潔凈煤技術(shù)第06章增壓流化床燃燒

1、第六章 增壓流化床燃燒(PFBC)技術(shù)第一節(jié) 概 述流化床技術(shù)是二十世紀(jì)20年代德國(guó)人發(fā)明的，當(dāng)時(shí)是作為化工領(lǐng)域的一項(xiàng)新技術(shù)。由于在流化床中，物料能劇烈地混合并充分接觸從而可加快化學(xué)反應(yīng)的速度，因而逐步得到了廣泛的應(yīng)用。到60年代，流化床開(kāi)始被應(yīng)用于燃燒過(guò)程。增壓流化床的概念是由Raymond Hoy在1969年提出的，當(dāng)時(shí)在英國(guó)Leatherhead，英國(guó)煤炭利用研究協(xié)會(huì)(British Coal Utilization Research Association)的實(shí)驗(yàn)室建立了第一臺(tái)增壓流化床燃燒(PFBC)試驗(yàn)裝置。發(fā)展增壓流化床燃燒(PFBC)的主要推動(dòng)力是此項(xiàng)技術(shù)具有組成燃煤聯(lián)合循環(huán)的

2、潛力，從而在提高發(fā)電效率的同時(shí)還能使硫和氮的氧化物的排放滿足環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。目前，應(yīng)用此技術(shù)已能節(jié)省燃料10%15%。今后15年內(nèi)，還可以進(jìn)一步節(jié)省燃料15%25%，降低污染物排放也具有不斷改進(jìn)的潛力，不但能滿足現(xiàn)在的環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)，也能滿足今后對(duì)發(fā)電系統(tǒng)提出的越來(lái)越嚴(yán)格的排放要求。鑒于PFBC在節(jié)能和環(huán)保兩方面的巨大發(fā)展?jié)摿?，世界各?guó)竟相開(kāi)展對(duì)此技術(shù)的研究。繼Leatherhead的實(shí)驗(yàn)室裝置之后，英國(guó)又建了兩臺(tái)試驗(yàn)裝置。其后，美國(guó)、德國(guó)、瑞典、芬蘭、波蘭、南非、日本等國(guó)也建立了多臺(tái)實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的裝置。自70年代中期開(kāi)始，英國(guó)、美國(guó)、德國(guó)、瑞典在實(shí)驗(yàn)室研究基礎(chǔ)上，先后進(jìn)行了PFBC的中間試驗(yàn)(工業(yè)化試

3、驗(yàn))的研究，相繼建立了幾套中試裝置。我國(guó)也于1981年開(kāi)始實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的研究，從1991年開(kāi)始，在江蘇徐州賈汪電廠建設(shè)一座發(fā)電功率為15MW的增壓流化床燃燒聯(lián)合循環(huán)(PFBC-CC)發(fā)電中試電站，即將建成投運(yùn)。從90年代開(kāi)始，瑞典ABBCarbon公司開(kāi)始推出歷經(jīng)15年，花費(fèi)2億美元開(kāi)發(fā)的鼓泡床型PFBC商業(yè)示范裝置，包括P200和P800兩種容量。五套P200型PFBC裝置先后在瑞典的Vartan電站(兩套)，美國(guó)的Tidd電站，西班牙的Escatron電站以及日本的Wakamatsu電站投運(yùn)。這四座PFBC-CC商業(yè)示范電站。經(jīng)過(guò)幾年成功地調(diào)試運(yùn)行，普遍認(rèn)為ABB的P200型PFBC已開(kāi)始進(jìn)

4、入商業(yè)應(yīng)用階段。1996年，ABBCarbon又在德國(guó)得到一臺(tái)P200型PFBC訂貨，用于對(duì)Cottbus電站的改造項(xiàng)目。ABB的P800型PFBC正在為日本的Karita電站制造，計(jì)劃在1999年內(nèi)投入商業(yè)運(yùn)行。此外在日本，三菱重工(MHI，Mitsubishi Heavy Industries)制造的一臺(tái)80MWePFBC和日立(Hitachi)公司制造的兩臺(tái)250 MWe PFBC裝置，將分別在Tomatoatsuma電站和Osaka電站投運(yùn)。目前得到商業(yè)應(yīng)用的第一代PFBC采用的是增壓鼓泡流化床(PBFB)技術(shù)。為開(kāi)發(fā)效率更高，環(huán)保性能更好的PFBC聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，借鑒于常壓流化床應(yīng)

5、用中獲得的循環(huán)床型優(yōu)于鼓泡床型的經(jīng)驗(yàn)，80年代中期以來(lái)，芬蘭、瑞典和德國(guó)又先后建立了增壓循環(huán)流化床(PCFB)中試裝置。PCFB目前尚處在中試階段。標(biāo)志著用煤的部分氣化加前置燃燒來(lái)提高燃?xì)廨啓C(jī)的入口溫度，從而提高整個(gè)循環(huán)效率的第二代PFBC技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)，也正進(jìn)入中試階段，美國(guó)能源部(DOE)也在美國(guó)阿拉巴馬州Wilsonville建立了第二代PFBC裝置。今天，PFBC已成為潔凈煤技術(shù)(CCT)中最有發(fā)展前途和最具商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力的先進(jìn)技術(shù)之一。第二節(jié) 增壓流化床燃燒聯(lián)合循環(huán)(PFBCCC)發(fā)電技術(shù)的原理和類(lèi)型流化床燃燒可以在常壓狀態(tài)下工作，也可以在加壓(616個(gè)大氣壓)狀態(tài)下工作，后者稱(chēng)為增壓

6、流化床燃燒(PFBC)，根據(jù)流化床的工作流速不同，又可分為增壓鼓泡流化床和增壓循環(huán)流化床兩種類(lèi)型。一、增壓鼓泡流化床(PBFB)在PBFB中，經(jīng)過(guò)破碎的煤(尺寸最大為6mm)以及脫硫劑(石灰石或白云石，尺寸最大為3mm)加入流化床內(nèi)，加壓空氣通過(guò)布風(fēng)板進(jìn)入燃燒室，從而使床層內(nèi)的不同粒度的顆粒狀床料處于懸浮和旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，上下進(jìn)行著激烈的翻滾，空氣和加入的煤進(jìn)行激烈的燃燒反應(yīng)，床層反應(yīng)溫度控制在850900范圍以?xún)?nèi)。燃燒產(chǎn)生的煙氣中含的SO2和加入流化床內(nèi)的石灰石(或白云石)反應(yīng)生成CaSO4，該反應(yīng)過(guò)程能除去煙氣中90%95%的S02。在流化床中，由于煤的濃度很低(床料中，煤量?jī)H為1%2%，主要由

7、顆粒狀的煤灰渣，脫硫劑等非可燃物質(zhì)組成)，每一個(gè)顆粒燃料都能被赤熱的惰性物料所包圍，并且和助燃劑(空氣)接觸條件很好，因此燃燒過(guò)程并不顯著地受煤質(zhì)的影響，在常規(guī)鍋爐中不易穩(wěn)定燃燒的劣質(zhì)煤，在流化床中也能夠穩(wěn)定燃燒，因此流化床鍋爐可以使用范圍寬廣的各種燃料。尤其是增壓流化床，它的床層工作深度可達(dá)3.5m4.0m，顆粒燃料和脫硫劑在床內(nèi)的停留時(shí)間更長(zhǎng)，反應(yīng)氣體在流化床內(nèi)的停留時(shí)間也比常壓流化床長(zhǎng)56倍，因此能取得很高的燃燒和脫硫效率。燃燒產(chǎn)生的部分熱量，通過(guò)安置在流化床內(nèi)的埋管和水冷壁，使流經(jīng)受熱面的水得到加熱，產(chǎn)生蒸汽，通過(guò)蒸汽透平膨脹作功發(fā)電。離開(kāi)燃燒室的加壓燃?xì)猓?jīng)過(guò)高溫除塵以后，進(jìn)入燃?xì)廨?/p>

8、機(jī)膨脹作功，驅(qū)動(dòng)空氣增壓需要的空氣透平壓縮機(jī)，多余的功發(fā)電向外輸出電力。因此該電站是由燃?xì)夂驼羝麅刹糠窒到y(tǒng)組成的發(fā)電過(guò)程，稱(chēng)之為增壓流化床燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)(PFBC-CC)發(fā)電。燃?xì)廨啓C(jī)出力占總輸出的20%25%，其余為蒸汽輪機(jī)出力。PFBC-CC發(fā)電的效率比相同參數(shù)的常規(guī)粉煤電站的發(fā)電效率可高出35個(gè)百分點(diǎn)。同時(shí)由于煤在流化床內(nèi)的燃燒溫度僅為900左右，只有燃料中的氮轉(zhuǎn)化成NOx，空氣中的氮很少轉(zhuǎn)化成NOx，因此增壓流化床燃燒過(guò)程中NOx和SO2的排放能得到很好的控制。二、增壓循環(huán)流化床(PCFB)PCFB的工作過(guò)程和上述PBFB大體上是一樣的，但是燃燒室類(lèi)型不同，增壓鼓泡流化床燃燒室中，流

9、化床的工作流速為11.2m/s，而增壓循環(huán)流化床燃燒室中，流化床的工作流速為2.53.5m/s，從燃燒室底部進(jìn)入的流化空氣為60%，40%作為二次空氣在流化床濃相區(qū)以上的不同位置處噴入，以達(dá)到分級(jí)燃燒的目的。循環(huán)流化床燃燒室的濃相區(qū)沒(méi)有埋管。燃燒室經(jīng)燃燒和固硫反應(yīng)后的煤灰、殘?jiān)约拔赐耆磻?yīng)的脫硫劑經(jīng)過(guò)高溫旋風(fēng)除塵器分離后，大部分的固體顆粒被分離出來(lái)，通過(guò)循環(huán)返料室回到燃燒室。在循環(huán)返料室，壓縮空氣使顆粒流化，使之返回燃燒室。經(jīng)過(guò)旋風(fēng)分離器之后的高溫燃?xì)庠俳?jīng)過(guò)高溫陶瓷過(guò)濾器，使燃?xì)庵械念w粒濃度降低到最低限度。潔凈的燃?xì)膺M(jìn)入燃?xì)馔钙脚蛎涀鞴?。燃燒室的水冷壁產(chǎn)生蒸汽，在上部自由空間安排過(guò)熱器，用以

10、使蒸汽過(guò)熱。PCFB的優(yōu)點(diǎn)是可以使燃燒室更加緊湊，在流化床的濃相區(qū)不設(shè)置受熱面，避免了埋管磨損問(wèn)題，和增壓鼓泡流化床相比，加料點(diǎn)比較少，機(jī)械復(fù)雜性有所降低。由于飛灰的循環(huán)，使燃燒效率和脫硫效率可以更高，負(fù)荷調(diào)節(jié)能力也得以提高。但也帶來(lái)裝置高度更高，以及受熱面布置困難等新問(wèn)題。目前得到商業(yè)應(yīng)用的第一代PFBC-CC電站采用的是增壓鼓泡流化床技術(shù)。如圖6-1所示。典型的增壓循環(huán)流化床燃燒聯(lián)合循環(huán)(PCFBC-CC)電站系統(tǒng)如圖6-2所示。圖6-1 ABBP200型PFBC-CC電站系統(tǒng)-燃燒室；-壓力殼體；-燃?xì)廨啓C(jī)；-給煤；-灰排放；-旋風(fēng)分離養(yǎng)；-發(fā)電機(jī)；-省煤器；-蒸汽輪機(jī)；-冷凝器圖6-2

11、 PCFBC-CC電站系統(tǒng)-PCFB鍋爐；-高溫過(guò)濾式除塵熬；-燃?xì)廨啓C(jī)；-熱回收裝置；-煙囪；-蒸汽輪機(jī)；-冷凝器；-水處理；-冷卻塔三、第二代PFBC-CC第二代PFBC-CC系統(tǒng)是在第一代PFBC-CC基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，因?yàn)榈谝淮鶳FBCCC發(fā)電系統(tǒng)的最大弱點(diǎn)是它的流化床內(nèi)燃燒溫度在900左右，過(guò)高的溫度使煤的燃燒過(guò)程易于引起結(jié)渣，也可能使流化床內(nèi)脫硫過(guò)程的效率下降。這就根本上限制了燃?xì)馔钙降倪M(jìn)口溫度，使燃?xì)馔钙降倪M(jìn)口溫度不能大于870，也就阻礙了燃?xì)獠祭椎茄h(huán)效率的進(jìn)一步提高，以致整個(gè)的PFBCCC發(fā)電效率難以超過(guò)42%。第二代PFBC-CC的概念最早是由英國(guó)CRE(Coal Rese

12、arch Eastahlishment)提出的，稱(chēng)之為T(mén)opping Cycle。在該過(guò)程中(參見(jiàn)圖63)，原煤首先在炭化爐中進(jìn)行干餾，即釋放出煤中的揮發(fā)分，煤本身成為焦炭；或者除釋放揮發(fā)分以外，達(dá)到部分氣化(氣化率可達(dá)50%70%)，使原煤成為半焦。炭化爐中產(chǎn)生的低熱值煤氣經(jīng)過(guò)高溫過(guò)濾式除塵器除塵后的凈化氣體，進(jìn)入燃?xì)馔钙角暗那爸萌紵疫M(jìn)行燃燒，產(chǎn)生高溫燃?xì)?。半焦或焦炭則進(jìn)入增壓流化床燃燒室或常壓循環(huán)流化床燃燒室進(jìn)一步燃燒，并且使炭化爐中因加入石灰石(或白云石)脫硫劑反應(yīng)后生成的CaS，在流化床燃燒室的氧化氣氛中反應(yīng)成為CaSO4。半焦或焦炭在PFB燃燒室中燃燒所產(chǎn)生的燃?xì)猓?jīng)過(guò)過(guò)濾式除塵器

13、除塵以后，和前置燃燒室產(chǎn)生的高溫燃?xì)?13001400)二者混合成為1150左右的燃?xì)膺M(jìn)入燃?xì)馔负?，這就可以較大幅度提高聯(lián)合循環(huán)中燃?xì)獾牟祭椎茄h(huán)部分的循環(huán)效率，從而使燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)的凈效率有可能達(dá)到45%47%。圖6-3 PFBC頂置循環(huán)(Topping Cycle)之一另一種典型的形式是炭化爐產(chǎn)生的焦炭和半焦，并不加入PFB燃燒室燃燒，把它作為常壓循環(huán)流化床(CFBC)鍋爐的燃料，由CFBC鍋爐產(chǎn)生蒸汽供蒸汽透平發(fā)電，參見(jiàn)圖6-4。圖6-4 PFBC頂置循環(huán)(Topping Cycle)2之二第三節(jié) PFBCCC的關(guān)鍵技術(shù)PFBC-CC電站作為一種新的發(fā)電技術(shù)，有它本身獨(dú)特的關(guān)鍵技術(shù)，主

14、要有如下一些方面：一、環(huán)境排放指標(biāo)控制，即SO2和NOx的控制二、煤在增壓流化床中的燃燒技術(shù)三、壓力條件下加入煤和添加劑四、熱灰、渣的壓力排放、冷卻、輸送五、PFBC鍋爐床內(nèi)受熱面的抗磨損、抗腐蝕及受熱面的合理設(shè)計(jì)六、高水平的高溫除塵七、高溫除塵后燃?xì)庵泻瑝m量的在線檢測(cè)八、燃?xì)廨啓C(jī)葉片的抗腐蝕、抗磨損九、熱燃?xì)夤艿篮屯钙缴系某练e物的防治十、PFBC鍋爐和燃?xì)廨啓C(jī)的負(fù)荷調(diào)節(jié)和過(guò)程控制十一、煤在增壓狀態(tài)下的干餾和局部氣化技術(shù)十二、高溫低熱值煤氣的燃燒技術(shù)十三、PFBC-CC系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)合理性的設(shè)計(jì)和配置第四節(jié) PFBC技術(shù)發(fā)展的各個(gè)階段一、實(shí)驗(yàn)室規(guī)模研究階段(一)英國(guó)Leatherhead試驗(yàn)裝置該

15、試驗(yàn)裝置系統(tǒng)如圖6-5所示。圖6-6為增壓流化床燃燒室本體。圖6-5中，增壓流化床出口燃?xì)夥殖蓛晒蓺饬鳎鞒谭謩e通過(guò)各自的氣體凈化設(shè)備和燃?xì)廨啓C(jī)葉柵試驗(yàn)段。流程1稱(chēng)為“AEP/StalLaval”流程，包括有三級(jí)常規(guī)的旋風(fēng)分離器，以研究高灰量工況下葉柵的工作特性。在運(yùn)行650小時(shí)后，認(rèn)為兩級(jí)旋風(fēng)分離器已能達(dá)到除塵要求，第三級(jí)旋風(fēng)分離器被拆除。流程2稱(chēng)為“GE”流程，包括有三級(jí)旋風(fēng)分離器，第一級(jí)旋風(fēng)分離器是非常規(guī)的，帶有耐火襯里、氣體切向入口，設(shè)計(jì)使氣體和顆粒有一定的停留時(shí)間，用以評(píng)定顆粒荷電的效應(yīng)，為此設(shè)計(jì)了一種電暈充電器安裝在旋風(fēng)器上游；第二級(jí)旋風(fēng)分離器是混合型蝸殼進(jìn)風(fēng)旋風(fēng)分離器，它與第一級(jí)

16、旋風(fēng)分離器布置在同一軸線上。增壓流化床本體由壓力外殼和帶有耐火襯里的流化床燃燒室組成。燃燒用壓縮空氣從壓力殼的頂部進(jìn)入，沿著燃燒室的爐殼外部下行，而后轉(zhuǎn)向上行穿過(guò)流化床層的分布板。分布板上置有不同材料制成的風(fēng)帽。兩個(gè)供煤噴嘴垂直向上穿過(guò)分布板，按一定粒度和濕度制備好的煤，在帶有鎖氣器貯存系統(tǒng)中計(jì)量后通過(guò)旋轉(zhuǎn)閥進(jìn)入空氣輸送系統(tǒng)加入流化床內(nèi)；白云石通過(guò)相似的、但較小的另一套系統(tǒng)并由另一個(gè)噴嘴加入床內(nèi)。圖6-5 Leatherhead試驗(yàn)裝置l-灰塵取樣(CURL)；2-Ikor探針；3-PMS激光器和沖擊韶；4-X譜激光器；5-灰塵取樣(NYSERDA)和電離堿金屬監(jiān)測(cè)儀；6-氣體分析(02，C0

17、2，CO，S02，NOx)；7-SO2分析；8-光譜堿金屬監(jiān)測(cè)儀；9-充電；l0-充電取樣器；11-丙烷噴入(再熱)；12-燃燒室；13-旋風(fēng)分離器；14-葉柵；15-葉柵旁路流化床底部截面為0.6lm×0.68m，床頂部截面為1.22m×0.68m，使得靠近分布板的氣速是床表面處的2倍。床體有錐度，床深約2.7m，管束布置在流化床分布板以上0.61m至2.44m范圍內(nèi)，由外徑為38mm的耐熱鋼管組成水平布置管束并平行于燃燒室的長(zhǎng)邊，呈三角形排列，冷卻管均勻分布在床內(nèi)。圖6-6 MKVI增壓流化床本體l-壓縮空氣進(jìn)口；2-管束回路水進(jìn)口和出口；3-自由空間的擋灰管；4-高灰

18、層溢流口；5-管束；6-點(diǎn)火燒嘴；7-煤噴嘴；8-空氣布風(fēng)板；9-床層排渣口；10-腐蝕探頭；11-供腐蝕探頭的冷卻空氣；12-氣體出口6m；13-混合擋板；14-氣體分流器；15-腐蝕顯示探頭；16-氧化鋯小室氧氣探頭正常床面以上的自由空間高度為2.1m，床面上有一束密集的擋灰管用以減少床料被帶出，從自由空間出來(lái)的氣體經(jīng)半截面混合擋板后被分成兩股氣流進(jìn)入凈化系統(tǒng)。1969年1979年在該裝置上完成了由美國(guó)能源部(DOE)資助的1000小時(shí)試驗(yàn)。試驗(yàn)主要內(nèi)容是研究流化床內(nèi)物料的工作特性、燃?xì)廨啓C(jī)葉片合金材料的腐蝕與磨損、氣體凈化設(shè)備的性能等。參加研究工作的單位有：美國(guó)電力研究院(EPRl)、瑞

19、典里著重介紹中國(guó)東南大學(xué)熱輸入為1MWt的試驗(yàn)裝置(SEU PFBC)。(二)SEUPFBC試驗(yàn)裝置從1981年起，由國(guó)家科委立項(xiàng)，國(guó)家計(jì)委、煤炭部等資助，東南大學(xué)開(kāi)始了PFBC技術(shù)的試驗(yàn)研究，研究工作分為兩個(gè)階段：第一階段(1981年1985年)：建成熱輸入為1MWt的SEUPFBC試驗(yàn)裝置，以掌握各項(xiàng)主要關(guān)鍵技術(shù)，以及取得燃燒效率、脫硫效率、埋管傳熱系數(shù)、高溫高壓除塵粒度、濃度等表征PFBC的主要技術(shù)指標(biāo)為目標(biāo)。燃用的煤為高灰煤(含灰量57.5%)。第二階段(1986年1992年)：以長(zhǎng)時(shí)間試驗(yàn)，考驗(yàn)關(guān)鍵部件工作的可靠性，取得系統(tǒng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，為工業(yè)化試驗(yàn)提供設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)為目標(biāo)，每次連續(xù)運(yùn)行時(shí)間

20、為100小時(shí)左右，累計(jì)運(yùn)行700多小時(shí)。SEUPFBC裝置流程如圖67所示。原煤經(jīng)篩分、干燥和加壓后用葉輪加料機(jī)和氣力噴射器將煤經(jīng)底飼噴嘴輸入流化床燃燒室。脫硫劑經(jīng)另一套相似的系統(tǒng)送入床內(nèi)。燃燒用空氣來(lái)自空壓機(jī)，煙氣經(jīng)旋風(fēng)除塵系統(tǒng)凈化，而后經(jīng)小孔消聲器排放。爐渣經(jīng)脈沖氣力排渣裝置排至閉鎖料斗中，以維持一定的床層。圖6-7 東南大學(xué)PFBC試驗(yàn)裝置1-煤罐；2-脫硫劑罐；3、4-葉輪加料器；5、6-加料噴射器；7-輸送空氣壓縮機(jī)；8-燃燒空氣壓縮機(jī)；9-PFB燃燒室；10-渣斗；1l-灰斗；12-預(yù)處理除塵器；13、14-級(jí)、二級(jí)除塵器；15-流量計(jì)；16、17、18-除塵器灰斗；19-灰車(chē)；2

21、0-葉柵試驗(yàn)段；21-布袋除塵韶；23-備用煤斗SEU增壓流化床本體示于圖68，它是由壓力外殼和流化床燃燒室組成的雙層垂直式結(jié)構(gòu)，外殼直徑1.8m，高7.62m，整個(gè)爐體吊掛在鋼架上。燃燒室床層面積0.184m2(第一階段試驗(yàn)時(shí)為0.216m2)，高5.5m。燃燒室吊掛在壓力容器的頂部，并能自由向下膨脹。為了防止?fàn)t體因受燃燒脈動(dòng)或其它原因造成的振動(dòng)，設(shè)置了定位圈。燃燒室流化段由垂直段和擴(kuò)散段組成，高2.8m。懸浮段的截面積比垂直段的面積擴(kuò)大一倍，高2.3m。燃燒室內(nèi)設(shè)置了水平埋管，埋管下方沿管軸線以相隔45°角焊有三根FeCrSi防磨鰭片，并設(shè)置了用作測(cè)量各段傳熱系數(shù)的試驗(yàn)管。圖6-

22、8 SEU增壓流化床本體1-壓力外殼；2-燃燒室；3-懸浮段水冷壁管；4-懸浮段試驗(yàn)管；5-擋灰管；6-流化段水冷壁管；7-上埋管；8-下埋管；9-啟動(dòng)燃燒室；10-布風(fēng)板；ll-排灰管；12-油噴嘴；13-煤噴嘴；14-脫硫劑噴嘴在燃用高灰煤時(shí)，設(shè)置了四級(jí)除塵器，預(yù)旋用擴(kuò)散式旋風(fēng)分離器，除去大部分粗顆粒。一旋和二旋均選用Buell型旋風(fēng)分離器，是國(guó)內(nèi)高溫條件下已成功應(yīng)用的高效除塵器，可除去大部分細(xì)塵。三旋采用小多管式分離器，它裝有三根經(jīng)過(guò)改進(jìn)的直筒導(dǎo)葉式旋風(fēng)管，即EPVE-I型旋風(fēng)管，用來(lái)控制燃?xì)夂瑝m的質(zhì)量。各級(jí)分離器均采用壓力外殼保溫型式。經(jīng)過(guò)第一階段的試驗(yàn)，表明過(guò)多的級(jí)數(shù)并不能明顯增加除

23、塵效率，高溫除塵系統(tǒng)由四級(jí)旋風(fēng)改為二級(jí)，拆除了原系統(tǒng)中的兩級(jí)Buell型分離器，改用PV型高效旋風(fēng)分離器作為第一級(jí)，小多管分離器作為第二級(jí)。在每級(jí)分離器出口管道上開(kāi)有采樣口，裝有專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的可調(diào)式采樣器，它由采樣嘴、玻璃纖維濾筒、轉(zhuǎn)子流量計(jì)及沖擊瓶等組成。用濾筒捕塵稱(chēng)重，用沖擊瓶捕塵可得含塵的懸浮液，再用TA型Coulter計(jì)數(shù)儀、SACP3型離心粒度分析儀、2604C型Maryen激光粒度分析儀及顯微鏡照片分析等方法分析塵樣的粒徑分布。該裝置經(jīng)過(guò)總計(jì)900多小時(shí)的試驗(yàn)，達(dá)到了較高的技術(shù)指標(biāo)；成功地解決了壓力下加料及排渣兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，保證了增壓流化床的正常運(yùn)行。證實(shí)PFBC有著高的燃燒效率。燃用

24、熱值高的煙煤時(shí)燃燒效率可達(dá)99%；燃用高灰煤時(shí)，燃燒效率可達(dá)98.2%；燃用無(wú)煙煤并采用飛灰循環(huán)再燃技術(shù)時(shí)，燃燒效率可達(dá)99.8%。以白云石作脫硫劑時(shí)，Ca/S摩爾比為1.8左右；以石灰石作脫硫劑時(shí)，Ca/S摩爾比為3.5左右。兩者的絕對(duì)加入量是相當(dāng)?shù)?。脫硫效率均達(dá)85%以上。隨著煤中含灰量的變化，最后一級(jí)除塵器的出口含塵濃度的波動(dòng)也較大。在燃用高灰煤時(shí)，三旋出口含塵濃度可穩(wěn)定在200mg/Nm3左右；而在燃用熱值高的煙煤時(shí)，則可降低到150mg/Nm3左右。兩者均能除去10m以上的粒子，高溫除塵器的總效率為99%99.3%。煙氣中NOx的含量在65.5mg/MJ以下，其中約98%是NO。NO

25、x的含量隨著過(guò)?？諝庀禂?shù)的增加呈上升趨勢(shì)。對(duì)排放的尾氣分析還表明，在相同的O2含量下，循環(huán)燃燒時(shí)煙氣中NOx的含量低于無(wú)循環(huán)燃燒，而循環(huán)燃燒時(shí)煙氣中N20的含量高于無(wú)循環(huán)燃燒。鰭片埋管的床側(cè)換熱系數(shù)在320390W/m2·之間，是光管的1.3倍，是懸浮段傳熱管的7倍。埋管本身沒(méi)有明顯的磨損，磨損顯著的部分在鰭片上，而嚴(yán)重的磨損處為最下部的一排埋管的中心鰭片，磨損量經(jīng)實(shí)測(cè)為0.864m/h。在SEUPFBC試驗(yàn)裝置上進(jìn)行的試驗(yàn)研究是完全成功的，是我國(guó)增壓流化床燃燒技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)突破，為繼續(xù)開(kāi)展增壓流化床的研究及進(jìn)入工業(yè)化試驗(yàn)打下了良好的基礎(chǔ)。二、中間試驗(yàn)(工業(yè)化試驗(yàn))階段從70年代中期

26、開(kāi)始，英、美、德和瑞典等國(guó)相繼轉(zhuǎn)入中間試驗(yàn)(工業(yè)化試驗(yàn))階段，以期為燃煤增壓流化床燃燒聯(lián)合循環(huán)(PFBCCC)發(fā)電技術(shù)走向商業(yè)示范作準(zhǔn)備。類(lèi)型有蒸汽埋管型、空氣埋管型、燃?xì)饨^熱型(無(wú)埋管)和透平增壓型。我國(guó)是第五個(gè)進(jìn)行中試的國(guó)家。需要指出的是，英、德和瑞典等國(guó)曾經(jīng)建立的中試裝置，都是以研究PFBC鍋爐系統(tǒng)為主，而我國(guó)的中試裝置則是完整的PFBC-CC中試電站，其要求相當(dāng)于西方發(fā)達(dá)國(guó)家目前進(jìn)行的商業(yè)示范的目標(biāo)，僅僅是電站的規(guī)模較小而已(發(fā)電量相當(dāng)于1/5)。世界各國(guó)建立的中試裝置有英國(guó)IEA Grimethrop蒸汽型PFBC(60MWt)；美國(guó)Curtiss Wright公司空氣型PFBC (

27、35MWt，13MWe)、燃燒動(dòng)力公司燃?xì)庑蚉FBC(8.7MWt)、Wilsonville PSDF的APFBC(7MWt)；瑞典ABB Carbon AB CTF蒸汽型PFBC(15MWt)、Gote Verken能源系統(tǒng)AB公司蒸汽型PCFB；德國(guó)Aachen技術(shù)大學(xué)RWTH透平增壓型PFBC(40MWt)、Babcock公司DBE蒸汽型PFBC(15MWt，后改為PCFB)；芬蘭AhlstromPyropower公司蒸汽型PCFB等。這里著重介紹瑞典的CTF裝置和中國(guó)賈汪電廠15MWePFBC-CC中試電站。(一)瑞典15MWtCTF裝置從70年代早期開(kāi)始，瑞典ASEA公司就參加了英國(guó)

28、Leatherhead裝置上的試驗(yàn)研究，中試是在部件試驗(yàn)裝置(CTF)上進(jìn)行的，CTF起先建在Malmo的一個(gè)電站中，1986年底遷至位于Finspong的ABBCarbon公司。CTF裝置流程示于圖6-9，它是蒸汽型PFBC裝置，由以下幾個(gè)部分組成：圖6-9 PFBCCTF中試裝置1-燃?xì)廨啓C(jī)試驗(yàn)段；2-儲(chǔ)灰；3-床料再注入鎖斗；4-空壓機(jī)；5-壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置；6-壓力外殼；7-旋風(fēng)分離器；8-流化床(鍋爐)；9-煤斗；10-白云石斗；11-控制室燃燒室，燃燒室由膜式水冷壁構(gòu)成。分布板處截面尺寸為lm×l.25m，自由空間截面尺寸lm×2m。在床層0.6m至3.3m的區(qū)域

29、設(shè)置了埋管，構(gòu)成鍋爐的蒸發(fā)器和二級(jí)過(guò)熱器，兩級(jí)過(guò)熱器之間利用噴水調(diào)節(jié)控制新蒸汽的溫度。最后一級(jí)過(guò)熱器出口的蒸汽參數(shù)是10.5MPa和535。給水量根據(jù)保持蒸發(fā)量來(lái)控制，給水壓力是13MPa。分布板由水冷膜板制成，大約裝有150個(gè)空氣噴嘴。煤噴嘴位于分布板的中央，還裝有床料排除和再注入管。利用GT35燃油燃燒室作為啟動(dòng)燃燒室，裝在風(fēng)室中，床溫達(dá)到650的開(kāi)始供煤，當(dāng)溫度達(dá)到720時(shí)，燃油室自動(dòng)停止。煤和脫硫劑供給系統(tǒng)：在CTF裝置上安裝了兩種輸送系統(tǒng)，一是干法輸送系統(tǒng)，一是水煤膏輸送系統(tǒng)，稱(chēng)為濕法輸送系統(tǒng)。水煤膏可以是煤水混合物，也可以是煤脫硫劑水混合物。床料排出系統(tǒng)；床料由燃燒器底部的管子排至

30、水冷熱交換器，被冷卻至150，再由旋轉(zhuǎn)送料器經(jīng)氣力輸送系統(tǒng)送至接受器，在那里輸送空氣經(jīng)分離排至煙道，床料藉閉鎖料斗系統(tǒng)降至大氣壓送至灰井。煙氣凈化系統(tǒng)：原采用三級(jí)普通旋風(fēng)分離器，后改為兩級(jí)，直徑約1.Om，由奧氏體鋼制成，外側(cè)保溫。并計(jì)劃進(jìn)行其它高溫除塵裝置(HGCU)的試驗(yàn)。燃機(jī)及燃機(jī)材料葉柵；為了試驗(yàn)不同的材料，設(shè)置了兩臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)和葉柵試驗(yàn)段，燃?xì)廨啓C(jī)是特殊設(shè)計(jì)的，流速超過(guò)650m/s。CTF裝置至今已運(yùn)行了6000多個(gè)小時(shí)。為美國(guó)AEPTidd電站做試驗(yàn)使用的是美國(guó)高硫煤(含硫量2%5%)，為西班牙ENDESA Escatron電站做試驗(yàn)使用的是西班牙黑褐煤(含硫量8%)，為瑞典Stoc

31、kholm能源局Värtan電站做試驗(yàn)使用的是波蘭硬煤(含硫量0.8%)，這一系列試驗(yàn)都十分成功，主要結(jié)果有：燃用煙煤和褐煤都取得了很高的燃燒效率和極佳的環(huán)境性能：燃燒效率達(dá)到99%，脫硫效率達(dá)90%，白云石Ca/S=1.51.6，石灰石Ca/S=23，NOx排放量為70150mg/MJ。兩級(jí)除塵已滿足葉片要求，濃度不是主要問(wèn)題，但粒子的大小至關(guān)重要，不能大于10m。采用兩級(jí)旋風(fēng)除塵后的燃?xì)膺M(jìn)入模擬GT35型燃?xì)馔钙降霓D(zhuǎn)子，連續(xù)工作超過(guò)4000小時(shí)后，對(duì)葉片作仔細(xì)檢查，未觀察到有磨損的跡象。至于腐蝕問(wèn)題，對(duì)未加涂層的葉片，只觀察到十分微小的局部腐蝕沖擊，對(duì)加涂層的葉片則未見(jiàn)有腐蝕痕跡

32、?？垢g的涂層材料有FeCrAlY和CoCrAlY。埋管磨損只要在設(shè)計(jì)上采取措施，完全可以解決。這些措施是確定合適的表觀流化速度(以lm/s左右為佳)，避免任何局部高速區(qū)域和提高管子表面溫度。解決了旋風(fēng)分離器細(xì)灰無(wú)機(jī)械閥排放和料斗系統(tǒng)排放連續(xù)降壓降溫排出細(xì)灰等問(wèn)題。(二)中國(guó)賈汪電廠15MWePFCC-CC機(jī)組東南大學(xué)在10年實(shí)驗(yàn)室研究的基礎(chǔ)上，從1991年開(kāi)始，承擔(dān)由國(guó)家計(jì)委下達(dá)的“八五”重大科技攻關(guān)項(xiàng)目，采用PFBC技術(shù)對(duì)燃煤老電站加以改造來(lái)構(gòu)成中試電站的技術(shù)路線，選址在徐州賈汪發(fā)電廠。設(shè)計(jì)方案中蒸汽輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)仍使用賈汪發(fā)電廠現(xiàn)有的中壓參數(shù)凝氣式汽輪發(fā)電機(jī)組，新建一臺(tái)容量為60t/h的增

33、壓流化床(PFB)鍋爐，配上新建的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組，由此組成燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。經(jīng)改造后的PFBC-CC機(jī)組熱輸入約為60MWt，發(fā)電為15MW，其中蒸汽輪機(jī)部分發(fā)電12MW，燃?xì)廨啓C(jī)部分發(fā)電3MW。賈汪15MWePFBC-CC中試電站的系統(tǒng)流程示于圖6-10，由以下幾個(gè)主要部分組成：圖6-10 賈汪15MWePFBC-CC中試電站系統(tǒng)圖1-原煤斗；2-干燥風(fēng)選管；3-破碎機(jī)；4-粒煤分離器；5-粉煤分離器；6-常壓倉(cāng)；7-變壓斗；8-壓力斗；9-給料機(jī)；10-快加、排料斗；11-PFB鍋爐外殼；12-啟動(dòng)燃燒室；13-冷渣器；14-變壓渣斗；15-調(diào)節(jié)器；16-變壓渣斗；17-膜式水

34、冷壁；18-蒸發(fā)及過(guò)熱埋管；19-噴水調(diào)溫器；20-汽包；21-強(qiáng)制循環(huán)泵；22-加、排料裝置；23-啟動(dòng)旁路除塵器；24-一級(jí)高溫除塵器；25-二級(jí)高溫除塵器；26-燃?xì)廨啓C(jī)(煙機(jī))；27-軸流式壓氣機(jī)；28-齒輪箱；29-電動(dòng)發(fā)電機(jī)；30-空氣過(guò)濾器；31-噴水降溫器；32-降壓裝置；33-余熱鍋爐；34-過(guò)熱蒸汽聯(lián)箱；35-原主蒸汽母管；36-蒸汽輪機(jī)；37-發(fā)電機(jī)；38-凝汽器；39-凝結(jié)水泵；40-低壓加熱器；41-除氧器；42-給水泵；43-高壓加熱器；44-煙囪燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)：選用在石化工業(yè)催裂化能量回收裝置上已有成功應(yīng)用的煙氣輪機(jī)機(jī)組，由煙氣透平、軸流式空氣壓縮機(jī)(16級(jí)靜葉可調(diào)

35、)及電動(dòng)/發(fā)電機(jī)組成，機(jī)組以單軸系聯(lián)軸運(yùn)轉(zhuǎn)。PFB鍋爐及其燃燒和汽水系統(tǒng)：整個(gè)PFB鍋爐采用雙層爐殼，壓力外殼直徑為7.5m，高19.4m。內(nèi)部流化床器壁由膜式水冷壁構(gòu)成，床層截面面積為2.5m×4.3m，流化床高為3.5m，自由空間截面為4.3m×4.5m。由軸流式壓縮機(jī)提供的壓縮空氣經(jīng)膜式水冷壁與外壓力殼之間的腔體進(jìn)入PFB鍋爐底部，經(jīng)布風(fēng)板進(jìn)入床層，使燃料流化，燃燒。流化速度為1.01.3m/s，床內(nèi)燃燒溫度為900，壓力為0.657MPa。鍋爐出口煙氣溫度為800，經(jīng)兩級(jí)高溫除塵后進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)時(shí)，其進(jìn)口溫度為760，壓力為0.594MPa。燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度為467，

36、壓力為0.104MPa。然后，排氣進(jìn)入余熱鍋爐(給水省煤器)加熱PFB鍋爐給水，余熱鍋爐的排氣溫度為140，經(jīng)煙囪排入大氣。PFB鍋爐的啟動(dòng)由燃油啟動(dòng)燃燒室承擔(dān)。在煙道系統(tǒng)中有兩條煙氣旁路，一條為啟動(dòng)旁路，用作PFB鍋爐常壓?jiǎn)?dòng)時(shí)的煙氣排放，另一條為安全旁路，用于燃?xì)廨啓C(jī)甩負(fù)荷或發(fā)生故障時(shí)的煙氣排放。在安全旁路上設(shè)置降溫降壓設(shè)備，以使高溫高壓煙氣安全排放。PFB鍋爐的汽水循環(huán)采用自然循環(huán)和強(qiáng)制循環(huán)組成的混合循環(huán)。凝結(jié)水經(jīng)凝結(jié)水泵打入低壓加熱器中被加熱，再經(jīng)除氧器除氧后由給水泵分流進(jìn)入高壓加熱器和余熱鍋爐，而后進(jìn)入汽包。由汽包一路自下降管至鍋爐內(nèi)膜式水冷壁構(gòu)成自然循環(huán)。另一路經(jīng)強(qiáng)制循環(huán)泵至水冷布

37、風(fēng)板和床內(nèi)蒸發(fā)埋管構(gòu)成強(qiáng)制循環(huán)，經(jīng)汽包汽水分離后的飽和蒸汽再進(jìn)入床內(nèi)過(guò)熱埋管，經(jīng)噴水調(diào)溫后的過(guò)熱蒸汽由PFB鍋爐過(guò)熱蒸汽聯(lián)箱引出后，由主蒸汽管接入賈汪電廠主蒸汽母管。對(duì)于鍋爐的變工況運(yùn)行，除采取改變給煤量之外，另通過(guò)設(shè)置床料快加快排系統(tǒng)來(lái)改變床層的料量，從而改變床高，以此作為鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)之手段。煤預(yù)處理、煤和脫硫劑的添加系統(tǒng)：采用風(fēng)選技術(shù)對(duì)原煤進(jìn)行破碎和分選，保證進(jìn)入PFB鍋爐的煤顆粒為06mm，同時(shí)利用燃?xì)廨啓C(jī)排出的熱煙氣對(duì)原煤進(jìn)行干燥使其含水量低于4%。脫硫劑(石灰石)按比例與煤混合進(jìn)入燃料常壓倉(cāng)，采用加壓鎖斗系統(tǒng)，燃料經(jīng)氣力輸送至PFB鍋爐的底部進(jìn)入流化床燃燒室。高溫除渣、高溫除塵及除灰

38、系統(tǒng)：PFB鍋爐中的高溫灰渣經(jīng)一非機(jī)械控閥排至爐渣冷卻罐，由空氣將其由850900冷卻至大約30后排入變壓渣罐，再經(jīng)氣力輸送至渣庫(kù)。高溫?zé)煔庠谶M(jìn)入燃機(jī)前經(jīng)過(guò)兩級(jí)旋風(fēng)除塵器除去灰塵，第一級(jí)為高效PV型旋風(fēng)分離器，經(jīng)過(guò)它把煙氣中粗大煤灰顆?；旧铣ァ５诙?jí)采用臥式小多管旋風(fēng)分離器，經(jīng)過(guò)多根臥管分離，將煙氣中大于10m的灰?；境齼?，使煙氣含塵濃度不大于200mg/Nm3，旋風(fēng)除塵器分離下來(lái)的熱細(xì)灰經(jīng)放壓、冷卻后經(jīng)氣力輸送至灰?guī)臁１?-1給出了賈汪PFBC-CC中試電站的主要設(shè)計(jì)參數(shù)。表6-1 賈汪PFBCC-CC中試電站的主要設(shè)計(jì)參數(shù)部件參數(shù)名稱(chēng)數(shù)值單位部件參數(shù)名稱(chēng)數(shù)值單位PFB鍋爐燃燒壓力0.

39、657Mpa軸流空壓機(jī)出口壓力0.722Mpa燃燒溫度1173K出口溫度550K燃燒效率9798%壓縮比7.27流化速度1.01.3m/s空氣流量27.22Kg/s床高3.5M煙氣輪機(jī)入口壓力0.594Mpa加煤量2.614Kg/s入口溫度1033K脫硫劑添加量0.196Kg/s出口壓力0.104MpaCa/S摩爾比1.8出口溫度740K脫硫率85%發(fā)電功率3Mwe 蒸汽量16.667Kg/s蒸汽輪機(jī)主蒸汽壓力3.43Mpa蒸汽壓力3.92Mpa主蒸汽溫度708K蒸汽溫度723K發(fā)電功率12Mwe進(jìn)行賈汪PFBC中試規(guī)模的研究開(kāi)發(fā)有利于培養(yǎng)我國(guó)自己的具有工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)(包括設(shè)計(jì)、運(yùn)行和調(diào)試等)的

40、技術(shù)人才和開(kāi)發(fā)新技術(shù)，形成我國(guó)自己的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，有利于對(duì)引進(jìn)技術(shù)、設(shè)備的消化、吸收，實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，從而推進(jìn)我國(guó)的PFBC技術(shù)的商業(yè)應(yīng)用。三、商業(yè)示范階段商業(yè)示范階段的標(biāo)志是：80年代末至90年代初，在工業(yè)性試驗(yàn)成功的基礎(chǔ)上，由瑞典ABBCarbon公司研制開(kāi)發(fā)的P200型PFBC模塊為基礎(chǔ)，四座PFBC-CC商業(yè)示范電站分別在瑞典的Värtan，西班牙的Escatron，美國(guó)的Tidd和日本的Wakamatsu成功的建造和運(yùn)行。ABBCarbon稍后又推出了P800型PFBC模塊，首座P800型PFBC-CC電站正在日本Karita電廠建造，發(fā)電輸出功率為350MWe，計(jì)劃于1999年初

41、投運(yùn)，表62給出了已投運(yùn)的四座P200型PFBC-CC商業(yè)示范電站的技術(shù)參數(shù)。表6-2 國(guó)外已建成的P200型PFBC-CC電站技術(shù)參數(shù)電站名稱(chēng)VärtanEscatronTiddWakamatsu類(lèi)型2×P200(熱點(diǎn)聯(lián)共)1×P200(凝汽式)1×P200(凝汽式)1×P200(凝汽式)供貨商ABB CarbonABB/BWEASEA BabcockABB/IHI投運(yùn)時(shí)間1990.11990.111990.11993.9輸出功率(MW)135/224(熱)79.5(毛)7071燃?xì)獍l(fā)電功率(MWe)2×1716.515.414.8

42、蒸汽發(fā)電功率(MWe)10862.557.156.2效率(%)89(LHV)36.4(HHV)35(HHV)37.5(毛)燃燒壓力(bar)12121212床高(m)3.53.53.53.5床內(nèi)燃燒溫度()860860860860過(guò)剩空氣(%)20152525流化速度(m/s)0.90.90.90.9燃機(jī)入口溫度()830830830822主蒸汽壓力(bar)1379490103主蒸汽溫度()530513496593/593(熱)蒸汽量(t/h)410216202147凝汽器壓力(bar)0.35/0.65(二級(jí))0.0440.0290.051環(huán)境溫度()5151515設(shè)計(jì)煤種波蘭煙煤黑褐煤俄

43、亥俄煙煤進(jìn)口煙煤熱值(MJ/kg)22.429.0(LHV)8.519.0(HHV)23.328.5(HHV)24.229.0(HHV)含硫量(%)0.11.52.99.03.44.00.31.2灰份(%)82123471220218水份(%)6151420515826給煤方式水煤膏干法水煤膏水煤膏用煤量( kg/s)2×8.4187.27.9脫硫劑白云石石灰石白云石石灰石加脫硫劑方式與煤一起濕法與煤一起干法干法與煤一起濕法脫硫劑用量(kg/s)2×0.572.50.5灰量(kg/s)2×1.6153.51.4脫硫要求30mm/MJ(年均)90%90%50mm/M

44、JNox排放50mm/MJ(年均)150mm/MJ150mm/MJ40mm/MJ粉塵排放5 mm/MJ(年均)40 mm/MJ5 mm/MJ7 mm/MJ上述P200PFBCCC示范電站經(jīng)過(guò)數(shù)年不斷的改進(jìn)和完善，通過(guò)克服和解決調(diào)試運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題，主要性能指標(biāo)已達(dá)到或接近設(shè)計(jì)要求，取得了較好的運(yùn)行業(yè)績(jī)，基本完成了示范機(jī)組所承擔(dān)的任務(wù)。這些電站在調(diào)試運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生的故障及主要問(wèn)題示于表63中。表6-3 示范電站故障一覽表電站故障、位置瑞 典Värtan美 國(guó)Tidd西班牙Escatron日 本W(wǎng)akamatsu壓力殼裂紋多處焊縫裂縫；深達(dá)35mm埋管面積設(shè)計(jì)不足；后增進(jìn)不足，曾加25%

45、床內(nèi)管磨損泄漏水冷壁漏3次，埋管漏2次，管束與后墻間較嚴(yán)重，加裝防磨片早期存在，局部輕微布風(fēng)管故障變形、斷裂斷裂，后改善煤在床內(nèi)分布不均勻嚴(yán)重不均勻加煤系統(tǒng)、噴煤嘴初期發(fā)生，后解決存在初期管路、噴嘴堵床內(nèi)結(jié)焦加石灰石時(shí)發(fā)生6wcm大焦塊，滿負(fù)荷床溫827以上加石灰石較嚴(yán)重初期燃機(jī)故障后對(duì)燃料噴嘴吹掃時(shí)發(fā)生自由空間燃燒份額超時(shí)設(shè)計(jì)值比預(yù)計(jì)高一旋入口煙溫高高一旋入口及料腿燃燒存在存在一旋料腿阻塞陶瓷襯里脆、脫落，尚未解決襯里損壞引起保溫材料堵塞一旋下錐體腐蝕存在，后減輕存在旋風(fēng)排灰系統(tǒng)困難，后改善陶瓷過(guò)濾器元件斷裂，被拆除元件斷裂漏氣漏灰，被旁路床灰冷卻器冷卻不夠，后改進(jìn)采用Vartan方案同左立

46、式汽水分離器液位控制困難，調(diào)整后減輕液位失控存在燃機(jī)葉片沉積物初期有，換床料 、改進(jìn)啟動(dòng)步驟后解決燃機(jī)振動(dòng)普遍 、較棘手燃機(jī)磨損高壓透平入口導(dǎo)葉環(huán)，低壓透平控制導(dǎo)葉和動(dòng)葉處磨損燃機(jī)葉片損壞高壓透平、壓氣機(jī)葉片發(fā)現(xiàn)疲勞斷裂；低壓透平控制導(dǎo)葉片缺陷引起共振，加速疲勞，造成#1機(jī)組燃機(jī)葉片飛出2片低壓透平葉片飛出，損壞嚴(yán)重省煤器沾污積灰嚴(yán)重，引起管子斷裂省煤器布置吹灰器有無(wú)，后加裝有機(jī)組控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)容量不足，后增進(jìn)不難看出，國(guó)際上最早投運(yùn)的Värtan電站兩臺(tái)機(jī)組碰到的問(wèn)題最多。隨后投運(yùn)的Tidd電站和Escatron電站在運(yùn)行前就吸收了Värtan電站的寶貴經(jīng)驗(yàn)，對(duì)曾經(jīng)發(fā)生問(wèn)

47、題的設(shè)備進(jìn)行了改造，少走了不少?gòu)澛?。而日本W(wǎng)akamatsu電站建設(shè)更晚，在設(shè)計(jì)過(guò)程中就充分吸取了前面四臺(tái)機(jī)組的成功經(jīng)驗(yàn)和失敗教訓(xùn)，投運(yùn)過(guò)程就順利的多，周期大為縮短。這些示范電站的試運(yùn)結(jié)果表明，壓力容器內(nèi)部件的故障率不高，Vrtan電站在91/92年度運(yùn)行季節(jié)內(nèi)發(fā)生了裸露在耐火涂層外的水冷壁彎管受磨損引起的泄漏事故，將這些裸露的彎管也用耐火涂層覆蓋之后就解決了。燃用高灰份褐煤的Escatron電站頻繁出現(xiàn)分離器和排灰管路堵塞事故。堵灰主要是由于分離器料腿中耐磨材料內(nèi)襯損壞脫落造成的，為此加粗了料腿并在料腿出口管路轉(zhuǎn)角處加了松動(dòng)風(fēng)，還打算取消耐磨材料內(nèi)襯改為鐵鉻硅金，屬料腿。人們所擔(dān)心的埋管受熱

48、面和燃?xì)廨啓C(jī)葉片的磨損是很輕微的，運(yùn)行壽命將比預(yù)計(jì)的長(zhǎng)，但燃?xì)廨啓C(jī)和壓氣機(jī)低壓級(jí)葉片根部都發(fā)現(xiàn)有疲勞裂痕，甚至發(fā)生了葉片斷裂事故。原因是運(yùn)行不當(dāng)發(fā)生共振造成的。后來(lái)，對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)和壓氣機(jī)低壓級(jí)的設(shè)計(jì)作了修改，并將葉片由鑄造改為鍛造，同時(shí)改進(jìn)了操作，以免共振現(xiàn)象的發(fā)生。在作了這些改進(jìn)之后，上述PFBC機(jī)組的可靠性有了明顯的提高，93/94年度Vrtan電站PFBC機(jī)組的可用率達(dá)到80%，94/95年度采暖季節(jié)運(yùn)行的可用率達(dá)到92%，Escatron電站的可用率目前可達(dá)到75%，偏低的原因是煤質(zhì)太差，因而除渣、排灰、給煤等輔助系統(tǒng)的故障較多。此外，該電站的汽輪機(jī)已運(yùn)行了35年，經(jīng)常出現(xiàn)問(wèn)題。應(yīng)該看到

49、，影響機(jī)組可用率的許多因素并不完全是PFBC本身的技術(shù)問(wèn)題。新設(shè)計(jì)的P200機(jī)組可用率都要求高于85%，達(dá)到目前常規(guī)粉煤鍋爐機(jī)組的水平。截止到1996年2月，這四座電站的五臺(tái)PFBC機(jī)組累計(jì)運(yùn)行時(shí)間分別為：Escatron 20930小時(shí)，Värtan P413478小時(shí)，Värtan P5 16157小時(shí)，Tiddll413小時(shí)，Wakamatsu 4832小時(shí)。目前，Värtan和Escatron電站已投入商業(yè)運(yùn)行。TiddPFBC電站已完成示范任務(wù)，于1995年關(guān)閉。這些PFBC電站也顯示了很好的環(huán)保性能。表6-4和表6-5分別給出了這四座P200PFBC-

50、CC電站的脫硫和脫氮情況。表6-4 四座PFBC電站的SO2排放情況電站名稱(chēng)單位設(shè)計(jì)值典型值最好值Värtanmg/MJ30353脫硫率%92.494999Ca/S3.82.83.02.8Escatronmg/MJ600300450150脫硫率%90919397Ca/S1.81.82.12.1TiddLb/MMbtu(mg/MJ)0.52150.52150.25107.5脫硫率%909095Ca/S2.01.82.1Wakamatsumg/MJ503232目前，在亞洲的日本、韓國(guó)、臺(tái)灣地區(qū)，歐洲的捷克，西班牙及美國(guó)，已有十余個(gè)PFBC-CC電站項(xiàng)目正在進(jìn)行可行性研究或工程評(píng)估實(shí)施之中

51、。特別是日本，采取了積極發(fā)展的態(tài)度，除已在Wakamatsu投入運(yùn)行的P200PFBC電站，也是采用ABB的技術(shù)設(shè)計(jì)制造的350MWe的P800PFBC-CC電站將于1999年初在Karita投入試運(yùn)外，日立和三菱公司還在自主開(kāi)發(fā)85MWe和250MWe的PFBC裝置，預(yù)計(jì)將在1998年投運(yùn)。表6-5 四座PFBC電站的NOX排放情況電站名稱(chēng)單位設(shè)計(jì)值典型值最好值特殊設(shè)施Värtanmg/MJ50（原設(shè)計(jì)值為70）10500附加噴氨+催化還原或懸浮燃燒Escatronmg/MJ150759070無(wú)Tiddmg/MJ260759070無(wú)Wakamatsumg/MJ1087272催化還原

52、可以看出，上述PFBC電站實(shí)際的SO2和NOx排放都遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值，這表明PFBC技術(shù)不必采取其它輔助措施即可滿足一般國(guó)家現(xiàn)行的排放限制標(biāo)準(zhǔn)。其中，由于瑞典國(guó)家環(huán)保局制定了十分嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)，為此，位于其首都斯德哥爾摩市中心的Värtan電站的PFBC裝置采用了較高的Ca/S比，同時(shí)還通過(guò)往爐內(nèi)噴氨和在尾部設(shè)置選擇性催化還原裝置來(lái)進(jìn)一步降低NOx的排放。此外，由于聯(lián)合循環(huán)的熱效率的提高，PFBC電站的C02和粉塵的排放相對(duì)減少。PFBC鍋爐的除塵器可除去飛灰總量的98%以上，使煙氣中的粉塵濃度和粒徑達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)可以接受的水平，但為了達(dá)到更高的環(huán)保要求，這些電站的尾部還設(shè)置了布袋或靜電除

53、塵器，使排煙的粉塵濃度降到10mg/Nm3左右。上述四座PFBC-CC示范電站的投運(yùn)，使各國(guó)看到了PFBC技術(shù)的前景。1996年4月，德國(guó)又向ABBCarbon訂貨，用一臺(tái)P200型PFBC改造Cottbus電站。計(jì)劃于1996年秋季動(dòng)工建設(shè)，1997年初開(kāi)始安裝設(shè)備，1998年夏季試運(yùn)行，1999年夏季正式投入運(yùn)行。第五節(jié) PFBC與幾種煤的高效清潔發(fā)電技術(shù)的比較常規(guī)粉煤電站在發(fā)展中遇到兩個(gè)突出的問(wèn)題，首先是電站效率的提高，需付出愈來(lái)愈大的代價(jià)，其次是排放的煙氣處理的代價(jià)較高昂：一、提高電站效率的代價(jià)我們從表6-6中可見(jiàn)，常規(guī)電站在提高其工作參數(shù)時(shí)，發(fā)電效率的提高愈來(lái)愈少，而代價(jià)愈來(lái)愈大。從

54、高壓蒸汽參數(shù)電站至超高壓蒸汽參數(shù)電站，效率提高十分顯著，從亞臨界參數(shù)提高到超臨界參數(shù)，效率僅提高1.6%，而制造的成本卻大幅度增加，對(duì)金屬材料的要求也提高了許多，我國(guó)現(xiàn)在還正在為能制造超臨界電站設(shè)備進(jìn)行著努力。但是盡管如此，人們?nèi)栽诎l(fā)展超超臨界蒸汽參數(shù)的電站，目前國(guó)際上最先進(jìn)的已達(dá)到320MPa，595的過(guò)熱蒸汽溫度，到下世紀(jì)還計(jì)劃使過(guò)熱蒸汽溫度達(dá)到640左右。因此隨著單一的蒸汽循環(huán)發(fā)電的電站效率趨于飽和，要進(jìn)一步提高電站的發(fā)電效率，只有走聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的道路。以燃油和燃用天然氣的聯(lián)合循環(huán)電站來(lái)說(shuō)，世界上已經(jīng)大規(guī)模商品化，它的發(fā)電效率已經(jīng)達(dá)到了52%54%，不久的將來(lái)能達(dá)到58%，這是單純蒸汽發(fā)

55、電所不能比擬的，前者比后者的發(fā)電效率高出十多個(gè)百分點(diǎn)。對(duì)于燃煤電站，由于技術(shù)上的原因，還需要有一個(gè)發(fā)展的過(guò)程，但是它的發(fā)展方向已經(jīng)為世人愈益明確。表6-6 常規(guī)粉煤灰電站的發(fā)電效率電站類(lèi)型高壓超高壓亞臨界超臨界超超臨界蒸汽參數(shù)9.0/535MPa/13.5/550/550MPa/16.5/550/550MPa/22.5/565/565MPa/32.0/595/595MPa/發(fā)電效率(%)30.5373839414344二、除NOx、SO2的設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用常規(guī)電站除SO2的設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用都比較高。例如最普遍為發(fā)達(dá)國(guó)家所采用的濕式洗滌工藝設(shè)備，每千瓦的投資為160240美元，占常規(guī)電站投資的15%20%。它的占地面積也比較大，占電站總面積1/6左右。按國(guó)際能源機(jī)構(gòu)煤炭研究組織的調(diào)查，1992年末全世界十七個(gè)國(guó)家的燃煤電站安裝了各種電站煙氣脫硫設(shè)備(FGD)646套，總裝機(jī)容量達(dá)167GW，其中美國(guó)308套，德國(guó)208套，日本51套