超临界循环流化床锅炉技术应用讲座

《超临界循环流化床锅炉技术应用讲座》由会员分享，可在线阅读，更多相关《超临界循环流化床锅炉技术应用讲座（102页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、超临界锅炉技术讲座 山西电力科学研究院2015年2月 山西电力科学研究院 主要内容 一 前言二 超临界机组锅炉技术特点三 超临界锅炉的典型事故案例13个四 半干法脱硫技术现状和存在问题五 SNCR脱销技术应用的案例分析六 新技术 新工艺出现的重大事故七 超低排放技术改造有哪些技术问题应重视 超临界锅炉 白正刚 各位同行 大家好 下面我就超临界锅炉技术和相关内容进行介绍 一 前言 我国以煤为主的一次能源结构难以根本改变 因此 在技术经济适宜的条件下 采用超 洁净煤燃烧技术 电联产及多联供 是形成低投入 低消耗 低排放和高效率的节约型电力工业的发展方式 以超临界机组 整体煤气化联合循环和多联产技术

2、为代表的洁净煤发电技术是当前和今后电力发展提高效率 降低二氧化碳排放的重要途径 超临界机组是最成熟也已大量采用的技术 国际上超临界 超超临界技术总体上属上世纪80 90年代技术 1992年我国首次整套引进超临界机组 国产化消化制造技术 我国超 超 临界机组发展步入快车道 据不完全统计 到2014年底我国已投产运行超临界机组 总量已超全世界同类机组总容量的一半 根据国家发改委要求 60万kW级超临界机组已是常规燃煤火电机组建设的最低门槛 拟建在建机组均为超临界或超超临界机组 100万kW级机组则均为超超临界机组 我国的火力发电技术已经进入了超临界和超超临界时代 超临界机组 白正刚 主要内容 一

3、临界点 是怎么回事二 超临界 是什么意思 三 超临界锅炉和直流锅炉是一回事吗四 超临界锅炉有什么优势五 直流锅炉的技术特点六 国产超临界循环流化床锅炉主要特点 一 临界点 是怎么回事 水在加热过程中存在一个状态点 临界点低于临界点压力 从低温下的水加热到过热蒸汽的过程中要经过汽化过程 即经过水和水蒸汽共存的状态 而如果压力在临界压力或临界压力以上时 水在加热的过程中就没有汽水共存状态而直接从水转变为蒸汽 临界点的主要影响参数是压力 水的临界点压力为22 115MPa 一 临界点 水和汽之间的区别仅在于分子间距离 水和汽之间的区别仅仅是分子间距离分子间距离在一定距离范围内就称为水分子间距离超过这

4、个界限就称为汽 水和蒸汽没有区别的状态是怎样的 压力越高 水蒸汽分子间的距离和液体水分子间的距离的差距越小从而使得水和水蒸汽之间的物性差别随着压力升高越来越小直至达到临界压力时 水和水蒸汽没有差别 在同一温度下 要么全部是水 要么全部为气 其实是很 稠密 的蒸汽 相变点 在压力达到22 1MPa时 汽化潜热为零 汽和水密度差为零 该压力为临界压力 水在该压力下加热到374 15 即为蒸汽 该温度为临界温度 即相变点 水在相变过程 最大比热容区 汽水性质剧变 超临界压力 水变成蒸汽的温度即为相变点温度 随着压力的增加 相变点温度增加 超临界锅炉的优势 朗肯循环热效率随主蒸汽压力 温度的升高而提高

5、 超临界压力机组比亚临界机组热效率提高2 3 部分超临界机组运行经济指标统计数据 微观解释 临界或超临界压力下 温度较低时 水分子之间的距离紧密 处于液态水的状态 随着温度的升高 分子动能增大 分子间距离逐渐变大 宏观上看就是水的体积膨胀 或比容增大 当达到临界温度时 分子之间的距离大于液体水分子之间距离的上限 则水在这瞬间就全部由水变成了蒸汽 之后的加热过程中 水蒸汽温度升高 分子间距离继续增大 宏观上水蒸气体积膨胀 比容变大 二 超临界 是什么意思 当流体的压力和温度超过一定的值 临界点 时 流体会处于一种介乎于液态和气态的中间态 称为超临界态 对锅炉来说 主蒸汽压力超过 大于 临界点压力

6、 22 12MPa 的工况炉内蒸汽温度不低于593 或蒸汽压力不低于31MPa被称为超超临界 三 超临界锅炉和直流锅炉是一回事吗 超临界锅炉 从压力上分类直流锅炉 从有无汽包分类超临界锅炉一定是直流锅炉直流锅炉不一定是超临界锅炉 可以是亚临界或以下压力锅炉 直流炉可以适用于任何压力 但如果压力太低 则不如自然循环锅炉 所以一般应用在P 16MPa的锅炉上 当然超 超 临界参数锅炉必须采用直流型式 循环倍率 超临界压力锅炉水冷壁出口蒸汽干度为 亚临界压力汽包锅炉水冷壁出口蒸汽干度为 超高压汽包锅炉水冷壁出口蒸汽干度为 四 超临界锅炉有什么优势 一 热效率高 节约燃料朗肯循环热效率随主蒸汽压力 温

7、度的升高而提高 超临界压力机组比亚临界机组热效率提高2 3 10年前2003年度全国超临界机组运行经济指标统计数据 五 直流锅炉的技术特点 1 取消汽包 能快速启停 与自然循环锅炉相比 直流炉从冷态启动到满负荷运行 变负荷速度可提高一倍左右 2 压力适应性广 适用于亚临界和超临界以及超超临界压力锅炉 3 金属耗量少 锅炉本体金属消耗量最少 锅炉重量轻 一台300MW自然循环锅炉的金属重量约为5500t 7200t 相同等级的直流炉的金属重量仅有4500t 5680t 一台直流锅炉大约可节省金属2000t 加上省去了汽包的制造工艺 使锅炉制造成本降低 4 水泵压头高 水冷壁的流动阻力全部要靠给水

8、泵来克服 这部分阻力约占全部阻力的25 30 所需的给水泵压头高 既提高了制造成本 又增加了运行耗电量 5 需要专门的启动系统 直流锅炉启动时约有30 额定流量的工质经过水冷壁并被加热 为了回收启动过程的工质和热量并保证低负荷运行时水冷壁管内有足够的重量流速 直流锅炉需要设置专门的启动系统 而且需要设置过热器的高压旁路系统和再热器的低压旁路系统 加上直流锅炉的参数比较高 需要的金属材料档次相应要提高 其总成本不低于自然循环锅炉 6 需要汽水分离器 系统中的汽水分离器在低负荷时起汽水分离作用并维持一定的水位 在高负荷时切换为纯直流运行 汽水分离器作为通流承压部件 7 需要较高的质量流速 为了达到

9、较高的质量流速 必须采用小管径水冷壁 这样 不但提高了传热能力而且节省了金属 减轻了炉墙重量 同时减小了锅炉的热惯性 8 热惯性小 水冷壁的金属储热量和工质储热量最小 即热惯性最小 使快速启停的能力进一步提高 适用机组调峰的要求 但热惯性小也会带来问题 它使水冷壁对热偏差的敏感性增强 当煤质变化或炉内火焰偏斜时 各管屏的热偏差增大 由此引起各管屏出口工质参数产生较大偏差 进而导致工质流动不稳定或管子超温 9 流动阻力大 为保证足够的冷却能力和防止低负荷下发生水动力多值性以及脉动 水冷壁管内工质的重量流速在MCR负荷时提高到2000 s 以上 加上管径减小的影响 使直流锅炉的流动阻力显著提高 6

10、00MW以上的直流锅炉的流动阻力一般为5 4MPa 6 0MPa 10 汽温调节 汽温调节的主要方式是调节燃料量与给水量之比 辅助手段是喷水减温或烟气侧调节 由于没有固定的汽水分界面 随着给水流量和燃料量的变化 受热面的省煤段 蒸发段和过热段长度发生变化 汽温随着发生变化 汽温调节比较困难 11 容易发生水动力不稳定 低负荷运行时 给水流量和压力降低 受热面入口的工质欠焓增大 容易发生水动力不稳定 由于给水流量降低 水冷壁流量分配不均匀性增大 压力降低 汽水比容变化增大 工质欠焓增大 会使蒸发段和省煤段的阻力比值发生变化 直流锅炉的水动力特性 水动力不稳定性脉动热偏差 水动力不稳定性 多值性

11、当蒸发受热面进出联箱两端压差一定的条件下 管内可能出现多种不同的流量 即水动力特性出现多值性 这样的流动特性就是不稳定的 流量小的管子 管内对流换热系数小 冷却差 管壁温度高 有可能造成受热面超温损坏 水动力不稳定性的影响因素 水冷壁工质入口焓值压力热负荷 工质入口焓值的影响 水冷壁进口工质热焓大于1256 04kJ kg后 水动力不稳定性减弱但低负荷及高加切除后 水冷壁入口焓值降低 出现不稳定性 锅炉热负荷的影响 锅炉热负荷越高 水动力不稳定性越弱因此 防止水动力不稳定性对锅炉安全的影响 尤其在低负荷和启动时要注意 脉动 在管屏两端压差相同 当给水量和流出量总量基本不变的情况下 管屏里管子流

12、量随时间作周期性波动 这种现象称为管间脉动 整体脉动屏间脉动管间脉动 最为多见 管屏两端压差相同的情况下 管屏间管子中的有些流量在增加 另外一些管子的流量减少同一根管子 给水量随时间作周期性波动 蒸发量也随时间作周期性波动 它们的波动相位差为180 脉动是不衰减的对于垂直上升管屏 也有管间脉动现象发生 且对脉动更敏感 更加严重 脉动的特点 脉动的原因 第一瞬间 热负荷的突增 使该处汽量增多 汽泡增大 局部压力升高 将其前 后工质分别向管圈进 出口两端推动 因而进口水流量减少而出口蒸汽量增加第二瞬间 由于局部压力升高 相应的饱和温度也高 每千克水加热到沸点的吸热量也增加 蒸汽产量下降 而此时进水

13、量少而排出工质多 局部压力接着降低 增加了管子进口压力与局部压力间的压差 因而进水量又增加 与此同时 排出的蒸汽量也减少 脉动危害 发生这种管间脉动时 热水段 蒸发段 过热段都在作周期性波动 在交界处附近壁温周期性变化 最大波动甚至达到150 因而使管子产生疲劳破坏 消除脉动的措施 增大管内工质质量流量 w增大热水段阻力 加节流圈 采用逐步扩大的管径 省煤器采用较小管径 压力升高可减少脉动 故在低负荷及启动时要保证足够的启动流量和启动压力并保持燃烧工况的稳定性及炉内温度尽可能均匀 以防止发生脉动 12 水冷壁可灵活布置 水冷壁可灵活布置 可采用螺旋管圈或垂直管屏水冷壁 采用螺旋管圈水冷壁有利于

14、实现变压运行 13 热偏差影响大 超临界压力直流锅炉水冷壁管内工质温度随吸热量而变 即管壁温度随吸热量而变 因此 热偏差对水冷壁管壁温度的影响作用显著增大 热偏差的危害 直流锅炉工质在水冷壁中全部蒸发 热偏差会对传热恶化造成很大的影响 因为水冷壁出口工质温度已过热 所以水冷壁热偏差对水冷壁管子及过热器安全有很大的影响 不可忽视超临界压力时 工质不存在恒定的饱和温度 偏差管工质温度差别更高 热偏差 锅炉的其他受热面都是由许多并联管子组成 其中每根管子的结构 热负荷和工质流量大小不完全一致 工质焓增也就不同 这种现象称为热偏差 热偏差系数 减小受热不均匀 螺旋管圈的优势所在 减小结构不均匀加节流圈

15、 垂直管屏UP直流炉 增大管内工质质量流量 w 消除及减轻热偏差的措施 14 存在传热恶化的可能 变压运行的超临界参数直流炉 在亚临界压力范围和超临界压力范围内工作时 都存在工质的热膨胀现象 在亚临界压力范围内可能出现膜态沸腾 在超临界压力范围内可能出现类膜态沸腾 15 启停速度受汽机限制 启停速度和变负荷速度受过热器出口集箱的热应力限制 但主要限制因素是汽轮机的热应力和胀差 16 给水品质要求高 直流锅炉要求的给水品质高 要求凝结水进行100 的除盐处理 例如 蒸汽中铜铁 二氧化硅等固形物的溶解度是随着蒸汽比重的减少而增大 因而 在超临界压力下 即使温度不高 铜铁 二氧化硅等固形物的溶解度也

16、很高 为防止蒸发受热面和汽机叶片上结垢 超临界锅炉需100 凝结水精处理 除盐和除铁 17 控制系统复杂 控制系统复杂 调节装置的费用较高 汽温调节困难 汽温调节的主要方式是调节燃料量与给水量之比 辅助手段是喷水减温或烟气侧调节 由于没有固定的汽水分界面 随着给水流量和燃料量的变化 受热面的加热段 蒸发段和过热段长度发生变化 汽温随着发生变化 汽温调节比较困难 六 国产超临界锅炉主要特点 1 采用 型布置形式 2 螺旋管圈水冷壁 采用前后墙对冲燃烧方式 采用新型低氮旋流燃烧器 采用回转式空气预热器 采用直吹式制粉系统 采用轴流式风机 1 采用 型布置形式 型布置是传统普遍采用的方式 烟气由炉膛经水平烟道进入尾部烟道 在尾部烟道通过各受热面后排出 其主要优点是锅炉高度较低 尾部烟道烟气向下流动有自生吹灰作用 各受热面易于布置成逆流形式 对传热有利等 六 国产超临界锅炉主要特点 1 超临界锅炉采用循环流化床2 取消了启动循环泵 高温型 价格昂贵 3 未见有效的全厂失电锅炉受热面超温的保护措施和设备 4 配置了管式预热器 5 配置了半干法脱硫系统6 配置了SNCR脱销系统7 基本未见成熟的运