1技術可行性分析循環流化床燃燒技術所具有特點,使其更適合與超臨界循環相結合｡

 

首先,在超臨界煤粉鍋爐中,由于爐內的熱流密度很高,因此對水冷壁的冷卻能力要求高;而循環流化床鍋爐爐膛內的溫度比常規煤粉爐低得多,因此爐膛內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,循環流化床鍋爐爐膛內物料濃度和傳熱系數在爐膛底部最大,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在爐膛底部附近｡這個特性使爐膛內高熱流密度區域剛好處于工質溫度最低的爐膛下部區域,從而避免了煤粉鍋爐爐膛內熱流曲線的峰值位于工質溫度較高的爐膛上部區域這一矛盾,因此循環流化床鍋爐爐內熱流分布比較有利于水冷壁金屬溫度的控制｡

 

其次,循環流化床鍋爐的低溫燃燒使得爐膛內的溫度水平低于一般煤灰的灰熔點,再加上爐膛內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渣,保證了水冷壁的吸熱能力｡與煤粉爐相比,循環流化床鍋爐爐膛內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,超臨界蒸汽參數和循環流化床燃燒技術在設計上可以相互集成,如果把超臨界熱力循環應用于循環流化床鍋爐,則兼備了循環流化床燃燒技術和超臨界壓力蒸汽循環的優點,是一項很有吸引力的潔凈煤燃燒技術｡

 

2350MW超臨界CFB鍋爐關鍵技術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計首先要考慮的關鍵問題｡由于循環流化床鍋爐本身固有的特點,其在正常運行時,爐內存在有大量的循環灰沖刷水冷壁,因此不能采用煤粉爐采用的螺旋管圈的水冷壁結構,而只能采用垂直管圈水冷壁｡同時由于爐內流化及防磨要求,對于350MW等級超臨界CFB鍋爐,采用中､低質量流速水冷壁方案｡

 

對350MW超臨界循環流化床汽水系統進行了回路和壓力節點劃分｡整個系統劃分為57個流量回路(詳見圖1)｡采用對71個非線性方程進行直接求解的方法,得到了BMCR負荷､75%BMCR負荷和30%BMCR負荷下各回路的流量分配和節點壓力分布｡計算結果表明,采用低質量流速垂直管圈,3個負荷下管內外壁溫度､中間點溫度和鰭端溫度均處于管子的使用范圍之內,鍋爐運行是安全可靠的｡

 

350MW超臨界循環流化床鍋爐技術淺析

 

2)啟動系統的選擇分析｡鍋爐一般配有容量為30%B-MCR的啟動系統,以與鍋爐水冷壁最低直流負荷的質量流量相匹配,鍋爐的啟動過程見圖2｡

 

目前國內超臨界鍋爐采用啟動系統,可采用帶再循環泵的啟動系統,也可采用大氣擴容器式啟動系統,目前這兩中啟動系統在國內都有成熟運行的業績｡對于帶循環泵的啟動系統,具有工質和熱量回收效果好,對除氧器設計無要求,適合于兩班制和周日停機運行方式｡但具有投資大､運行操作復雜､轉動部件的運行和維護要求高､循環泵的控制要求高等缺點｡對于大氣擴容器式的啟動系統,具有系統簡單､投資少;運行操作方便,容易實現自動控制:維修工作量少等優點,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,可根據具體情況選擇｡

 

3)緊急補給水系統｡對于超臨界循環流化床鍋爐,由于水容積較小,在廠用電停用的工況,爐內及熱回路內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,應設有緊急補給水系統,由于國內的350MW超臨界CFB鍋爐一般不設外置床系統,因此緊急補給水量不需象要引進型亞臨界300MW鍋爐那么大｡

 

緊急補給水泵由柴油發動機驅動,當鍋爐主給水泵不能工作時,或冷卻水循環系統出現異常的情況下,此泵都將啟動用于鍋爐給水,保護爐內的受熱面,此系統初投資大,運行維護工作量大,即使在電廠不失電的情況下,也要經常啟動進行暖泵｡

 

4)SNCR脫硝系統｡由于循環流化床鍋爐采用分級燃燒,一次風從爐底給入,二次風從爐膛下部分2層進入爐膛,通過控制一､二次風的比例及不同層二次風量,控制爐內燃燒及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｡因此在循環流化床鍋爐的煙氣回路上裝設SNCR脫硝裝置,即可滿足國家環保要求的100mg/Nm3以下的要求｡

 

SNCR技術在實際工程的應用中,溫度場的選擇､還原劑在溫度場內的停留時間､還原劑與煙氣的混合是決定脫硝效率的關鍵因素｡根據循環流化床低溫燃燒和帶旋風分離器的特點,合理選擇還原劑的噴入點—分離器入口煙道｡SNCR的反應溫度在850~1050℃之間,而CFB鍋爐的燃燒溫度恰在這個范圍內,因此CFB鍋爐的爐膛､旋風分離器､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高濃度的灰分對噴嘴磨損,也能夠保證還原劑反應所需要的充足的時間｡從分離器入口煙道噴入并進入旋風分離器的還原劑,在旋風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生的反應偏差｡因此,在循環流化床鍋爐中,SNCR的脫硝效率一般可以達到70%以上｡

 

 

3結論通過對循環流化床鍋爐技術和超臨界蒸汽循環技術的探討,二者的結合相對技術風險小,而產生的經濟技術綜合效益在火力發電中具有明顯的競爭優勢｡特別是結合爐內脫硫和SNCR脫硝技術,在日益嚴格的環保要求下,具有廣泛的應用前景｡本文對350MW超臨界CFB鍋爐技術進行了初步的探討,對水動力及輔助系統的設計提出了建議｡

 

如果中國的700℃燃煤發電技術聯盟能夠成為國家主導的重大研發項目,做到國內外緊密合作,資金落實､參與單位的任務落實､研發計劃落實､分工落實､進度落實､項目管理落實,我們完全有可能開發出具有自主知識產權的700℃超超臨界火電技術,并將其示范和推廣｡

 

4結束語700℃先進超超臨界發電技術是燃煤火力發電的未來發展方向,具有巨大的經濟效益優勢和節能環保優勢,目前全世界都在努力研發｡中國是世界上燃煤火電裝機容量最大的國家,火電效率對于節能減排起著巨大的作用,因此,700℃先進超超臨界發電技術對于中國火電行業的未來具有極其重大的意義｡

 

回顧我國超臨界､超超臨界發電技術的發展歷史,我國用十多年走過了發達國家幾十年的發電技術發展歷程｡如今在700℃先進超超臨界發電技術的研究開發進程中,我國與世界先進水平的差距在逐漸縮小｡通過借鑒已有的研發成果和運行經驗,努力實現耐高溫材料開發的突破,我國定會掌握700℃先進超超臨界發電技術,實現火電行業的跨越式發展｡