600mwe+超臨界循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計(jì)研究

1、600MWe600MWe超臨界循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計(jì)研究超臨界循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計(jì)研究DesignResearchona600MWeSupercriticalCirculatingFluidizedBedBoiler岑可法周昊劉靜王勤輝駱仲泱CenKefaZhouHaoLiuJingWangQinhuiLuoZhongyang（浙江大學(xué)熱能工程研究所能源清潔利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室310027）(HangZhouZhejiangUniversi

2、tyInstituteofThermalPowerEngineering)摘要：超臨界循環(huán)流化床鍋爐將循環(huán)流化床（CFB）燃燒技術(shù)與超臨界蒸汽壓力循環(huán)的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，是一項(xiàng)發(fā)展前景十分廣闊的潔凈煤燃燒技術(shù)。本文討論了超臨界大型循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)中的諸如爐膛結(jié)構(gòu)、換熱面布置等一些重要問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上給出了一臺(tái)600MWe循環(huán)流化床鍋爐的初步設(shè)計(jì)方案。最后通過(guò)熱力計(jì)算，預(yù)測(cè)了鍋爐運(yùn)行的主要參數(shù)并討論了負(fù)荷變化對(duì)鍋爐各項(xiàng)參數(shù)的影響。關(guān)鍵詞：超臨

3、界循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)ABSTRACT：Thesupercriticalcirculatingfluidizedbed(CFB)boilerisaverypromisingcleancoalcombustiontechnologywiththecombinationoftheadvantagesoftheCFBcombustiontechnologythesupercriticalpressuresteamcycle.Someprimar

4、yproblemssuchasthefurnacestructurethearrangementoftheheatsurfaceetc.werealldiscussedinthispaper.baseonthediscussionweputfwardaprimarydesignofa600MWesupercriticalcirculatingfluidizedbedboiler.Atlastwithreferencetotheresul

5、tsofthethermalcalculationwefecastthemainoperationparametersoftheboilerdiscussedtheinfectionofthechangeoftheboilerloadonsomemainparametersoftheboiler.KEYWDS：supercriticalcirculatingfluidizedbed(CFB)boilerdesign1引言我國(guó)的能源生產(chǎn)和

6、消費(fèi)結(jié)構(gòu)是以煤為主、多能互補(bǔ)的體系，目前煤炭在一次能源中的比例約為75%。預(yù)計(jì)到2050年，煤炭比例還將占58%左右。因此，煤炭在今后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)都將是我國(guó)能源主體，在我國(guó)一次能源結(jié)構(gòu)中的主導(dǎo)地位不會(huì)有太大的改變。我國(guó)大氣污染類型以煤煙型大氣污染為主，主要包括煙塵、二氧化硫、氮氧化物、重金屬、有機(jī)污染物和二氧化碳等。由于電力生產(chǎn)是主要的耗煤用戶，因此，開(kāi)發(fā)推廣能源轉(zhuǎn)化率高、污染物排放低的潔凈煤發(fā)電技術(shù)是我國(guó)的一個(gè)必然選擇。作為新一代的

7、潔凈煤技術(shù)，循環(huán)流化床（CFB）燃燒技術(shù)已在世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。循環(huán)流化床鍋爐的低溫燃燒特性（一般在850~900℃之間）使得脫硫過(guò)程得以在燃燒區(qū)內(nèi)進(jìn)行。當(dāng)CaS比為1.5~2.5時(shí)，循環(huán)流化床鍋爐的脫硫效率可達(dá)到90%。循環(huán)流化床鍋爐不僅燃料適應(yīng)性很廣而且其燃燒效率可達(dá)97.5%~99.5%，可以與煤粉爐相媲美。另外，通過(guò)分級(jí)燃燒，循環(huán)流化床鍋爐的NOx排放量可控制在50~150ppm（或40~120mgMJ）范圍內(nèi)，其它污染物例

8、如COHClHF等的排放量也很低。以上這些都是循環(huán)流化床鍋爐具吸引力的特點(diǎn)[1]。目前，法國(guó)普羅旺斯電廠的250MWe循環(huán)流化床鍋爐已經(jīng)成功運(yùn)行多年，300MWe循環(huán)流化床鍋爐也即將運(yùn)行。這證明循環(huán)流化床燃燒技術(shù)可以很好地應(yīng)用于大容量鍋爐。為了適應(yīng)未來(lái)電力工業(yè)發(fā)展的需求，我們需要進(jìn)一步將循環(huán)流化床鍋爐大型化，使它能夠與大型煤粉爐（600MWe或更大）相競(jìng)爭(zhēng)。文的設(shè)計(jì)中，工質(zhì)在省煤器出口已經(jīng)稍有過(guò)熱。工質(zhì)在水冷壁內(nèi)繼續(xù)吸熱過(guò)程，其溫度持續(xù)

9、上升，所以爐膛可以被看作是一個(gè)大型的過(guò)熱器。隨著鍋爐容量的增加，主蒸汽和給水的溫度和壓力都相應(yīng)增加。由于溫度和壓力的改變，給水的預(yù)熱和過(guò)熱過(guò)程吸收的熱量占總換熱量的份額也相應(yīng)發(fā)生變化。蒸汽參數(shù)提高時(shí)，過(guò)熱吸熱的份額增加很快。因此，本文在EHE中布置了一部分換熱面作為過(guò)熱器，以適應(yīng)工質(zhì)過(guò)熱過(guò)程吸熱份額的增加。2.3超臨界鍋爐的變負(fù)荷運(yùn)行超臨界鍋爐的設(shè)計(jì)是以鍋爐的運(yùn)行方式為基礎(chǔ)的。在超臨界蒸汽參數(shù)條件下，鍋爐有兩種不同的運(yùn)行方式：定壓運(yùn)行和

10、滑壓運(yùn)行。在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，滑壓方式較之定壓方式有許多優(yōu)點(diǎn)：首先，滑壓方式下，蒸汽溫度在負(fù)荷改變時(shí)能夠保持恒定，這使得變負(fù)荷時(shí)汽輪機(jī)內(nèi)的熱應(yīng)力較小，而且負(fù)荷降低時(shí)蒸汽壓力水平也相應(yīng)減小，因而能夠延長(zhǎng)汽輪機(jī)的使用壽命。其次，低負(fù)荷時(shí)，蒸汽壓力降低，比容增大，使得蒸汽在過(guò)熱器和再熱器中的分配有所改善。另外，滑壓運(yùn)行能夠減少外部管道閥門，簡(jiǎn)化啟動(dòng)過(guò)程。而且，滑壓運(yùn)行可以減少電廠能耗，改善電廠的熱效率。3600MWeCFB鍋爐的設(shè)計(jì)方案3.1鍋爐

11、設(shè)計(jì)參數(shù)鍋爐的主要設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。表1鍋爐的主要設(shè)計(jì)參數(shù)項(xiàng)目數(shù)值項(xiàng)目數(shù)值總功率MWe600再熱蒸汽溫度℃580額定蒸發(fā)量t?h11900再熱蒸汽壓力MPa4.4主蒸汽溫度℃580給水溫度℃290主蒸汽壓力MPa28排煙溫度℃140再熱蒸汽流量t?h11500鍋爐效率%90.54設(shè)計(jì)煤種為淮南煙煤。該煤種的元素分析和工業(yè)分析結(jié)果如表2所示。用石灰石作脫硫劑，在CaS摩爾比為2.5時(shí)的設(shè)計(jì)脫硫效率為90%。表2煤種的元素分析和工業(yè)分析煤

12、種的工業(yè)分析結(jié)果w%ar煤種的元素分析結(jié)果w%ar低位發(fā)熱量MJkgarMVACHONSQdw8.8538.4821.3757.423.817.160.930.4622.213.2鍋爐總體布置方案圖1為所設(shè)計(jì)的600MWe超臨界直流循環(huán)流化床鍋爐的方案簡(jiǎn)圖。燃料通過(guò)給煤口送入爐膛底部的兩個(gè)分開(kāi)的流化區(qū)——即前面所說(shuō)的“褲衩管”的兩條“支腿”，并在爐膛內(nèi)燃燒。燃燒所放出的部分熱量被布置在爐膛四周的水冷壁所吸收。燃燒產(chǎn)生的煙氣從爐膛出口進(jìn)入