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电力生产-增压流化床发电处理技术

发布时间: 2011-03-31     来源:

 

  根据流化床的工作流速不同,又可分为增压鼓泡流化床(PBFB)和增压循环流化床(PCFB)两种类型。
     PBFB中,经过破碎的煤(尺寸最大为6mm)以及脱硫剂(石灰石或白云石,尺寸最大为3mm)加入流化床内,加压空气通过布风板进入燃烧室,从而使床层内的不同粒度的颗粒状床料处于悬浮状态,上下进行着激烈的翻滚,空气和加入的煤进行激烈的燃烧反应,床层反应温度控制在850℃-900℃范围内。燃烧产生的烟气中含的SO2和加入流化床内的石灰石反应生成CaSO4,该反应过程能除去烟气中90-95%SO2。在流化床中,由于煤的浓度很低(床料中煤料仅占1-2%,主要由颗粒状的煤灰渣、脱硫剂等非可燃物组成),每一个颗粒燃料都能被赤热的惰性物料所包围,并且和助燃剂(空气)接触条件良好。因此燃烧过程中并不显著受煤质的影响。在常规锅炉中不易稳定燃烧的劣质煤,在流化床中也能够稳定燃烧,因此流化床锅炉可以使用范围宽广的各种燃料。尤其是增压床,它的床层工作深度可达3.5-4.0m,颗粒燃料和脱硫剂在床内的停留时间更长,反应气体在流化床内的停留时间也比常压流化床长城-6倍,因此能取得很高的燃烧和脱硫效率。燃烧产生的部分热量,通过安置在流化床内的埋管和水冷壁,使流经受热面的水得到加热,产生蒸汽,通过蒸汽透平膨胀作功发电。离开燃烧室的加压燃气,经过高温除尘后,进入燃气轮机膨胀作功,驱动空气增加需要的空气透平压缩机,多余的功发电向外输出电力。因为该电站是由燃气和蒸汽两部分系统组成的发电过程,称为加压流化床燃气蒸汽联合循环(PFBC-CC)发电。燃气轮机出力占总输出的20-25%,其余为蒸汽轮机出力。
     PDFB的工作过程大体相同,只是燃烧室类型不同。在PBFB中,流化床的工作流速为1-1.2m/s。而PCFB燃烧室工作流速为2.5-3.5m/s,从燃烧室底部进入的流化空气为60%40%作为二次空气在流化床浓相区以上的不同位置处喷入,以达到分级燃烧的目的。PCFB的优点是可以使燃烧室更加紧凑,在流化床的浓相区不设置受热面,避免了埋管磨损问题,加料点少,机械复杂性有所降低。由于飞灰的循环,使燃烧效率和脱硫效率可以更高,负荷调节能力也得以提高,但也带来装置高度更高,以及受热面布置困难等新问题。
     目前得到商业应用的第一代PFBC-CC电站采用的是增压鼓泡流化床技术。
 

 
ABB P200PFBC-CC电站系统
-燃烧室 -压力壳体 -燃气轮机 -给煤 -灰排放
-旋风分离器 -发电机 -省煤器 -蒸汽轮机 -冷凝器

 
 

 
PCFBC-CC电站系统
PCFB锅炉 -高温过滤除尘器 -燃气轮机 -热回收装置
-烟囱  ⑥蒸汽轮机  ⑦-冷凝器 -水处理 -冷却塔
增压循环流化床锅炉的结构和作用
     增压流化床联合循环系统一般是将煤和脱硫剂制成水煤浆,用泵将其注入流化床燃烧室内(另一种方法是用压缩空气将破碎后的煤粉吹入流化床燃烧室内);压缩空气经流化床底部压力风室,从布风板吹入炉膛,使燃料流化、燃烧,并在流化床燃烧室中部流入二次风使燃料燃尽。流化床内燃烧温度一般控制在850-950C。炉膛出口的高温高压烟气以除尘后驱动燃气轮机,使燃气轮机为压缩空气提供动力,带动发电机发电。同时,锅炉产生的过热蒸汽进入汽轮机,带动发电机发电。
增压循环流化床锅炉主体结构由压力壳及压力壳内的流化床燃烧室(炉膛)、旋风分离器、回料器等组成。为了减少压力壳尺寸和便于检修,将汽包和陶瓷过滤器设置在压力壳外。蒸发受热面由炉膛内的水冷壁组成,过热器和再热器布置在炉膛内,过热蒸汽采用两级喷水减温。由于不具备对再热蒸汽的其他调温手段,所以对再热蒸汽也用喷水减温。
增压循环流化床的节能改造技术
    虽然增压流化床锅炉能实现汽轮机和燃气轮机联合循环,但是燃气轮机入口的烟气温度可达到1200~1350C,影响了燃气轮机性能的发挥。于是在燃气轮机入口处设置一个前置燃烧室,送入燃料将烟气增热,以便提高燃气轮机的入口温度。燃料的来源如果是采用现有的气体或液体燃料,则不能实现单一的燃煤联合循环发电系统;如果先将煤气部分气化,煤气送入前置燃烧室,剩余的半焦再送入流化床锅炉作为燃料,这样就实现了单一的燃煤联合循环发电。于是提出了增压部分气化联合循环工艺。也被称之为第二代增压流化床。与增压流化床锅炉出口烟气不同的是,气化器出口的煤气应先经过冷却器,然后再经过过滤。其原因是,其一,煤气在前置燃烧室中燃烧是利用其化学能,其显热相对小得多;其二,煤气冷却后体积缩小,故采用的陶瓷过滤器可以减小,同时减小陶瓷过滤器的膨胀压力。由陶瓷过滤器所收集的炭也可以送入增压流化床锅炉燃烧。与第一代增压流化床联合循环相比,第二代增压流化床联合循环燃气轮机发电的比例大大增加,从20%-25%增加到30%-50%。电厂的供电效率与第一代相比,第二代相对提高15%-20%。前置燃烧室的高温燃烧对降低CO、N2O和碳氢化合物的排放也有重要意义。