350MW超临界循环流化床锅炉技术浅析.pdf

第 4期 2 0 1 3年 7月 锅炉制造 B0I L ER MANUF ACTURI NG No ． 4 J u 1 ． 2 01 3 文章 编号 C N 2 31 2 4 9 2 0 1 3 0 4 0 0 0 5 0 3 3 5 0 MW 超 临界循环 流化床锅炉技 术浅 析 王凤君， 高新宇 哈 尔滨锅炉厂有限责任公司， 黑龙江 哈尔滨 1 5 0 046 摘要 文中对 3 5 0 MWe 超临界循环流化床锅炉的可行性、 关键技术及辅助系统进行了分析。 关键 词 超 临界循环 流化 床锅炉 ； 可行 性 中图分类号 T K 2 2 9 文献标识码 A A Br i e f An a l y s i s o f Te c h n o l o g y f o r 3 5 0 M W S u p e r c r i t i c a l CF B Bo i l e r W a n g F e n g j u n ， G a o X i n y u H a r b i n B o i l e r C o ． ， L t d ． ， H a r b i n 1 5 0 0 4 6 ， C h i n a Ab s t r a c t Th i s p a p e r a n a l y z e s t h e f e a s i b i l i t y o f 3 5 0MW e S u pe r c r i t i c a l CFB Bo i l e r ． An d g i v e a d e s c r i p t i o n f o r i mp o r t a n t c h a r a c t e r a n d Au x i l i a r y s y s t e m． Ke y wo r d s s u p e r c r i t i c a l CFB b o i l e r ； f e a s i b i l i t y 0 引 言 超临界循 环流化床锅 炉 以其较 高 的供 电效 率 、 廉价的石 灰石炉 内脱硫技 术、 低 N O x燃烧控 制及低投资的 S N C R脱硝技术 ， 成为我 国火力发 电技术现实的发展方 向之一 ， 具有光 明的商业前 途。与 6 0 0 MW 的超临界 C F B锅炉相 比， 3 5 0 MW 超临界 C F B锅炉具有更大 的布置灵 活性和更好 的调峰性能 。由于 3 0 0 MW 等级 的亚临界 C F B锅 炉技术 已经 非 常 成 熟 国 内 运 行 近 百 台 ， 而 3 5 0 MW 超临界煤粉锅炉也 已经有 3 0台以上的运 行业绩 ， 积累了丰富经验 。因此二者技术的结合 ， 技术风险相对更小。 1 技术可行性分析 循环流化床燃烧技术所具有特点 ， 使其更适 合与超临界循环相结合。 首先 ， 在超临界煤粉锅炉中， 由于炉内的热流 密度很高 ， 因此对水冷壁的冷却能力要求高 ； 而循 环流化床锅炉炉膛 内的温度 比常规煤 粉炉低得 多 ， 因此炉膛内的热流密度要 比煤粉锅炉低 ， 大大 降低了对水冷壁冷却能力的要求 。同时， 循环流 化床锅炉炉膛内物料浓度和传热系数在炉膛底部 最大 ， 而且随着炉膛高度的增加而逐渐减小 ， 即热 流曲线 的最大值 出现在炉膛底部附近。这个特性 使炉膛 内高热流密度 区域刚好处于工质温度最低 的炉膛下部区域 ， 从而避免 了煤粉锅炉炉膛 内热 流曲线 的峰值位于工质温度较高的炉膛上部 区域 这一矛盾 ， 因此循环流化床锅炉炉 内热流分布比 较有利 于水冷壁金属温度 的控制。 其次 ， 循环流化床锅炉 的低温燃烧使得炉膛 内的温度水平低 于一般煤灰的灰熔点 ， 再 加上炉 膛 内较高的固体物料浓度 的冲刷 ， 所 以水 冷壁上 基本 没有 积灰结渣 ， 保证 了水冷壁的吸热能力。 与煤粉炉相比， 循环流化床锅炉炉膛 内的温度沿 炉膛高度方向更 加均匀 ， 因而水冷壁沿高度方 向 收稿 日期 2 0 1 3 0 51 8 作者简介 王凤君 1 9 7 2一 ， 男 ， 毕业于大连理工大学 ， 高级工程师， 工学硕士， 长期从事循环 流化床锅炉及 S C R 的设计和研究工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 锅炉制造 总第 2 4 0期 的吸热也更加均匀 。 可见 ， 超临界蒸汽参数和循环流化床燃烧技 术在设计上可 以相互集成 ， 如果把超临界热力循 环应用于循环流化床锅炉 ， 则兼备 了循环流化床 燃烧技术和超临界压力蒸汽循环的优点 ， 是一项 很有吸引力的洁净煤燃烧技术。 2 3 5 O M W 超临界 C F B锅炉关键技术 1 水动力 的安全性。对于超临界锅炉 ， 其水 动力的安全性是锅炉设计首先要 考虑 的关键 问 题 。由于循环流化床锅炉本身 固有 的特点， 其在 正常运行时， 炉 内存在有大量的循环灰冲刷水冷 壁 ， 因此不能采用煤粉炉采用的螺旋管圈的水冷 壁结构 ， 而只能采用垂直管圈水冷壁。同时 由于 炉内流化及 防磨要求 ， 对 于 3 5 0 M W 等级超 临界 C F B锅炉 ， 采用 中、 低质量流速水冷壁方案。 对 3 5 0 MW 超临界循环流化床汽水 系统进行 了回路和压力节点划分。整个 系统划分为 5 7个 流量 回路 详见图 1 。采用对 7 1个非线性方程 进行直接求解 的方法 ， 得 到了 B MC R负荷、 7 5 ％ B MC R负荷和 3 0 ％B MC R负荷下各 回路的流量分 配和节点压力分布。计算结果表 明， 采用低质量 流速垂直管圈， 3个负荷下管内外壁温度 、 中间点 温度和鳍端温度均处于管子的使用范 围之内， 锅 炉运行是安全可靠的。 2 4 l 2 3 l 2 2 2 5 广 2 1 2 6 l 4 0 4 O l 2 0 2 7 l 1 0 1 O l 1 9 2 8 l 6 6 l 1 8 2 9 l 1 0 1 0 l 1 7 3 0 l 9 4 9 4 l 1 6 3 1 l 1 0 1 0 l 1 5 3 2 l 9 4 9 4 l 1 4 3 3 I 1 0 1 o l 1 3 3 4 I 1 0 1 0 l 1 2 3 5 l 9 4 9 4 l 1 1 3 6 l 1 0 1 0 l 1 0 3 7 l 6 6 l 9 3 8 l 6 4 6 4 l 8 3 9 l 6 6 l 7 4 0 l 1 0 1 0 l 6 4 1 l 4 0 4 0 l 5 4 2 l Q 2 l 1 2 l 4 1 I 2 l 3 前墙 图 1 水冷壁 回路划分 2 启动 系统 的选择分析 。锅炉一般配 有容 量为 3 0 ％BMC R的启动系统 ， 以与锅炉水冷壁 最低直流负荷的质量流量相 匹配 ， 锅炉 的启动过 程见图 2 。 Li g h t o ff St e a m S y n c h r o 2 5 - 3 0 ％ L o a d 点火 A d mis s io n 同步 We t D r v 汽机进汽 湿度转干态 图 2启动过程简 图 目前 国内超临界锅炉采用启 动系统 ， 可采用 带再循环泵的启动系统 ， 也可采用大气扩容器式 启动系统 ， 目前这两 中启动系统在 国内都有成熟 运行的业绩。对于带循环泵 的启动系统 ， 具有 工 质和热量 回收效果好 ， 对除氧器设计无要求 ， 适合 于两班制和周 E l 停机运行方式。但具有投资大 、 运行操作复杂、 转动部件 的运行和维护要求高、 循 环泵的控制要求高等缺点。对于大气扩容器式的 启动系统 ， 具有系统简单 、 投资少 ； 运行操作方便 ， 容易实现 自动控制 维修工作量少等优点 ， 但启动 初期燃 料耗量 大、 热 量 回收有 限。对 于 3 5 0 M W 超临界 C F B锅炉 ， 可根据具体情况选择。 3 紧急补 给水 系统。对 于超 临界循环流化 床锅炉， 由于水容积较小 ， 在厂用 电停用的工况 ， 炉 内及热 回路 内有大量的物料会将热量传递给水 冷壁、 尾部包墙等受热面 ， 同时锅炉无法补水 ， 为 了使受热面得到足够 的冷却 ， 应设有紧急补 给水 系统 ， 由于 国内的 3 5 0 M W 超临界 C F B锅炉一般 不设外置床系统 ， 因此紧急补给水量不需象要 引 进型亚临界 3 0 0 M W 锅炉那么大。 紧急补给水泵 由柴油发动机驱动 ， 当锅炉 主 给水泵不能工作时 ， 或冷却水循环系统出现异 常 的情况下 ， 此泵都将启动用于锅炉给水 ， 保护炉内 的受热面 ， 此系统初投资大， 运行维护工作量大 ， 即使在电厂不失电的情况下 ， 也要经常启动进行 暖泵 。 4 S N C R脱硝系统 。由于循环 流化床锅炉采 用分级燃烧 ， 一次风从炉底给人 ， 二次风从炉膛下 部分 2层进入炉膛 ， 通过控制一 、 二次风的比例及 一 ▲ T●● ●● ●● ●● 一 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4期 王凤君 ， 等 3 5 0 MW超临界循环流化床锅炉技术浅析 7 不 同层二次 风量 ， 控制炉 内燃烧及 N O x的生成。 对于 C F B锅炉 ， 一般都可以把炉膛 出口 N O x的排 放量控制在 2 0 0 mg ／ N m 以下。因此在循环流化 床锅炉的烟气 回路上装设 S N C R脱 硝装 置 ， 即可 满足国家环保要求的 1 0 0 mg ／ N m 以下的要求。 S N C R技术 在实际工程 的应 用 中， 温度场 的 选择 、 还原剂在温度场内的停留时间、 还原剂与烟 气的混合是决定脱硝效率的关键因素。根据循环 流化床低温燃烧和带旋风分离器的特点 ， 合理选 择还原剂的喷人点一分离器入 口烟道。S N C R的 反应温度在 8 5 0～1 0 5 0℃之间 ， 而 C F B锅炉的燃 烧温度恰在这个范 围内， 因此 C F B锅炉 的炉膛 、 旋风分离器 、 分离器 出 口烟道直至尾部烟道的人 口都符合 S N C R的温度范围。选择还原剂 的喷入 点为分离器人 口烟道 ， 不仅能够避开炉膛 内高浓 度 的灰分对喷嘴磨损 ， 也能够保证还原剂反应所 需要的充足的时间。从分离器人 口烟道喷入并进 入旋风分离器 的还原剂 ， 在旋风分离器气 固分离 的作用 下 ， 和物料 、 烟气剧烈 的扰动 和充分的混 合 ， 满足了 S N C R反应混合均匀性 的要求 ， 降低了 还原剂与烟气 由于混合不均匀产生的反应偏差 。 因此 ， 在循环流化床锅炉 中， S N C R的脱硝效率一 般可以达到 7 0 ％以上。 3 结 论 通过对循环流化床锅炉技术和超临界蒸汽循 环技术的探讨 ， 二者 的结合相对技术风险小 ， 而产 生的经济技术综合效益在火力发电中具有 明显的 竞争优势。特别是结合炉 内脱硫和 S N C R脱硝技 术 ， 在 13 益严格的环保要求下， 具有广泛的应用前 景。本文对 3 5 0 M W 超临界 C F B锅炉技术进行了初 步的探讨， 对水动力及辅助系统的设计提出了建议。 [ 上接第 4页] 如果中国的 7 0 0℃ 燃煤发 电技术联盟能够成为 国家主导的重大研发项 目， 做到 国内外紧密合作 ， 资金落实、 参与单位 的任务落实、 研 发计划落实 、 分工落实 、 进度落实 、 项 目管理落实 ， 我们完全有 可能开发出具有 自主知识产权 的 7 0 0℃ 超超临 界火 电技术 ， 并将其示范和推广。 4 结束语 7 0 0℃先进超超临界发电技术是燃煤火力发 电的未来发展方 向， 具有 巨大 的经济效益优势和 节能环保优势 ， 目前全世界都在努力研 发。中国 是世界上燃煤火 电装机容量最大的 国家 ， 火 电效 率对于节能减排起着巨大 的作用 ， 因此 ， 7 0 0℃先 进超超临界发 电技术对于中国火电行业 的未来具 有极其重大的意义 。 回顾我国超临界、 超超临界发电技术 的发 展 历史 ， 我国用十多年走过 了发达 国家几十年的发 电技术发展历程。如今在 7 0 0℃先进超超临界发 电技术 的研究开发进程 中， 我 国与世界先进水平 的差距在逐渐缩小 。通过借鉴 已有的研发成果和 运行经验 ， 努力实现耐高温材料开发 的突破 ， 我国 定会掌握 7 0 0 c c先进超超 临界发 电技术 ， 实现火 电行业 的跨越式发展。 参考文献 [ 1 ] 姚明宇， 张广才， 聂剑平． 高效燃煤机组关键技术 研 究进展 ， 热力发 电 ， 2 0 1 2 8 1 6 ． 周一工 ， 徐炯． 7 0 0℃高效超超临界火力发电技 术发展的概述． 上海电气技术， 2 0 1 2 ， 5 2 5 0 5 4． 毛建雄．7 0 0℃超超临界高温材料研发 的最新进 展 ． 2 0 1 2． 黄瓯 ， 彭泽瑛．7 0 0℃高超超临界技术的经济得 益分析 ． 热力透平 ， 2 0 1 0 ， ， 3 3 1 7 01 7 4 ． 江哲 生 ， 董卫 国 ， 毛 国光． 国产 1 0 0 0 M W 超超 临界 机组技术综述． 电力建设， 2 0 0 7 ， 2 8 8 61 3 ． 张国伟． 7 0 0 q C 等级超超临界锅炉介绍． 锅炉制造 ， 2 0 1 2 2 57 ． 张燕平， 蔡小燕， 金用成 ， 等． 7 0 0 o C超超临界燃煤 发 电机 组 系 统 设 计 研 发 现 状 ． 热 能 动 力 工 程 ， 2 0 1 2， 2 7 2 1 4 31 4 8 ． 纪世东， 周荣灿 ， 王生鹏， 等． 7 0 0等级先进超超临 界发电技术研发现状及 国产化建议． 热力发 电， 2 0 1 1 ， 4 0 7 8 68 8 ． 刘正东． 中国6 0 0 o C蒸汽参数火 电机组用锅炉钢 管 国产化研制进展 ， 钢铁 ， 2 0 1 0 ， 4 5 1 0 1 7 ． J o r g e n B u g g e ． “ Hi g he f f i c i e n c y c o a lf i r e d p o we r p l a n t s d e v e l o p me n t a n d p e r s p e c t i v e s ”，P r e s e n t a t i o n o n En e r g y， 1 4 371 4 45， 2 00 6． N a o k o Ma r u y a ma． “ L o n gt e r m t r e n d s o f e l e c t ri c e f fi c i e n c i e s i n e l e c t r i c i t y g e n e r a t i o n i n d e v e l o p i n g c o u n t ri e s”， P r e s e n t a t i o n o n E n e r gy P o l i c y， 1 6 7 8 1 6 8 6， 2 00 9． 国电集 团交 流材料 ， 2 0 1 0 1 3 5 ． 欧盟的 A D T 0 0计划， 华电技术， 2 0 0 8 4 7 9 8 0 ． ]J] 』]J] J] J] J] J]J]j 1 m B rL rI r●● L rl 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m