循環(huán)流化床鍋爐發(fā)展概況及前景展望-2019年文檔

循環(huán)流化床鍋爐發(fā)展概況及前景展望1研究背景能源是人類賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，縱觀人類社會(huì)發(fā)展的歷史，人類文明的每一次重大進(jìn)步都伴隨著能源的改進(jìn)與更替[]，[]，[]。隨著人類社會(huì)能源消費(fèi)的高速增長(zhǎng)，能源對(duì)人類經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的制約和對(duì)資源環(huán)境的影響越來越明顯，已成為當(dāng)今國(guó)際政治、經(jīng)濟(jì)、軍事、外交關(guān)注的焦點(diǎn)。改革開放以來，我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)快速發(fā)展，離不開有力的能源保障，目前我國(guó)已成為世界第二大能源生產(chǎn)與消費(fèi)國(guó)、第一大煤炭生產(chǎn)與消費(fèi)國(guó)、第二大石油消費(fèi)國(guó)及石油進(jìn)口國(guó)、第二大電力生產(chǎn)國(guó)。在經(jīng)濟(jì)全球化深入發(fā)展和我國(guó)現(xiàn)代化加快推進(jìn)的大背景下，能源直接關(guān)系經(jīng)濟(jì)發(fā)展、國(guó)家安全和民族根本利益。因此，認(rèn)清我國(guó)的能源形勢(shì)、合理選擇能源發(fā)展戰(zhàn)略及采取有效的政策措施成為十分重要的問題。我國(guó)能源資源總量比較大，其中水能和煤炭較為豐富，蘊(yùn)藏量分別居世界第1和第3位；而優(yōu)質(zhì)化石能源相對(duì)不足，石油和天然氣資源的探明剩余可采儲(chǔ)量目前僅列世界第13和第17位。但由于人口眾多，我國(guó)各種能源資源的人均占有量都遠(yuǎn)低于世界平均水平。在現(xiàn)有的煤燃燒方式中，煤粉燃燒技術(shù)及循環(huán)流化床燃燒技術(shù)是實(shí)現(xiàn)了大型化和商業(yè)化應(yīng)用的潔凈煤燃燒技術(shù)，并大量應(yīng)用于電站鍋爐領(lǐng)域[].[]。煤粉鍋爐由于其爐內(nèi)煤粉可以和空氣充分混合，且煤粉顆粒的比表面積大，在燃燒過程中，煤粉顆?？梢耘c空氣充分混合，其燃燒效率可達(dá)85%以上，熱損失較低；設(shè)備檢修成本低、損壞消耗周期短，極易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制；但同時(shí)存在諸多問題，如煤粉顆粒吸濕形成塊狀后容易爆燃，爐內(nèi)溫度高容易結(jié)焦，易產(chǎn)生氮氧化物，復(fù)合調(diào)節(jié)性差，煤質(zhì)要求高，鍋爐點(diǎn)火時(shí)需要較高的爐膛溫度等問題。相對(duì)煤粉鍋爐，流化床鍋爐爐料顆粒尺寸相對(duì)較大，由于流化風(fēng)的作用，顆粒在爐膛內(nèi)懸浮燃燒，其燃燒溫度低于煤粉燃燒溫度，一般為800-900C,氮氧化物生成量低，且尾氣處理效果好。相比其他燃燒方式，有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：（1）相比層燃鍋爐具有較高的燃燒效率。燃料經(jīng)給料口進(jìn)入循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)行燃燒，由于爐膛內(nèi)燃燒溫度較低，部分未燃盡的燃料顆粒隨流化風(fēng)的作用進(jìn)入煤粉燃燒區(qū)，該區(qū)域的溫度較高，燃料顆粒可以得到充分的燃盡，而煤粉燃燒部分的燃燒效率本身就很高；而在層燃鍋爐中，燃料定在爐排上，燃燒過程是垂直向下進(jìn)行，燃燒強(qiáng)度低，同時(shí)無法保證燃料完全燃盡，其燃燒效率一般在70%左右，嚴(yán)重低于流化床鍋爐的燃燒效率；爐中，燃料（2）燃料適用性強(qiáng)。流化床鍋爐可以穩(wěn)定的燃燒劣質(zhì)煤，而在煤粉鍋爐內(nèi)劣質(zhì)煤很難運(yùn)行，采用復(fù)合燃燒可以保證在鍋爐下部形成一個(gè)穩(wěn)定的熱源，強(qiáng)化劣質(zhì)煤燃燒；同時(shí)，傳統(tǒng)煤粉鍋爐的點(diǎn)火方式為先用油、氣或等離子點(diǎn)火，對(duì)鍋爐爐膛先行預(yù)熱，當(dāng)達(dá)到煤粉燃燒溫度后再噴入煤粉，而復(fù)合燃燒下部流化床鍋爐熱源作用，使得煤粉鍋爐在點(diǎn)火過程變得相對(duì)簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì)。3）鍋爐運(yùn)行變負(fù)荷能力強(qiáng)。按照鍋爐爐膛容積設(shè)計(jì)流化床鍋爐負(fù)荷和煤粉鍋爐負(fù)荷比例，本文按照1：9的比例設(shè)計(jì)。當(dāng)煤粉鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，需要投油穩(wěn)燃，消耗大且運(yùn)行效率極低，當(dāng)負(fù)荷低于50%時(shí)，煤粉鍋爐一般很難運(yùn)行。而復(fù)合燃燒有效的改善了鍋爐運(yùn)行負(fù)荷范圍。當(dāng)鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，可先由流化床鍋爐運(yùn)行，隨著復(fù)合的提高，煤粉鍋爐在投入運(yùn)行，這樣在保證鍋爐運(yùn)行效率的前提下，極大的擴(kuò)大了鍋爐運(yùn)行符合范圍。（4）大幅降低鍋爐自用電量。一般的煤粉鍋爐前配置磨煤機(jī)，需將煤磨至90卩m磨煤機(jī)一般采用機(jī)械力對(duì)煤塊進(jìn)行反復(fù)碾壓，將煤塊進(jìn)行破碎變成煤粉，直到煤粉達(dá)到指定粒度為止。而復(fù)合燃燒中流化床鍋爐對(duì)煤粉粒度的要求相對(duì)寬松，一般為0-10mm最大粒徑可達(dá)50mm這樣可大大降低磨煤機(jī)耗電量，即較大幅度的降低鍋爐自用電量。（5）有效降低煙氣污染物對(duì)大氣的污染。流化床鍋爐可以采用摻燒石灰石、生石灰等脫硫劑的形式，在爐內(nèi)使硫元素與脫硫劑充分反應(yīng)，方便經(jīng)濟(jì)的實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)脫硫。同時(shí)，由于流化床鍋爐爐內(nèi)較低的燃燒溫度，有效的抑制熱力型氮氧化物的生成。2發(fā)展概況1979年芬蘭的Ahlstrom公司研發(fā)并于芬蘭Pihlava投運(yùn)了一臺(tái)20t/h循環(huán)流化床鍋爐，其標(biāo)志著全球循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)正式商業(yè)化。隨后德國(guó)Lurgi公司、德國(guó)B&W公司、美國(guó)FW公司分別按照市場(chǎng)需求，分別研制了各具特點(diǎn)的循環(huán)流化床鍋爐。近些年，循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展。目前，在我國(guó)1064家鍋爐制造企業(yè)中，有近70%生產(chǎn)流化床鍋爐；其中231家A級(jí)鍋爐（含A級(jí)鍋爐部件）制造企業(yè)，有近90%生產(chǎn)流化床。目前，比較典型的循環(huán)流化床鍋爐主要有以下幾種：（1）以原芬蘭Ahlstrom公司研制的Pyroflow型循環(huán)流化床鍋爐。該爐型是目前世界上運(yùn)行數(shù)量最多的爐型，采用高循環(huán)倍率和高溫旋風(fēng)分離器，頂部設(shè)置“Q”型過熱器，回料口底部不設(shè)置物料換熱器；其結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單。（2）以德國(guó)魯齊公司設(shè)計(jì)并冠名的Lurgi型循環(huán)流化床鍋爐。該爐型在原芬蘭Ahlstrom公司研制的Pyroflow型循環(huán)流化床鍋爐基礎(chǔ)上，在旋風(fēng)分離器的回料閥處加裝了外置流化床換熱器，有助于控制火床溫度，強(qiáng)化了爐內(nèi)物料的燃燒和傳熱控制，但其系統(tǒng)較為復(fù)雜，運(yùn)行成本較高。（3）以美國(guó)F.W?公司設(shè)計(jì)并冠名的F.W.型循環(huán)流化床鍋爐。該爐型融合了上述兩種爐型的成功經(jīng)驗(yàn)，并應(yīng)用了大量的自主研發(fā)的專利技術(shù)：汽（水）冷分離器，方形分離器以及爐膛一體化成型技術(shù)，INTREX循環(huán)灰換熱器等。（4）以德國(guó)Babcock和VKW公司聯(lián)合開發(fā)的Cirofluid型循環(huán)流化床鍋。該爐型采用中溫分離并設(shè)置兩級(jí)分離裝置，其中第二級(jí)分離器布置于過熱器后，并在爐膛上部布置部分對(duì)流受熱面，降低了鍋爐的生產(chǎn)成本，目前主要應(yīng)用于中低容量的循環(huán)流化床鍋爐。（5）以美國(guó)巴威公司生產(chǎn)并冠名的巴威內(nèi)循環(huán)循環(huán)流化床鍋爐該爐型采用初級(jí)慣性分離和末級(jí)旋風(fēng)分離相結(jié)合的方式，其中初級(jí)槽型分離器安裝在爐膛出口內(nèi)，使分離出來的飛灰在爐膛內(nèi)實(shí)現(xiàn)循環(huán)，這樣降低了分離器的運(yùn)行負(fù)擔(dān)，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。3前景展望目前國(guó)際上循環(huán)流化床鍋爐正逐步朝著大型化、大容量、高參數(shù)、模塊化方向迅猛發(fā)展。其發(fā)展方向是超臨界參數(shù)循環(huán)流化床鍋爐。由于流化床技術(shù)和超臨界技術(shù)都是相對(duì)成熟的技術(shù)，兩者結(jié)合形成超臨界循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)可實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，從環(huán)保和能效上實(shí)現(xiàn)雙突破，特別是鍋爐制造企業(yè)以及大專院校已著手開展相關(guān)研究。Stein公司已完成了600MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計(jì)[]；ABB-CE公司正在積極策劃超臨界循環(huán)流化床鍋爐的示范工程；浙江大學(xué)劉靜等依據(jù)國(guó)內(nèi)外循環(huán)流化床取得的成果，給出了1臺(tái)600MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計(jì)方案[];清華大學(xué)從機(jī)理上對(duì)循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)行了分析，提出“定態(tài)理論”，并通過對(duì)電廠發(fā)電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性研究和超臨界循環(huán)流化床機(jī)組相關(guān)問題的探討，完成了600MW和800MWef環(huán)流化床鍋爐的概念設(shè)計(jì)及水冷壁水動(dòng)力、壁溫等設(shè)計(jì)計(jì)算；