600 MW无烟煤超临界锅炉选型分析

600 MW无烟煤超临界锅炉选型分析

　无烟煤属低挥发份、难以着火和燃尽的煤种，我国西南地区的无烟煤还具有高硫份的特点。我国火电厂燃用的无烟煤约占全国发电用煤的3% ~4%，加上低挥发份贫煤可达10%左右。长期以来，如何使电站锅炉安全、经济地燃烧无烟煤等难燃煤种，直是电力工业需要解决的技术难题。在实际工程应用时，合理选择锅炉炉型成为个重要的工程技术问题，需要对燃用无烟煤时锅炉的着火、稳定燃烧、燃尽以及NO.排放特性等技术问题进行综合分析研究。

　　基金项目：国家“十二五”科技支撑计划重大项目（2012B4A02B02）目前，能够较好地燃烧无烟煤等难燃煤种（干燥无灰基挥发份矣15%）的锅炉炉型主要有W型火焰锅炉和循环流化床（circulatingfluidizedbed，CFB）锅炉。W型火焰锅炉针对低挥发分煤种，由于炉膛下部为带有卫燃带的拱式结构而增加了火焰的行程，有利于燃料的着火和燃尽，近几年也成功地从亚临界参数发展为超临界参数M.CFB锅炉具有燃料适应性广的特点，在燃用无烟煤等难燃煤种时，由于其密相区高浓度床层具有较大的蓄热能力，进入密相区的煤颗粒能够稳定着火和燃烧08，因此，近年来国内也有一些300MW的亚临界CFB锅炉燃用无烟煤等难燃煤种，取得了良好的运行效果，燃用贫煤的600MW超临界CFB锅炉也在四川白马示范电站投入运行。

　　本文结合实际工程应用情况，对600MW超临界W型火焰锅炉和超临界CFB锅炉的炉型及运行性能进行分析与比较，以期为燃用无烟煤等难燃煤种的锅炉选型提供技术依据。

　　1煤质特性与炉型的比较对于无烟煤等难燃煤种采用W型火焰锅炉可以解决其着火和燃烧稳定性问题，其最低不投油稳燃负荷可达到锅炉最大连续蒸发量（boiler continuousrating，BMCR）的45%，典型的W型火焰锅炉及燃烧方式如所示。

　　W型火焰锅炉及燃烧方式Fig.锅炉共有16台投入运行，其实际运行情况表明，在解决了初期出现的水冷壁拉裂等技术问题后，国内大型锅炉制造厂已掌握了基于垂直管圈低质量流速技术的超临界W型火焰锅炉设计制造技术，技术上趋于成熟。表1是已运行的几台600MW级超临界W型火焰锅炉的主要运行性能参数。从表1可知，W型火焰锅炉燃烧无烟煤的锅炉热效率一般为91.4%左MW超临界W型火焰锅炉的运行性能Tab.比较项四川CX屯厂云ZX屯r湖/S电厂广两晷屯/煤种尤烟煤A；烟煤煤的低位发热/（Mkg1）煤的干燥尤灰基挥发份/%笔灰燃物含/%人燃物；VW/%炉押出丨丨NO，放价/（mgin''）祸炉热效今/%右，但W型火焰锅炉实际运行过程中存在NOx排放值高（约1000mg/m3）的问题，近2年虽有在炉拱上部的水冷壁上设置上层燃尽风，使NOx排放值降低至714mg/m3左右H，但在一定程度上又影响了其飞灰的燃尽效果，有待研究解决。

　　由于难燃煤种的挥发份低，为解决煤粉的燃烬问题，W型火焰锅炉通常需要提高煤粉细度，使煤粉细度及90控制在6%以内，因此制粉系统电耗相对较高，厂用电率达到约7%.值得注意的是，W型火焰锅炉随着超临界锅炉蒸汽温度提高，管壁金属温度随之提高，除了水冷壁高温腐蚀会加剧之外，高温过热器、再热器管壁温度会达到600°C以上，进入快速腐蚀区域。锅炉参数越高，高温腐蚀发生的几率就越大，腐蚀也越严重。而循环流化床锅炉由于向炉内加入石灰石进行脱硫，因此，在受热面区域不会产生高温腐蚀和低温腐蚀现象。

　　我国在‘’十一五“期间自主开发研制了600MWCFB锅炉，首台该型号锅炉安装在白马CFB示范电站，锅炉结构如所示，锅炉运行性能参数见表2.白马CFB示范电站600 MW锅炉结构Fig.际运行表明，该炉型在燃用难燃贫煤时，技术性能稳定，具有燃烧效率高、S2及NOx排放值低等优点，厂用电率为6.52%，也低于W型火焰锅炉。目前，国内虽然尚未有燃用无烟煤600MW超临界CFB锅炉投入运行，但从江西分宜发电厂330MWCFB锅炉、广东宝丽华电厂300MWCFB锅炉、福建龙岩电厂300发电技术bookmark3电力建设bookmark4 MWCFB锅炉的运行实绩看，大型CFB锅炉燃用无烟煤时的燃烧稳定性优于W型火焰锅炉，最低不投油稳燃负荷可低至30%BMCR，S2及NOx排放值也更容易达到更为严格的国家排放标准9.表2白马CFB示范电站600MW锅炉运行参数Tab.锅炉运行参数设i丨值运行值祸炉额定出力/（l.h1）过热热汽压力/MPa过热热汽溢度/c冉热热汽出UIK力/Mhi冉热然汽出口温度/t：床温/c煤的低位发热量/（M煤的干燥无灰基挥发份/%燃煤硫份/%飞灰可燃物含量/%底渣可燃物含童/% NO，排放位/（叫给出了几种炉型的水冷壁热流密度的比较743，CFB锅炉的热流密度沿炉膜高度分布较为均匀，且其值小于煤粉锅炉和W型火焰锅炉的0.5倍，热流密度较高区域对应于工质温度最低的炉膜下部，可避免水冷壁管内出现膜态沸腾和蒸干现象。较低的热流密度允许CFB锅炉采用低质量流速（500~700kg/ s））和制造工艺简单的一次上升垂直管圈构成炉膜水冷壁。较均匀的热流密度分布还有利于减小水冷壁管子之间的壁温差，避免如W型火焰锅炉水冷壁出现的拉裂现象。因此，从水冷壁的安全性而言，CFB锅炉采用超临界参数水冷壁是合适的。

　　CFB锅炉煤粉炉W火炽锅炉炉内热流密度比较Fig. 2高温型CFB锅炉无烟煤燃烧技术为进一步提高无烟煤CFB锅炉的燃烧效率，国家计思想，即在传统CFB锅炉基础上，将CFB锅炉炉膛温度提高到920°C以上，以提高无烟煤燃尽率。在热功率1MWCFB燃烧试验台上对3种典型的无烟煤（阳泉煤、阳城煤、龙岩煤）进行了高温型CFB燃烧试验研究，得到了所示的燃尽特性曲线，随着燃烧温度的提高，无烟煤的飞灰可燃物含量明显下降。燃烧温度提高到970C时，试验煤种飞灰含碳量可较燃烧温度890C时降低5.79% ~9.09%，相应燃烧效率提高1.54%~3.58%.1050C条件下燃烧无烟煤，能够保证运行的安全稳定，不会发生结焦现象。

　　在试验研究的基础上，设计了高温型600MW超临界CFB锅炉的整体布置方案，见。该锅炉采用a龙W无烟煤燃烧似度八：CFB燃烧温度与飞灰可燃物含量的关系Fi.4Relationbetweencombust高温型600 MW超临界（TB锅炉结构Fi. 6个旋风分离器，分2组布置在炉膜两侧，设有6台高温型外置床。炉膜设计床温为950~970°C，因为在这一温度范围内NOx +N2O的排放值最小，同时使燃烧效率得到提高，锅炉热效率较W型火焰锅炉提高约1%.由于提高床温后炉膜出口NOx的排放量会相应增加至约450mg/m3，需要在炉膜出口处设置相对较为简单的选择性非催化还原脱硝系统，但并不需要采用造价较高的选择性催化还原脱硝系统。表3给出了高温型600MW超临界CFB锅炉主要设计参数。

　　表3高温型600 MW超临界CFB锅炉的主要设计性能参数供炉设i丨参败1：况W炉热发过热然汽压力/过热热汽溢皮/t W热蘸汽出口压力/MP W热蒸汽出口溢度/C床H锅炉热效/%株放值/（mg.m 3结论W型火焰锅炉燃用无烟煤时燃烧性能优于煤粉锅炉，技术较为成熟，但炉膜出口NOx浓度较高；同时燃用中、高硫无烟煤时受热面的高温腐蚀也限制了该炉型向更高的超临界参数方向发展。

　　CFB锅炉具有适于燃用包括无烟煤在内的各种燃料、不投油最低稳燃负荷低的特点，辅之以选择性非催化还原脱硝技术，在提高燃烧效率、稳定燃烧和污染物排放等方面具有优势，可作为无烟煤锅炉的优先选择。

　　发电技术针对无烟煤燃烧效率低的技术问题，应开发高温型CFB锅炉技术，通过提高热循环回路的运行温度，提高锅炉的燃烧效率。