600 MW超临界燃褐煤机组的锅炉选型研究

　　锅炉技术燃料与燃烧600MW超临界燃褐煤机组的锅炉选型研究杨根盛、李忠、杨定华12，张大龙2（1.神华集团公司，北京100011；2.清华大学热能工程系，北京100084）案进行了技术经济性比较。研究表明，超临界CFB锅炉在总体性能指标、耗水指标、占地指标等方面均优于充分优化后的超临界煤粉锅炉方案。在建设投资和运行成本方面，超临界CFB锅炉也优于超临界煤粉锅炉。

　　-），男，工程师，主要从事能源管理工作前言我国已经发现的褐煤储量为1291.约占我国煤炭保有资源量的12.7，其中内蒙古东部地区的褐煤储量极其丰富，占全国的77.55.褐煤具有灰分大、热值低，不适合远距离运输等特点，是较好的动力燃料，但是由于褐煤在燃烧时的温度低、放热差以及易结渣等特性给燃用褐煤锅炉的选型工作带来诸多困难。

　　本文针对内蒙古的褐煤提出2种超临界机组方案，即超临界煤粉锅炉和超临界循环流化床（CFB）锅炉。对2X600MW褐煤超临界CFB机组方案及褐煤超临界煤粉炉机组方案进行技术经济指标对比分析，得出拟燃用褐煤的超临界参数机组的优选方案，为燃用蒙东高水分褐煤超临界机组的锅炉选型提供。

　　1主要技术条件锅炉设计煤种为内蒙东部褐煤，详细的煤质资料见表1.从表1可以看出，该褐煤灰熔点较低，燃烧时易结渣，这为煤粉火炬燃烧带来潜在的困难。由于煤质的特性差异较大，因此设计褐煤锅炉时与设计烟煤锅炉相比在炉膛尺寸、受热面布置、煤粉细度、磨煤机选取以及排烟温度选取等方面都有较大差别。

　　表1设计褐煤煤质分析项目设计煤种上限煤种下限煤种超临界煤粉锅炉具有锅炉效率高的优点，在超临界600MW等级已经取得了良好的业绩。CFB锅炉燃烧技术是近几十年来迅速发展起来的一项高效清洁燃烧技术，具有燃料适用性广、负荷调节范围大、氮氧化物排放低等优势。CFB锅炉炉膛温度远低于常规煤粉锅炉，且热流密度大值区域位于炉膛底部，因此发生传热恶化的几率很小。此外，由于CFB锅炉炉膛内的热负荷较低，可以采用相对简单的垂直管方案构成燃烧室受热面，同时采用具有自补偿能力低质量流率的垂直管圈设计，可以提高锅炉水动力的可靠性和安全性。因此超临界CFB锅炉技术不存在技术上的障碍，并且已经有实际工程验证了其可行性。

　　2锅炉技术方案2.1超临界CFB锅炉2.1.1锅炉布置CFB锅炉为600MW超临界参数变压运行直流锅炉，采用次中间再热，设计蒸汽参数为900t/h，设计锅炉效率为92.5.锅炉主要由单炉膛、6个高效绝热旋风分离器、6个回料阀、6个外置式换热器、尾部对流烟道、8台滚筒冷渣器和2个回转式空气预热器等部分组成。采用单炉膛双布风板结构，炉膛内蒸发受热面采用垂直管圈次上升膜式水冷壁结构。尾部对流烟道中依次布置高温过热器、低温再热器、省煤器，后进入回转式空气预热器。

　　锅炉采用支吊结合的固定方式，床下启动燃烧器、冷渣器、外置式换热器和空气预热器为支撑结构，回料阀为支吊结合，其余均为悬吊结构。2.1.2污染物排放CFB锅炉底渣采用干式除渣系统，每台炉2套输送设备的总出力为60t/h，其出力大于BMCR工况下燃用设计煤质排渣量的2为燃用校核煤质排渣量的250，完全能够满足锅炉排渣要求。

　　每台超临界CFB锅炉配1台除尘器效率99.89的电气除尘器。2台锅炉合用1座高度240m烟囱。设计采用炉内石灰石脱硫，在Ca/S比为2.；在设置SNCR条件下，NO：排放浓度<85mg/Nm3，均低于国家火电厂大气污染物排放标准（GB13223―2011）的限值，满足环保要求。

　　2.2超临界煤粉锅炉2.2.1锅炉布置2X600MW超临界煤粉炉机组，锅炉采用超临界参数变压运行直流炉，设计蒸汽参数为25.4 MPa/571°C，蒸发量为1913t/h，设计锅炉效率锅炉采用单炉膛n型布置、紧身封闭、一次再热、平衡通风，燃烧器为八角布置切圆燃烧。设置8台风扇磨煤机，6台运行，1台运行备用，1台检修备用，6台磨煤机运行可满足锅炉BMCR工况运行的要求。

　　锅炉设置启动循环泵，并采用固态排渣方式，结构为全钢构架、全悬吊固定。

　　2.2.2污染物排放设计采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺对锅炉排放的全部烟气进行脱硫处理，设计脱硫效率为92.系统包括：吸收剂制备与供应系统，烟气系统，吸收塔系统，石膏处理系统，工艺水系统，排空系统。

　　脱硝系统采用已在燃煤电站锅炉中应用成熟的SCR技术，虽然系统造价较SNCR高，但是其脱硝效果好。在大容量常规燃煤火电机组上加装SCR烟气脱硝装置便于适应越来越严格的环境保护的要求。

　　3方案比较600MW超临界燃褐煤煤粉炉机组2种方案，除了锅炉本体系统、制粉系统、除渣系统、输煤系统等有差别外，其他如汽轮机及辅助系统、发电机及辅助系统、循环冷却水系统等部分基本相同。2种设计方案在性能、运行成本、环境保护和投资成本等方面存在差异。

　　3.1性能比较2种方案的技术经济指标如表2所示。

　　表2600MW超临界煤粉锅炉和超临界CFB锅炉性能参数对比项目超临界煤粉炉超临界CFB锅炉锅炉蒸发量/（th-1）过热器出口蒸汽压力/MPa过热器出口蒸汽温度/C再热蒸汽流量/（th―1）再热器进/出口蒸汽压力/MPa再热器进/出口蒸汽温度/C省煤器进口给水温度/C锅炉效率（低位发热量）/实际排放浓度/（mg，Nm-3）2允许排放浓度/（mg，Nm-3）N实际排放浓度/（mgNm-3）2允许排放浓度/（mgNm-3）实际排放浓度/（mgNm-3）」土允许排放浓度/（mg.Nm-3）常规超临界机组煤粉炉锅炉效率为91. 7，循环流化床锅炉效率为92.5，CFB锅炉比煤粉炉效率高0.8.主要是因为排烟损失、硫盐化放热和风机热增益三项指标上。

　　84g/kWh比600MW超临界煤粉炉的标煤耗500h计算，2台600MW机组年节约标煤07元/t计算，每年可节约195.77万兀。

　　超临界煤粉锅炉脱硝成本远高于超临界CFB锅炉，而且配备湿法脱硫装置的超临界煤粉炉其总运行成本也略高于超临界CFB锅炉。此外，增加的脱硫脱销系统也会带来运行人员的增加，从而提高了运行成本。

　　CFB锅炉由于其自身特点面临着受热面磨损、给煤斗堵煤、耐磨材料的脱落、冷渣器事故、辅助系统故障等问题，相比煤粉锅炉面临的磨煤机、脱硫设施以及其他辅机检修在工作量上存在―定劣势。

　　综合来看，常规煤粉炉与CFB锅炉相比，在运行成本上较高；但是在检修和维护上存在一定的优势，不过随着CFB锅炉的可靠性不断提高，此差别在逐渐缩小。

　　在厂用电方面，与普通煤粉炉相比CFB锅炉取消了磨煤机、碎煤机等负荷和脱硫系统，同时增加了大容量的一次风机、二次风机和高压流化风机等负荷，因此在其他系统基本相同的情况下，对变化部分的厂用电率差值进行估算，采用CFB锅炉方案的厂用电率会增加约0.5.在耗水率方面，煤粉炉设有独立的脱硫系统和脱硝系统，CFB锅炉由于自身的脱硫及脱硝能力，取消了独立的脱硫系统及脱硝系统。煤粉炉的脱硫系统用水采用循环水排污水，脱硝系统用水采用工业水；当采用CFB锅炉后，节省了脱硫系统用的循环水排污水，此部分循环水排污水经反渗透处理后补充到循环水系统。当采用CFB锅炉后，节省了脱硝系统用的工业水。经初步计算，采用CFB锅炉方案后，小时节水157m3，年节水3.3污染物排放比较近年来，国家对环境保护的力度逐渐加大，新出台的法律法规对SO、NO和烟尘等的排放做出明确的上限规定。因此污染物排放也成为衡量锅炉机组的―个重要指标，2种600MW超临界锅炉的排放参数如表3所示。

　　表3 600MW超临界煤粉锅炉和600MW超临界CFB锅炉污染物排放对比项目CFB锅炉国家标准烟尘年排放量排放浓度年排放量排放浓度年排放量排放浓度根据表3可以看出，2种炉型均满足国家排放标准。采用CFB锅炉取消了复杂的烟气脱硫及脱硝系统，仅采用相对简单的炉内脱硫和SNCR，即可满足国家标准的要求。

　　更详细的投资金额对比见表4.表4 2X600MW超临界褐煤CFB与煤粉炉机组方案投资对比表（单位：万元）工程或费用名称建筑工程费设备购置费安装工程费其他费用合计煤粉炉静态投资66 1622368637449636559412080煤粉炉改循环流化床炉增加投资0201801400烟气脱硫工程CFB锅炉从高度、宽度和深度都比煤粉炉要小，再加上煤粉炉炉前炉后都布置风扇磨煤机，占地面积要比CFB锅炉大的多，煤粉炉烟囱后还有脱硫设施，两方案占地差距就更大，因此CFB锅炉在征地面积上更具优势。

　　根据表4数据可知，与煤粉炉机组方案相比，虽然CFB锅炉价格高于煤粉炉，并且CFB机组方案增加了风机系统、耐磨耐火砌筑料、石灰石制粉系统、循环水排污水回用系统及采用了无电场除尘，但同时取消了脱硫系统、脱硝系统、磨煤机系统、高温炉烟管道、送粉管道、筛碎系统，四大管道也减少约184t.综合比较，2X600MW超临界褐煤CFB机组方案比煤粉炉机组方案减少投资18 097万元。因此从投资角度看，CFB机组方案优于煤粉炉机组方案。

　　3.5主要参数比较2种方案主要参数汇总比较见表5.表5两种方案主要参数汇总项目CFB机组方案煤粉炉机组方案差值锅炉效率/机组效率/厂用电率/发电标准煤耗/供电标准煤耗/耗水指标/占地指标/hm2四大管道/t运行人员/人年运行成本/万元烟尘排放浓度/（mg，Nm-3）工程项目投资/万元单位造价/（元‘kW-1）含税电价/（元MWh-1）4结语我国已经掌握了超临界锅炉技术，具备研发、制造的能力。通过合作及引进技术，我国已经掌握了世界的循环流化床锅炉技术，具备了开发创新的能力。国内的主要锅炉厂家对600 MW超临界CFB锅炉已进行了多年的研究开发工作，现已完成了具体的方案设计，具备了在实际工程应用的条件。

　　将2种方案的主要参数汇总得到表5，可以看出对比超临界煤粉锅炉，超临界CFB锅炉在锅炉效率，运行成本，建造成本等方面具有一定优势。

　　通过比较结果，得到主要结论如下：总体性能指标、耗水指标等方面均优于充分优化后的煤粉炉方案。

　　与煤粉炉方案相比，600MW超临界褐煤CFB机组方案不仅建设投资低，而且运行人员少、运行成本低、销售电价低、投资效益好、市场竞争力强。

　　在环境保护方面，2个方案都符合国家相关规定，并达到较高水平。

　　我国褐煤资源丰富，并主要集中在蒙东地区。建设超临界大容量褐煤CFB机组符合我国的能源发展战略，有利于提高我国整体资源利用率和核心竞争力。