[转帖][原创]大型循环流化床锅炉燃料

linsen · 发表于 2007-11-14 14:58:32

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>              大型循环流化床锅炉燃料
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class=MsoNormal align=left>摘　要：介绍国电热工研究院1MWth、3MWth循环流化床燃烧（CFBC）试验台的技术特点和设计参数等。论述试烧验对大型循环流化床锅炉工程提供的技术支持。 <?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com

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class=MsoNormal align=left>0　引言<o:p></o:p>
循环流化床（CFB）锅炉具有良好的环保性能、燃料适应性能和负荷调节性能，是一项新型的燃煤技术，已被电力行业所接受并正向大型化电站锅炉方向发展。目前，国外投运的CFB锅炉容量已达到300MW容量等级。国内由西安热工研究院（TPRI）设计开发的200MW等级CFB锅炉也即将开始建设，引进技术的300MW等级CFB锅炉正在建设中。<o:p></o:p>
CFB锅炉是新型洁净煤能源技术，针对各工程煤种进行特殊设计是非常必要的，这就要求建立一定规模的循环流化床燃烧（CFBC）中试装置，对不同工程燃料进行试烧试验，确定其燃烧脱硫特性、成灰特性以及排放特性等。国外大型CFB锅炉（≥100MW）技术主要分三个流派：以EHE换热器为特征的LURGI技术、以汽冷分离器和INTREX换热器为特征的FW技术和以Ω管屏为特征的PYROFLOW型技术。各个技术流派的公司均建有CFBC中试装置对新产品开发提供技术支持。为适应CFB锅炉技术的发展，国电热工研究院于1993年建成1MWthCFBC试验台。<o:p></o:p>
西安热工研究院（TPRI）致力于国产大型CFB锅炉研究开发，先后设计开发出国内自主知识产权50MW、100MW、200MWCFB锅炉。其中国产200MWCFB锅炉将安装在江西分宜发电厂，采用TPRI专利技术紧凑式分流回灰外置换热器（CHE），锅炉由哈尔滨锅炉厂生产。为研究该锅炉的运行控制特性，TPRI投资建设了带有分流回灰外置换热器的3MWth大型循环流化床燃烧试验台。<o:p></o:p>
1　1MWth循环流化床燃烧试验装置<o:p></o:p>
1MWth CFBC试验台于1993年初建成，燃烧热功率为1MW，主要特点是炉膛净高度为23米，是目前世界上炉膛高度最高的循环流化床燃烧中试试验台。改造后的1MWth CFBC试验台系统流程如所示，其主要技术规范列于表1。<A target=_blank></A><o:p></o:p>
试验台燃烧室净高度为23m，下部横截面积为0.175×0.351m2，上部横截面积为0.351×0.351m2。运行温度变化范围为400℃~1050℃，采用旋风分离器收集循环灰，下部装有U型回料控制器，便于循环灰流量的调节和测量。足够的炉膛高度可以保证颗粒在炉内的停留时间，在试验条件下一般空床速度在4.5～6m/s，颗粒在炉内停留时间可达5s，基本接近实炉参数，从而保证在燃料燃烧脱硫特性、成灰特性以及排放特性等试验技术参数可以模拟实炉的真实情况。图 1为试验台主楼。<o:p></o:p>
<A target=_blank>图</A> 1　1MWth CFBC试验台主楼<o:p></o:p>
<A target=_blank>表</A>1　           1MWth大型CFBC试验台主要技术规范<o:p></o:p>
序号     名　　称            符号      单　位         数　据<o:p></o:p>
1      燃烧室高度              h         m              23<o:p></o:p>
2      密相区截面尺寸         Fm        mm            175×351<o:p></o:p>
3      稀相区截面尺寸         Fx         mm            351×351<o:p></o:p>
4        燃烧温度             t           ℃             800~1000<o:p></o:p>
5       循环灰温度            txh         ℃              400~1000<o:p></o:p>
6      空塔流化速度           w          m/s              2~8<o:p></o:p>
7       燃烧热功率            Nth         MW             0.2~1.0<o:p></o:p>
8        截面热负荷           qf          MW/m2           1.6~5.7<o:p></o:p>
2　1MWth CFBC 试验台可进行的项目及工程应用意义<o:p></o:p>
1MWth CFBC试验台可以为CFB锅炉工程煤种进行试烧试验，试烧结果可以为工程煤种提供以下技术支持：<o:p></o:p>
（1）       试验原煤、混样理化特性分析: <o:p></o:p>
（2）       灰石的理化分析。<o:p></o:p>
（3）       燃煤冷态点火特性、着火温度专项试验。<o:p></o:p>
（4）       试烧燃料的自脱硫效率及最佳的运行床温范围，给出合理的最佳设计温度。<o:p></o:p>
（5）       试烧燃料的燃烧特性；包括着火特性、沿床高温度分布特性、结焦特性等等。<o:p></o:p>
（6）       锅炉设计和运行所必不可少的重要基础数据，确定合理的设计和运行一、二次风配比、运行床温等。<o:p></o:p>
（7）       确定最佳的钙硫摩尔比（Ca/S）；试验测试不同的Ca/S情况下烟气排放特性，给出满足较高环保排放要求的最佳Ca/S值。<o:p></o:p>
（8）       确定最佳的设计和运行温度。对实炉设计、运行具有重要参考价值。<o:p></o:p>
（9）       试烧燃料的飞灰和底渣特性。特别是由于添加石灰石后对灰渣成分和飞灰比电阻值的影响。<o:p></o:p>
（10）   根据试验综合结果，结合具体工程情况，选择确定设计煤种、校核煤种。<o:p></o:p>
（11）   飞灰磨损特性判定；<o:p></o:p>
（12）   结焦特性专项试验。<o:p></o:p>
（13）   提供锅炉主要辅机设备招标技术参数。<o:p></o:p>
迄今为止1MWth CFBC试验台已经为35个工程的约60个工程煤种、40种石灰石进行了工程试烧。<o:p></o:p>

linsen · 发表于 2007-11-14 14:59:22

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class=MsoNormal align=center>表2　工程煤种、石灰石试烧项目一览表<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com

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class=MsoNormal>序号           工程名称                              煤种               石灰石         时间<o:p></o:p>
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class=MsoNormal>1   内江高坝电厂100MW CFB锅炉引进工程        南川煤、芙蓉煤       董家堰石灰石      1993.3<o:p></o:p>
2      铜川热电厂75t/h CFB锅炉工程                   混煤           新亚公司石灰石      1993.8<o:p></o:p>
3      南京新苏热电厂75t/h CFBB工程               南京钟山煤                            1994.3<o:p></o:p>
4     宜宾电厂100MW CFB锅炉工程                   怀远煤           珙县石灰石         1998.2<o:p></o:p>
5     山西灵石热电厂130t/h CFBB工程              洗中煤+煤矸石        灵石石灰石        1999.6<o:p></o:p>
6      石家庄热电厂100MW CFBB工程             阳泉煤、乱流煤      井廷三庄石灰石      1999.7<o:p></o:p>
7       重庆龙桥发电厂130t/hCFBB工程             当地贫煤             当地石灰石        1999.10<o:p></o:p>
8       江西分宜电厂410t/h CFBB工程              萍乡煤、西茶煤       当地石灰石         2000.5<o:p></o:p>
9      洛阳石化集团220t/h CFBB工程               新登煤+污泥            脱硫剂           2000<o:p></o:p>
10   福建煤炭公司135MWCFB锅炉工程               龙岩无烟煤         当地石灰石         2001<o:p></o:p>
11    四川岷江电厂135MWCFB锅炉工程               混煤               当地石灰石        2001<o:p></o:p>
12    云南开远电厂300MWCFB锅炉工程              开远煤              当地石灰石        2001<o:p></o:p>
13    信阳平桥电厂135MWCFB锅炉工程             设计、校核煤         当地石灰石        2002.4<o:p></o:p>
14    广东粤连电厂135MWCFB锅炉工程               当地无烟煤         当地石灰石        2001.12<o:p></o:p>
15     广西合山电厂110MWCFB锅炉工程               混煤              当地石灰石        2001.5<o:p></o:p>
16    云南开远电厂2×300MWCFB锅炉工程              褐煤              当地石灰石        2001.3<o:p></o:p>
17   江苏大屯煤电公司125MWCFB锅炉工程           烟煤+矸石           当地石灰石        2001.9<o:p></o:p>
18      山西永济电厂100MWCFB锅炉工程             河津煤             清华石灰石         2002.1<o:p></o:p>
19     华蓥山启明星发电厂135MWCFB锅炉         当地混煤（贫煤）      当地石灰石         2002.3<o:p></o:p>
20    攀枝花发电公司2×135MWCFB锅炉工程         当地烟煤             当地石灰石         2002.10<o:p></o:p>
21    广东粤连电厂135MWCFB锅炉工程             当地贫煤             当地石灰石          2002.4<o:p></o:p>
22      洛阳热电厂200 MWCFB锅炉工程          义马煤+新安煤          当地石灰石           2002.8<o:p></o:p>
23   自贡鸿鹤化工公司220t/hCFB锅炉工程          当地高硫贫煤           当地石灰石           2003.8<o:p></o:p>
24   四川江油发电厂100MW CFB锅炉工程           当地中硫烟煤          当地石灰石           2003.1<o:p></o:p>
25      阳泉煤业集团3×135MWCFB锅炉            当地中硫烟煤           当地石灰石           2003.8<o:p></o:p>
26    内蒙蒙西集团2×200MWCFB锅炉               当地烟煤               当地石灰石          2003.4<o:p></o:p>
27  内蒙乌达发电公司2×135MWCFB锅炉             当地烟煤              当地石灰石           2003.1<o:p></o:p>
28   山西大同煤电集团135MWCFB锅炉              当地烟煤              当地石灰石            2003.1<o:p></o:p>
29     江西分宜电厂200MW CFBB工程             江西萍乡煤、           当地石灰石            2004.2<o:p></o:p>
30   山西煤电集团2×300MWCFB锅炉                煤矸石                当地石灰石           2004.1<o:p></o:p>
31  山西平朔煤电集团2×300MWCFB锅炉              当地混煤             当地石灰石            2004.4<o:p></o:p>
32     秦皇岛热电厂2×300MWCFB锅炉               当地烟煤              当地石灰石          2004.5<o:p></o:p>
33   宁夏大武口电厂2×300MWCFB锅炉               当地混煤              当地石灰石           2004.5<o:p></o:p>
34  洛阳豫能阳光热电有限公司2×135MWCFB锅炉      当地混煤              当地石灰石          2004.7<o:p></o:p>
35     北京京煤集团2×300MWCFB锅炉               当地混煤              当地石灰石          2004.7<o:p></o:p>
 <o:p></o:p>
3　1MWth CFBC试验台研究成果<o:p></o:p>
3.1　燃料着火、燃烧特性<o:p></o:p>
1MWth CFBC试验台采用床下热风点火，图3为无烟煤典型点火曲线，试验结果可以为大型CFB锅炉实炉运行提供点火技术支持。<o:p></o:p>
少许投煤<o:p></o:p>
投煤<o:p></o:p>
加给煤量投煤<o:p></o:p>
停气<o:p></o:p>
<A target=_blank>图</A>3　试验煤典型点火曲线<A target=_blank>         </A>　　             图4　试验煤最低稳燃运行床温<o:p></o:p>
 <o:p></o:p>
3.2　最低稳燃负荷对应的运行床温<o:p></o:p>
图5为试验煤最低稳燃负荷对应的运行床温，试验台可以方便实现床温控制，该工程煤种床温800℃可维持稳定运行，当床温降至750℃将出现灭火倾向。最低运行温度对于大型CFB锅炉设计和实炉运行具有重要参考价值。<o:p></o:p>

linsen · 发表于 2007-11-14 15:00:00

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class=MsoNormal align=left>3.3　燃料燃烧特性、烟气排放特性<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com

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class=MsoNormal align=left>试验可以研究燃料的燃烧特性、压火特性、结焦特性、脱硫反应特性以及烟气排放特性成灰特性等具体内容，图6为运行床温与燃烧效率的关系，图7为运行床温与SO2排放关系，图8为运行温度与NOx、N2O排放关系。针对具体工程煤种，综合考虑燃烧、排放确定合理的设计运行温度。<o:p></o:p>
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class=MsoNormal align=left> <o:p></o:p>
            <o:p></o:p>
 <o:p></o:p>
<A target=_blank>图</A>6　运行温度与燃烧效率的关系       　　　　　　　    <A target=_blank>图</A>7　运行温度与SO2排放关系<o:p></o:p>
<A target=_blank>图</A>8　运行温度与NOx、N2O排放关系    　　　　　             图8　Ca/S与脱硫效率关系<o:p></o:p>
3.4 　Ca/S的确定以及添加石灰石对灰渣特性的影响<o:p></o:p>
图9　Ca/S与飞灰比电阻关系<o:p></o:p>
CFB锅炉通过炉内添加石灰石可以方便实现脱硫。随着日益严格的环保排放要求，确定合理的Ca/S值必须综合考虑燃烧效率、SO2、NOx等相关因素。针对具体工程煤种，必须通过试烧确定Ca/S值才能避免石灰石系统设计、设备选型的盲目性。图8是典型的Ca/S与脱硫效率关系。另一方面，以图9为例，由于石灰石的添加，造成飞灰比电阻值的增加，试验可以确定实炉运行飞灰比电阻值，为电除尘器设备选型提供可靠依据。 <o:p></o:p>
4　3MWCFBC试验台 <o:p></o:p>
国外大型CFB锅炉为解决炉内受热面布置空间不足或虽可布置但磨损倾向严重等问题，广泛采用外置换热器（EHE）。在EHE内，一般布置有再热器、过热器或蒸发受热面，其中EHE采用机械阀控制循环物料的分流量，从而控制过热器/再热器汽温和炉膛温度，该类型外置换热器及其配套使用的循环灰回送及分流装置结构复杂，布置困难，机械阀需要定期更换。TPRI根据已有的研究成果，开发了紧凑式分流式回灰换热器（CHE）专利技术。该换热器采用“气动控制为主、机械控制为辅”的方式控制循环物料的分流量，调节方式简单可靠，便于布置，且同时兼有循环灰的分流、冷却和回送功能，在结构上易实现整体化。<o:p></o:p>
TPRI承担国家发改委“大型CFB锅炉研制”课题。其中开发研制的国产200MWCFB锅炉已完成设计，锅炉将安装在江西分宜发电厂。锅炉设计共布置4台CHE，在CHE内布置有再热器和中温过热器。为确保该锅炉CHE内循环灰控制运行可靠性，TPRI投资建设了3MWCFBC试验台，重点研究CHE内循环灰控制运行特性。<o:p></o:p>
3MWth CFBC试验台于2004年7月建成，燃烧热功率为3MW。主要特点是炉膛截面积大（1.5×0.8米2），安装TPRI专利技术CHE外置换热器，是目前世界上热功率最大的循环流化床燃烧中试试验台。试验台系统流程如图10所示，其主要技术规范列于表2。<o:p></o:p>
 <o:p></o:p>
14<o:p></o:p>
图10　3MWCFB燃烧试验台系统流程及TPRI专利技术CHE<o:p></o:p>
 <o:p></o:p>
图11　3MWth CFBC试验台<o:p></o:p>
 <o:p></o:p>
图 9 1MWth CFBC试验台主楼<o:p></o:p>
 <o:p></o:p>
  <o:p></o:p>
  <o:p></o:p>
表2　3MWth大型CFBC试验台主要技术规范<o:p></o:p>
序号         名　　称             符号         单位       数　据<o:p></o:p>
1           燃烧室高度              h           m           9<o:p></o:p>
2          密相区截面尺寸           Fm          m         1.5×0.4<o:p></o:p>
3           稀相区截面尺寸          Fx           m          1.5×0.8<o:p></o:p>
4             燃烧温度               t           ℃          800~1000<o:p></o:p>
5            循环灰温度              txh          ℃          400~1000<o:p></o:p>
6           空塔流化速度              w          m/s          2~8<o:p></o:p>
7             燃烧热功率             Nth         MW            1.0~3.0<o:p></o:p>
 <o:p></o:p>
该试验台炉膛净高为9.0m，横截面为1.50m×0.80m，带外置式换热器；配备的引风机功率160kW，一次风机功率90kW，二次风机和高压风机功率均为37kW，水泵功率为22kW。<o:p></o:p>
试验台除主要用于200MW CFB锅炉研制的相关试验研究外，还可以用于以下试验研究：<o:p></o:p>
Ø       EHE内灰流动控制特性研究；<o:p></o:p>
Ø       大型CFB锅炉（带EHE）运行控制特性研究；<o:p></o:p>
Ø       大型CFB锅炉（带EHE）燃烧、脱硫特性试验研究；<o:p></o:p>
Ø       大型CFB锅炉（带EHE）运行操作培训<o:p></o:p>
Ø       大型CFB锅炉（带EHE）开发研制关键部件特性研究。<o:p></o:p>
5　结束语<o:p></o:p>
西安热工研究院拥有冷态CFB试验台、热态CFB试验台、1MWth CFBC 中试试验台和3MWth CFBC 中试试验台一系列的循环流化床试验装置，为循环流化床技术的国产化应用提供了完备的试验手段，可进行各种与CFB技术有关的试验研究，包括煤种、石灰石特性、脱硫特性、传热特性、污染物排放特性、灰渣特性等，以及外置床（换热器）等流化床关键部件的专项试验；可为工程项目提供煤种/石灰石选型、锅炉设计、辅机选型、人员培训等咨询服务。通过工程煤种试烧可以为中国CFB锅炉工程提供广泛技术支持，可逐步发展成为对全国电力系统乃至各锅炉制造厂家、科研院所、高等院校开放的重点实验室，从而为国产CFB锅炉大型化发展发挥重大作用。<o:p></o:p>

xj67677495 · 发表于 2022-5-15 15:59:02

路过

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