600 MW無煙煤超臨界鍋爐選型分析

　無煙煤屬低揮發(fā)份、難以著火和燃盡的煤種，我國西南地區(qū)的無煙煤還具有高硫份的特點。我國火電廠燃用的無煙煤約占全國發(fā)電用煤的3% ~4%，加上低揮發(fā)份貧煤可達10%左右。長期以來，如何使電站鍋爐安全、經(jīng)濟地燃燒無煙煤等難燃煤種，直是電力工業(yè)需要解決的技術難題。在實際工程應用時，合理選擇鍋爐爐型成為個重要的工程技術問題，需要對燃用無煙煤時鍋爐的著火、穩(wěn)定燃燒、燃盡以及NO.排放特性等技術問題進行綜合分析研究。

　　基金項目：國家“十二五”科技支撐計劃重大項目（2012B4A02B02）目前，能夠較好地燃燒無煙煤等難燃煤種（干燥無灰基揮發(fā)份矣15%）的鍋爐爐型主要有W型火焰鍋爐和循環(huán)流化床（circulatingfluidizedbed，CFB）鍋爐。W型火焰鍋爐針對低揮發(fā)分煤種，由于爐膛下部為帶有衛(wèi)燃帶的拱式結構而增加了火焰的行程，有利于燃料的著火和燃盡，近幾年也成功地從亞臨界參數(shù)發(fā)展為超臨界參數(shù)M.CFB鍋爐具有燃料適應性廣的特點，在燃用無煙煤等難燃煤種時，由于其密相區(qū)高濃度床層具有較大的蓄熱能力，進入密相區(qū)的煤顆粒能夠穩(wěn)定著火和燃燒08，因此，近年來國內(nèi)也有一些300MW的亞臨界CFB鍋爐燃用無煙煤等難燃煤種，取得了良好的運行效果，燃用貧煤的600MW超臨界CFB鍋爐也在四川白馬示范電站投入運行。

　　本文結合實際工程應用情況，對600MW超臨界W型火焰鍋爐和超臨界CFB鍋爐的爐型及運行性能進行分析與比較，以期為燃用無煙煤等難燃煤種的鍋爐選型提供技術依據(jù)。

　　1煤質特性與爐型的比較對于無煙煤等難燃煤種采用W型火焰鍋爐可以解決其著火和燃燒穩(wěn)定性問題，其最低不投油穩(wěn)燃負荷可達到鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量（boiler continuousrating，BMCR）的45%，典型的W型火焰鍋爐及燃燒方式如所示。

　　W型火焰鍋爐及燃燒方式Fig.鍋爐共有16臺投入運行，其實際運行情況表明，在解決了初期出現(xiàn)的水冷壁拉裂等技術問題后，國內(nèi)大型鍋爐制造廠已掌握了基于垂直管圈低質量流速技術的超臨界W型火焰鍋爐設計制造技術，技術上趨于成熟。表1是已運行的幾臺600MW級超臨界W型火焰鍋爐的主要運行性能參數(shù)。從表1可知，W型火焰鍋爐燃燒無煙煤的鍋爐熱效率一般為91.4%左MW超臨界W型火焰鍋爐的運行性能Tab.比較項四川CX屯廠云ZX屯r湖/S電廠廣兩晷屯/煤種尤煙煤A；煙煤煤的低位發(fā)熱/（Mkg1）煤的干燥尤灰基揮發(fā)份/%筆灰燃物含/%人燃物；VW/%爐押出丨丨NO，放價/（mgin''）禍爐熱效今/%右，但W型火焰鍋爐實際運行過程中存在NOx排放值高（約1000mg/m3）的問題，近2年雖有在爐拱上部的水冷壁上設置上層燃盡風，使NOx排放值降低至714mg/m3左右H，但在一定程度上又影響了其飛灰的燃盡效果，有待研究解決。

　　由于難燃煤種的揮發(fā)份低，為解決煤粉的燃燼問題，W型火焰鍋爐通常需要提高煤粉細度，使煤粉細度及90控制在6%以內(nèi)，因此制粉系統(tǒng)電耗相對較高，廠用電率達到約7%.值得注意的是，W型火焰鍋爐隨著超臨界鍋爐蒸汽溫度提高，管壁金屬溫度隨之提高，除了水冷壁高溫腐蝕會加劇之外，高溫過熱器、再熱器管壁溫度會達到600°C以上，進入快速腐蝕區(qū)域。鍋爐參數(shù)越高，高溫腐蝕發(fā)生的幾率就越大，腐蝕也越嚴重。而循環(huán)流化床鍋爐由于向爐內(nèi)加入石灰石進行脫硫，因此，在受熱面區(qū)域不會產(chǎn)生高溫腐蝕和低溫腐蝕現(xiàn)象。

　　我國在‘’十一五“期間自主開發(fā)研制了600MWCFB鍋爐，首臺該型號鍋爐安裝在白馬CFB示范電站，鍋爐結構如所示，鍋爐運行性能參數(shù)見表2.白馬CFB示范電站600 MW鍋爐結構Fig.際運行表明，該爐型在燃用難燃貧煤時，技術性能穩(wěn)定，具有燃燒效率高、S2及NOx排放值低等優(yōu)點，廠用電率為6.52%，也低于W型火焰鍋爐。目前，國內(nèi)雖然尚未有燃用無煙煤600MW超臨界CFB鍋爐投入運行，但從江西分宜發(fā)電廠330MWCFB鍋爐、廣東寶麗華電廠300MWCFB鍋爐、福建龍巖電廠300發(fā)電技術bookmark3電力建設bookmark4 MWCFB鍋爐的運行實績看，大型CFB鍋爐燃用無煙煤時的燃燒穩(wěn)定性優(yōu)于W型火焰鍋爐，最低不投油穩(wěn)燃負荷可低至30%BMCR，S2及NOx排放值也更容易達到更為嚴格的國家排放標準9.表2白馬CFB示范電站600MW鍋爐運行參數(shù)Tab.鍋爐運行參數(shù)設i丨值運行值禍爐額定出力/（l.h1）過熱熱汽壓力/MPa過熱熱汽溢度/c冉熱熱汽出UIK力/Mhi冉熱然汽出口溫度/t：床溫/c煤的低位發(fā)熱量/（M煤的干燥無灰基揮發(fā)份/%燃煤硫份/%飛灰可燃物含量/%底渣可燃物含童/% NO，排放位/（叫給出了幾種爐型的水冷壁熱流密度的比較743，CFB鍋爐的熱流密度沿爐膜高度分布較為均勻，且其值小于煤粉鍋爐和W型火焰鍋爐的0.5倍，熱流密度較高區(qū)域對應于工質溫度最低的爐膜下部，可避免水冷壁管內(nèi)出現(xiàn)膜態(tài)沸騰和蒸干現(xiàn)象。較低的熱流密度允許CFB鍋爐采用低質量流速（500~700kg/ s））和制造工藝簡單的一次上升垂直管圈構成爐膜水冷壁。較均勻的熱流密度分布還有利于減小水冷壁管子之間的壁溫差，避免如W型火焰鍋爐水冷壁出現(xiàn)的拉裂現(xiàn)象。因此，從水冷壁的安全性而言，CFB鍋爐采用超臨界參數(shù)水冷壁是合適的。

　　CFB鍋爐煤粉爐W火熾鍋爐爐內(nèi)熱流密度比較Fig. 2高溫型CFB鍋爐無煙煤燃燒技術為進一步提高無煙煤CFB鍋爐的燃燒效率，國家計思想，即在傳統(tǒng)CFB鍋爐基礎上，將CFB鍋爐爐膛溫度提高到920°C以上，以提高無煙煤燃盡率。在熱功率1MWCFB燃燒試驗臺上對3種典型的無煙煤（陽泉煤、陽城煤、龍巖煤）進行了高溫型CFB燃燒試驗研究，得到了所示的燃盡特性曲線，隨著燃燒溫度的提高，無煙煤的飛灰可燃物含量明顯下降。燃燒溫度提高到970C時，試驗煤種飛灰含碳量可較燃燒溫度890C時降低5.79% ~9.09%，相應燃燒效率提高1.54%~3.58%.1050C條件下燃燒無煙煤，能夠保證運行的安全穩(wěn)定，不會發(fā)生結焦現(xiàn)象。

　　在試驗研究的基礎上，設計了高溫型600MW超臨界CFB鍋爐的整體布置方案，見。該鍋爐采用a龍W無煙煤燃燒似度八：CFB燃燒溫度與飛灰可燃物含量的關系Fi.4Relationbetweencombust高溫型600 MW超臨界（TB鍋爐結構Fi. 6個旋風分離器，分2組布置在爐膜兩側，設有6臺高溫型外置床。爐膜設計床溫為950~970°C，因為在這一溫度范圍內(nèi)NOx +N2O的排放值最小，同時使燃燒效率得到提高，鍋爐熱效率較W型火焰鍋爐提高約1%.由于提高床溫后爐膜出口NOx的排放量會相應增加至約450mg/m3，需要在爐膜出口處設置相對較為簡單的選擇性非催化還原脫硝系統(tǒng)，但并不需要采用造價較高的選擇性催化還原脫硝系統(tǒng)。表3給出了高溫型600MW超臨界CFB鍋爐主要設計參數(shù)。

　　表3高溫型600 MW超臨界CFB鍋爐的主要設計性能參數(shù)供爐設i丨參敗1：況W爐熱發(fā)過熱然汽壓力/過熱熱汽溢皮/t W熱蘸汽出口壓力/MP W熱蒸汽出口溢度/C床H鍋爐熱效/%株放值/（mg.m 3結論W型火焰鍋爐燃用無煙煤時燃燒性能優(yōu)于煤粉鍋爐，技術較為成熟，但爐膜出口NOx濃度較高；同時燃用中、高硫無煙煤時受熱面的高溫腐蝕也限制了該爐型向更高的超臨界參數(shù)方向發(fā)展。

　　CFB鍋爐具有適于燃用包括無煙煤在內(nèi)的各種燃料、不投油最低穩(wěn)燃負荷低的特點，輔之以選擇性非催化還原脫硝技術，在提高燃燒效率、穩(wěn)定燃燒和污染物排放等方面具有優(yōu)勢，可作為無煙煤鍋爐的優(yōu)先選擇。

　　發(fā)電技術針對無煙煤燃燒效率低的技術問題，應開發(fā)高溫型CFB鍋爐技術，通過提高熱循環(huán)回路的運行溫度，提高鍋爐的燃燒效率。