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(diǎn)。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(dá)10%左右。長期以來，如何使電站鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)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(shù)難題。在實(shí)際工程應(yīng)用時(shí)，合理選擇鍋爐爐型成為個(gè)重要的工程技術(shù)問題，需要對(duì)燃用無煙煤時(shí)鍋爐的著火、穩(wěn)定燃燒、燃盡以及NO.排放特性等技術(shù)問題進(jìn)行綜合分析研究。

　　基金項(xiàng)目：國家“十二五”科技支撐計(jì)劃重大項(xiàng)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(duì)低揮發(fā)分煤種，由于爐膛下部為帶有衛(wèi)燃帶的拱式結(jié)構(gòu)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(yīng)性廣的特點(diǎn)，在燃用無煙煤等難燃煤種時(shí)，由于其密相區(qū)高濃度床層具有較大的蓄熱能力，進(jìn)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(yùn)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(yùn)行。

　　本文結(jié)合實(shí)際工程應(yīng)用情況，對(duì)600MW超臨界W型火焰鍋爐和超臨界CFB鍋爐的爐型及運(yùn)行性能進(jìn)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(shù)依據(jù)。

　　1煤質(zhì)特性與爐型的比較對(duì)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(fù)荷可達(dá)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(tái)投入運(yùn)行，其實(shí)際運(yùn)行情況表明，在解決了初期出現(xiàn)的水冷壁拉裂等技術(shù)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(zhì)量流速技術(shù)的超臨界W型火焰鍋爐設(shè)計(jì)制造技術(shù)，技術(shù)上趨于成熟。表1是已運(yùn)行的幾臺(tái)600MW級(jí)超臨界W型火焰鍋爐的主要運(yùn)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(yùn)行性能Tab.比較項(xiàng)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(jià)/（mgin''）禍爐熱效今/%右，但W型火焰鍋爐實(shí)際運(yùn)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(shè)置上層燃盡風(fēng)，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(xì)度，使煤粉細(xì)度及90控制在6%以內(nèi)，因此制粉系統(tǒng)電耗相對(duì)較高，廠用電率達(dá)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(huì)加劇之外，高溫過熱器、再熱器管壁溫度會(huì)達(dá)到600°C以上，進(jìn)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(yán)重。而循環(huán)流化床鍋爐由于向爐內(nèi)加入石灰石進(jìn)行脫硫，因此，在受熱面區(qū)域不會(huì)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(tái)該型號(hào)鍋爐安裝在白馬CFB示范電站，鍋爐結(jié)構(gòu)如所示，鍋爐運(yùn)行性能參數(shù)見表2.白馬CFB示范電站600 MW鍋爐結(jié)構(gòu)Fig.際運(yùn)行表明，該爐型在燃用難燃貧煤時(shí)，技術(shù)性能穩(wěn)定，具有燃燒效率高、S2及NOx排放值低等優(yōu)點(diǎn)，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(yùn)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(shù)bookmark3電力建設(shè)bookmark4 MWCFB鍋爐的運(yùn)行實(shí)績看，大型CFB鍋爐燃用無煙煤時(shí)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(fù)荷可低至30%BMCR，S2及NOx排放值也更容易達(dá)到更為嚴(yán)格的國家排放標(biāo)準(zhǔn)9.表2白馬CFB示范電站600MW鍋爐運(yùn)行參數(shù)Tab.鍋爐運(yùn)行參數(shù)設(shè)i丨值運(yùn)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?qū)��?yīng)于工質(zhì)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(zhì)量流速（500~700kg/ s））和制造工藝簡單的一次上升垂直管圈構(gòu)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(shù)為進(jìn)一步提高無煙煤CFB鍋爐的燃燒效率，國家計(jì)思想，即在傳統(tǒng)CFB鍋爐基礎(chǔ)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(yàn)臺(tái)上對(duì)3種典型的無煙煤（陽泉煤、陽城煤、龍巖煤）進(jìn)行了高溫型CFB燃燒試驗(yàn)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(shí)，試驗(yàn)煤種飛灰含碳量可較燃燒溫度890C時(shí)降低5.79% ~9.09%，相應(yīng)燃燒效率提高1.54%~3.58%.1050C條件下燃燒無煙煤，能夠保證運(yùn)行的安全穩(wěn)定，不會(huì)發(fā)生結(jié)焦現(xiàn)象。

　　在試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)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(guān)系Fi.4Relationbetweencombust高溫型600 MW超臨界（TB鍋爐結(jié)構(gòu)Fi. 6個(gè)旋風(fēng)分離器，分2組布置在爐膜兩側(cè)，設(shè)有6臺(tái)高溫型外置床。爐膜設(shè)計(jì)床溫為950~970°C，因?yàn)樵谶@一溫度范圍內(nèi)NOx +N2O的排放值最小，同時(shí)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(huì)相應(yīng)增加至約450mg/m3，需要在爐膜出口處設(shè)置相對(duì)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(jià)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(shè)計(jì)參數(shù)。

　　表3高溫型600 MW超臨界CFB鍋爐的主要設(shè)計(jì)性能參數(shù)供爐設(shè)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(jié)論W型火焰鍋爐燃用無煙煤時(shí)燃燒性能優(yōu)于煤粉鍋爐，技術(shù)較為成熟，但爐膜出口NOx濃度較高；同時(shí)燃用中、高硫無煙煤時(shí)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(fù)荷低的特點(diǎn)，輔之以選擇性非催化還原脫硝技術(shù)，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(shì)，可作為無煙煤鍋爐的優(yōu)先選擇。

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