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660 MW高效超超临界双炉膛循环流化床锅炉的设计开发

更新时间:2016-07-05

超临界机组发电效率高,污染物排放低,是当今世界洁净煤发电的主流技术之一。随着蒸汽参数的提高,高效超超临界机组相比于传统超临界机组供电煤耗明显降低[1]

本研究表明基础肝脏疾病不同的HBV-ACLF患者临床特征和预后有所不同,WGO推荐的分类适用于中国HBV-ACLF患者。ACLF概念需要强调识别基础肝病,这有利于临床患者的管理和治疗。本研究属于单中心、回顾性研究,具有一定局限性;另外,WGO认为ACLF中急性打击导致的器官衰竭应涵盖肝内及肝外脏器,而本研究纳入患者均以肝脏功能衰竭为主要表现,未纳入单纯肝外脏器衰竭者。中国ACLF的概念将来是否要完全或者部分采用WGO-ACLF概念,还需要进一步深入研究。

循环流化床(CFB)锅炉以其在低成本污染排放控制及煤种适应性等方面的优势,被公认为是商业化程度最好的清洁煤燃烧技术之一[2-3]。10多年来,我国在机组高参数、大型化方面取得了突破性进展。2013年4月,我国自主研发的世界首台600 MW超临界CFB锅炉正式投入商业运行,2015年末至今,350 MW超临界CFB锅炉也成批量投入商业运行。超临界CFB锅炉的运行实践表明,CFB燃烧与超临界蒸汽参数的结合表现出一定的优势:采用低质量流速本生垂直管技术,使得水冷壁流动阻力降低,从而降低给水泵压头,节约厂用电;CFB锅炉炉膛内热负荷较低,热流密度分布较均匀,有效保证了锅炉水动力的安全性;CFB锅炉氮氧化物和硫氧化物的原始排放浓度低,采用较低成本的炉外污染物脱除设备即可实现超低排放的目标[4]

超临界CFB锅炉的成功投运为620 ℃高效超超临界CFB锅炉的开发奠定了基础,然而随着机组容量的增加和蒸汽参数的提高,对锅炉的总体布置提出了新的挑战:CFB锅炉的低温燃烧如何维持低负荷时的蒸汽参数,大炉膛断面条件下如何保证床温的均匀性,高效超超临界参数条件下锅炉水动力的安全性以及大尺度炉膛内物料的横向扩散等,这些问题与锅炉的运行稳定性、燃烧效率以及污染物排放等性能密切相关。笔者在已有研究[4-7]的基础上,提出了620 ℃、660 MW高效超超临界双炉膛CFB锅炉的设计方案。

1 高效超超临界CFB锅炉设计原则

1.1 炉膛-分离器布置

随着锅炉容量的增加,炉膛断面增大,为保证二次风的穿透,目前已经投运的锅炉主要有2种炉膛类型:一种是裤衩腿型双布风板炉膛,另一种是传统的单布风板炉膛。然而,当机组容量达到660 MW,再热蒸汽温度达到620 ℃时,CFB锅炉的炉膛断面将增加到550 m2左右,采用双布风板结构设计时,为避免锅炉发生翻床,则需要增设风道调节挡板,导致一次风机压头增加,厂用电率提高;采用传统的单布风板炉膛设计时,考虑到二次风的穿透,炉膛宽度将超过40 m,大宽深比炉膛结构容易引起炉内床料的横向动态不稳定性,如图1所示[8-9],且由于单布风板结构的布风面积是双布风板的2倍,因此布风的均匀性也是值得高度重视的问题,布风不均匀容易导致炉膛内温度分布不均,局部高温会造成污染物排放增加和水动力的安全隐患。为更好地适应CFB锅炉的大型化发展,笔者提出的620 ℃、660 MW高效超超临界CFB锅炉为双炉膛布置,即2个独立的炉膛及其分离回料系统对称布置于炉前,尾部共用一个对流烟道,锅炉结构示意图见图2。

表1给出了高效超超临界CFB锅炉与常规超临界CFB锅炉典型参数的对比。由表1可知,与超临界CFB锅炉相比,高效超超临界CFB锅炉的过热蒸汽和再热蒸汽质量流量增加,温度、压力和锅炉给水温度均明显升高。由于锅炉汽水参数的改变,各受热面的吸热比例也发生了变化(见图5)。从图5可以看出,高效超超临界CFB锅炉过热器及再热器吸热比例略有提高,水冷壁和省煤器吸热比例有所降低。

图1 某300 MW锅炉床压横向波动

Fig.1 Lateral bed pressure fluctuations in a 300 MW CFB boiler

图2 双炉膛锅炉结构示意图

Fig.2 Schematic diagram of the double-furnace CFB boiler

锅炉采用回料阀给煤,一侧炉膛的燃料供给通过6个返料斜腿上的给煤口实现,回料阀布置于炉膛外侧,为增加燃料在炉内的停留时间,同时满足锅炉较大底渣量的要求,在炉膛内侧布置了12台滚筒冷渣器。

所设计的锅炉整体布置如图6所示,炉前并列布置2个完全独立的炉膛,每个炉膛外侧布置3个内径为9.8 m的汽冷旋风分离器,锅炉设有6个外置式换热器和6个回料阀,分离器分离下来的高温物料分别进入外置式换热器和回料阀。靠近炉前的2个外置式换热器内布置低温再热器,用于调节再热蒸汽温度,其余4个外置式换热器内布置中温过热器,用于调节床温。

尾部对流烟道为单烟道布置,四周为膜式壁包墙过热器,沿烟气流向依次布置低温过热器和省煤器,省煤器出口烟道与2台回转式空气预热器连接。

若采用双炉膛结构,每个炉膛设有单独的布风板和水冷风室,尽管锅炉运行过程中2个炉膛内的气固两相流不可避免地存在差异,但由于二者独立存在,不会出现单炉膛双布风板锅炉的翻床现象,因此无需在2个炉膛各自的一次风道上设置风门调节挡板作为抑制翻床的调节手段,从而降低一次风机压头,减少厂用电率。

1.1.2 与单布风板炉膛的比较

Baicalein用二甲基亚砜(DMSO)稀释成100 mmol/L,0.22 μm微孔滤膜过滤,分装,-20 ℃保存,使用前解冻。羟甲基纤维素钠用蒸馏水稀释成0.5%的溶液,4 ℃保存。灌胃前将溶解的黄芩素悬浮于羟甲基纤维素钠溶液里。

采用双炉膛结构,每个炉膛截面仅为单布风板炉膛截面的一半,与已投运的350 MW超临界CFB锅炉炉膛截面尺寸相当,单个炉膛宽度约9 m,深度约30 m[11],锅炉运行实践表明,炉膛的宽深比例适当,可有效避免炉膛内横向动态不稳定性,同时由于截面积减小,更容易实现炉膛布风的均匀性,从而保证了床温的均匀分布。此外,与单布风板炉膛CFB锅炉相比,双炉膛设计中炉膛周界增大,为炉膛内屏式受热面的布置提供了足够的空间。

双炉膛结构的每个炉膛对应3个旋风分离器,布置在炉膛外侧,组成热循环回路,其结构参数与已投运的350 MW超临界CFB锅炉亦十分接近,工程实践已验证其具备良好的性能。

1.2 热循环回路中受热面的布置

对于大型CFB锅炉,在保证燃料在炉膛内停留时间足够的前提下,考虑到锅炉建造的经济性,应尽量降低炉膛高度,因此需要将部分水冷壁受热面以屏式受热面的型式布置在炉膛内。目前,各锅炉制造公司针对超临界锅炉采取的解决方案主要有:并联中隔墙[12]、并联十字墙和串联水冷屏[13]等方式。然而在超临界蒸汽参数下,工质的物性参数不同于自然循环,并联管屏之间的热负荷差异容易引起屏的变形。因此,在并联管组中应该尽量避免同时采用单面和双面受热的布置型式,而双炉膛锅炉很好地解决了这一问题,炉膛水冷壁均为单面受热。

除布置屏式过热器和屏式再热器外,热循环回路中还设置了外置式换热器。对于660 MW高效超超临界CFB锅炉,即使采用双炉膛布置,单个炉膛截面的宽深比依然较大,运行过程中要保证均匀的床温变得更加困难,而外置式换热器实现了床温和再热蒸汽温度的分开调节,调节床温灵活有效,是污染物控制和避免水冷壁热负荷偏差的有效手段。与600 MW超临界锅炉相比,620 ℃高效超超临界CFB锅炉的工质出口温度有所提高,过热器和再热器的吸热比例进一步增加,锅炉热循环回路内的过热器和再热器吸热比例将达到约30%(见图3),因此,如果不采用外置式换热器,受热面的布置将受到炉膛空间的限制。由于外置式换热器内受热面的传热系数高,可以有效解决受热面的布置问题。

图3 锅炉各部分受热面吸热比例

Fig.3 Proportion of the heat absorbed by different heating surfaces in the CFB boiler

1.3 双炉膛烟温偏差的控制

由于采用2个相对独立的炉膛和热循环回路,两侧炉膛内床温的匹配对锅炉的控制提出了更高的要求。锅炉需采用2套独立的控制系统,包括一、二次风机等都是分别针对单个热循环回路独立控制;但由于采用同一个尾部烟道及引风机系统,在锅炉运行过程中可通过调节两侧炉膛的给煤、配风和床压等参数的匹配,确保水动力的安全性。

锅炉水冷壁为垂直管圈一次上升,与裤衩腿型双布风板炉膛相比,由于双面受热的中隔墙被2片单面受热的水冷壁替代,增加了水冷壁一次上升工质流通面积,在满负荷工况下,水冷壁平均质量流速约为780 kg/(m2·s),与白马电厂600 MW CFB锅炉质量流速相当,低质量流速可减小流动摩擦压降,同时提高重位压降占总阻力的比例,充分利用垂直管屏水冷壁中由于热偏差形成的流量自补偿特性,从而保证锅炉的安全运行[14]。水动力计算以及超临界 CFB锅炉的运行实践表明,在设计质量流速下,可以保证锅炉在启动及低负荷(最低直流负荷以下)运行时维持水动力的稳定,在亚临界直流阶段不发生膜态沸腾,在近临界直流工况可控制高干度蒸干,在超(超)临界直流工况不发生拟膜态沸腾。

图4 锅炉尾部入口烟道的布置

Fig.4 Arrangement of the backpass inlet in the CFB boiler

1.4 锅炉水动力特性

对于双炉膛结构的锅炉,2个热循环回路中的受热面对称布置,由于2个回路中烟气和物料温度以及流量的不完全对称,蒸汽温度必然会存在一定的差异,锅炉设计时通过采用混合集箱等方式来消除蒸汽温度偏差。此外,可将尾部入口烟道内烟气流动方向与蛇形管受热面平行布置(见图4),从而减小管间的温度偏差。

2.1.2 对照品溶液的制备 分别取姜黄素、去甲氧基姜黄素、双去甲氧基姜黄素3个对照品适量,精密称定,置20 mL量瓶中,加甲醇溶解并定容至刻度,摇匀,制成含姜黄素310.5 μg/mL、去甲氧基姜黄素102.3 μg/mL、双去甲氧基姜黄素103.6 μg/mL的溶液作为对照品储备液。

1.5 锅炉各系统吸热比例

王祥在L市里无亲无故,也没个人给他当个导游,去当铺,他害怕像电视里的大头鬼一样被骗了。去商场,他又估摸着那里只有东西买,没有地方卖。他想来想去突然想起电视里播过城里专门有古玩交易市场,于是便抱着试试看的心态去看了看,一看之下王祥大吃一惊。

表1 锅炉主要参数

Tab.1 Main design parameters of various CFB boilers

设计参数高效超超临界CFB锅炉常规超临界CFB锅炉主蒸汽质量流量/(t·h-1)19681900主蒸汽压力/MPa29.425.4主蒸汽温度/℃605571再热蒸汽质量流量/(t·h-1)16531568再热器入口压力/MPa5.924.58再热器入口温度/℃357317再热器出口压力/MPa5.704.34再热器出口温度/℃623569给水温度/℃327284

图5 高效超超临界CFB锅炉与超临界CFB锅炉各系统的吸热比例

Fig.5 Comparison of the heat absorbed by different heating surfaces between high efficiency ultra-supercritical and conventional supercritical CFB boilers

2 高效超超临界CFB锅炉设计方案

根据上述原则,进行620 ℃、660 MW高效超超临界CFB锅炉的设计开发。锅炉设计燃料为烟煤与矸石混合后的低热值燃料,成分分析见表2。

对于单炉膛双布风板结构的四川白马循环流化床示范电站有限责任公司(简称“白马电厂”)600 MW超临界CFB锅炉,总体而言是一个炉膛,然而由于水冷中间隔墙将炉膛分为2个部分,在实际运行过程中,两侧气固两相流动、燃烧和传热相对独立,炉膛两侧的床温、床压、给煤和排渣均是单独调节,其运行和调节特性趋向于2个炉膛。单炉膛加装中间隔墙后,两侧气固两相流动基本无横向混合[10]。炉膛内若出现热负荷偏差,主要还是通过每一侧炉膛的给煤和配风来调节。

表2 锅炉设计燃料元素分析和工业分析

Tab.2 Ultimate and proximate analysis of design fuel forthe 660 MW CFB boiler

参数数值w(Car)/%31.70w(Har)/%2.50w(Oar/%10.24w(Nar)/%0.45w(Sar)/%0.77w(Aar)/%50.22w(Mar)/%2.78w(Vdaf)/%45.19Qnet,ar/(MJ·kg-1)11.87

1.1.1 与双布风板炉膛的比较

双炉膛锅炉每个炉膛的宽度为9.373 m,深度为30.493 m。2个炉膛内布置相同的受热面,每个炉膛内侧墙布置14片高温过热器屏和12片高温再热器屏。

工程项目劳务管理部门应根据企业的有关制度,在符合工程所在国家相关法律体系的基础上,合理配置工程施工中各工作岗位的人数,并将工程项目的实际人工成本、超支情况及目标控制状况等方面的内容与计划内容相对比。并且,从中分析出国际工程劳务本土化管理中存在的问题、掌握管理重点,提高人工成本管理的整体水平[4]。同时,在制定项目人工成本核算考核目标的过程中,应注意以下几个方面:首先,明确管理目标,建立完善的管理体系,并落实责任制,制定科学的人工成本核算制度。其次,项目管理单位应针对工程施工中的每一施工作业环节,制定管理标准,合理调节劳动力,将多余的劳动力调整到有需要的区域,提高工作效率。

过热蒸汽的温度主要通过煤水比来调节,并配合布置在各级过热器之间的三级喷水减温进行微调。再热蒸汽温度通过进入外置式换热器的灰量进行调节。低温再热器入口和两级再热器之间布置有紧急工况下使用的喷水减温器。

采用大气扩容式启动系统,带有2个内置式分离器。当负荷高于25 %最大连续蒸发量(BMCR)工况时,锅炉进入直流运行,启动分离器入口处蒸汽有一定的过热度。

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锅炉BMCR工况下的主要性能参数如表3所示。通过热力计算,对锅炉BMCR工况进行了性能预测,锅炉计算热效率为92.49 %,工质和烟温预测结果见表4。

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图6 高效超超临界CFB锅炉整体布置

Fig.6 Overall layout of the high efficiency ultra-supercritical CFB boiler

表3 锅炉BMCR工况下的主要性能参数

Tab.3 Main performance parameters of the CFB boiler

at BMCR condition

炉膛床温/℃过量空气系数流化速度/(m·s-1)飞灰底灰比8901.25.060∶40

3

对比现有超临界CFB锅炉炉膛布置方案,提出了双炉膛结构的660 MW高效超超临界CFB锅炉设计原则,并从结构布置、烟温控制和水动力特性等方面分析了双炉膛结构的优势,结果表明该设计方案有利于燃料的燃尽,并改善了床温不均匀问题;可避免翻床现象,从而省去一次风控制挡板,有利于节约厂用电耗;能有效控制蒸汽热偏差,解决受热屏变形问题;并在较低的质量流速下仍可保证水冷壁管正流量响应特性,从而保证锅炉水动力的安全性。该设计方案为高效超超临界CFB锅炉的设计开发提供了参考。

表4 锅炉BMCR工况下烟气侧和工质侧温度计算结果

Tab.4 Calculated results of main temperatures on flue gas side and water side of the CFB boiler at BMCR condition

参 数数值烟气侧炉膛床温890炉膛出口温度890分离器出口温度902低温过热器出口温度591省煤器出口温度407空气预热器出口温度(修正后)130工质侧省煤器入口工质温度327省煤器出口工质温度356水冷壁出口工质温度422低温过热器出口工质温度507中温过热器1出口工质温度518中温过热器2出口工质温度531高温过热器出口工质温度605低温再热器入口工质温度357低温再热器出口工质温度541高温再热器出口工质温度623

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张缦,蔡润夏,姜孝国,吕俊复,高新宇,杨海瑞
《动力工程学报》 2018年第05期
《动力工程学报》2018年第05期文献

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