個原因是煤粉鍋爐對煤種適用性差，不能燒劣質煤，經濟效益不好。對國外煤粉鍋爐改流化床鍋爐，還有一個原因即舊煤粉鍋爐均沒有裝煙氣脫硝設備，NOX的排放嚴重超標。若加裝煙氣脫硝設備無論從技術上還是經濟上都是不可取的，改流化床鍋爐從根本上解決了NOX對大氣污染問題。隨著對環境標準要求的提高

3、，對舊煤粉鍋爐的命運要么關閉、提 前退役，要么用流化床燃燒技術改造成流化床鍋爐，并與電廠增容（如有需要）和延長服役期結合起來。 美國、法國、日本開發流化床鍋爐從改造舊電站鍋爐入手，大大加速了流化床鍋爐的發展。波蘭和烏克蘭為了使電站鍋爐能燒本國劣質煤和減少燃煤發電對大氣帶來的嚴重污染，分別與Foster Whee1er和BW鍋爐公司合作正在對舊電站煤粉鍋爐進行改造。己完成的改造工程證明，用流化床燃燒技術改造電站舊煤粉鍋爐有巨大的社會效益和經濟效益。我國能源結構中以煤為主，鍋爐燃燒效率不高、燃煤帶來的污染十分嚴重，其情況與波蘭、烏克蘭十分相似。我國目前電力短缺，資金也缺乏，因此學習國外經驗，用流化

4、床燃燒技術改造電廠舊煤粉鍋爐更有重大的經濟效益、環境效益和社會效益。 2 美國電站鍋爐改流化床鍋爐示范工程 2.1 TVA(田納西河流流域委員會）16萬kW鼓泡流化床鍋爐改造示范工程 TVA是美國最大的煤用戶之一，有1760萬kW的火電裝機容量。Shawnee電廠有10臺同型號的煤粉鍋爐，是TVA的一個大廠。美國能源部將該廠10號煤粉鍋爐改成鼓泡流化床鍋爐列為示范 工程。 該工程的主要目的： a 證實鼓泡流化床電站鍋爐運行可靠性、投資成本及運行經濟性； b 作為超齡煤粉鍋爐改流化床鍋爐的示范工程，為美國總容量為2000萬kW超齡煤粉鍋爐改造作出樣板； c 證實對煤種的適應性； d 證實大型鼓泡

5、流化床鍋爐燒高硫煤的環保性能。 鍋爐主要參數： 蒸發量，500t/h；蒸汽壓力，12.7MPa；蒸汽溫度，539；再熱蒸汽流量408t/h；再熱蒸汽壓力，3.3MPa；再熱蒸汽溫度，539。 改造后的鍋爐本體由床、懸浮段和對流段三部分組成。床內布置有 蒸發受熱面和部分過熱器受熱面，懸浮段布置有水冷壁受熱面，對流段布置有過熱器、再熱器和省煤器受熱面。床的截面積為233m2，由12個分床組成。每個分床有它的給煤點、加石灰石點和排渣氣。一 個給煤點管1.67m2床面積。一個排渣點管6.69m2床面積。一個加石灰石點管1.93m2 床面積。懸浮段面積為82.5m2，高為9m。懸浮段上部為對流段，煙氣流

6、速為15m/s。布風板之上鍋爐高度為31.2m。 省煤器之后水平煙道上裝有多管式旋風子分離器，收集飛灰送入床內循環燃燒。不投飛灰循 環燃燒時，鍋爐燃燒效率為90%。投飛灰循環燃燒、飛灰循環倍率2.5時，鍋爐燃燒效率達97，鍋爐效率為88.4。 當Ca/S=2.3、飛灰循環倍率為2.5時，鍋爐爐內脫硫效率達90。 煤的尺寸：012.7mm；石灰石尺寸：06.35mm。 采用分床壓火辦法，鍋爐負荷可降至375，負荷變化速率可達3.9MWmin。 煙氣排放性能：SO2=43.2302.7g/GJ,NOX=86.5151.3g/GJ。 電廠原有的汽輪發電機組、凝汽器、給水加熱器、水處理系統及設備、鍋爐

7、給水泵、凝結水泵、主變壓器、循環水泵、引風機、布袋除塵器、煙囪和煤場被利用。新增加的帶飛灰循 環燃燒的鼓泡床鍋爐、再生式空氣預熱器、多管旋風子分離器、鼓風機、灰渣處理系統及設 備、緊急鍋爐給水泵、鍋爐控制系統和鍋爐自用變壓器。由于上述系統及設備被大修和利用 ，改造電廠的每千瓦投資為14000美元，大約為新建電廠的60%左右。該鍋爐改造獲得了成功 ，在電網中一直擔任主力機組在運行。 2.2 黑狗電站2號10萬kW煤粉鍋爐改造為鼓泡流化床鍋爐示范工程 黑狗電站屬北美電力公司（NSP)，位于明尼蘇達州的Minneapolis城南15英里的地方。該電 站有電功率為8萬、10萬、12萬和18.5萬kW的

8、機組4臺。示范工程是將電功率為10萬kW的2號煤粉鍋爐改為帶飛灰循環燃燒的鼓泡流化床鍋爐改造后的三維鍋爐，示意圖如圖1所示。 2.2.1 2號煤粉鍋爐改流化床鍋爐的目的 2.2.1.1 為超齡煤粉鍋爐的改造提供經驗 北美電力公司有46個電站，其中39%為燃煤電站。美國在1945年到1965年安裝了總容量為2000萬kW的200多臺煤粉鍋爐，這些鍋爐將達到30年 服役期而面臨退役。為了延長這些鍋爐的使用壽命，使電廠再服役25年，故將黑狗電站2號 煤粉鍋爐改成帶飛灰循環燃燒的鼓泡床鍋爐，為今后200多臺煤粉鍋爐的改造提供樣板。 2.2.1.2 證實流化床鍋爐改造工程的經濟性 改造工程與新建電廠投資

9、比較如表1。從 表1中看出，帶水洗煙氣脫硫的新煤粉鍋爐裝機投資為1725美元/kW；一般常規流化床鍋爐 裝機 投資為1500美元/kW；煤粉鍋爐改帶飛灰循環燃燒的鼓泡流化床鍋爐裝機投資只有430450 美元/kW。這就是說，與新建電廠相比(帶煙氣脫硫煤粉鍋爐電廠、常規鼓泡流化床鍋爐電廠 )煤粉鍋爐改鼓泡流化床鍋爐電廠造價只有它們的1/4左右。 2.2.1.3 尋找一種燃燒高硫煤的途徑 改造工程要保證其SOX和NOX、粉塵排放性能能達到美國新的環保標準， 以解決美國中西部的酸雨問題。改造要求加石灰石脫硫，SOX的排放量減少80%；低溫、分 級燃燒，NOX排放減少50%；粉塵排放達到美國新的排放標

10、準129.7g/(GJ.h)。 2.2.1.4 提高鍋爐蒸發量 黑狗電站2號煤粉鍋爐建于1954年，電功率為10萬kW，設計煤種為伊利諾易高硫煤和天然氣。為了減少SOX對大氣的污染，不得不摻燒美國西部的低硫煤。 由于煤種改變，鍋爐蒸發量下降，10萬kW的機組只能帶8.5萬kW的負荷，鍋爐效率只有86.75 %，改造之后，鍋爐燒Sarpy Creek劣質煙煤，蒸發量從300t/h提高到472t/h，蒸汽溫度不變，蒸汽壓力從12.2MPa降為10.4MPa，機組功率從原來的8.5萬kW提高到12.5萬kW。 表1 12.5萬kW電廠裝機成本比較 單位：美元/kW 2.2.1.5 提高鍋爐對燃料的適

11、應性 改造后鍋爐可燒劣質煙煤、石油焦、洗中煤等低成本煤，改善了電廠的經濟性。 2.2.1.6 提高調峰能力 改造之后，采用分床壓火技術，鍋爐蒸發量為20%時，可維持穩定運行。 2.2.1.7 飛灰再循環燃燒 鍋爐省煤器之后裝多管式旋風子分離器，收集下來的飛灰通過 風力送入床內循環燃燒。當飛灰循環倍率為1.55時，燒劣質煙煤，燃燒效率可達99%。 2.2.2 黑狗電站2號煤粉鍋爐主要改造的內容 從圖2可以看出，黑狗電站2號煤粉鍋爐主要改造內容為： a 燃燒室下部冷灰斗拆除改造，增加布風裝置，濃相床內布置埋管受熱面，尾部受熱面作適當調整； b 空氣預熱器前裝多管式旋風子分離器，其收集下來的飛灰送入

12、床內循環燃燒； c 拆除磨煤機及制粉系統，裝置拋煤機； d 更換鼓引風機； e 新裝再生式空氣預熱器； f 電除塵器的改造； g 部分煙道的拆除和管道及電纜的移位。 該鍋爐于1986年2月啟動，到1988年3月負荷帶到13萬kW，超過設計出力0.5萬kW。其缺點是 改造后效果不太理想，不能長期連續穩定運行。 2.3 新增容改造的美國Nucla循環床鍋爐示范工程 Nucla電廠于1959年建成，有三臺鏈條鍋爐和三臺1.2萬kW汽輪發電機組，是中參數發電廠。 該電廠由于鍋爐效率低，燃料不斷漲價和鍋爐維修費用不斷上升，到1982年已很難維持。 為了扭轉虧損局面，科羅拉多約特爾(Colorado Ut

13、le)電力公司決定對Nucla電廠進行更新增 容改造。 2.3.1 更新增容改造的主要內容 a 拆除原有三臺陳舊落后的中參數鏈條鍋爐，利用其廠房場地新建一臺蒸發量為420t/h的 高參數循環床鍋爐。 b 新裝一臺7.5萬kW的高參數抽汽汽輪發電機組，原有三臺1.2萬kW的中參數汽輪發電機 組保留，利用高參數汽輪機的抽汽推動原有三臺1.2萬kW中參數汽輪機發電。 c 除原有三臺鏈條鍋爐全部拆除之外，其他大多數設備和公用系統均被大修后利用。 2.3.2 改造之后取得的結果 a 電廠的容量和參數升級。電功率從3.6萬kW增容至11.1萬。電廠蒸汽參數從中參數提高到 高參數。電廠汽輪機熱耗降低了15%

14、。 b 可燃燒原鏈條鍋爐不能燒的劣質煤，燃料費用降低了30%。 c 更新改造的裝機成本為840美元/kW，只有新建電廠投資的一半。 d 電廠服役期延長30年。 e 鍋爐排煙中的SOX和NOX含量達到了美國新的排放標準。 2.3.3 改造后的循環床鍋爐運行性能 a 鍋爐燃燒效率為96.9%98.9%，鍋爐效率為85.6%88.6%。 b 當床溫低于882、Ca/S=1.5時，脫硫效率為70%，當Ca/S=4.0時，脫硫效率為95%；當床 溫為927、Ca/S=5.0時，脫硫效率為70%。 c 所有試驗工況下，NOX的排放量都低于146mg/MJ。 d CO的含量隨負荷變化而變化。當負荷在5.51

15、0.5萬kW范圍內時，CO的變化范圍為7399 ppm。 2.3.4 Nucla循環床鍋爐簡介 Nucla循環床鍋爐為Pyroflow型，于1987年投入運行，是當時世界上最大容量的循環床鍋爐 。鍋爐蒸發量為420t/h，蒸汽壓力為10.3MPa，蒸汽溫度為540。鍋爐由兩個燃燒室組成， 燃燒室高度為33m，燃燒室總截面積為98m2。兩個燃燒室的汽水系統共用一個汽包，故兩 個燃燒室不能單獨運行。Nucla循環床鍋爐燃燒系統示意圖如圖3所示。 該鍋爐自1987年運行以來，初三年進行了許多次試驗測試，至1994年夏天，鍋爐已運行了7 年。1994年對鍋爐進行了重要的改進和大修。改進的目的是降低維修

16、成本，提高運行可靠性 和年利用率。改進和大修之后，前9個月的利用率達到了88%。 2.4 Nisco10萬kW熱電聯產循環床鍋爐改造工程 Nisco西湖電廠原有兩臺燃燒天然氣的鍋爐，為了適應燒石油焦的需要，Foster Wheeler鍋 爐公司設計、制造了兩臺10萬kW的循環床鍋爐，取代原有燃氣鍋爐。原有電廠汽輪發電機組 和有關輔助設備全部被利用。Nisco循環床鍋爐示意圖如圖4所示。 2.4.1 Nisco循環床鍋爐參數 鍋爐蒸發量為374t/h，蒸汽壓力為11.2MPa，蒸汽溫度為541；再熱蒸汽流量為392.8t/h ，再熱蒸汽壓力為3.2MPa，再熱蒸汽溫度為541。這臺鍋爐采用了Fo

17、ster Wheeler的Intrex外部流化床熱交換器。旋風子分離器收集下來的飛灰經Intrex外部流化床熱交換器冷 卻之后，經飛灰回送裝置送入床內循環燃燒。飛灰回送裝置與Intrex外部流化床熱交換器、 燃燒室整裝成一體。 2.4.3 Nisco循環床鍋爐(帶Intrex外部流化床熱交換器)的特點 a 燃燒室內沒有屏式受熱面。 b 采用導向風帽裝置的水冷布風板。 c 采用熱風點火和水冷風室。 d 采用蒸汽冷卻的旋風子分離器，收集飛灰。旋風子內部耐火層的厚度只有50mm左右，比 非冷卻旋風子的耐火層厚度350410mm薄許多，減少了耐火層重量和支承鋼架的重量。汽冷 旋風子冷態啟動時間只有46

18、h，非冷旋風子冷態啟動時間為1216h。另外，汽冷旋風子 外表面溫度只有54，減少了散熱損失，有利人身安全(耐火泥高溫旋風子分離器外表面溫 度高達121)。 e 燃燒室內耐火層采用磷酸高鋁耐火泥，并用不銹鋼絲纖維加強，膜式管壁上還有固 定耐火泥銷釘。 f維修費用低，可靠性高。 g 低污染特性：床溫為871時，CO排放量為25.8mg/MJ、NOX排放量為258mg/MJ、粉 塵排放量為12.9mg/MJ。 該改造鍋爐已達滿負荷運行。 3 法國循環床鍋爐改造工程 法國的能源結構以核能占優勢，1975年法國電力工業中，化石燃料發電占85，核發電只占15；到1986年核發電躍到90，化石燃料發電只占

19、10，且主要作調峰發電。盡管化石燃料發電占的份額很小，但考慮到環保要求和經濟性，法國對舊煤粉鍋爐改造成循環床鍋爐十分重視。 法國對燃煤發電廠的有害物質排放要求如下（煙氣中含氧量為6）：SOX250mg/Nm3，NOX200mgNm3，粉塵=5OmgNm3。循環床鍋爐燒煤能 達到上途要求，且有經濟上的優越性。 法國電力部對不同種類鍋爐發電廠的每千瓦裝機容量的成本進行了比較，其結果見表2，可以看出，循環床鍋爐與帶煙氣脫硫的煤粉鍋爐和增壓流化慶鍋爐相比是最經濟的。 表2不同種類鍋爐發電廠成本比較 下面介紹法國兩個循環床鍋爐改造工程。 3.1 艾米路希125萬kW煤粉鍋爐改循環床鍋爐工程 1957年艾

20、米路希4號煤粉鍋爐投運，燒洗煤廠洗煤泥干粉，到1987年該鍋爐爐齡己有30年。洗煤泥干粉制造過程十分復雜，要經過對洗煤泥水濃縮、過濾、干燥，然后經磨煤機制成煤粉。燒洗煤泥干粉發電成本及廠用電均較高。鍋爐改成循環床鍋爐以后可直接燒經簡單配制的洗煤泥漿（含33% 的水分），與煤粉燃燒方式相比有顯著的優點。 3.1.1 鍋爐設計參數 蒸發量367t/h，蒸汽溫度545，蒸汽壓力13.4MPa，再熱蒸汽溫度540，再熱蒸汽 壓力3.0MPa，給水溫度242。鍋爐設計燃料包括含33水分的洗煤泥和洗煤泥干粉、煤礦 瓦斯、民用煤氣。對這些燃料，可單獨燒，也可混燒。不摻燒瓦斯，只燒洗煤泥漿時，鍋爐 最低負荷為

21、50。只燒洗煤泥干粉時，最低負荷為40。 3.1.2 洗煤泥漿和煤泥干粉的成分 洗煤泥干粉：其尺寸與煤粉鍋爐的煤粉尺寸相同，低位發熱量為20305.6kJ/kg，水分為8，灰分為28（干燥基）。 洗煤泥漿：其尺寸范圍為03mm，小于0.45mm的細粒子占50，低位發熱量為10466.8kJkg，水分為33%，灰分為45（干燥基），硫分為0.92。 3.1.3 循環床鍋爐 如圖5，該鍋爐只有一個燃燒室，33m高，其橫截面積為8.6m×11m94.6m2。 燃燒 室下 部是逐漸向上擴張的，以便分級送入二次風。循環床鍋爐為魯奇型，有兩個外部流化床熱交 換器，兩個旋風子分離器（直徑為8.0m

22、）。這個循環床鍋爐裝在原有鍋爐的旁邊，當循環 床鍋爐投入運行時，切斷汽輪機主汽管與原煤粉鍋爐的聯系，并與循環床鍋爐主汽管相連接。該循環床鍋爐自1990年投運以來，其運行性能和利用率都很好。 3.2 普諾旺斯25萬kW煤粉鍋爐改循環床鍋爐 Stein Industrie鍋爐公司在12.5萬kW煤粉鍋爐改循環床鍋爐成功的基礎上，進行他們的第二步計劃將普諾旺斯25萬kW燒高硫煤的煤粉鍋爐改成循環床鍋爐，工程圖見圖6。 普諾旺斯25萬kW電功率的4號煤粉鍋爐于1967年投運，燒普諾旺斯高硫煤。法國有2000多萬kW裝機容量的化石燃料電廠，這些電廠中的鍋爐將在20052020年先后超齡。為了滿足法國新的

23、、更為嚴格的環保要求，法國電力部選擇了普諾旺斯電廠25萬kW燒高硫煤的煤粉鍋爐改為循環床鍋爐。 3.2.1 工程背景 普諾旺斯Gardanne電廠有五臺煤粉鍋爐。13號鍋爐的電功率為5.5萬kW；4號鍋爐電功率為25萬kW，1967年投運，SO2的排放非常高；5號鍋爐的電功率為60萬kW，1984年投運，是四角切圓煤粉燃燒鍋爐。 1990年當地政府要求到1994年以前，Gardanne電廠SO2的排放減少30，即限制每年排放33500t，NOX的排放也要求有顯著地減少。為了滿足當地政府的要求，法國電力部和 煤炭部成立了一個工作組，研究決定，13號鍋爐拆除；5號鍋爐己采用爐內脫硫技術不拆 除，繼

24、續運行發電；4號鍋爐改為循環床鍋爐，其占地使用1、2、3號鍋爐原占地。改爐的 經濟性與增加煙氣脫硫作了比較，并考慮到4號鍋爐己運行24年，認為更新改造、延長服役 期經濟上是合算的。 3.2.2 工程組織和資金籌集 新的25萬kW循環床鍋爐為Soprolif公司所有。資金籌集采用股份制：法國電力公司持有55的股份，西班牙電力公司Endesa持有25的股份，當地煤炭部門10的股份，GEC阿爾斯通Stein Industrie鍋爐公司持10的股份。另外，該工程得到了歐洲聯盟和法國政府的資助。 3.2.3 循環床鍋爐改造工程介紹 該工程是在原1、2、3號鍋爐的占地上新安裝一臺25萬kW的循環床鍋爐。循

25、環床 鍋爐有一個非常大的燃燒室，其截面積為115m×l4.8 m=170.2m2。燃燒室下部為一個褲衩形流化床，褲衩上部燃燒室截面積為11.5m×7.4m =85.1m2。有四個旋風子高溫分離器，直徑為7.4m，布置在爐子的兩側。每個分離 器下有一個外部流化床熱交換器，其中兩個外部流化床熱交換器內布置有 中溫過熱器，用來控制床溫；另外兩個外部流化床熱交換器內布置有低溫過熱器和最后一級 再熱器，用來控制再熱蒸汽溫度。管式空氣預熱器用來加熱一次風；回轉式空氣預熱器用來 加熱二次風。原有鍋爐的大多數設備，如蒸汽管道、給水系統、冷水塔和原煤倉被利用。 鍋爐設計參數如下： 蒸發量，7

26、00t/h；蒸汽壓力，16.3MPa；蒸汽溫度，565；再熱蒸汽壓力，3.75MPa；再熱蒸汽溫度，565；再熱蒸汽流量，651t/h；鍋爐效率，90.5%。 鍋爐的燃煤特性： 燃用電廠附近Gardanne煤礦生產的高硫煤。該煤為次煙煤，具有高的揮發份。燃煤尺寸為010mm，尺寸小于1mm的煤粒為50%。典型的燃煤特性如下：水分1114；灰分2832（灰中CaO占57）；碳40%；氮0.97；硫3.68% ;低位發熱量14775kJkg。 該鍋爐還可摻燒當地煉油廠生產的高硫渣油，其承擔的負荷可占一半。渣油特性如下：水分0.4；灰分0.O7；碳85；氮0.92%；硫高到4.5；低位發熱量3805

27、039980k J/kg。 該鍋爐的排放性能（煙氣中含氧6）： SO2400mg/Nm3（Ca/S比3，97%的脫硫效率）；NOX250mg/Nm3；粉塵50mg/Nm3。 法國電力部門有10臺這種容量的鍋爐，該鍋爐的改造成功對這些鍋爐的前途有很大的 影響。 3.2.4 投資分配 整個工程耗資2.3億美元，裝機耗資920美元kW。投資分配如下： 鍋爐和有關附屬設備，69；電氣設備，8；建筑和鋼結構，15；汽輪機整修和其他，8。 這臺25萬kW、當今世界上最大的循環床鍋爐己開始運行。它的成功將為同等容量煤粉鍋爐的改造樹立一個樣板，另外將開辟一個4060萬kW循環床鍋爐的未來。 4 日本竹原（Ta

28、kehara）35萬kW常規流化床鍋爐改造 日本電力動力發展公司（EPDC）于1987年3月正式投運了5萬kW電功率的帶飛灰燃盡床的常規流化床鍋爐。該鍋爐裝在日本的Wakamutsu，到1990年己運行了16000h，己進行了6種煤的燃燒試驗。試驗結果表明：鍋爐效率達到了886%91.3%；SOX的排放值為550ppm，NOX為60300ppm，粉塵排放為13mg/Nm3。燃燒室由一個主 床和一個飛灰燃盡床組成。主床是一個雙層床結構，上層床有6個分床，下層床有8個分床， 其中包括兩個點火床。主床流化速度為1.5ms。飛灰燃盡床有4個分床。采用分床壓火辦法。最低鍋爐負荷可達25%。 在5萬kW帶

29、飛灰燃盡床的常規流化床鍋爐（鼓泡床鍋爐）成功的基礎上，日本電力動力發展公司于1989年計劃將竹原（Takehara）熱力發電廠的2號36萬kW的燃油鍋爐改成燒煤的常規流化床鍋爐，并于同年開始建造，見圖7。 該鍋爐結構形式與上述5萬kW的流化床鍋爐相同，燃燒室由一個主床和三個飛灰燃盡床組成。主床是一個雙層床結構，上層床有6個分床，下層床有9個分床。燃燒室為塔形變截面布置。 鍋爐設計參數： 蒸發量為1115t/h，蒸汽壓力為17.3MPa，蒸汽溫度為571；再熱蒸汽溫度為541，再熱蒸 汽壓力為3.18MPa；排煙溫度為140，SOX排放濃度小于160ppm，Ca/S5，NOX排放濃度小于300p

30、pm；主床燃燒溫度為760860；飛灰燃盡床溫度為980；鍋爐燃燒效率為98%。 原電廠3號鍋爐的接收、裝卸和輸送煤設備被利用，2號燃油鍋爐的煙囪被利用，原有的海水 冷卻的進口和后部設備被利用。 該鍋爐已于1995年6月底并網發電，成為世界上最大的電站流化床鍋爐。 5 波蘭特降(Turon)電站23.5萬kW Pyrlflow循環床鍋爐改造 波蘭的電力工業與我國有十分相似之處： a 波蘭電力80%來自于燃煤發電，其發電用煤主要是無煙煤和褐煤。波蘭天然氣少，沒有石油； b 燃煤發電的有害氣體和粉塵造成對波蘭大氣的污染是很嚴重的。來自于電廠的粉 塵排放1989年達11.2百萬t，占整個粉塵排放的3

31、0%35%；來自于電廠的SO2的排放1989 年達2.83.0百萬t，占整個排放的70%；來自于燃煤電廠的NOX的排放達0.60.65百萬t ，占整個排放的40%45%； c 煤在波蘭能源生產中占78%，每年生產1.8億t煤。但與發達國家相比，波蘭的人均電能是 低的，工業產品的能耗是非常高的； d 隨著波蘭市場經濟的發展，對電能需要日漸增加。 5.1 特隆23.5萬kW循環床鍋爐改造的目的 5.1.1 達到波蘭的環境標準(波蘭環境標準與西歐一致) 波蘭有54個大電廠和230個小電廠，總裝機容量為3205萬kW。特隆電廠有10臺鍋爐，總裝機 容量為200萬kW，是波蘭的第二大電廠。為了使特隆電廠

32、的有害氣體和粉塵的排放達到西歐 的環境標準，他們的計劃包括，將單臺機組功率為20萬kW的16號煤粉鍋爐改為單臺機 組功率為23萬kW的循環床鍋爐；拆除7號鍋爐；對最新的8、9、10號鍋爐增加煙氣脫硫裝 置；1號、2號煤粉鍋爐已有30年爐齡，首先將其改成循環床鍋爐。 5.1.2 擴大鍋爐容量 隨著鍋爐接近2530年的設計使用壽命，設備的利用率和鍋 爐效率下降，而維修費用急劇增加。面對特隆電廠的這種局面，只有關閉機組擴大容量的翻 新改造兩種選擇。煤粉鍋爐改循環床鍋爐之后，其容量從20萬kW 擴大到23.5萬kW。 5.1.3 延長鍋爐的服役期 像特隆這樣的鍋爐，經改造成循環流化床鍋爐后，其設備 性

33、能和煙氣中有害氣體的排放量均能達到當代先進鍋爐的水平，并能再延長服役期25年。 5.1.4 解決人口就業問題 特隆電廠燃用當地產的褐煤，鍋爐經改造之后，延長服役期25年，對維持當地煤礦的開工，解決大量煤礦工人和電廠工人的就業有十分重要的作用。 5.1.5節約投資 利用低污染的循環流化床燃燒技術改造特隆電廠舊煤粉鍋爐成循環床鍋 爐，除降低污染、延長服役期、擴大容量和有利當地經濟的發展和繁榮之外，還有投資省的 優點，與新建電廠相比每千瓦裝機的費用只有新建電廠的40%60%。 5.2 特隆電廠舊煤粉鍋爐改造工程將帶來的好處 a 能滿足煙氣中有害氣體的排放，達到西歐的排放標準，有巨大的環境效益。 b

34、大大提高機組的年利用率、可靠性、減少了鍋爐運行費用和維修費用，有顯著的經 濟效益。 c 增大了鍋爐蒸發量。 d 原有鍋爐的基礎和鋼架及某些輔助設備被利用，千瓦裝機容量的投資只有新建電廠 的40%60%，這對資金緊缺的國家是十分有吸引力的。 e 改造鍋爐的工期比新建電廠的工期短得多，一般2年半即可。 f 波蘭急需要加入歐洲聯盟，而歐洲聯盟首先要求波蘭電廠煙氣中的有害氣體和粉塵 達到西歐的排放標準。特隆電廠位于波蘭南部與德國、捷克接壤的地區、該地區由于有較多 的電廠，污染十分嚴重，被歐洲聯盟稱為“黑三角”地區。特隆電廠舊煤粉鍋爐的改造對波 蘭早日加入歐洲聯盟有十分重要的作用。 5.3 特隆電廠循環

35、床鍋爐的設計參數 蒸發量，667t/h；蒸汽壓力，13.7MPa；蒸汽溫度，540；再熱蒸汽流量，597.6t/ h；再熱蒸汽壓力，2.52MPa；再熱蒸汽溫度，540；給水溫度，242.4；鍋爐效率，90% 90.5%；設計燃料，褐煤，高位發熱量為9759.3kJ/kg，NOX=85ppm，SO2=47.2ppm，粉塵=50mg/Nm3。 5.4 特隆循環床鍋爐及電廠的改造 特隆電廠的改造包括：將兩臺20萬kW的煤粉鍋爐拆除，利用原鍋爐房面積、基礎和部分鋼 架，設計制造兩臺23萬kW的循環床鍋爐；安裝兩臺汽輪發電機組；更新電廠控制系統； 其他附屬設備的更新。 特隆電廠23萬kW循環床鍋爐改造

36、工程是原Pyropower公司轉讓技術，由波蘭Fakop鍋爐制造廠 制造，技術轉讓費2.04百萬美元。 循環床鍋爐的燃燒系統是典型的Pyroflow爐型。該鍋爐的汽水系統如圖8所示。汽水系統有 如下特點，自然循環鍋爐；燃燒室全膜式水冷壁結構；燃燒室內布置有第一和第二級管 屏式過熱器；尾部煙道內從上到下布置有第二級再熱器、第三級過熱器、第一級再熱器 和過熱汽包墻管及省煤器；再熱蒸汽采用蒸汽旁路控制系統；尾部煙道最下部布置有一 次風和二次風空氣預熱器。 該鍋爐改造工程僅利用原有鍋爐房及其基礎和一半鋼結構。鍋爐島的附屬設備經大修或改造 之后被利用。另外，電廠的其他設施，如煤處理設備、冷水塔、灰處理設

37、備、維修車間等 繼續使用。 ABB公司提供新的汽輪發電機組、新的控制室和某些附屬設備。另外，還負責對繼續利用的 某些附屬設備的改造。 6 烏克蘭兩個電站煤粉鍋爐改造 烏克蘭從前蘇聯分離出來之后，在從計劃經濟向市場經濟過渡時期，電力工業 遇 到了很大困難。蘇聯解體之前，烏克蘭50%的電力來自燃油和天然氣的電站，22%來自于燃 煤 電站，28%來自于核電廠和其他電廠。烏克蘭的油資源很少，天然氣的資源幾乎已用完。為 了維持這些熱電站的運行，其油和天然氣必須依賴于從俄羅斯和前蘇聯成員國按世界市場價 進口。由于缺乏美元，來自于燃油、燃天然氣的電廠的發電減少了20%，造成電力極度 緊張。烏克蘭有大量的煤炭

38、資源，但煤的質量差。有大量的高灰分(36%)、低揮發分(3%5%)的 無煙煤；有大量的高水分(53%)、高灰分(30.8%干燥基)、高硫分(3.7%干燥基)的褐煤。對這兩種煤常規煤粉鍋爐燒起來很困難。 烏克蘭85%的燃用化石燃料的鍋爐超過了20年爐齡，機組中的一半至少是30年爐齡了，超過了它們的使用壽命。在烏克蘭燃煤鍋爐中，沒有一臺鍋爐有脫硫、脫硝設備，低效率的水膜 除塵器使粉塵的排放濃度很高，緊湊的廠房布置使在這些電廠中加煙氣脫硫、脫硝設備是不 可能的。另外，這些到了年齡的和超齡的、工況條件很差的鍋爐，再耗大量資金來加裝污染 控制設備是沒有效益的。 1-省煤器進口聯箱 2-省煤器中間聯箱 3

39、-省煤器出口聯箱 4-到汽包連接管 5-下降管 6-供水管 7-燃燒室下聯箱 8-燃燒室9-燃燒室上部側聯箱 10-燃燒室上部聯箱 11-上升管 12-到對流煙道聯箱連接管 13-對流煙道上部側聯箱14-對流煙道下部前后聯箱 15-對流煙道上部前聯箱 16-對流煙道頂部聯箱 17-一級過熱器進口聯箱 18-一級過熱器出口聯箱19-到二級過熱器聯箱(減溫器)連接管 20-減溫器(二級過熱器進 口聯箱) 21-二級過熱器出口聯箱 22-到三級過熱器進口聯箱(減溫器)連接管 23-減溫器 (三級過熱器進口聯箱) 24-主蒸汽聯箱 25-來自于汽輪機蒸汽管 R1-再熱器進口聯箱R2-再熱器旁路 R3-

40、再熱器出口聯箱 R4-再熱器進口聯箱 R5 -再熱器出口聯箱 EH-再熱器 SH-過熱器 圖8 特隆23.5萬kW循 環床鍋爐汽水系統B&W公司設計的內循環床鍋爐(IR-CFB)具有兩級分離，布置十分緊湊，能適合對舊煤粉鍋爐 的改造。這種具有兩級分離器的循環床鍋爐的粒子收集效率等于或大于一個旋風子分離器的 循環床鍋爐的收集效率，被他們稱為第三代的循環床鍋爐設計，很適合對烏克蘭煤粉鍋爐的 改造。這種內循環床鍋爐結構緊湊，運行可靠，且成本低廉。 烏克蘭大多數煤粉鍋爐是燒無煙煤，爐齡一般已達2040年。隨著煤的開采深度增加，無煙 煤的質量變差。煤的灰分平均從15%增加到了32%，硫分也增加了

41、；發熱量從22273.4kJ/kg 降低到18409kJ/kg；揮發分減少到3%5%，不用油或天然氣助燃鍋爐就不能維持設計蒸發量 。 烏克蘭能源部正在與美國B&W鍋爐公司合作將兩個電廠的煤粉鍋爐改成循環床鍋爐，以 達到保持環境和燒劣質煤的目的。 6.1 烏克蘭Kharkov GRES-2電廠煤粉鍋爐改循環床鍋爐 烏克蘭Kharkov GRES-2電廠有兩臺5萬kW的T-230型自然循環煤粉鍋爐和四臺5萬kW的T-2 30型直流鍋爐。該改造工程是將1956年投運的9號直流鍋爐改成循環床鍋爐。 改造設計煤種為烏克蘭高灰無煙煤。其工業分析和元素分析結果如下： 工業分析：M=10%；V=4%；

42、FC=36%；A=36。 元素分析：C=49.6%；H=1.0%；O=1.5%；N=0.5%；S=1.4%；A=36%；M=10%；高位發熱量為170 27.4kJ/kg。 鍋爐設計參數：蒸發量230t/h；蒸汽溫度為510；蒸汽壓力為9.8MPa；給水溫度215；排 煙溫度為149；煤消耗量37.2t/h；石灰石消耗量為4.13t/h；鍋爐效率為86%。 鍋爐的排放特性：NOX的排放從800mg/Nm3減少到123mg/Nm3；SO2的排放量從4.24g/Nm3降到394mg/Nm3；原有水膜除塵器達不到粉塵排放標準，故改為電氣除塵器或布袋除塵器，粉塵排放將從4.5mg/Nm3降到50mg/

43、Nm3。 改造前后的鍋爐布置示意圖如圖9和圖10所示。從圖9看出，T-230型煤粉鍋爐采用外 煤 倉布置方式，其除塵采用水膜除塵器。我國現有一些50年代前蘇聯援助建設的大多數5萬kW 機組的鍋爐，都屬這種布置形式。從圖10看出，改造后的循環床鍋爐采用的是B&W鍋爐公司 的第三代循環床技術兩級飛灰分離和循環燃燒。圖中黑色部分為原有建筑框架和設備。 具體改造方案如下： a 用B&W循環床鍋爐取代原有煤粉鍋爐，利用原有鍋爐房及其基礎和部分鋼結構，將鍋 爐 房提高8.9m。 b 將引風機移位，并將水膜除塵器改為電氣除塵器。 比較圖9和圖10可看出，用B&W第三代循環床技術改造舊

44、煤粉鍋爐燒褐煤是比較適宜的。 1-煤粉燃燒室 2-磨煤機 3-煤倉 4-水膜除塵器 5-引風機 7-煙囪 圖9T-230型煤粉鍋爐布置6.2 烏克蘭Alexandriangol電廠160t/h循環床鍋爐改造 Alexandriangol電廠于1950年建成，有五臺燒褐煤的煤粉鍋爐，蒸發量為100t/h，其中三臺 鍋爐的壓力為4MPa，另外兩臺為9MPa。鍋爐設備已老化，維修費用高，鍋爐效率低 ，污染嚴重，急需更換。 美國B&W鍋爐公司為該電廠新設計了兩臺160t/h蒸發量的燒褐煤的兩級飛灰分離的循環床鍋 爐。第一級飛灰分離器用槽型分離器，裝在燃燒室出口處。第二級飛灰分離器采用多管旋風

45、子分離器，收集下來的飛灰用氣力輸送至燃燒室循環燃燒。這種燃煤循環床鍋爐稱為B&W第 三代循環床鍋爐。新設計的160t/h蒸發量的循環床鍋爐其參數如下：蒸汽溫度為440，蒸汽壓力為4MPa；給水溫度為150；排煙溫度為149；鍋爐效率為71.7%。鍋爐的布置如圖 11所示。另外，B&W鍋爐公司還將為該廠擴建兩臺同類型的160t/h蒸發量的循環床鍋爐。 這樣原有的舊鍋爐最后能全部關閉，汽輪發電機組及其他輔助設備經大修之后，電廠能再服役2530年。 1-燃燒室 2-槽型分離器組 3-多管旋風子分離器 4-煤倉 5-給煤機 6-床灰冷卻器 7-管式空氣預熱器 8-鼓風機9-原有輸煤皮帶

46、機 10-原有煤倉 11-電氣除塵器 12-引風機 13-煙囪 14-飛灰回送系統 圖10改造后的循環床鍋爐布置烏克蘭褐煤的工業分析、元素分析的結果如下： 工業分析：M=53%；V=19.1%；FC=13.4%；A=14.5%。 元素分析：C=21.9%；H=2.8%；O=5.6%；N=0.5%；S=1.7%；A=14.5%；M=53%；高位發熱量為1 0014.7kJ/kg。 B&W鍋爐公司的第三代循環床燃燒技術將為烏克蘭舊鍋爐的改造，利用劣質煤和改善十分嚴 重的環境污染作出貢獻。 7 FW和B&W鍋爐公司設計的煤粉鍋爐循環床鍋爐爐型 六十年代和七十年代投運的10萬kW容量以下的煤粉鍋爐如今面臨幾個嚴重的問題：運行問題 多； 維修、運行成本高；鍋爐效率低；煤種適應性差；污染嚴重且沒有增加煙氣凈化設備的場地 。有些鍋爐關 閉較合理，而有些鍋爐由于各方面的原因采取翻新改造較為合理。FW和B&W鍋爐公司為此專 門設計了煤粉鍋爐改循環床鍋爐的爐型。 7.1 FW鍋爐公司的煤粉鍋爐改循環床鍋爐爐型 該爐型已在美國黑狗電站煤粉鍋爐改循環床鍋爐中采用，參看圖1。