超临界循环流化床锅炉的发展

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  • 更新时间2018-05-21
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  摘要:本文简述了超临界循环流化床锅炉的发展现状,浅析了超临界循环流化床锅炉的关键性技术的研究进展,并提出了对超临界循环流化床锅炉的研发建议,以期为我国超临界循环流化床锅炉的发展提供借鉴。


  关键词:超临界;循环流化床锅炉;发展


  【中图分类号】TK229.2【文献标识码】A【文章编号】2236—1879(2017)16—0178—01


  前言:超临界循环流化床锅炉技术,作为一种新型的燃煤发电技术,具有高效清洁的显著特点。该技术有效结合了超临界蒸汽循环技术以及循环流化床锅炉燃烧技术的技术优势。循环流化床锅炉日益呈现出超临界化的发展趋势。


  一、超临界循环流化床锅炉的发展现状


  1、国外超临界循环流化床锅炉的发展现状。对于循环流化床锅炉技术,国际研究发展速度极快。波兰的一家电厂Lagisza在2009年成功研制出460MW的紧凑式超临界循环流化床锅炉,并成功将之投入市场运营生产。该锅炉主要采用了FW公司的相关技术。以此为基础,FW公司对超临界循环流化床锅炉技术继续进行研发,并联合相关公司研究了800MW的超超临界循环流化床锅炉。


  ALSTOM公司,对超临界循环流化床锅炉的研究,采用模块化放大进行相关设计工作。该公司在2005年,对600MW的超临界循环流化床锅炉成功完成了相关的概念设计,对于炉膛结构,主要是“双支腿”设计。


  2、国内超临界循环流化床锅炉的发展现状。对于600MW的超临界循环流化床锅炉技术,我国的相关锅炉厂家以及各大高校均对之进行了相关研究与科学设计,其研究涵盖诸多关键技术,成果喜人。例如,我国哈尔滨的锅炉公司与清华大学进行科研合作,在2004年对800MW的超临界循环流化床锅炉提出了相关的概念设计,该设计的炉膛结构,也是“双支腿”设计。我国上海锅炉厂与中科院进行科研合作,对600MW的超临界循环流化床锅炉提出了相关的设计方案,该方案中炉膛冷水壁结构设计采取全膜式壁。


  二、超临界循环流化床锅炉关键技术研究进展


  1、水冷壁及水动力计算的研究进展。超临界循环流化床锅炉的水冷壁设计通常采用的相关技术是Benson垂直管屏直流技术,其水冷壁管通常采用具有特殊的优化结构的管径较大且具有内螺纹的管道。


  2、炉内气固流动研究进展。在循环流化床锅炉的炉膛之中,炉内气固之间进行强烈混合,对于炉内固体颗粒以及相关气相之间的质量传递以及热量传递具有极为有利的影响;能实现对炉内燃烧以及受热面之间传热狀态的有效改善,极其有利于炉内燃烧,对于锅炉的操作运行极为有利。超临界循环流化床锅炉内部受热面具有极为复杂的布置情况,因此,要对炉膛尺寸进行慎重选择,对受热面进行科学合理的布置。采用模拟试验的方式对炉内气固的流动特性进行研究,在准确性上不占优势。当前,对于炉内气固的流动特性进行研究,大多采用的方式是数值模拟计算。


  3、受热面布置研究进展。在循环流化床锅炉中,当锅炉容量出现增加时,其炉内需增加对受热面的布置,并科学研究受热面的布置形式以及具体面积。相关研究,通过对锅炉在实际运行过程中的相关数据进行研究分析,得出以下结果,炉膛的水冷壁,在吸热方面,存在较小的偏差,锅炉处于满负荷的运行状态时,其水冷壁出口的蒸汽温度存在的偏差最大为17℃,其中隔墙出口的蒸汽温度存在的偏差最大为28℃,相对于设计值,都过度偏小。


  三、超临界循环流化床锅炉技术研发建议


  超临界循环流化床锅炉技术,要加强其对燃煤的高效利用,并增强其清洁性。要重点增强其节能减排优势。笔者对该技术的研发,提出以下建议,以期为该技术的良好发展提供借鉴。


  (1)要加强对该技术的深入分析研究,明确该技术在燃煤发电领域的技术定位,对于各种燃煤,诸如挥发性较低的无烟煤、水分含量较高的褐煤以及各种煤矸石等热值较低的燃料进行重点研究,对该锅炉技术的研发目标进行科学合理的确定。使其相对于使用常规煤粉的超临界相关锅炉,具有更高的锅炉工作效率,并大幅度减少污染物的排放量,有效增强各类技术指标的综合竞争优势。对于无烟煤的燃烧使用,要确保该技术锅炉热效率在91%以上。


  (2)相对于等级为300MW的超临界循环流化床锅炉,等级为600MW的同类锅炉,其炉膛界面是300MW锅炉的1.5倍以上。当前,对于该类锅炉的炉内燃烧所具有的特性以及相关传热规律,还没有清晰明确的了解和掌握。只有准确掌握该类锅炉的炉膛热负荷的变化规律以及其二维分布的特征,才能科学合理地对该类锅炉的热循环回路进行布置。这也是研发600MW的该类锅炉的关键。


  (3)该类锅炉的水冷壁设计无法采用螺旋管圈技术,其水冷壁采用的是垂直管圈。要对该类锅炉的水动力的特点进行重点研究,遵循“安全、经济”等原则,对质量流速进行科学合理的确定,对于在特殊工况下,有效保障水冷壁传热的安全性相关问题进行深入研究。要积极吸收国外相关机构的优秀研究成果和先进技术,对该类锅炉的水动力相关特点以及安全校核的相关问题进行深入研究。


  (4)大力推动该类锅炉配套辅机的选型设计工作,加强相关技术的有效研发,诸如燃料破碎机、风机等。要完善配套辅机的相关技术设计,避免产生相关风险。


  (5)应致力于采用先进的脱硫工艺大幅度提高脱硫效率,对有效提高石灰石的利用效率的技术措施进行深入研究。应致力于大幅度降低烟尘的排放质量浓度,增强该类锅炉的环保效果,对于各种除尘器进行科学的选型设计,加强相关技术的有效研发。


  四、结语


  我国对能源的消耗量巨大,尤其是消耗大量的燃煤。这样的能源消费结构相对不合理,但短期难以转变。当前,我国致力于建设能源节约型社会,大力推进节能减排。为大幅度提高燃煤发电的效率,提高火电技术水平,发展超临界循环流化床锅炉已经是大势所趋。因此,我国要对该类锅炉技术的发展状况进行动态关注,相关企业和科研机构要加强研究力度,积极引进先关的经验技术,深入研究水冷壁、水动力计算、炉内气固的流动特性等关键技术,有效促进我国该类锅炉技术的良好发展。


  作者:吴振斌