超臨界循環(huán)流化床鍋爐以其較高的供電效率?廉價的石灰石爐內(nèi)脫硫技術(shù)?低NOx燃燒控制及低投資的SNCR脫硝技術(shù),成為我國火力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)實的發(fā)展方向之一,具有光明的商業(yè)前途?與600MW的超臨界CFB鍋爐相比,350MW超臨界CFB鍋爐具有更大的布置靈活性和更好的調(diào)峰性能?由于300MW等級的亞臨界CFB鍋爐技術(shù)已經(jīng)非常成熟(國內(nèi)運行近百臺),而350MW超臨界煤粉鍋爐也已經(jīng)有30臺以上的運行業(yè)績,積累了豐富經(jīng)驗?因此二者技術(shù)的結(jié)合,技術(shù)風(fēng)險相對更小?
技術(shù)可行性分析
循環(huán)流化床燃燒技術(shù)所具有特點,使其更適合與超臨界循環(huán)相結(jié)合?
首先,在超臨界煤粉鍋爐中,由于爐內(nèi)的熱流密度很高,因此對水冷壁的冷卻能力要求高;而循環(huán)流化床鍋爐爐膛內(nèi)的溫度比常規(guī)煤粉爐低得多,因此爐膛內(nèi)的熱流密度要比煤粉鍋爐低,大大降低了對水冷壁冷卻能力的要求?同時,循環(huán)流化床鍋爐爐膛內(nèi)物料濃度和傳熱系數(shù)在爐膛底部最大,而且隨著爐膛高度的增加而逐漸減小,即熱流曲線的最大值出現(xiàn)在爐膛底部附近?這個特性使?fàn)t膛內(nèi)高熱流密度區(qū)域剛好處于工質(zhì)溫度最低的爐膛下部區(qū)域,從而避免了煤粉鍋爐爐膛內(nèi)熱流曲線的峰值位于工質(zhì)溫度較高的爐膛上部區(qū)域這一矛盾,因此循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)熱流分布比較有利于水冷壁金屬溫度的控制?
其次,循環(huán)流化床鍋爐的低溫燃燒使得爐膛內(nèi)的溫度水平低于一般煤灰的灰熔點,再加上爐膛內(nèi)較高的固體物料濃度的沖刷,所以水冷壁上基本沒有積灰結(jié)渣,保證了水冷壁的吸熱能力?與煤粉爐相比,循環(huán)流化床鍋爐爐膛內(nèi)的溫度沿爐膛高度方向更加均勻,因而水冷壁沿高度方向的吸熱也更加均勻?
可見,超臨界蒸汽參數(shù)和循環(huán)流化床燃燒技術(shù)在設(shè)計上可以相互集成,如果把超臨界熱力循環(huán)應(yīng)用于循環(huán)流化床鍋爐,則兼?zhèn)淞搜h(huán)流化床燃燒技術(shù)和超臨界壓力蒸汽循環(huán)的優(yōu)點,是一項很有吸引力的潔凈煤燃燒技術(shù)?
350MW超臨界CFB鍋爐關(guān)鍵技術(shù)
1)水動力的安全性?對于超臨界鍋爐,其水動力的安全性是鍋爐設(shè)計首先要考慮的關(guān)鍵問題?由于循環(huán)流化床鍋爐本身固有的特點,其在正常運行時,爐內(nèi)存在有大量的循環(huán)灰沖刷水冷壁,因此不能采用煤粉爐采用的螺旋管圈的水冷壁結(jié)構(gòu),而只能采用垂直管圈水冷壁?同時由于爐內(nèi)流化及防磨要求,對于350MW等級超臨界CFB鍋爐,采用中?低質(zhì)量流速水冷壁方案?
對350MW超臨界循環(huán)流化床汽水系統(tǒng)進(jìn)行了回路和壓力節(jié)點劃分?整個系統(tǒng)劃分為57個流量回路?采用對71個非線性方程進(jìn)行直接求解的方法,得到了BMCR負(fù)荷?75%BMCR負(fù)荷和30%BMCR負(fù)荷下各回路的流量分配和節(jié)點壓力分布?計算結(jié)果表明,采用低質(zhì)量流速垂直管圈,3個負(fù)荷下管內(nèi)外壁溫度?中間點溫度和鰭端溫度均處于管子的使用范圍之內(nèi),鍋爐運行是安全可靠的?
2)啟動系統(tǒng)的選擇分析?鍋爐一般配有容量為30%B-MCR的啟動系統(tǒng),以與鍋爐水冷壁最低直流負(fù)荷的質(zhì)量流量相匹配?
目前國內(nèi)超臨界鍋爐采用啟動系統(tǒng),可采用帶再循環(huán)泵的啟動系統(tǒng),也可采用大氣擴容器式啟動系統(tǒng),目前這兩中啟動系統(tǒng)在國內(nèi)都有成熟運行的業(yè)績?對于帶循環(huán)泵的啟動系統(tǒng),具有工質(zhì)和熱量回收效果好,對除氧器設(shè)計無要求,適合于兩班制和周日停機運行方式?但具有投資大?運行操作復(fù)雜?轉(zhuǎn)動部件的運行和維護(hù)要求高?循環(huán)泵的控制要求高等缺點?對于大氣擴容器式的啟動系統(tǒng),具有系統(tǒng)簡單?投資少;運行操作方便,容易實現(xiàn)自動控制:維修工作量少等優(yōu)點,但啟動初期燃料耗量大?熱量回收有限?對于350MW超臨界CFB鍋爐,可根據(jù)具體情況選擇?
3)緊急補給水系統(tǒng)?對于超臨界循環(huán)流化床鍋爐,由于水容積較小,在廠用電停用的工況,爐內(nèi)及熱回路內(nèi)有大量的物料會將熱量傳遞給水冷壁?尾部包墻等受熱面,同時鍋爐無法補水,為了使受熱面得到足夠的冷卻,應(yīng)設(shè)有緊急補給水系統(tǒng),由于國內(nèi)的350MW超臨界CFB鍋爐一般不設(shè)外置床系統(tǒng),因此緊急補給水量不需象要引進(jìn)型亞臨界300MW鍋爐那么大?
緊急補給水泵由柴油發(fā)動機驅(qū)動,當(dāng)鍋爐主給水泵不能工作時,或冷卻水循環(huán)系統(tǒng)出現(xiàn)異常的情況下,此泵都將啟動用于鍋爐給水,保護(hù)爐內(nèi)的受熱面,此系統(tǒng)初投資大,運行維護(hù)工作量大,即使在電廠不失電的情況下,也要經(jīng)常啟動進(jìn)行暖泵?
4)SNCR脫硝系統(tǒng)?由于循環(huán)流化床鍋爐采用分級燃燒,一次風(fēng)從爐底給入,二次風(fēng)從爐膛下部分2層進(jìn)入爐膛,通過控制一?二次風(fēng)的比例及不同層二次風(fēng)量,控制爐內(nèi)燃燒及NOx的生成?對于CFB鍋爐,一般都可以把爐膛出口NOx的排放量控制在200mg/Nm3以下?因此在循環(huán)流化床鍋爐的煙氣回路上裝設(shè)SNCR脫硝裝置,即可滿足國家環(huán)保要求的100mg/Nm3以下的要求?
SNCR技術(shù)在實際工程的應(yīng)用中,溫度場的選擇?還原劑在溫度場內(nèi)的停留時間?還原劑與煙氣的混合是決定脫硝效率的關(guān)鍵因素?根據(jù)循環(huán)流化床低溫燃燒和帶旋風(fēng)分離器的特點,合理選擇還原劑的噴入點—分離器入口煙道?SNCR的反應(yīng)溫度在850~1050℃之間,而CFB鍋爐的燃燒溫度恰在這個范圍內(nèi),因此CFB鍋爐的爐膛?旋風(fēng)分離器?分離器出口煙道直至尾部煙道的入口都符合SNCR的溫度范圍?選擇還原劑的噴入點為分離器入口煙道,不僅能夠避開爐膛內(nèi)高濃度的灰分對噴嘴磨損,也能夠保證還原劑反應(yīng)所需要的充足的時間?從分離器入口煙道噴入并進(jìn)入旋風(fēng)分離器的還原劑,在旋風(fēng)分離器氣固分離的作用下,和物料?煙氣劇烈的擾動和充分的混合,滿足了SNCR反應(yīng)混合均勻性的要求,降低了還原劑與煙氣由于混合不均勻產(chǎn)生的反應(yīng)偏差?因此,在循環(huán)流化床鍋爐中,SNCR的脫硝效率一般可以達(dá)到70%以上?
結(jié)論
通過對循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)和超臨界蒸汽循環(huán)技術(shù)的探討,二者的結(jié)合相對技術(shù)風(fēng)險小,而產(chǎn)生的經(jīng)濟技術(shù)綜合效益在火力發(fā)電中具有明顯的競爭優(yōu)勢?特別是結(jié)合爐內(nèi)脫硫和SNCR脫硝技術(shù),在日益嚴(yán)格的環(huán)保要求下,具有廣泛的應(yīng)用前景?本文對350MW超臨界CFB鍋爐技術(shù)進(jìn)行了初步的探討,對水動力及輔助系統(tǒng)的設(shè)計提出了建議?
如果中國的700℃燃煤發(fā)電技術(shù)聯(lián)盟能夠成為國家主導(dǎo)的重大研發(fā)項目,做到國內(nèi)外緊密合作,資金落實?參與單位的任務(wù)落實?研發(fā)計劃落實?分工落實?進(jìn)度落實?項目管理落實,我們完全有可能開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的700℃超超臨界火電技術(shù),并將其示范和推廣?
結(jié)束語
700℃先進(jìn)超超臨界發(fā)電技術(shù)是燃煤火力發(fā)電的未來發(fā)展方向,具有巨大的經(jīng)濟效益優(yōu)勢和節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢,目前全世界都在努力研發(fā)?中國是世界上燃煤火電裝機容量最大的國家,火電效率對于節(jié)能減排起著巨大的作用,因此,700℃先進(jìn)超超臨界發(fā)電技術(shù)對于中國火電行業(yè)的未來具有極其重大的意義?
回顧我國超臨界?超超臨界發(fā)電技術(shù)的發(fā)展歷史,我國用十多年走過了發(fā)達(dá)國家?guī)资甑陌l(fā)電技術(shù)發(fā)展歷程?如今在700℃先進(jìn)超超臨界發(fā)電技術(shù)的研究開發(fā)進(jìn)程中,我國與世界先進(jìn)水平的差距在逐漸縮小?通過借鑒已有的研發(fā)成果和運行經(jīng)驗,努力實現(xiàn)耐高溫材料開發(fā)的突破,我國定會掌握700℃先進(jìn)超超臨界發(fā)電技術(shù),實現(xiàn)火電行業(yè)的跨越式發(fā)展?
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