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2021-11-02 17:07来源:华北电力大学技术转移转化中心关键词:循环流化床600MW华电技术转移转化中心收藏点赞
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大型循环流化床(CFB)机组因其具有炉内脱硫、混合燃烧、超大惯性等特性,自动控制运行一直是需要解决的难题。在国家科技支撑计划等项目的支持下,开展超临界CFB锅炉机组关键控制运行技术研发,取得了创新性研究成果。深度研究分析CFB锅炉燃烧延迟特性,创造性地将炉内大量未燃尽的炭量构造为“即燃炭”信号,推导出炉内当前时刻发热量,将该信号引入燃料量、总风量和给水流量控制回路中,将常规“燃料量-负荷”平衡发展为“即燃炭-负荷”平衡,将常规给水流量回路“煤水比”控制发展为基于“即燃炭”的“热水比”控制,研发形成了世界首台600MW超临界CFB锅炉的自动控制系统,解决了机炉协调控制、燃烧控制、主蒸汽温度调节、给水控制等技术难题,在机组精准跟踪电网AGC负荷调节指令的同时,量的大幅波动,有效解决了CFB直流锅炉煤水比精准控制和负荷自动调节等世界性难题,被国际能源署认定为循环流化床锅炉发展的标志性事件,技术达到国际领先水准。
成果介绍
1、发现了超临界CFB物料浓度三维分布规律和水冷壁热流二维分布规律;揭示出大型CFB床面流化均匀性和稳定性机理;提出了超临界CFB的水动力设计导则和低质量流率水循环解决方案;发现了大型CFB中NOx生成与控制的独特机制,并提出了深度低氮排放途径;将CFB的认识从一维发展到三维、从静态发展到动态,完整地揭示了超临界CFB锅炉原理,国际上首次建立了超临界CFB锅炉整套设计理论和计算模型,创新形成了超临界CFB关键技术体系。
2、开发了超临界CFB锅炉整体布置技术、性能计算技术;创建了超临界CFB全逆流热力流程;发明了纵流式外置换热器、多循环回路非均匀布置、低质量流率一次上升垂直水冷壁、非连续双面受热水冷壁等关键部件的专利结构和专有工艺,第一次实现了垂直管水冷壁在超临界CFB下的正响应特性;率先研制出世界上容量最大、参数最高的600MW超临界CFB锅炉。
3、研发了系列的辅机技术,形成了系统集成技术;提出了描述CFB动态特征量的“即燃碳”理论和软测量方法并用于控制系统,实现了汽温的精准控制和机组负荷自动快速调节;开发了基于机理模型的600MW超临界CFB机组仿真机;形成了超临界CFB安装、调试技术;建设了世界首台600MW超临界CFB示范工程,创建了600MW超临界CFB锅炉安全运行技术体系。
示范工程锅炉运行最大连续蒸发量1903t/h,热效率91.52%,锅炉原始排放浓度NOx为112mg/m3、SO2为192mg/m3(S=2.5%,脱硫效率97.12%,Ca/S为2.07),综合厂用电率5.57%,各项指标均优于亚临界CFB和国外的超临界CFB。
相关研究成果发表在国际知名期刊Applied Energy上,实现循环流化床锅炉机组的变负荷范围运行在额定负荷的30-100%,变负荷速率提升至额定负荷的2.7%/min,负荷调节速率超过了电网对CFB机组负荷调节的要求,实现了循环流化床机组的灵活控制。
刘吉臻院士团队以此技术为基础,研发形成大型循环流化床锅炉机组先进控制技术,先后在多台300MW及以上大型CFB机组进行了推广应用,取得了良好的效果。技术实施后,实现CFB机组掺烧30%煤泥的基础上,主要参数能在合理波动范围内,变负荷速率能长期稳定在1.7%/min。
奖项等级
华北电力大学排名:第4
奖种、等级:国家科学技术进步奖 一等奖(2017年度)
研究成果相关技术《600MW超临界循环流化床锅炉关键技术研究与应用》2015年获得教育部高等学校科学研究优秀成果一等奖;《600MW超临界循环流化床锅炉技术开发与工程示范》2015年获得中国电力科学技术一等奖;《600MW超临界循环流化床锅炉技术开发、研制与工程示范》获得2017年国家科技进步一等奖。
获授权发明专利33项、实用新型70项、软件著作权6项;论文234篇。
项目同时实现了CFB锅炉从亚临界到超临界的参数突破、300MW到600MW的容量跨越。专家鉴定意见认为:“该项目成果完全自主开发,关键技术创新性显著,研究成果达到国际领先水平”。
成果团队
主要完成人:吕俊复,徐鹏,肖创英,胡昌华,聂立,苏虎,马怀新,陈英,刘吉臻,杨海瑞,胡修奎,郑兴胜,李星华,杨冬,岳光溪
主要完成单位:清华大学,东方电气集团东方锅炉股份有限公司,神华集团有限责任公司,华北电力大学,中国电力工程顾问集团西南电力设计院有限公司,四川白马循环流化床示范电站有限责任公司,浙江大学,神华国能集团有限公司,四川电力建设三公司,中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司
目前团队正在承担660MW超超临界CFB发电机组控制系统技术研究与工程示范。
基于项目创新成果,开发了系列超临界CFB锅炉,国内推广使用解决了劣质燃料的高效清洁利用问题。提高了我国CFB锅炉的国际竞争力,全球市场占有率超过95%,创造了巨大的经济效益和社会效益。
项目实现了国际燃烧界把CFB发展到600MW超临界的梦想,国际能源组织认为是国际CFB燃烧技术发展的标志性事件,是洁净煤燃烧技术领域中国对世界的贡献。
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