
1 超临界CFB锅炉的技术特点
循环流化床(CFB)锅炉技术在过去的10多年中已达到了电站燃煤锅炉的容量水平,目前国际上已运行的CFB锅炉的最大容量为300MW,安装于美国佛罗里达州Jacksonville的JEA电厂,国内也已有7台采用国外技术设计制造的300MwCFB锅炉投运,国产330MCFB锅炉正在研发中[1]。
超临界CFB锅炉同时兼备CFB锅炉清洁燃烧和超临界锅炉的优点,具有良好应用前景,是洁净煤发电技术的进一步选择。超临界CFB锅炉具有较高的机组发电效率,脱硫运行成本比煤粉炉尾部烟气脱硫(FGD)低50以上,而投资与煤粉炉加FGD持平。在NOx排放方面,超临界CFB锅炉在不需要采用其它技术措施条件下,可将NOx排放值减至200mg/m3。以下,低于国内目前采用超细粉再燃技术的600MW机组燃用褐煤的煤粉炉的NOx排放最低值243mg/m3。另外,和具有高发电效率的先进的整体煤气化联合循环(IGCC)发电技术相比,在电厂的复杂性、可靠性、投资成本等方面,超临界CFB锅炉也具有明显的优势。
由于CFB锅炉炉内截面热负荷(~3.5MW/㎡。)和燃烧温度(850℃~900℃)较低,且沿炉高分布均匀,炉内热流密度低于煤粉炉,热流密度较高区域对应于工质温度最低的炉膛下部(图1)[2],水冷壁管内出现膜态沸腾(DNB)和蒸干(DRO)现象的可能性大为减小,因此,可以采用较小的质量流量((500~700)kg/(㎡·s))和较为简单的一次上升垂直管。水冷壁的工质采用低质量流速流动方式时,可降低垂直管屏内的压力损失,减小辅机的能量消耗。已有的研究表明,低质量流速的流动具有的低阻力特性,可使工质在低负荷的亚临界区具有自然循环特性。
超临界参数锅炉的技术关键是水冷壁,CFB锅炉水冷壁由于灰颗粒的冲刷而较为清洁,无积灰和结渣,具有较好的传热性能,有利于避免发生两类传热危机。螺旋管管圈与垂直管屏水冷壁为目前的主流技术,为避免CFB锅炉炉内边壁下降颗粒流对管壁的磨损,要求管子的布置要平行于烟气和固体物料的流动方向,因此超临界CFB锅炉的水冷壁须采用垂直管屏结构。
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