新型循环流化床清洁高效燃烧技术及示范

新型循环流化床清洁高效燃烧技术及示范2017年CFB协作网第十六届年会暨第六届中国循环流化床燃烧理论与学术会议宋国良中国科学院工程热物理研究所2017.9.22哈尔滨汇报提纲一、研究背景二、IETCFB技术研究开发基础三、新型超(超)临界CFB炉型技术开发四、CFB超低NOx排放技术示范五、结论与展望2汇报提纲一、研究背景二、IETCFB技术研究开发基础三、新型超(超)临界CFB炉型技术开发四、CFB超低NOx排放技术示范五、结论与展望34一、研究背景煤炭消费结构5一、研究背景“一带一路”生态环境保护合作规划“十三五”节能减排综合工作方案“十三五”生态环境保护规划高效节能环保工业锅炉产业化实施方案煤炭工业发展“十三五”规划电力发展“十三五”规划能源发展“十三五”规划煤炭清洁高效利用行动计划（2015-2020年）煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020年)2014201520162017中国政府制定系列节能减排能源政策：6一、研究背景现役燃煤发电机组平均供电煤耗≤310克/千瓦时现役60万千瓦及以上机组平均供电煤耗≤300克/千瓦时新建燃煤发电机组≤300克/千瓦时煤炭消费比重调整煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020年)要实现以上目标，中国煤电必须发展超/超超临界技术！7煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020年)一、研究背景要实现以上目标，中国煤电必须发展超低排放技术！8一、研究背景煤炭高效燃烧发电低污染物控制超临界/超超临界低成本可靠的超低排放超高参数超低能耗超低排放CFB技术煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020年)汇报提纲一、研究背景二、IETCFB技术研究开发基础三、新型超(超)临界CFB炉型技术开发四、CFB超低NOx排放技术示范五、结论与展望910二、IETCFB技术研究开发基础中科院工程热物理研究所(IET)CFB技术研发历程：1984年建成国内首个2.8MWCFB工业装置完成了10-35-75-130-220-480-690t/h系列CFB锅炉产品技术示范，技术得到广泛验证和应用;2009年135MW锅炉机组走向国际市场与多家企业紧密合作，建立研发设计体系，实现技术研发与产品生产无缝对接，产品超过3000台35年循环流化床技术研发经验!11IET超临界CFB技术研发历程：国家“十三五”重点研发计划课题“660MW高效超超临界循环流化床炉内低排放技术研究”2016年2011年中国科学院战略性先导科技专项“超临界循环流化床燃烧技术及示范”,与东锅联合开发超临界环形炉膛锅炉产品2009年中国科学院知识创新工程重要方向项目“超临界循环流化床关键技术及富氧燃烧研究”2004年与上锅联合开发600MW超临界CFB锅炉技术2006年“十一五”国家科技支撑计划课题“600MWe超临界循环流化床锅炉运行技术与性能研究测试”13年超临界循环流化床技术研发经验!二、IETCFB技术研究开发基础12中科院工程热物理研究所CFB技术研发历程：670→1025t/h440t/h→690t/h130t/h→240t/h→450t/h35t/h→240t/h1913t/h亚临界超高压再热高温高压中温中压超(超)临界二、IETCFB技术研究开发基础13CFB燃煤锅炉:3000台440-705t/h等级锅炉220-410t/h等级锅炉130-180t/h等级锅炉煤气化炉CFB气化炉：28台CFB生物质锅炉：25台开发的CFB燃煤锅炉、煤气化炉和生物质直燃发电锅炉已实现产业化应用3000多台技术产品遍布全国，并出口到东南亚、非洲，产值超过370亿元1家国外企业+12家国内企业采用本团队研发CFB锅炉技术体系二、IETCFB技术研究开发基础汇报提纲一、研究背景二、IETCFB技术研究开发基础三、新型超(超)临界CFB炉型技术开发四、CFB超低NOx排放技术示范五、结论与展望14CFB大型化与高参数化后带来的关键技术问题：炉膛受热面布置问题？大尺度炉膛流动均匀性、燃烧均匀性、传热均匀性问题？二次风穿透问题？水动力的安全性问题？现有技术解决方案：增加外置床增加炉膛高度采用裤衩腿双布板炉膛结构三、新型超(超)临界CFB炉型技术开发16开发了600MW等级及以上超（超）临界CFB环形炉膛关键技术超临界环形炉膛技术优势：解决了高蒸汽参数受热面布置问题，取消了外置床解决了超大炉膛二次风穿透问题降低了炉膛高度，降低了锅炉成本减轻了炉膛角部水冷壁管磨损，提高了机组运行可靠性突破了炉膛结构受锅炉容量放大的限制特别适合600MW等级及以上、褐煤超/超超临界锅炉机组专利号：200710151813.0201310346673.8201310712004.8201510217373.9三、新型超(超)临界CFB炉型技术开发环形炉膛是一种全新的CFB创新炉型17多分离器间物料质量偏差23.4%(现有技术)8.0%（本项目技术）流动均匀性显著提高开发了600MW等级及以上超（超）临界CFB环形炉膛关键技术分离器间物料质量流率三、新型超(超)临界CFB炉型技术开发中科院工程热物理研究所提出了环形炉膛技术；建设了5套大型冷态实验装置与1套大型热态实验装置；建设了国内规模最大的超临界环形炉膛循环流化床冷态试验装置；建设了首套带双分离器的2MW环形炉膛热态试验装置；与国内最大的锅炉制造企业之一东方锅炉股份有限公司于2011年开始环形炉膛技术产品合作开发项目；完成了大量超临界炉型优选基础实验研究与实炉数值计算分析，提出了超临界环形炉膛优势炉型；完成了超(超)临界环形炉膛水动力计算及试验，传热计算分析，热力计算程序开发等；形成了660MW超(超)临界环形炉膛CFB锅炉技术方案。IET超临界环形炉膛自主技术研发进展：(得到中国科学院战略性先导科技专项、国家重点研发计划、中国科学院知识创新工程重要方向项目资助)：目前已完成环形炉膛炉型新技术全链条研发过程。三、新型超(超)临界CFB炉型技术开发技术原理机理试验数值计算关键技术计算程序技术论证超临界技术方案192012-2014年建成了600-1000MW等级超临界环形炉膛循环流化床冷态试验装置，并完成了系列冷态试验研究，获得了环形炉膛优势炉型的多分离器质量流率偏差不超过8.0%。环形炉膛八回路冷态试验装置环形炉膛六回路冷态试验装置双水冷柱炉膛六回路试验装置三、新型超(超)临界CFB炉型技术开发20环形炉膛内的气固流动形态与单炉膛相比无本质差别，不存在沿炉膛径向的环流。ABDEGHJK--0.000.020.040.060.080.100.120.140.160.180.20密相区表观颗粒浓度中部表观颗粒浓度稀相区表观颗粒浓度表观颗粒浓度返料器/旋风分离器/压差测点位置流化速度：4.8m/s静止料层高度：500mm二次风比例：30%0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.50.000.010.020.030.040.050.060.070.080.09B点5.2m/s4.8m/s4.4m/s4.0m/s表观颗粒浓度炉膛高度（m）静止料层高度：300mmABDEKJHG超临界环形炉膛炉型冷态试验结果三、新型超(超)临界CFB炉型技术开发22660MW超(超)临界环形炉膛炉型优化数值计算开展了7种不同布置方案的660MW超临界环形炉膛循环流化床锅炉实炉尺寸的气固两相流动特性及固体颗粒浓度分布特性数值计算分析，根据计算结果，提出了超临界环形炉膛六回路优势炉型。三、新型超(超)临界CFB炉型技术开发单分离器方案600MW超临界M型四分离器布置锅炉方案660MW超超临界环形炉膛六分离器布置方案三、新型超(超)临界CFB炉型技术开发660MW超(超)临界环形炉膛炉型优化数值计算24878℃880℃建成了国际首台双分离器的2MW环形炉膛热态试验装置，完成了2MW环形炉膛无论单侧还是双侧给料，左右两侧旋风分离器的温度差均不超过10℃，炉膛温度分布均匀，燃烧效率高。三、新型超(超)临界CFB炉型技术开发25建立了超临界环形炉膛循环流化床锅炉水动力计算模型，验证了660MW超临界/超超临界环形炉膛水动力是安全可靠的。12001600200024002800200250300350400450500换热系数/m2⋅K拟临界焓值内壁温度,℃工质焓值,kJ/kg5101520253035q=100kW/m2q=150kW/m2q=200kW/m2P=28.5MPaG=690kg/m2⋅s超临界水动力实验台三、新型超(超)临界CFB炉型技术开发蒸汽压力:11～32MPa热负荷:50～360kW/m2质量流速:170～800kg/m2s试验参数：26技术论证会现场专家组现场考察冷态试验台2013年超（超）临界循环流化床锅炉环形炉膛技术可行性通过了专家论证。结论：环形炉膛超临界CFB锅炉在技术上是可行的，是CFB锅炉大型化发展的重要途径。三、新型超(超)临界CFB炉型技术开发660MW超(超)临界环形炉膛炉型技术可行性论证：27通过对以上关键技术的集成，开发了可满足不同炉型（环形炉膛、H型、M型）、不同容量、不同参数、不同煤种、不同负荷下的超（超）临界循环流化床锅炉热力性能计算软件，并申请了计算机软件著作权。超临界环形炉膛计算界面超临界计算软件著作权登记三、新型超(超)临界CFB炉型技术开发28项目BMCR75%THA50%THA过热蒸汽流量(t/h)20601308867过热蒸汽压力(MPa)26.2121.4114.40过热汽温(℃)605605605再热蒸汽流量(t/h)16771097743再热汽温(℃)603603603给水温度(℃)296267244三、新型超(超)临界CFB炉型技术开发开发了660超超临界环形炉膛循环流化床锅炉技术方案29开发了660MW超超临界环形炉膛循环流化床锅炉技术方案新一代660MW超超临界CFB锅炉技术方案锅炉整体布置方案炉型：全膜式壁环形炉膛单布风板分离器：6个蜗壳式汽冷分离器回料阀：6个回料阀外置床：无外置床炉内受热面：32片过热屏+30片再热屏尾部双烟道：低再/低过+高省给煤：12点给煤排渣：8台水冷滚筒冷渣器布风：风室后墙66点给入方式燃烧系统：床上8台，床下6台燃烧器空预器：2台四分仓回转式空预器结构尺寸:30530×23400×51400mm三、新型超(超)临界CFB炉型技术开发汇报提纲一、研究背景二、IETCFB技术研究开发基础三、新型超(超)临界CFB炉型技术开发四、CFB超低NOx排放技术示范五、结论与展望3031四、CFB超低NOx排放技术示范燃煤是我国大气污染排放的主要来源；新环保国标制定了世界上最严格的大气污染物排放标准；重点地区更为严格的超低排放或燃机标准010020030040050060070080072046046041020020013865045010050NOx浓度mg/m3国家和地区经济可靠的洁净燃烧新技术需求非常迫切！32CFB锅炉常规NOx控制：低氮燃烧+SNCR：≤100mg/Nm3CFB锅炉超低NOx排放：低氮燃烧+SNCR+SCR：≤50mg/Nm3。SO2超低排放路线：炉内脱硫+尾部湿法脱硫：SO2排放≤35mg/Nm3现有排放控制技术CFB锅炉NOx排放现状：烟煤：100~200mg/Nm3，褐煤：200~300mg/Nm3NOx原始排放控制(无SNCR)：低氮燃烧原始排放：≤100mg/Nm3CFB锅炉超低NOx排放控制：低氮燃烧+少量SNCR：≤50mg/Nm3。SO2超低排放路线：炉内脱硫+尾部半干法脱硫：SO2排放≤35mg/Nm3IET排放控制策略：四、CFB超低NOx排放技术示范33开发出了循环流化床低氮燃烧技术，实现了低NOx与高效燃烧协同控制二次风一次风给煤低氧区二次风一次风给煤低氧区效果：保证锅炉效率前提下，NOx原始排放降低50%以上，污染物控制成本显著降低。四、CFB超低NOx排放技术示范传统局