循环流化床锅炉外置式换热器研究

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1、循环流化床锅炉外置式换热器研究周一工（上海电气电站集团技术部，上海201108）摘要：循环流化床锅炉大型化过程中，外置式换热器将是一个不可回避的问题。本报告对外置式换热器的发展及现状、采用外置式换热器的必要性、国外几家主要公司外置式换热器的设计特点、外置式换热器设计运行中的问题进行了详细阐述。文章最后提出了发展外置式换热器需引起重视的几点结论。关键词：循环流化床锅炉外置式换热器（FBHE）灰调节阀1引言在循环流化床锅炉问世之初，世界上主要有两大循环流化床技术流派，即鲁奇（Lurgi）型和奥斯龙（Ahlstrom）型，而二者的主要区别在于前者在燃

2、烧室外设置了“外置式换热器”。所谓外置式换热器就是将炉内的一部分受热面移至炉外，通过高温循环灰加热的一种热交换装置。后来，采用美国Battelle研究中心技术的日本三井MSFB炉型也使用外置式换热器。外置式换热器实际上是由一个或多个仓室构成的非燃烧细粒子鼓泡流化床，布置在高温灰循环回路中，位于分离器下部。高温循环物料经分离器分离后，在分流装置的作用下，一部分经返料装置以高温灰形式返回炉膛，另一部分流经外置式换热器，与布置在外置式换热器内的受热面完成热交换后，以低温灰形式返回炉膛。外置式换热器内布置的受热面通常为蒸发器、过热器或再热器。通过调节进

3、入外置式换热器和返料装置的循环物料流量的比例，实现床温控制和汽温控制。与不带外置式换热器的循环流化床锅炉相比，外置式换热器使燃烧和传热分开，大大提高了床温、汽温调节和锅炉负荷调节的灵活性。它尤其有利于锅炉受热面的布置，特别是再热器的布置，易于循环流化床锅炉的大型化。但外置式换热器使循环流化床锅炉的结构和运行控制系统复杂化，投资增加，因此它在中小容量循环流化床锅炉中的应用并不占优势。2外置式换热器的发展及现状在循环流化床锅炉研制初期，一些有远见的研究者就提出了在分离器与炉膛之间装置热交换器的设想，其目的是为了更好地控制床温。世界上最早的商用循环流

4、化床锅炉，1982年投运的德国鲁奇公司的50t/h循环流化床锅炉就装备了外置式换热器，并且它后来成为鲁奇型循环流化床锅炉最具特色和个性的部分。图1是鲁奇型循环流化床锅炉的典型结构。图1鲁奇型循环流化床锅炉结构布置图但是，初期的鲁奇型循环流化床锅炉因结构复杂、造价高而缺乏市场竞争力。就外置式换热器而言，它要求回料阀具有灰量调节能力。高难度的回料系统设计增加了用户对其可靠性的担忧。并且，由于外置式换热器置于炉外，它对锅炉膨胀和密封结构的设计都提出了新的要求。20实际80年代中后期，芬兰奥斯龙公司在循环流化床领域异军突起，它针对初期鲁奇型循环流化床锅

5、炉存在的问题，推出了Pyroflow型循环流化床锅炉（其基本结构如图2所示）。它的特点是取消了外置式换热器，回料灰全部直接进入炉膛，在炉膛上部布置有辐射式受热面。Pyroflow型循环流化床锅炉以其结构简单、造价低、性能可靠而迅速打开了市场，并成为20世纪80年代中期至90年代初循环流化床锅炉市场的主导产品。图2芬兰奥斯龙公司Pyroflow型循环流化床锅炉的结构布置图同时，德国拔伯葛（Babcock）公司推出了以中温分离和低倍率循环为主要特征的Circofluid型循环流化床锅炉，它同样也取消了外置式换热器。以Pyroflow型为代表的低成本

6、循环流化床锅炉（无外置式换热器），在中小型燃煤锅炉的市场中已具有一定的优势。但是，在大型化过程中，这种循环流化床的结构面临难以克服的困难，这些困难主要是：蒸发受热面和过热受热面平衡布置的困难；床温难以控制；再热汽温缺乏调节手段；燃料适应性范围不广等。这些困难有一些是可以克服的，但是在克服其中一些困难的同时，另一些问题变得更加难以解决。与此同时，采用鲁奇公司技术的法国ALSTOM公司、原美国ABB-CE公司为了适应循环流化床锅炉大型化的需要，对外置式换热器的技术完善化作了不懈的努力。美国福斯特惠勒公司在其大型鼓泡床锅炉的基础上，独立发展了循环流化

7、床锅炉，在大型化过程中，参照了各方经验，并收购了奥斯龙公司后，也对外置式换热器作了很多研究和改进。1995年11月，由法国ALSTOM公司制造的250MW机组循环流化床锅炉在普罗旺斯Gardanne电厂正式投入商业运行，在该机组中装备了4个外置式换热器。ALSTOM公司还计划在600MW机组中使用6个外置式换热器，并将外置式换热器大型化。所有这些无疑预示着外置式换热器在大型循环流化床锅炉中的美好前景。3发展外置式换热器的必要性3.1有利于受热面布置、磨损低随着锅炉容量的增加，炉膛水冷壁受热面面积与炉膛容积之比将减小，当循环流化床锅炉的容量超过2

8、20t/h时，单靠在炉膛内布置水冷壁就很难保证合理的床温和炉膛出口温度。对此，Pyroflow型锅炉的做法是在炉膛上部（即煤粉炉屏式受热面的位置）布置