孙献斌——无烟煤CFB锅炉开发研究及工程应用

1、无烟煤无烟煤CFBCFB锅炉锅炉的的研研究开发及工程应用究开发及工程应用孙献斌孙献斌中国华能清洁能源技术研究院中国华能清洁能源技术研究院20112011年年1212月月5 5日日堔堔圳圳主要内容主要内容一一.无烟煤发电技术无烟煤发电技术二二.无烟煤无烟煤CFB锅炉的工程应用锅炉的工程应用三三.高温型高温型CFB锅炉的研究锅炉的研究四四.600MW无烟煤超临界无烟煤超临界CFB锅炉锅炉五五.应用前景应用前景中国无烟煤预测储量为4740 亿吨，占全国煤炭总资源量的10%;年产量4.6 亿吨,占我国原煤产量的15%。山西省占31%，河南省占20%，贵州省占11%。山西省的无烟煤 阳泉无烟煤(WY3)

2、,年轻无烟煤（发热量和灰熔点高，中低灰分和中低硫分，具有的代表性。 阳城无烟煤(WY2），属中年无烟煤.为晋城矿区储量超过100亿吨的大型矿，为较理想的典型无烟煤,较阳泉煤难磨，干燥无灰基挥发分低于阳泉煤.福建龙岩无烟煤,典型的年老无烟煤（WY1），属最难燃的无烟煤之一，全省无烟煤储量占煤炭总储量的97%以上，对无烟煤的开发利用要求也最为迫切。Vdaf=3.5%一一. .无烟煤发电技术无烟煤发电技术我国典型无烟煤我国典型无烟煤 名称 符号单位贵州无烟煤京西无烟煤福建无烟煤江西西茶无烟煤水分 Mt%5.42.363.2灰分 Aar %14.0815.2427.5130.82干燥无灰基挥发分Vda

3、f %7.086.755.976.1碳Car%75.477.9660.8661.71氢Har%2.3611.261.2氧Oar %1.193.053.021.92氮Nar %1.170.280.560.43硫Sar %0.390.180.790.72低位发热量Qnet.arMJ/kg28.4425.8021.6321.39kcal/kgkcal/kg6803617251745117反应指数RI408559439539燃尽指数Cb8.4529.4415.7832.98燃烧分布特性曲线西茶煤-无烟煤Vdaf=6.1%;开远煤-褐煤,Vdaf=52.7%;合山煤-贫煤, Vdaf=13.54%;联营

4、煤-贫煤, Vdaf=21.02%;电站锅炉燃用无烟煤的技术难题电站锅炉燃用无烟煤的技术难题 挥发分含量低且挥发分析出温度高挥发分含量低且挥发分析出温度高, ,释放速度慢，着火温释放速度慢，着火温度很高（度很高（800800900900）, ,不容易着火和燃尽不容易着火和燃尽 锅炉点火启动和低负荷运行时稳燃困难，要掺烧助燃油才锅炉点火启动和低负荷运行时稳燃困难，要掺烧助燃油才能稳定燃烧能稳定燃烧（珞璜珞璜360MW360MW W W炉冷态启动用油炉冷态启动用油(70(7080)t/80)t/次次,ZP,ZP电厂电厂100MW PC100MW PC炉炉,90%BRL,90%BRL需投油需投油）

5、无烟煤的无烟煤的PCPC锅炉飞灰含碳量高达锅炉飞灰含碳量高达10%10%左右甚至更高左右甚至更高, ,使使300MW300MW和和600MW600MW主力发电机组燃用无烟煤的锅炉热效率达不主力发电机组燃用无烟煤的锅炉热效率达不到同类机组水平到同类机组水平, ,是长期困扰我国电力工业的技术难题。是长期困扰我国电力工业的技术难题。 如何使电站锅炉安全经济地燃烧无烟煤等难燃煤种如何使电站锅炉安全经济地燃烧无烟煤等难燃煤种, ,是电是电力工业迫切需要解决的课题。力工业迫切需要解决的课题。 W W火焰锅炉火焰锅炉国外公司提出采用国外公司提出采用W W火焰锅炉燃用无烟煤火焰锅炉燃用无烟煤, ,但应用后但应

6、用后效果不佳。效果不佳。飞灰可燃物高的问题没有明显改善，多数在飞灰可燃物高的问题没有明显改善，多数在10%10%15%15%之间之间。特别是特别是V Vdafdaf8%,8%,并无新的建树并无新的建树反而带来了反而带来了NOxNOx排放值高的新问题排放值高的新问题, NOx, NOx排放值约排放值约1000mg/m1000mg/mn n3 3左右左右，YQYQ电厂电厂1 1、2 2号炉高达号炉高达1900mg/m1900mg/mn n3 3 采用新型燃烧器后改进后采用新型燃烧器后改进后NOxNOx为为845mg/m845mg/mn n3 3 (HIT) (HIT)即使采用即使采用SCRSCR等

7、尾部烟气脱硝技术，相当部分机组等尾部烟气脱硝技术，相当部分机组NOxNOx最终排放仍然较难达到最新国家燃煤电厂排放最终排放仍然较难达到最新国家燃煤电厂排放标准要求标准要求( (小于小于200 mg/m200 mg/mn n3 3) )。电 厂燃烧形式容量(MW)Vdaf(%)热效率(%)Cfh(%)Nox(mg/Nm3)BMLR(%BMCR)备 注华能岳阳电厂W火焰锅炉36012.4(7.9)88.518(18.76)130055炉膛有结渣华能珞磺电厂W火焰锅炉36014.389.8792052松藻无烟煤山西阳城电厂W火焰锅炉3508891519150071晋东南无烟煤聊城电厂W火焰锅炉600

8、10.590710110050阳泉无烟煤炉膛有结焦大唐阳城电厂W火焰锅炉600911(DS=7.14)91810晋东南无烟煤LHV=23.7MJ/kg,2007投运越南山洞电厂高温CFB1108.1990.55.4914930北江无烟煤930分宜发电厂CFB33010.590.36.1314028西茶无烟煤，900W W火焰火焰锅炉与锅炉与CFBCFB锅炉的比较锅炉的比较分宜分宜100MWCFB100MWCFB锅炉锅炉,2003,2003年年6 6月月投运投运, ,设计燃用西茶无烟煤设计燃用西茶无烟煤2 2110MW CFB110MW CFB锅炉出口至越南山洞电锅炉出口至越南山洞电厂厂,201

9、1,2011年年1 1月投入运行月投入运行, ,燃用北江无燃用北江无烟煤烟煤二二. .无烟煤无烟煤CFBCFB锅炉的工程应用锅炉的工程应用10越南山洞电厂越南山洞电厂2110MW CFB锅炉锅炉H H型整体结构型整体结构, 2011, 2011年年1 1月投入试运行月投入试运行取得了重油点火和燃用越南无烟煤的经验取得了重油点火和燃用越南无烟煤的经验 名称 符号设计煤种煤种无烟煤水分Mt(%)8灰分Aar (%)31干燥无灰基挥发分Vdaf (%)8.1碳 Car (%)53.72氢 Har (%)0.98氧 Oar (%)3.7氮 Nar (%)1.7硫 Sar (%)0.9低位发热量 LHV

10、Qnet.ar(MJ/kg)18.464(4417kcal/kg)越南山洞电厂无烟煤越南山洞电厂无烟煤CFBCFB锅炉运行参数锅炉运行参数 b=930 Cfh=5.49%,SO2=245mg/Nm3, NOX=149mg/Nm3 100MWCFB不带CHE，Hf= 36m，Cfh=12% 210MW CFB带CHE， Hf= 36m Cfh=8-9% 330MW CFB 带CHE， Hf= 39m Cfh=6%分宜系列炉型的经验分宜系列炉型的经验 将炉膛燃烧温度提高到传统将炉膛燃烧温度提高到传统CFBCFB床温床温920920以上，强化炉内燃以上，强化炉内燃烧过程，但床温应低于灰的软化温度（烧

11、过程，但床温应低于灰的软化温度（t t1 1）1 15050以上，以以上，以避免结焦避免结焦 通过合理布置受热面、设置外置床及控制循环灰量等技术，通过合理布置受热面、设置外置床及控制循环灰量等技术，使锅炉在各种负荷下（尤其低负荷下）均能保持较高的床温使锅炉在各种负荷下（尤其低负荷下）均能保持较高的床温, ,提高燃烧效率提高燃烧效率。 采用炉内采用炉内+ +炉外二级脱硫技术，使炉外二级脱硫技术，使SOSO2 2满足最新排放标准要求满足最新排放标准要求（ 小于小于100 mg/m100 mg/mn n3 3）。 可加置简单的可加置简单的SCRSCR或或SNCRSNCR脱硝脱硝, ,使使NONOX

12、X满足更为严格排放标准满足更为严格排放标准要求要求 目前高温型目前高温型CFBCFB已不仅是一个概念，已不仅是一个概念，CERICERI已有越南山洞电厂已有越南山洞电厂110MWCFB110MWCFB锅炉的工程实践，希望能在此基础上进一步大型化锅炉的工程实践，希望能在此基础上进一步大型化三三. .高温型高温型CFBCFB锅炉的研究锅炉的研究燃烧效率提高燃烧效率提高 将CFB锅炉运行床温将达到1000左右，其对于难燃无烟煤的燃烧效率和燃烧稳定性大幅提高。 如果能使其飞灰可燃物小于7.5%，燃烧效率可达97%以上，在现有水平上提高3%左右。 先进的污染物排放指标先进的污染物排放指标 采用二级脱硫技

13、术，SO2满足最新排放标准要求； 采用SCR或SNCR技术，NOx排放浓度可低于100mg/mn3。 -新环保标准只有欧洲现行标准的一半,堪称世界最严,电力行业称为“9 级地震加海啸”,新标准是发电成本增加,发电企业面临环境与成本的两难困境.应研究新的技术.火电成本和环境友好的合理选择火电成本和环境友好的合理选择. .有利于有利于CFBCFB锅炉紧凑化设计锅炉紧凑化设计, ,和向更高参数发展和向更高参数发展 由于传热温差大(现有技术EHEmax=680),可减小外置床尺寸。瓦基莎460MW CFB锅炉参数(27.5MPa/560 /580 )高温高温CFBCFB锅炉燃用难燃无烟煤的技术特点锅炉

14、燃用难燃无烟煤的技术特点四四. 600MW. 600MW无烟煤超临界无烟煤超临界CFBCFB锅炉的研究锅炉的研究燃烧温度与飞灰含碳量关系燃烧温度与飞灰含碳量关系燃烧温度与燃烧效率关系燃烧温度与燃烧效率关系燃烧温度与脱硫效率关系燃烧温度与脱硫效率关系已开展的研究工作已开展的研究工作1.1.难燃无烟煤的难燃无烟煤的CFBCFB锅炉高锅炉高温燃温燃烧烧特性研究特性研究（85085010501050）阳泉煤阳泉煤阳城煤阳城煤870870与与970970的燃尽特性比较的燃尽特性比较 龙岩煤龙岩煤试验研究结果用于试验研究结果用于600MW600MW高温型高温型CFBCFB 锅炉方案设计锅炉方案设计920-

15、1050 不同煤种根据其燃尽特性曲线选择床温不同煤种根据其燃尽特性曲线选择床温-Cb燃尽指数燃尽指数C Cb b和床温的关系和床温的关系C Cb b燃尽特性燃尽特性16.5极难16.5-9.6难9.6-6.0中等6.0-2.2易2.2极易核心内容之一核心内容之一 ( (为什么要增氧？为什么要增氧？)-)-针对大型针对大型CFBCFB锅炉炉膛锅炉炉膛中心区普遍严重缺氧从而降低燃烧效率的情况，结合中心区普遍严重缺氧从而降低燃烧效率的情况，结合4MW 4MW CFBCFB试验台与试验台与135MW CFB135MW CFB锅炉，研究改善炉膛中心区缺氧的锅炉，研究改善炉膛中心区缺氧的新方法，开发具有自

16、主知识产权的炉膛中心供氧新技术，新方法，开发具有自主知识产权的炉膛中心供氧新技术，实现炉内氧量场实现炉内氧量场的增氧的增氧，为无烟煤，为无烟煤600MW CFB600MW CFB锅炉的高效锅炉的高效燃用提供技术保障。燃用提供技术保障。02468101200.20.40.60.81前墙 后 墙炉膛深度( x / X )截面 O2 %标高：2 2 . 6标高：2 6 . 5标高：1 7 . 22.2.无烟煤无烟煤CFBCFB锅炉炉内锅炉炉内增氧技术增氧技术开发开发中心增氧技术在中心增氧技术在4MWCFB4MWCFB台的试验台的试验研究研究高温高温型气动型气动外置外置床床研究研究高温高温型型旋风分离

17、器等关键部件旋风分离器等关键部件研究高温状态下研究高温状态下CFBCFB锅炉炉内传热特性和水动力特性，掌锅炉炉内传热特性和水动力特性，掌 握热力计算和水动力计算方法握热力计算和水动力计算方法3.600MW3.600MW难燃无烟煤难燃无烟煤CFBCFB锅炉关键技术开发锅炉关键技术开发Compact ash-flow splitting Heat exchanger (CHE)-源于源于CERI的设计风格的设计风格External Heat Exchanger (EHE)-源于欧洲的设计方法源于欧洲的设计方法25分宜工程验证的气动外置床的性能分宜工程验证的气动外置床的性能CHECHE调节再热汽温调

18、节再热汽温动态响应时间短，调节动作后一动态响应时间短，调节动作后一般需要般需要2 24min4min可达到目标值可达到目标值全负荷过程维持较高床温水平全负荷过程维持较高床温水平, ,有利于燃尽和脱硫有利于燃尽和脱硫带外置床的带外置床的CFBCFB锅炉锅炉, ,最低稳燃负荷最低稳燃负荷30%BMCR30%BMCR高温型旋风分离器需要研究的问题高温型旋风分离器需要研究的问题中心筒的悬吊结构改进研究中心筒的悬吊结构改进研究- -挂钩式的设计挂钩式的设计中心筒材料的耐热性能中心筒材料的耐热性能- -材料制约现有技术材料制约现有技术尽量缩短中心筒尽量缩短中心筒高温下循环灰的团聚现象高温下循环灰的团聚现象

19、4.600MW4.600MW难燃无烟煤难燃无烟煤CFBCFB锅炉设计与工程应用研究锅炉设计与工程应用研究H H型布置型布置 H-shaped layout in configuration6 6个气动外置床个气动外置床 six Compact splitting heat exchanger6 6个旋风分离器个旋风分离器 six cyclones with 8.5m diameter placed on both sides of its furnace 垂直管圈水冷壁垂直管圈水冷壁 Water wall with vertical-tube单炉膛（床体稳定性好）单炉膛（床体稳定性好） ope

20、n furnace紧凑化设计研究紧凑化设计研究Compact design research当前我国电力工业已进入大机组时代当前我国电力工业已进入大机组时代，20102010年末，已投运的年末，已投运的1000MW1000MW机组机组3131台。台。CFBCFB锅炉的大型化的近期目标是设计开发锅炉的大型化的近期目标是设计开发600MW 600MW 级超临界参数级超临界参数CFBCFB锅锅炉机组。炉机组。随着环保排放标准的提高，环保对电力供应能力发展的约束越来越大，随着环保排放标准的提高，环保对电力供应能力发展的约束越来越大，CFBCFB锅炉锅炉发电技术应进一步提高热效率和降低污染物排放水平，发电技术应进一步提高热效率和降低污染物排放水平，以应对中国以应