超超临界燃褐煤机组的锅炉选型研究

周东

摘要：本文主要针对超临界循环流化床CFB锅炉、超临界煤粉锅炉，在机组技术设计方案方面进行分析以及比对，以期在燃用褐煤超临界机组选型时，获取最佳的锅炉型号，以供参考。

关键词：超超临界燃褐煤；机组；锅炉；选型

前言：褐煤自身具备热值低、灰分大、远距离运输困难等诸多特征，在动力层面属于一项极好的燃料，但是褐煤在燃烧过程中容易结渣、放热性较差，从而给燃用褐煤锅炉在型号选择方面造成了诸多困难。因此，目前针对超临界褐煤机组的锅炉，在型号选择方面进行分析以及研究，具备极其重要的现实意义。

1 锅炉主辅机设备设计技术方案

1.1 超临界的CFB锅炉

1.1.1 锅炉布设

CFB锅炉为直流锅炉，超临界参数为600MW，运行方式为变压运行，加热方式应用一次中间再热的方式，蒸汽参数设计数值为额定压力25.4MPa,额定温度571℃，蒸发量每小时为1900吨，锅炉设计的效率为92.5%。

锅炉构成包含：两个回转形式的空气预热器，八台滚筒形式的冷渣器，尾部对流烟道、六个外置的换热器、六个回料阀、六个高效绝热的旋风分离器、单炉堂等。结构形式为单炉膛的双布风板，炉膛内部构造其蒸发受热面，应用垂直管圈的材料，采取一次上升膜式的水冷壁架构。尾部位置在流烟道中对于省煤器、低温再热器、高温过热器等进行合理布设，最终进到回转形式的空气预热器当中。

锅炉固定采取的方式是支吊相互结合，支撑结构主要由空气预热器、外置形式的换热器、冷渣器、床下启动的燃烧器等共同构成，回料阀组成为支吊结合，其余架构全都是悬吊^[1]。

1.1.2 污染物的排放

CFB锅炉中的底渣应用干式除渣系统对其进行去除，每台锅炉一共包含两套输送设备，总出力每小时为60吨，此出力量相较于BMCR工况之下应用的燃用设计煤质，在排渣方面的体量要高，高出数值为250%，相比较于燃用校核煤质的排渣量比例为250%，可以极大程度的满足锅炉在排渣方面的诸多需求。

每一台超临界的CFB锅炉都会配备一台除尘器，应用最多的是除尘效率高达99.89%的电气除尘器。两台锅炉共同应用一个烟囱，烟囱高度为240米。在设计过程中应用炉内的石灰石进行脱硫，在钙与硫的比值为2.45的时候，二氧化硫在排放时每立方米的浓度低于一百毫克。在SNCR的条件之下，NO_X每立方米排放浓度低于八十五毫克，上述数值相较于国家针对火电厂大气污染物，在排放层面颁布的标准数值都要低，所以可以满足环保层面的需求。

1.2 超临界的煤粉锅炉

1.2.1 锅炉布设

超临界煤粉炉的机组采取两个600MW的直流锅炉，在运行层面应用超临界参数的变压方式，蒸汽参数设计数值为额定压力25.4MPA，额定温度571℃，蒸发量每小时为1913吨，锅炉在设计时的效率为93.55%。

锅炉在设置时采用平衡通风、一次再热、紧身封闭、单炉膛的丌型布置，燃烧器采用八角布置形式的切圆燃烧。还需要布设八台风扇研磨机，其中，六台用来运行，一台用来作为备用以备不时之需，另外一台用来作为维修时的备用，六台煤模机共同运行，可以最大程度的满足锅炉在BMCR工况之下运行的各种需求。

锅炉中需要布设启动循环泵，排渣方式采取固定方式，架构为全钢形式，固定方式选取全悬吊。

1.2.2 污染物的排放

设计过程中应用石灰石--石膏湿法的脱硫工艺，针对锅炉在排放过程中的所有烟气展开脱硫处理，设计环节要求脱硫的具体效率要为92%。脱硫系统主要包含：排空、工艺水、石膏处理、吸收塔、烟气系、供应等诸多系统以及吸收剂制备。

脱硝系统在技术方面应用的是SCR技术，此项技术在燃煤电站中已经得到了大范围的应用，且技术趋于成熟，此技术在造价方面虽然相比较于SNCR经济成本要高，但是在脱销方面会取得更好的效果。在容量大的常规燃煤火电机组上，对于SCR的烟气脱硝装备进行额外装置，能够更好的适应目前对于环境保护，所提出的各项污染物排放标准要求^[2]。

2 锅炉主辅机设备设计技术方案的对比

针对600MW的超临界褐煤CFB机组、煤粉炉机组两种技术方案进行分析比对之后发现，除却输煤、除渣、制粉、锅炉本体等系统存在差异之外，其他的循环冷却水、辅助、发电机、汽轮机等系统中的部分内容基本无差异。其中，两种方案在技术层面的经济指标对比如表2-1所示；两种方案在污染物排放层面的比较如表2-2；两种污染物在投资层面的比较（单位：万元）如表2-3；两种方案主要参数最终的汇总如表2-4所示。由此可知，上述两种设计方案在投资成本、环境保护、运行成本、性能等层面都存在不同程度的差异。

项目	超临界煤粉炉	超临界CFB锅炉
锅炉蒸发量/(t.h-1)	1913	1900
过热器出口蒸汽压力/MPa	25.4	25.4
过热器出口蒸汽温度/℃	271	571
再热蒸汽流量/(t.h-1)	1586	1613.9
再热器进/出口蒸汽压力/MPa	4.354/16	4.64/4.43
再热器进/出口蒸汽温度/℃	310/569	320/569
省煤器进口给水温度/℃	282	290
锅炉效率（低位发热量）/%	91.7	92.5
SO2 实际排放浓度/(mg.Nm-3)	22	28
SO2 允许排放浓度/(mg.Nm-3)	35	35
NO2 实际排放浓度/(mg.Nm-3)	33	41
NO2 允许排放浓度/(mg.Nm-3）	50	50
烟尘实际排放浓度/(mg.Nm-3)	4.4	4.1
烟尘允许排放浓度/(mg.Nm-3)	5	5

表2-1 两种方案在技术层面的经济指标对比

	项目	煤粉炉	CFB锅炉	国家标准
SO2	年排放量/(t·a-1)	1231	2016	-
	排放浓度/(mg.Nm-3)	22	8	35
NOx	年排放量/(t·a-1)	1656	1947	-
	排放浓度/(mg.Nm-3)	33	41	50
烟尘	年排放量/(t·a-1)	640	628	-
	排放浓度/(mg.Nm-3)	4.4	4.1	5

表2-2 两种方案在污染物排放层面的比较

名称	建筑工程费	设备 购置费	按照工程费	其他费用	合计
煤粉炉 静态投资	66791	235908	87603	39875	430177
循环流化床 静态投资	64162	236863	74496	36559	412080
煤粉炉改循环流化床炉增加投资	-2629	955	-13107	-3316	-18097
热力系统		13324	2905		16229
燃料供应系统	-50	930	59		939
除灰系统		272	12		284
水处理系统	200	1020	180		1400
烟气脱硫工程	-1967	-8543	-4776		-15286
脱硝工程	-540	-6048	-2268	-1944	-10800
编制年价差	-272		-9219		-9491
其他费用				-1372	-1372

表2-3 两种污染物在投资层面的比较

项目	CFB机组方案	煤粉炉组方案	差值
锅炉效率/%	92.5	91.7	+0.8
机组效率/%	43.89	43.15	+0.38
厂用电率/%	6.03	5.53	+0.5
发电标准煤耗/[g·(KW)·h-1]	279.84	282.29	-2.45
供电标准煤耗/[g·(KW)·h-1]	297.8	298.81	-1.01
耗水指标/[m3·(s·GW)-1]	0.484	0.521	-0.037
占地指标/hm			-1.75
四大管道/t			-164
运行人员/人			-25
年运行成本/万元			-300
SO2排放浓度/(mg·Nm-3)	28	22	+8
NO,排放浓度/(mg·Nm）	41	33	+3
烟尘排放浓度/(mg·Nm）	4.1	4.4	-0.3
工程项目投资/万元	412080	430177	-18097
单位造价/(元·kW-1)	3434	3585	-151
含税电价/(元·MW·h-1)	184.77	191.62	-6.85

表2-4 两种方案主要参数最终汇总

结束语：综上所述，目前我国对于超临界锅炉技术已经有确切掌控，而且在研发、制造层面都具备相应的能力。通过合作以及技术引进的形式，我国在循环流化床的锅炉技术层面已经处于世界领先地位，而且同时还具备了研发、创新的能力。我国国内的大部分锅炉厂家，针对600MW超临界的CFB锅炉，展开了多年的科研、开发，目前针对具体方案已经完成了设计工作，而且在实际工程应用环节也具备一定的条件。

参考文献：

[1]王建伟,江来,关心.600MW超临界褐煤锅炉低氮改造及燃烧调整[J].电站系统工程,2019,35(03):28.

[2]李逢春.燃用低热值褐煤超超临界锅炉炉型选择研究[J].石油石化物资采购,2019(2):4.