350MW超临界循环流化床锅炉技术浅析

介绍

  超临界循环流化床锅炉以其较高的供电效率､廉价的石灰石炉内脱硫技术､低NOx燃烧控制及低投资的技术,成为中国火力发电技术现实的发展趋势之一,具有光明的商业前途｡与600MW的超临界CFB锅炉相比,350MW超临界CFB锅炉具有更大的布置灵活性和更好的调峰性能｡由于300MW等级的亚临界CFB锅炉技术已非常成熟(国内运行近百台),而350MW超临界煤粉锅炉也已经有30台以上的运行业绩,积累了丰富经验｡因此二者技术的结合,技术风险相对更小｡

  首先,在超临界煤粉锅炉中,由于炉内的热流密度很高,因此对水冷壁的冷却能力要求高;而循环流化床锅炉炉膛内的温度比常规煤粉炉低得多,因此炉膛内的热流密度要比煤粉锅炉低,大幅度的降低了对水冷壁冷却能力的要求｡同时,循环流化床锅炉炉膛内物料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,即热流曲线的最大值出现在炉膛底部附近｡这个特性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比较有利于水冷壁金属温度的控制｡

  其次,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,再加上炉膛内较高的固体物料浓度的冲刷,所以水冷壁上基本没积灰结渣,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,超临界蒸汽参数和循环流化床燃烧技术在设计上可以相互集成,如果把超临界热力循环应用于循环流化床锅炉,则兼备了循环流化床燃烧技术和超临界压力蒸汽循环的优点,是一项很着迷的洁净煤燃烧技术｡

  1)水动力的安全性｡对于超临界锅炉,其水动力的安全性是锅炉设计首先要考虑的核心问题｡由于循环流化床锅炉本身固有的特点,其在正常运行时,炉内存在有大量的循环灰冲刷水冷壁,因此不能采用煤粉炉采用的螺旋管圈的水冷壁结构,而只能采用垂直管圈水冷壁｡同时由于炉内流化及防磨要求,对于350MW等级超临界CFB锅炉,采用中､低质量流速水冷壁方案｡

  对350MW超临界循环流化床汽水系统来进行了回路和压力节点划分｡总系统划分为57个流量回路(详见图1)｡采用对71个非线性方程进行直接求解的方法,得到了BMCR负荷､75%BMCR负荷和30%BMCR负荷下各回路的流量分配和节点压力分布｡计算根据结果得出,采用低质量流速垂直管圈,3个负荷下管内外壁温度､中间点温度和鳍端温度均处于管子的应用限制范围之内,锅炉运行是安全可靠的｡

  2)启动系统的选择分析｡锅炉一般配有容量为30%B-MCR的启动系统,以与锅炉水冷壁最低直流负荷的质量流量相匹配,锅炉的启动过程见图2｡

  目前国内超临界锅炉采用启动系统,可采用带再循环泵的启动系统,也可采用大气扩容器式启动系统,目前这两中启动系统在国内都有成熟运行的业绩｡对于带循环泵的启动系统,具有工质和热量回收效果好,对除氧器设计无要求,适合于两班制和周日停机运行方式｡但具有投资大､运行操作复杂､转动部件的运行和维护要求高､循环泵的控制要求高等缺点｡对于大气扩容器式的启动系统,具有系统简单､投资少;运行操作便捷,容易实现自动控制:维修工作量少等优点,但启动初期燃料耗量大､热量回收有限｡对于350MW超临界CFB锅炉,可根据详细情况选择｡

  3)紧急补给水系统｡对于超临界循环流化床锅炉,由于水容积较小,在厂用电停用的工况,炉内及热回路内有大量的物料会将热量传递给水冷壁､尾部包墙等受热面,同时锅炉无法补水,为了使受热面得到足够的冷却,应设有紧急补给水系统,由于国内的350MW超临界CFB锅炉一般不设外置床系统,因此紧急补给水量不需象要引进型亚临界300MW锅炉那么大｡

  紧急补给水泵由柴油发动机驱动,当锅炉主给水泵不能工作时,或冷却水循环系统出现异常的情况下,此泵都将启动用于锅炉给水,保护炉内的受热面,此系统初投资大,运行维护工作量大,即使在电厂不失电的情况下,也要经常启动进行暖泵｡

  4)SNCR脱硝系统｡由于循环流化床锅炉采用分级燃烧,一次风从炉底给入,二次风从炉膛下部分2层进入炉膛,经过控制一､二次风的比例及不同层二次风量,控制炉内燃烧及NOx的生成｡对于CFB锅炉,一般都可以把炉膛出口NOx的排放量控制在200mg/Nm3以下｡因此在循环流化床锅炉的烟气回路上装设SNCR脱硝装置,即可满足国家环保要求的100mg/Nm3以下的要求｡

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