先进的燃煤发电技术在开发过程中.pdf

2 0 0 1 年第 1 期 江苏 电力译文 2 { O 1年 3月 先进 的燃煤发 电技术在开发 过程 中 Br i a n K． S c h i mmo l l e r 大型燃煤机组在 电力 工程设计 院和独立 电能生产者 的绘 图板 上并不 多见 如果有 的 话 。燃气机组是首先 ， 并且可望在未来 至少 5 一l 0 年 内保 持该地 位 ， 除非 燃气价 格 大幅 上扬或新的技术使燃煤机组成本降至8 0 0 ／ k W 以下 ， 但 无 论如 何 ， 目前都 必 须继 续研 究 、 发展先 进的燃 煤机组 以应对将来 这种成 本差异 的减小及消失 。完全 的气化 及增 压流 化床燃烧是新一代商用燃煤机组 的两个 最佳 选择 能源部清洁煤技术项 目正在 几个 试点 电厂试验 以获取成功 的技术及实践 经验 。 囤 采用完全气化与直接采 用天燃 气两种方法 之成丰比较 能 源部在位 于阿拉 巴马卅l威 尔森威乐的 动力装 置试 验中心 推行更 多的技术 改进 这 是一个利用最新技术的试验所 ， 从事以煤为 基础的技术试验。由南方公司经营， 拥有众 多 的工业合 作伙伴 ， 电力 系统发展 试验所 的 目标是在 以下基础 上发展先进 的燃煤 机组 1 具有传 输功 能的 气化装 置或 燃烧室 2 第二代增压流化床燃烧循环过程重点是 高温 、 高压烟气净化技术 建造、 启动反应传输装置及其相关的粒 子控制设备 的工作 已于 1 9 9 6年 8月完成 ． 并 通过 了各种实验 。虽然增压流化床燃烧反应 装置于 1 9 9 8年早期已经建成 ， 但 由于顶部燃 烧室进行重 新设计 ， 延迟 了它 的启动。 传输反应装置 电力系统发展 动力 装置试 验中心 的传 输反应装置模拟了石油精炼中使用了5 O年 的克劳各流体触媒裂变技术 。该设备 主要 由 以下部分组成 混合 区、 上升管 、 立管 、 j 形 支 撑管、 分离器、 主旋风分离器、 旋风分离器斜 支撑 管 、 点 火 器 、 燃 烧热 交 换 器 图 2 等 ， 煤 、 吸附剂 、 空气被射入混合区并在此发生 气 化 ， 分离器将气 体 中大 部分 固体颗粒 分离 并 从 立管中落下 ， 气体 流向主旋 风分离器 ， 在 那 里另一部分 的固体颗粒 被子分 离， 并 落入 斜 支撑 管 ， 通过 立管 流经 j 形 支撑 管 回到混 合 区， 完成固体循环。 供给传输反应装置的粒子尺寸与气 化器 中的流动粒子 1 0 o 一3 0 0 微 米 类似 ， 其温 度 特性类似 于流 化床气化 器 中的温度 1 6 0 O ～ 2 0 0 0 F 。固体 粒子高 再循 环率 适 于 1 0 0 1 固体与煤 是其定 义的特 征， 用 以确保有 效混 合、 进行热传导、 使传输反应装置在 1 0 2 0 倍 于流 化床 系统 、 2 0 0英尺／ 秒的 速率 下 运行。高速率产生高的湍流 区， 使混合充分 、 滞留时问短 、 煤 的转化 率与热 量释放率高 比 煤 粉燃烧和常压下的流化床燃烧技术 高一 数 量级 。短暂的滞留时间使传输反应装置尺 寸可以更 小。查尔斯 波威 尔 P S D F维修 工 程主管 说 在传统的技术中． 一台2 5 0 N G 的锅炉需要 4 0 8 0 x 2 0 0英 尺 的炉膛 来 燃 煤 ， 用传输反应装置 技术 ， 我们可在一对 直径 为 4 ． 5 英 尺、 高度 稍高 于 1 0 0 英 尺 的反 应装 置 中 燃 烧 等 量 的 煤 ，而 发 电 量 接 近 4 0 0 V D V。 “ 电力系统发展试驻所 研究的传输反应装 置可在燃烧室或气化模型下运行 ， 容量已达 约 2 t o n ／ h 。煤输 入气化模型中 ， 并被 控制燃烧。 2 9 维普资讯 2 0 0 1 年第 l 期 江苏 电力译文 2 0 0 1 年 3 月 洁净气 蔽 图 2传 输 反 应 装 置 图 煤脱去挥发物并燃烧 ， 剩余 的碳被蒸发气化 ， 限， 因而设备跳 闸 ， 所 以 ， 电力 系统发 展试验 这种高等级的气化反应迫使氧气优先与焦炭 所重新设定 了该值 ， 把稳 定性 放在 比效率更 而非挥发 物 发生反应 ， 是 流化床 气化装置 首要 的位 置 ， 提高压缩机 的稳 定性 ， 但 当按 比 的一个特征。因此 ， 减少焦炭在反应装置中 例实际应用到透平驱动的商用机组时． 却是 的气化量就可减小气化装置的尺寸 。燃烧状 不可 能的。 态下 的运行与此类 似 ， 只是反 应装置 中的燃 到了 1 9 9 9 年 4 月 ， 传 输反应装置 已累计 烧 发生于过量空气 中， 并且流 化床热交 换器 运行超过 4 9 0 0 小 时 燃媒 及 6 4 7 0小时 固 也包括在反应装置 回路中 以转移热量 体粒子再循环 。迄今为止 ， 该机组仅在燃烧 传输反应装置依靠电机驱动的阿特拉斯 室状态下运行， 电厂工程师们认为， 在受压燃 考普克 At l a s C o p c o 压缩机来提供所需的 烧室中获得的实验数据， 便于操作人员接受、 空气 ， 4级压 缩机 运行 于 1 7 0 0 h p的状态 下 ， 精通掌握在 1 9 9 9年 7月转 向不熟 悉 的气化 出 口 压 力 3 4 0 P s i ， 每 小 时 产 生 压 缩 空 气 方式 。过程参 数随下 列 因素 变化 而变化 ， 包 2 0 0 0 0 p b ／ h r 。它 能抑制 压缩过 程 中 特别是 括有燃料 石 油焦炭和 几种煤 的型号 、 吸 附 第 4级 热 量 的产生 ， 这 一点是 非常重要 的。 剂类型 三种石 灰石 和一种 白云石 、 吸附剂 由于传输反应是一个高温过程， 因此使用较 磨粒尺寸、 过程温度、 过量空气系数、 固体颗 高的供给温度可减少维护中运行温度与能量 粒等级及再循环率、 混合区密度、 压力和供给 的消耗。通过拆除压缩机冷却器 冷却压缩 率。燃料、 石灰石和空气可在各种不同位置 空气 的设备 的方法 ， 既降低 了成本 又提高 了 供给 ， 以检验煤的转化利用 、 硫的捕获及 N o x 效率 。 的形成 。 很明显 ， 商用发 电厂需要一 个透 平驱动 传输反应装置 在燃 烧室状态下运行获得 的压缩机来满足电厂所需的空气量， 但是通 的一些关键数据如下 过电力系统发展试验所控制系统埃伦- 布雷 高生产率、 热释放率； 勒可编程逻辑控制器搜集到的现有电机驱动 - 燃煤时负荷调节 比为5 1 ， 在 2 8 0 P s i g 的压缩机参数给 了我们一 个警示 要平衡稳 设计 压力 下 ， 可望 到达 7 1 ， 定与高效 的问题是很 困难 的。压缩 机控制 系 采用更小的供给尺 寸 c ,9 1 2 0 微 米 ， 得 统通常设计为使机组效率达到最高值。电力 到更高的分离效率； 系统发展试验 所 的控 制系统也 是如此 ， 由于 - 在 1 6 0 0 F反 应 温 度下 煤 的 转 化率 为 变动负 荷超过 了压 缩机稳 定性所 能承受的极 9 9 ． 9 ％ ； 3 0 维普资讯 2 0 0 1年第 1期 江苏电力译文 2 0 0 1 年 3 月 -在 1 ． 2一l 3 C a S摩尔 比下 硫 的捕 获 率 为 9 9 ． 9％ ； No x排放低于 0． 1 0 1 b ／ ml ／ gg t u； -可靠性 高， 无 耐蚀性 要求 ， 适 应各种 反 应装置设计 ； 早期 运行 的 除灰系 统停 机率 为 7 5 ％， 而高压供煤系统与除灰系统改善后， 该问题 得 以解决 。 粒子控制装置 电力 系统发展 试验所 研究 的最主要课题 是证明有效通风和高温烟气净化， 从不同的 粒子控制装置及过 滤设备 的试验中获取的经 验将用于先进燃煤 机组的设计中。该设计使 用燃气进行蒸 汽发 电或进 入燃气轮机。 三种粒子 控制装置将 在电力系统发展试 验所进行试验 ， 两种来 自 西 门子西层 ． 另一种 来 自 燃 烧 工程 公 司。迄 今为 止 ， 西 门子 西 屋 第 9 1 分支机构已积累了超过 4 9 0 0小时 的从 传输 反应 装置 而来 的过 滤 通道 运行 记 录， 试验展示 该过滤通道高效运行于高温 1 4 0 0 F 、 没有灰渣通过 和堵 塞现象 。8 0 0多小 时高 效 9 9 ． 9 9 ％ 运 行得 出 输 出粒子 小于 1 p p m且输入粒子可适用 于 1 8 0 0 p p m。 我们对过滤元件的十四种材料分别作了 实验并一直持续进行到今天 表 1 ， 包括单 质氧化物、 硅碳化合物及复合材料 有些实 验也失败过 ， 原 因是过滤 区中还 未燃 烧 的细 小微粒。传输反应装置在煤还未以固体颗粒 到达粒子 控制装置之前开始燃烧期 间不 能达 到足够 的温度 ， 因此煤在 粒子 表面燃 烧 时热 应力失效 ， 补救 的方法是 调整启动顺序 、 要求 传输 反 应 装 置 的 温 度 在 开 始供 煤 前 超 过 1 2 0 0 F。 表 1 电力系统发展试验所试验的过滤元 件 厂家 材料 煤 3 M 复合材料 氧 化物 2 2 2 2 复合材料 型号 2 0 3 1 2 8 4 B l a s c h 布拉斯奇 铝 ／ 富铝红柱石 5 5 C c K x ；s 库克斯 铝 ／ 富铝红柱石 8 2 2 A l l ie d S ig n a l 联合信号 复合材料 1 9 9 2 I F＆P 重结 晶 SiC 2 7 8 6 Mc D e n n a t t 埃可德曼特 复合材料 1 5 3 9 P o l l 波尔 S [ C 3 2 6 3 2 6 6 SiC 4 4 2 7 1 3 2 6 2 铁铝 氧化物 2 7 8 O S c h u ma c h e r 斯 固曼彻 S iC F 4 0 6 2 0 SjCf TF 2 0 1 2 6 5 0 S C n O一2 0 2 6 2 0 特殊表面 堇青石 5 5 电力系统发展试验所 已经 提供 了一些 相 关 项 目的重要 经验 ， 如电力 系统发展 试验 所 具 备了监视 、 控 制粒子 和控制灰的等级能力 ． 这些信息已被传给皮诺派尼斯气化项 目的研 究人员， 以帮助他们在粒子控制系统上有所 发展 ， 同样 ， 因为试验结果显示一 在热冲击条 件下 单质氧化物 过滤元 件更 易失效 ， 夫 拉特 里角 - 莱克 兰蒂增压 流化床项 目组重新 考虑 了他们原先采购单质氧化过滤元件的计划。 3 l 维普资讯 2 0 0 1 年第 1 期 江苏 电力译 文 2 l l0 1 年 3月 商用价值 虽然电力系统发展试验所取得 了较 大成 就 ， 仍有许 多研 究途径需要开发 ， 以改善 先进 燃煤机组 如 完全气化和增压流化床 的商用 价值。尽管受压材料控制系统的可靠性已经 改善 与早期受可靠性困扰的设计相比 ， 但 更新 的解 决方案 提供 了更 低 的成 本 、 更少 的 运行元件和简单的操作 。接下来要关 心的问 题就是在 分离设备到达 临界压 力前解决 好废 气冷却 问题 。 两个将要进行的粒子控制装置试验 具有 相当重要 的意义 。以较 高的表面 速度 大于 5 f t ／ mi n 运行粒子控制装置， 能减少过滤材 料需求量 ， 降低 成本。2 m 长的过滤元件也可 列入计划之 中， 以评 估它们 的性能 与对 系统 成本的影响 。 商用的最大障碍是发现未确定使用天然 气联合循环技术， 采用经济竞争是最根本的 途径， 几个组织正在评估变更远景方案一货 币刺 激 ， 副 产品性 能一 以验证 成本 降低 的几 率 ． 使适应 将来 的市场需求。 译自{ P o w e r E n g i n e e r i n g } 1 9 9 9 ． 7 ． { P 3 4 --3 8 郎永亮译 王庆 韧校 2 0 0 0年 国际大 电网会议论文 目录 2 0 0 0． 0 9．巴黎 第 1 1 组旋转电机 1 1 1 0 1 经型式试验 的 5 0 0 MVA空冷汽 轮发 电机 瑞 士 1 1 1 0 2 李家峡电站 4 0 0 MW 蒸发持却水力 发电机的研制 中国 儿 一1 0 3 水力发电机 的物理场计算 中国 1 1 1 0 4 三峡机组带聚 四氟 乙稀或 巴氏台金层的 6 0 0 0吨推力轱晕的调 查 中国 儿 一1 0 5 抽水蓄能 电站用大 功率 发电机一 电动机 法国 1 1 1 0 6 中国 3 0 0 0 rp m I O 0 0 MW 桉电站的设计和经验反馈 中， 英 ， 法 l 1 1 0 7 7 0 MW 级超导发 电机最 近的研 制进展一世界 最高 出力 ， 1 5 0 0小 时最长连 续运 行和 首次 接至 7 7 k v电网 日本 1 t 一2 0 1 重建水电发电机的需求评估 导则 加 拿大 I I 一2 0 2 由于故障和扰动 引起 水力发电机电路的电压增高 克罗地亚 1 1 2 0 3 大型感应 电动机转子 故障检测的先进方法 南斯拉夫 l l 一2 0 4 利用高灵敏度 电容器对低 压旋 转电机的在线 F D测试 美国 1 1 3 0 1 水力发电机诊断方法 的进 展和验证试验 瑞士 I I 一3 0 2 表明定子绕组绝缘的剩余使用寿命的测量程序和算法 罗马尼亚 1 1 3 0 3 水电机组信息诊 断系统 俄 罗斯 1 1 3 0 4 关于 电动机终端局 放图形的解释 意太利 1 1 3 0 5 汽轮发 电机绕组绝缘 的在线状态检测 日本 ． 第 1 2 组变 压器 1 2一i 0 1 变压器技术的重大 突破 瑞典 1 21 0 2 变压器的短路 电阻 法国基于试验 ， 使用和计算方法的反馈 法 国 1 21 0 3 分裂绕组变压器在非 标准运行工况下的性能 捷克 1 2 1 0 4 4 4 0 MVA， 4 0 0 k V GS U一变 压器短路试验期间涌流的调查 奥地 利 1 2 1 0 5 大型电力变压 器短路 的试验 荷兰 1 2 ～1 0 6 自耦变压器在故 障电流增大的系统 中运行的 问题 俄罗斯 3 2 维普资讯