超超临界循环流化床锅炉炉型及关键技术研究-北极星火力发电网

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在我国当前及未来的几十年内，煤炭仍然是我国的主要能源，洗选加工、分级按质利用是煤炭高效清洁利用的主要途径，煤炭的洗选加工，将产生大量的煤泥、煤矸石、洗中煤等低热值煤副产品。“十二五”末我国原煤平均入洗率为65%左右，全国每年产生可用于发电的煤泥、煤矸石、洗中煤等低热值煤达到6~8亿吨以上。根据国家能源局《煤炭清洁高效利用行动计划(2015-2020年)》的要求，到2020年，全国原煤入选率达到80%以上，煤泥、煤矸石及洗中煤等低热值煤产量将大幅提高，低热值煤炭的综合利用宜采取分类利用原则，热值较低的煤矸石直接填埋绿化或用于生产利废建材，热值较高的煤矸石(>1200kcal/kg)和煤泥、洗中煤主要应用于发电。

循环流化床(以下简称“CFB”)发电技术是近三十年来发展起来的洁净煤发电技术之一，该技术以其良好的燃料适应性、低成本炉内高效脱硫抑氮等优越性能得到了较快发展，同时为劣质煤及洗煤废物规模化利用开辟了路径。2013年4月，随着我国完全自主知识产权的世界首台600MW超临界CFB示范机组成功投运[3]，我国超临界CFB技术达到世界领先水平，并得到了广泛的推广应用，截止到2017年2月，国内已投产的超临界CFB机组达到了13台。超临界CFB发电技术引领了世界CFB技术的发展，对电力产业技术升级和装备水平提升起到了积极的作用。2015年12月2日，李克强总理在主持召开国务院常务会议时，决定“全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造”，要求“新建电厂平均煤耗低于300g/kWh”。但是目前国内现役CFB机组(包括已投产的超临界CFB机组)与上述要求仍存在一定差距(见表1)。因此，很有必要进一步提高蒸汽参数，并研发建设超超临界CFB机组，进一步提高效率，降低能耗，继续引领世界CFB技术的发展水平。

1、超超临界CFB技术研发进展

机组的蒸汽参数是决定机组热经济性的重要因素，提高蒸汽参数是提高发电机组效率的有效方法。从目前国内各大主机厂的生产和供货情况来看，汽轮机和发电机的参数和容量均已达到较高水平，为进一步发展CFB发电技术，并抢占市场制高点，国内外科研机构和各大锅炉制造厂商相继开展了超超临界CFB锅炉的研发，包括清华大学、中国华能集团清洁能源技术研究院等科研单位和美国FosterWheeler、法国ALSTOM、东方锅炉厂、哈尔滨锅炉厂、上海锅炉厂等锅炉制造商。

1.1清华大学

清华大学开展了简约型超超临界CFB锅炉方案设计，蒸汽参数为26.15MPa/603℃/605℃。锅炉采用M型布置方式，设置单布风板，有效避免了裤衩腿炉膛结构可能带来的“翻床”以及一次风机压头过高的问题，可有效降低厂用电，简化运行操作。锅炉无外置式换热器，设置了4个直径为10.85m的旋风分离器，在保证分离器的分离效率不受影响的同时，使锅炉的结构更加紧凑，有利于降低锅炉造价。

1.2中国华能集团清洁能源技术研究院(CERI)

CERI开展了蒸汽温度700℃的350MW(蒸汽参数：36.8MPa/705℃/737℃)先进超超临界CFB锅炉的研究工作，在已投运的330MW和600MWCFB锅炉设计制造及工程经验的基础上，对先进超超临界(AUSC)350MWCFB锅炉进行了设计研究，形成了蒸汽温度为700℃的350MW超超临界CFB锅炉技术方案，锅炉采用紧凑型气动换热床，共布置有四级过热器，再热器系统分三级布置。

1.3美国FosterWheeler(FW)公司

美国FosterWheeler设计制造的韩国三陟4×550MW超超临界CFB锅炉已投产运营，同时该公司牵头合作研发的800MW超(超)临界紧凑型CFB锅炉(30.9MPa/604℃/621℃)目前已有概念设计，其机组效率可达45%。

1.4法国ALSTOM公司

ALSTOM公司为法国电力公司(EDF)设计了1台600MW(27.6MPa/602℃/602℃)超超临界CFB锅炉[9]，采用优化的高温旋风分离器和外置式换热器，相比于同等规模传统CFB电站能够减少6%的燃料消耗和CO2排放。

1.5中国三大锅炉制造厂

2016年7月，由神华国能集团牵头，联合国内科研院所和三大锅炉厂等机构共同参与研发的国家重点研发计划项目“超超临界循环流化床锅炉技术研发与示范”成功立项，并计划在“十三五”期间实施。本项目拟建设一台660MW高效超超临界CFB示范机组，并同时实现低成本的超低排放，能耗方面接近或达到同等容量煤粉锅炉机组能耗水平(预期指标见表2所示)。目前国内三大锅炉厂针对常规超超临界和高效超超临界CFB锅炉方案均已开展研发工作，并形成了初步的设计方案。

2、超超临界CFB锅炉炉型方案

2.1东锅超超临界CFB锅炉炉型方案

东锅提出了三种超超临界参数方案：常规超超临界参数(26~28MPa/605℃/603℃)、高效超超临界参数(29.3MPa/605℃/623℃)、二次再热参数(32.4MPa/605℃/623℃/623℃)(概念设计)，并针对超超临界CFB锅炉提出了多种炉型方案。方案为：沿用白马600MW超临界CFB锅炉的单炉膛双布风板整体布置型式，锅炉两侧共布置6个汽冷式旋风分离器，6台外置式换热器(详见图1)，炉内布置中隔墙和高过，6个外置式换热器内分别布置中温过热器I、中温过热器Ⅱ和高温再热器，尾部采用单烟道，布置有低过、低再及省煤器(详见图2)。其他方案还有：单炉膛四分离器M型布置炉型、单炉膛八分离器H型布置炉型和环形炉膛炉型方案。同时为实现超低排放，东锅开发了高效二次风技术，该技术可实现NOx原始排放浓度低于50mg/Nm3，并已在投产的350MW超临界CFB锅炉上得到了验证，将进一步为研发和制造超超临界CFB锅炉提供参考。

2.2哈锅超超临界CFB锅炉炉型方案

哈锅提出了双炉膛、6个蜗壳式汽冷分离器、H型布置的炉型方案(详见图3)。每个炉膛结构尺寸与目前已投产的350MW超临界CFB锅炉炉膛相当，单布风板，每个炉膛设置3个汽冷式旋风分离器和3个外置式换热器。炉内布置高过，外置式换热器内分别布置中温过热器Ⅰ、中温过热器Ⅱ和再热器(详见图4);尾部采用单烟道，布置有低过、低再及省煤器。两个炉膛对一个尾部烟道，尾部烟道受热面垂直两侧墙布置。在锅炉设计上采用低料位运行、风机合理选型、分离器优化和余热深度利用技术，进一步降低能耗，并通过锅炉脱硫脱硝一体化耦合技术、深度脱硫脱硝，实现锅炉低排放的效果。此方案水动力系统相对简化，受热面布置灵活、方便，无“翻床”问题，可降低厂用电，但是投资略有增加，两个炉膛的床温偏差、汽温偏差、烟气量和烟温偏差控制要求更高。此外，哈锅还开发了单布风板、单炉膛、4个蜗壳式分离器M型布置方案。

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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