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行业新闻

沸腾燃烧技术及其在电力工业的应用(上)

沸腾燃烧技术及其在电力工业的应用(上)

    随着现代化社会的发展,电力工业面临更多的压力和挑战,其中尤为突出的有:

    1.日益严格的环保要求,

    2.逐年激增的基建费用。以美国为例,即使在调整了通货膨胀率以后,现新建一座大型火力发电厂的总投资,是1970年同容量电厂的三倍;

    3.不断提高的运行要求.

    为了解决以上三大问题,电力部门将不得不从传统的煤粉燃烧技术,转向正在迅速发展的新型燃烧技术一一沸腾燃烧技术,来满足环境保护,降低基建投资和提高运行性能这三方面的要求。

    一、沸腾燃烧锅炉的特点

    沸腾燃烧锅炉具有独特的燃烧方式,与常规的煤粉锅炉相比,它具有以下的特点和优点;

    1.低温燃烧;

    2.对煤种适应性广泛,易于点火,

    3.燃烧强度大,传热效果好I

    4.结构紧凑,容量适中,施工周期短。

    比最终容量相同的全部要装煤粉炉的电厂,要节省总投资10~20%。中等容量的沸腾燃烧锅炉( 100~200 MW)尤受欢迎.

    在欧洲,已有上I百家锅炉制造公司生产沸腾炉销往几十个国家;在美国,能源部正在执行一项总投资为60亿美元的1986~1992年计划,其中37个项目中,有13项属于沸晦燃烧工程。特别是美国目前正在进行的三大典型工程:田纳西洲的160MW常压沸腾燃烧工程,将于1989年建成投产;1988年建成投产的科罗拉多州110 MW循环沸腾燃烧工程,以及1987年投产的明尼苏达州的老厂改造工程--130Mw‘常压涝腾爝瀚港.雍,送三项工程的建成和完善化,对今冶电|力工业呋。规模应用沸腾燃烧技术;一其有重大影响。美国国会最近已考虑大规模展开沸腾燃烧技术的示范应用,以争取在90年代进入普遍直用阶段。

  沸腾燃烧技术的典型方式及结构

    1.常压沸腾燃烧(AtmosphericFluidized Bed Combustion)    常压沸腾燃烧(简称AFBC)是沸腾燃烧技术中最早出现的一种形式,沸腾炉内有厚厚的灼热料层,由砂或灰渣组成。当空气由布风板自下向上吹过时,床料被气流带动随后又落下,产生强烈的搅动,整个床呈沸水般翻腾试用。利用该程序可以检索到适用于各种特定情况的焊接步骤规范。输入询问要求提供焊接型式的细节(焊接的是管道还是板材、钢种,尺寸大小,拟采用的焊接方法)。在英国,按法律要求,在采用任一焊接步骤规范前,要得到保险承包人的同意。该系统还有一个CEGB的焊接步骤合格记录(PQR)昀补充数据库,该记录可与焊接步骤规范记录交义联结,可供快速参考。系统的设计逻辑是:、如果数据库中没有适用的焊接步骤规范,则可从一个适当的焊接步骤合格记录作出一个专门的焊接步骤规范的初稿。(完)

    煤经破碎后用机械或气力的方式输入炉内,其粒度介于0.2~lOmm,远宽于煤粉炉的小于O.1mm的要求。给煤系统可布置在床上部,也可在床下部。

    脱硫用石灰石或其它吸附剂,经适当破碎后,采用与输煤相仿的方式,输入炉内。

    由于沸腾强烈的床层使仅占大约5%的燃煤进入燃烧室后能很快地升温着火燃烧,所以多灰、多水、低挥发份、低热值的劣质煤种也能稳定燃烧。灼热的粒子对床内埋管强烈冲刷,产生很高的传热效果,低温燃烧则有效地抑制了NO;的生成。通常这种锅炉的燃烧效率可达99%,‘除SO。率达90%以上,除NO,蜜达、85%。

循环沸腾燃烧是在AFBC基础上发展起来的第二代沸腾燃烧技术,简称CFBC,它在运行性能上更优于常压沸腾燃烧。

    其主要特点在于炉内物料(床料、燃料、’吸附剂)在高速空气的带动下,在燃烧室和高温烟气分离器构成的回路中作连续的循环,因此,与常压沸腾炉不同,它没有明显可见的床面,通常循环倍率约为15左右。未燃尽的燃料和未反应的石灰石反复迸入炉内参与反应,有效地提高了燃烧效率和石灰石的利用率。

    一次风仍由炉底水冷布风板送入炉内,作为物料循环的高速空气流;二次风布置于燃烧室的不同层面,以保证分阶段燃烧和抑制NO。的生成;循环物料与烟气的分离是在高温烟气分离器( Hot 'Cyclone)中进行,其分离效率可达99%以上;高温烟气经过尾部受热面,即过热器、省煤器、空气预热器,最后经除尘器和烟囱排入大气。

    由于循环沸腾炉炉内没有明显的床面,所以炉内只布置水冷壁管,而无常压沸腾炉所具有的床内埋管。在燃烧室上部,布置有过热器管束。一般说来,在满负荷的工况下,约40~50%的热量在炉膛内部吸收,其余热量在对流受热而中吸收。

    与常压沸腾炉比较,循环沸腾炉具有更高的燃烧效率和除SOz.NO:的效率,并具有更好的负荷特性曲线。同时,为了使高速气流与物料更好地混合,需要增加炉膛高度,缩小炉膛横截面积,因而锅炉整体尺寸较小,横截面上流态分布更均匀,锅炉给煤装置的数量也相应减少。

    循环沸腾炉按炉内压力不同,可分为常压与压力二种形式。

    3.压力沸腾燃烧( Pressurized

 Fluidized  Bed  Gombustion)

    压力沸腾燃烧,简称PFBG,与帝压沸腾燃烧的主要区别在于PFBC锅炉炉内压力为常压沸腾炉炉内压力的6~16倍。由于炉内压力的升高,改变了炉内的动力特性和燃烧特性,有利于锅炉体积的缩小,有利于将PFBC锅炉制成标准的单元机组,以减少场地,快速安装,降低基建投资。此外,其高温带压烟气可直接进入燃气轮机发电,实现蒸汽轮机,燃气轮机联合循环,提高整体热效率。

    由于炉体更小,炉内物料,温度场分布更均匀,如同常压沸腾炉那样,它对煤种的适应性很广;除SOz率可达90~95%,除NO:率达85%;电厂出力可增加40—50%。

    美国目前正在俄亥俄州( Ohio)兴建一座容量为70MW的Tidd压力沸腾炉示范应用电站,将于1990年建成发电,并作三年的示范运行.并已计划通过汲取Tidd示范电站经验和教训后,再兴建一座容量为680MW的压力沸腾炉电站,拟于1997年前建成发电.

    因燃气轮机的叶片对燃气流含尘量要求很高,所以,压力沸腾燃烧目前主要应解决烟气除尘和除碱金属的问题。此外,降低炉内金属管壁的磨损,也是重要问题之一。  三、电力工业中沸腾燃烧典型工程介绍

    美国目前在田纳西州,科罗拉多州和明尼苏达州进行的三项重点工程,不但容量大,而且型式具有代表性,下面介绍其中两个工程。

    1.110MW循环沸腾燃烧工程

    (1)设备概况    CUEA(Colorado-Ute Electic Associat/on)iiOMW循环沸腾燃烧锅炉是目前世界上最大的CFBC工程,位于美国Colorado州的Nucla,是美国能源部PFBC技术示范应用的三个重点工程之一。

    该沸腾炉由Pyropower公司设计,蒸汽流量419.58tlh,汽温540℃,汽压10 6.1kgflcmz,双燃烧室,双旋风分离器结陶,单汽鼓和公共式对流管束,管式空气预热器和布袋式除尘器。

    燃烧区由水冷布风板,空气喷嘴,卫燃室( Refractory)和水冷壁组成,每一燃烧室装有3只床内起动生物质燃烧机和1只管内起动生物质燃烧机。

    第一、第三级过热器布置在公共的尾部烟道,第二级过热器布置在燃烧室靠近分离器入口的悬浮空域( Freeboard),混合式减温装置设于第二级过热器的入口和出口处,以满足额定汽温、汽压的要求。

    二台直径为7.3m的高温烟气分离器( Hot Cyclone),将未燃尽的碳粒子袖未反应的石灰石与高温烟气相分离,经回流段( Loopseals),重新输入炉内。烟气经对流管束,空气预热器和布袋式除尘装置后排往烟囱。

    各燃烧室都有单独的燃料,空气供应系统和除灰装置。该炉设有一台一次风机,26'ookW} -台二次风机,560kW.燃料由矿区运至电厂,破碎至小于6.4mm的颗粒,贮存于二只250t的煤斗。每只煤斗底部装有3台给煤机,给煤经6个落点重力播入炉(前墙各2个,后墙位于回流段上方各1个)。石灰石由附近矿区运入电厂,经破碎,制粉后气力输至三只130t的料斗,每只料斗下部装有带计量装置的给料机,总共分成8路输入炉内(前墙各2个,侧墙1个,回流段处各1个)。

    各燃烧室都装有二套流化床灰分离器和冷却装置。床料从布风板上部进入灰分离冷却器,只要调整灰冷却器内的流化速度,即可控制灰的尺寸分布。大灰颗粒经排出管道和旋转阀排出;细灰回流口设在下部排出口之上约2.4m处.

    该炉于1987年5月点火起动,7月首次在无天然气助燃的情况下,单独用煤燃烧,带新安装的无再热式的74MW机组,接带40MW负荷;9月二台原有的12MW机组由新机74MW的抽汽供汽发电;1988年3月,该炉成功地达到了满负荷运行,带新装的74MW机组和3台原有的12MW机组,至1988年3月为止,该炉单独用煤燃烧累计已达2200运行

    一53-小时,当锅炉运行过剩氧量为3.5~5.5%时,NOi的排放率在75~220ppmV} CO排放率在50~lOOppmVJ SOz的排放率随石灰石的添加量而变化,被调整在符合排放标准的范围之内,烟囱黑度<5%.

    该炉今后将继续作满负荷运行,并将由美国电力科学院( Electric Power Resear-ch Institute)和CUEA的资助,进行锅炉鉴定试验和为期二年的锅炉全面试验计划,以确定该炉在不同工况下的运行性能.

    (2)第一年的运行情况  从1987年3月至9月这段时期中,主要是解决了循环沸腾炉在起动上韵不少问题,并积累了低负荷运行( 30~65MW)的经验。单独燃煤最长连续运行为90小时,累计已达600运行小时,最大出力为63MW.在这段期间,运行中碰到的主要问题有床料泄漏( Backsifting)至下部风室的问题j输石灰系统性能不良问题;炉底灰冷却的性能不良问题;汽鼓水位控制问题,氧量分析指示错误问题,燃烧空气开度指示错误问题,床压测量管道堵塞问题以及空气节流阀和启动器设计不良问题。

    1987年9月29日发生燃烧室过热事故。该炉双燃烧室自I其中一侧,因未燃尽的煤堆突然着火,引起燃烧室过热,便一根水冷壁管爆管,并凶膨胀不同造成二燃烧室之间的结构损坏,因而进行了为期十周的抢修。抢修期间,对锅炉进行金相检查,没有发现任何组织损坏,但有5根水冷壁管发生永久变形,与轴线偏离±38mm。对于上述运行中出现的各种问题,在抢修期间采用了新的氧量分析仪,装于省煤器入口,并成功投用I对炉底灰冷却器的操作程序作了改进,解决了过热和排水不畅的问题;装设在高温烟气分离器出口的SOz分析仪,已成功投运j对输石灰系统,也作了实质性的改进,性能已大大提高I对空气节流阀的设计作了修改,解决了节流阀不灵活的问题,并选用了较大的启动器;对床料泄漏问题,可通过维持最小的风量减轻这一现象,但尚未完全消除,在风室和回流段之间,加装了一根床料再循环管,已减少风室中床料的堆积,因设计错误造成空预器一、二次风漏风问题也已解决。在此期间,汽鼓水位控制问题和二次风机振动问题,仍然存在.

    1988年1月,三单元汽鼓水位控制和锅炉主控首次投入,并在75MW的负荷下,完成了控制调整。1988年3月1日,该机组所有系统全部投入,锅炉成功地达到了满负荷运行。但在3月份运行中也出现了因再循环流动的不规则性,引起床温和风量控制失常,因此,财回流段的气流分布,还需作进一步试验,以解决这一问题。在天燃气点火10小时后,发电机并网,15小时后可停止助燃,单独用煤燃烧。今后还应继续缩短冷态升炉时间。

    在过热事故抢修后的三个月运行中,该炉又积累了1600燃煤运行小时,其中最长的燃煤连续运行已达283小时,这就证明经一系列有效的改进之后,锅炉的可靠性已大大提高,一旦回流段不规则流动问题解决,该炉将作连续满负荷运行。

    CU EA110MW循环沸腾炉在第一年的运行中,总共积累了2200运行小时的燃煤经验,并已达到满负荷运行。在初期的一些问题解决之后,已经证明该炉易于运行和控制。第一年所出现的问题,大部分在运行中解决。其中,回流段的循环性能,输石灰系统的性能,汽鼓水位控制,二次风机的性能,仍有待于进一步研究解决。通过锅炉鉴定试验和为期二年的锅炉试验计划,必将进一步完善该炉的各项性能。(待续)

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点击次数:  更新时间:2018-08-15 22:40:45  【打印此页】  【关闭