2010/10/19 15:36:00
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内容摘要:增压循环流化床锅炉的蒸汽-燃气联合循环发电系统
常压循环流化床锅炉中,燃料是在处于常压或接近于常压的炉膛中进行燃烧的,而在增压循环流化床锅炉中,燃料是在炉膛压力为0.8~1.6MPa的条件下燃烧的。由于传热系数是与烟气密度近似成正比的,如炉膛压力增加10倍。锅炉换热面积可减小8倍。因此,增压循环流化床锅炉的体积要比常压的小得多。此外,增压也有利于强化燃烧过程,可提高燃烧效率。
因此,开发研制增压锅炉型蒸汽-燃气联合循环发电系统是国际上解决高效洁净利用煤炭发电技术的研究热点。其中,研制该系统中最为关键的部件——燃煤增压流化床锅炉尤为研究重点。
由于增压循环流化床锅炉比常压循环流化床锅炉和增压鼓泡流化床锅炉所具有的下列一系列优点,蒸汽-燃气联台循环必然向燃煤增压循环流化床锅炉型蒸汽-燃气联合循环方向发展。首先,常压循环流化床锅炉的炉膛截面热强度一般为3MW/㎡,增压鼓泡流化床锅炉的为10MW/㎡。(炉膛压力为1.5MPa),而增压循环流化床锅炉的可达40MW/㎡(炉膛压力为l.5MPa)。在相同容量下,增压循环流化床锅炉因炉膛截面热强度大,其炉膛截面积以及包容锅炉的压力容器尺寸均要比增压鼓泡流化床锅炉的小。由于占地面积小,更便于向大型化发展。在环保方面,增压鼓泡流化床锅炉的
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排放值为140~280mg/m³,
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比为2时的脱硫效率为95%,而增压循环流化床锅炉的
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排放值为70mg/m³,
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比为2时的脱硫效率为95%。因此,增压循环流化床锅炉具有更好的环保性能,特别在部分负荷运行时。此外,在变负荷性能、燃烧效率、维护检修等方面,增压循环流化床锅炉也均优于增压鼓泡流化床锅炉。
国外对增压循环流化床锅炉型蒸汽-燃气联合循环的开发工作始于20世纪80年代的
中后期。Ahlstrom公司在其l989年建成的增压循环流化床实验台的试验基础上,开发了容量为80MW的增压循环流化床蒸汽-燃气联合循环发电系统。随后,日本的Pyropower
公司等完成了容量为350MW的这种发电系统的设计。该设计中.蒸汽参数为16.9MPa,
566℃/566℃,锅炉炉膛压力为l.2MPa。在该设计中,由于循环流化床锅炉炉膛温度不能高于900℃,固而燃气轮机进口烟温只有870℃,其循环供电效率为41%左右。为了提高燃气轮机进口烟烟气温度以便增加循环供电效率,在其新一代设计中增加了气化炉和前置燃烧室装置,其发电系统示意如图8-58所示。
由图8-58可见,压气机输出的高压空气一部分送到内置循环流化床锅炉的压力容器中,使锅炉炉膛增压,另一部分输入增压循环流化床气化炉中,使加入炉中的燃料和脱硫剂进行部分燃烧、气化并脱硫。气化炉生成的粗煤气经旋风分离器和过滤器除尘后送入顶罩燃烧室,和输入的压缩空气混台燃烧(补燃),使同时进入燃烧室的、由锅炉排出的烟气温度提高到能与先进燃气轮机相匹配的程度(1200~1300℃),这样可以增加燃气轮机的发电比例及发电效率。此后,这一补燃增温后的高温烟气输入燃气轮机做功并带动发电机发电,再由燃气轮机排出,经余热回收后南烟囱排出。气化炉排出的半焦和旋风分离器、过滤器排出的颗粒经输焦系统输入循环流化床锅炉燃烧,生成的烟气经旋风分离器和加热对流受热面中的工质一起后流往烟气过滤器除尘。除尘后的清洁烟气在顶置燃烧器增温后输入燃气轮机做功发电。这一新的增压循环流化床锅炉型联合循环发电系统可将供电效率由41%提高到47%,已由Ahlstrom公司完成了容量为150MW的
发电系统设计。此系统中的增压循环流化床锅炉的特点为无外置式换热器,增压气化炉采用增压循环流化床形式。
图8-59所示为Foster Wheeler公司开发的新一代增压循环流化床锅炉型蒸汽-燃气联合循环发电系统示意。这一方案也采用了气化炉和补燃技术,其特点为循环流化床锅炉具有外置式换热器,且过热器和再热器均布置在其内。
其增压气化炉采用增压喷流鼓泡床形式此外,锅炉炉膛采用高过量空气系数运行,顶置燃烧室中不需另加清洁空气。
在这一发电系统中,增压循环流化床锅炉的炉膛压力为1.6MPa,压缩空气进入温度为300℃,以便冷却压力容器的壳体。炉膛温度为870℃。
上述两种发电系统的供电效率在燃气轮机进气温度大于1300℃及蒸汽参数采用超临界压力,二次中间再热时均可超过50%。
LLB公司在1991年起也建立了增压循环流化床锅炉实验台并进行了大量试验工作。现已设计了容量为80MW的增压循环流化床锅炉型蒸汽-燃气联合循环发电系统。其设计表明,将炉膛、旋风分离器和尾部对流烟道分别安装在三个压力容器中要比安装在一个压力容器中好,前者使压力容器空间利用率大为提高、可减少投资、提高制造质量和缩短制造周期。此外,该公司进行的大量试验工作也证明了增压循环流化床锅炉在效率、环保、负荷调节等方面均优于增压鼓泡流化床锅炉。
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