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第 2期 2 0 0 7年 4月 锅炉制造 BOI LER MANUF ACTURI NG No ． 2 Ap r ． 2 0 0 7 文章编号 C N 2 31 2 4 9 2 0 0 7 0 2 0 0 2 8 0 3 6 0 0 MWe超 临界循环流化床锅炉 国产 化可行性分析 高新宇， 李振宇 哈尔滨锅炉厂有限责任公司， 黑龙江 哈尔滨 1 5 0 0 4 6 摘要 文中对 6 0 0 MWe 超临界循环流化床锅炉国产化可行性从技术和工程等方面进行了分析。 关键词 超临界流化床锅炉； 可行性 中图分类号 T K 2 2 9 ． 6 文献标识码 A Th e Fe a s i b l e S t u d y o n Lo c a l i z a t i o n o f 6 0 0 M W e S u p e r c r i t i c a l CFB Bo i l e r G ao Xi n y u， L i Zh e n y u H a r b i n B o i l e r C o ．L t d ． ，H arb i n 1 5 0 0 4 6 ，C h i n a Abs t r ac t Th i s pa p e r a n a l y s e t h e f e a s i b i l i t y o n l o c a l i z a t i o n o f 6 00MW e s u p e r c r i t i c al CFB b o i l e r i n t e c h n o l o g y a n d e n g i ne e rin g ． Ke y wo r ds s u pe r c r i t i c al CFB b o i l e r ； f e a s i bi l i t y 0 引 言 我国的能源供应在很长一段历史时期将维持 以煤为主， 需要一种相对燃煤污染控制成本低 、 发 电效率高、 可 以大量普及 的清洁煤燃烧技术 。超 l临界循环流化床锅炉作为下一代循环流化床锅炉 技术 ， 可 以得到较高的供 电效率 4 1～ 4 5 ％左 右。 特别应当指出的是循环流化床锅炉中石灰石脱硫 是炉内脱硫 ， 与湿法烟气脱硫相 比， 可 以节约大量 水的消耗 ， 这对我国水资源缺乏的现实 ， 具有重要 意义。循环流化床燃烧是洁净燃煤发 电技术较为 现实的发展方向之一 ， 也是解决我国以煤为主火 力发电满足严格的环保要求的有效途径之一。自 从 2 0世纪 8 0年代循环流化床燃烧技术出现以 来 ， 该技术商业化过程 中显示 出其污染控制成本 是目前其它技术无法匹敌的， 然而其容量等级和 发 电效率尚未达到电力行业的需要 。 目前世界上最大容量循环流化床锅炉已经达 到了3 0 0 M We 亚l临界等级。可以肯定， 循环流化 床技术大型化达到 3 0 0 M W 等级向超l临界转化是 技术发展的必然趋势 ， 否则 ， 循环流化床锅炉在解 决燃煤污染方面的优势将 因发 电效率低 而在电力 行业失去竞争力。我国电力工业经过反复 比较和 论证 已经认识到采用大容量超 l临界锅炉是提高电 力工业煤利用率、 降低能耗最现实的途径 ， 并准备 以超l临 界大容量化作为电力行业设备更新的主攻 收稿 日期 2 0 0 6一l l l 8 作者简介 高新宇 1 9 7 4一 ， 男 ， 黑龙江人， 工程师， 1 9 9 7年毕业于吉林工业大 学热 能工程专业 ， 从 事 C F B锅炉和 H RS G性 能设计和 整体布置工作。 维普资讯 第 2 期 高新宇 ， 等 6 0 0 M W e 超临界循环流化床锅炉国产化可行性分析 2 9 方向。因此在我国开发大容量超临界循环流化床 锅炉将使电力工业在热效率与燃煤污染排放控制 两个方面同时达到国际先进水平。 1 技术可行性分析 超临界循环流化床技术实现难度低于超临界 煤粉炉 ， 由于燃烧室内热负荷低 ， 有可能 以相对简 单的垂直管方案构成燃烧室受热面。而且 ， 低质 量流率带来的低阻力降可能使其在低负荷亚临界 区具有 自然循环性质。 由于循环流化床锅炉炉膛内的温度 比常规 的 煤粉炉低得多 ， 因此炉膛 内的热流要 比煤粉锅炉 低。在超临界直流循 环 中， 由于工 质的质量流量 较低而温度却很高 ， 所 以水冷壁部件 的冷却能力 是问题之一。而循环流化床锅炉炉内较低的热流 密度降低了对水冷壁冷却能力的要求。循环流化 床锅炉炉膛内固体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， 所以热 流曲线 的最 大值 出现 在炉膛 底部 附近 ， 见 图 1 。 这个特性可以使炉膛 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 曲线 比较有利于水冷壁金属温度的控 制 。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 热流 k W／ m 图 1 循环流化床与煤粉炉水冷壁热流密度比较 高的固体颗粒浓度， 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的吸热也更加均 匀。可见 ， 随着循环流化床锅炉技术的日 益成熟， 超临界蒸汽循环和循环流化床燃烧技术相结合是 完全可能的。国际上的超临界循环流化床锅炉实 践的进展 已经证明了这一点。因此从技术的可行 性来看没有问题。 2工程可行性分析 影响电站经济性的因素主要有 由机组容量 和参数决定的投资、 燃料价格、 运行和维修费用、 可用率 、 使用方式 基本负荷、 尖峰负荷或两班制 运行 等。降低每千瓦的设备造价是促使机组向 大容量发展 的主要因素之一 。只要不影响运行安 全， 节省单位设备造价可以收到良好的经济效果。 火电厂的可靠性， 对其经济性影响很大。循环流 化床床内不布置埋管受热面， 磨损事故少， 启动、 停炉 、 结焦处理时间短 ， 同时长时间压火之后可直 接启动。循环流化床锅炉的操作维修要求比煤粉 炉低得多。所以循环流化床锅炉具有结 构简单 、 运行稳定的优点， 相对煤粉炉其经济性非常高。 3 我国在超临界循环流化床锅炉方 面的积累 我国通过技术合作， 正在设计制造数十台超 临界煤粉炉 ， 在超临界煤粉炉的设计 、 制造和运行 积累了实践经验， 掌握了超临界参数锅炉的设计、 选材 、 制造的方法 。近几年 ， 我国大型循环流化床 锅炉发展迅速， 3 0 0 M W循环流化床锅炉订货目前 已达 1 5台。1 3 5 MW 循环流 化床锅 炉 已经投 运 3 0 余台， 总定货量超过 1 0 0台。形成了超临界循 环流化床锅炉产业化的强大基础 。 我国超 临 界循 环 流 化 床 锅 炉 的研 究 始 于 1 9 9 9年初 ， 与世界几乎 同步 。但是我国的研究更 具有 中国特色 ， 充分考虑 了我国的煤种情况 的特 殊性 。这些研究工作涵盖了技术可行性 、 机组经 济性 、 关键问题的研究 ； 对多种容量等级 、 不 同蒸 汽参数 的超 临界循环流化床锅炉设计方案进行 了 比较 ， 并选择了相对管 内工质流速较 高的垂直光 管方案。 清华大学 已于 1 9 9 7年开始 了超 临界循环流 化床锅炉方案设计 中的关键 问题 的初步研究 ， 这 维普资讯 3 0 锅炉制造 总第 2 0 4期 与 国际上的研究几乎 同步 ； 在清华 大学和哈尔滨 锅炉厂有限公司合作承担的国家十五攻关 1 9 9 9 ～ 2 0 0 2 项 目中， 前瞻性地设置 了” 6 0 0 MWe超临 界循环流化床锅炉方案研究” 的探索性课题， 完 成了6 0 0 M We 超临界循环流化床锅炉的方案设 计及其 中若干关键 问题研究 ； 随后在高技术研究 发展计划 8 6 3 项 目中 2 0 0 2～ 2 0 0 4 ， 作为前沿 研究类研究 ， 清华大学 和哈尔滨锅炉厂有限公 司 合作承担” 超临界循环流化床锅炉研究” 课题， 已 经完成， 正在等待国家组织的验收。在该课题中， 进一步完成了超临界循环流化床锅炉涉及到的关 键问题的更为深入的研究， 如循环流化床锅炉热 负荷 的分布规律及其分布 函数的非线性描述 ； 垂 直蒸发管在循环流化床燃烧室条件下的特性分 析； 变压运行的超临界循环流化床锅炉工质流动 过程； 低质量流率垂直管圈水冷壁的水动力计算 模型， 进行单管和多管水动力特性计算分析， 了解 不同压力 、 温度 、 质量流速 、 以及不同水冷壁型式 对水动力特性的影响； 在大型循环流化床锅炉上 进行了相关热态实验； 超临界循环流化床锅炉的 一 个重点是要掌握循环流化床锅炉燃烧侧传热系 数的分布及其随负荷变化规律。近年来 ， 在 国家 有关部门的资助下 ， 通过几个攻关项 目和 8 6 3项 目的支持 ， 有关科研单位对此做 了深入 的热态实 验及理论分析工作 ， 所得到的数据 已经可 以应用 到工业设计中。现在 ， 国家 8 6 3项 目已经完成 ， 即 将验收。已有用户对发展国产超临界循环流化床 锅炉有很大积极性 ， 白马 电厂表示愿 意承担攻关 工程示范。 我 国在世界上循环流化床燃烧技术研究方面 处于领先水平。清华大学和哈尔滨锅炉厂有限公 司经过多年的合作努力， 已经建立了完整的循环 流化床锅炉设计理论和计算方法， 对循环流化床 锅炉过程 的理解和认识 目前 已经处于世界领先 ， 受到国际同行 的高度重视 ， 成为世界 上关于循环 流化床燃烧技术的著名研究中心之一。 ．因此 ， 目前我 国已经基本具备 了研制超临界 循环流化床锅炉的条件， 除了部分材料要进口， 部 分工艺问题需要 向国外公 司咨询 以外 ， 可 以独立 自主地进行超临界循环流化床锅炉的开发。 4 国内外发展状况 随着循环流化床锅炉大型化和 3 0 0 M We 等 级再热循环流化床锅炉的顺利运行， 国外循环流 化床锅炉制造商早在 1 9 9 7年秘密开始超临界循 环流化床锅炉的研究。 4 ． 1 F o s t e r Wh e e l e r 公司的 超临界 C F B 美 国 F o s t e r Wh e e l e r 公 司 1 9 9 9年 1 1月在北 京的发布会上拿 出了 3 0 0 Mwe和 6 0 0 M We超临 界循环流化床锅炉的方案， 2 0 0 1 年公布了超临界 循环流化床锅炉的可行性报告。 福斯特惠勒所设计的超临界参数的直流锅炉 采用本生技术 ， 回路布置可滑压运行 。美 国 F w 公司已经获得了一 台欧洲的 4 6 0 M We订单 ， 为波 兰 L a g i s z a电厂提供世界最 大的超 临界循环 流化 床锅炉。目前正在进行设计， 预计将于 2 0 0 7年投 产。 4 ． 2 A L S T O M公司法 国分公司的超临界 C F B 法 国阿尔斯通公司于 2 0 0 0年完成了 6 0 0 M W 超临界循环流化床锅炉的方案研究， 正在紧锣密 鼓地做超临界循环流化床锅炉 的工程开发。 4 ． 3 A L S T O M公司美国分公司的超临界 C F B A B BC E在几年前就开始 了超临界循环流 化床锅炉的研究， 如垂直水冷壁的超临界下滑压 运行特性 、 炉膛的循环系统和材料问题 、 滑压运行 的超临界循环流化床锅炉的可行性等， 讨论了热 流分布、 热负荷分配 、 辅机电耗 、 启动过程。 目前 ， 合并后的 A l s t o m整合原来各公 司的技 术， 正在积极策划超临界循环流化床锅炉示范工 程 。 5 结 论 循环流化床锅炉及超临界蒸汽循环均是成熟 技术 ， 二者的结合相对技术风 险不大 ， 然而 ， 结合 后产生的技术综合了循环流化床锅炉低成本污染 控制及高供电效率两个优势。超临界循环流化床 技术实现难度低于超临界煤粉炉 。由于超临界循 环流化床锅炉技术具有明显的技术优势、 经济优 势和广泛的应用前景， 应通过示范工程建设使得 超临界循环流化床锅炉技术早日成熟。 编辑 韩基文 维普资讯
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