超超临界燃煤锅炉蒸汽参数的提高
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这 2 台容量为 1 000 MW 、蒸汽温度为 566/ 593 °C的燃煤锅炉 ,是设计为带基本负荷运行的 。 由于其启动次数较少 ,机组没有采用标准的超临 界变压直流锅炉常采用的在启动过程中用于回收
热量的锅炉再循环泵管路 。
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
2005 年第 5 期
上海电力
煤炭洁净利用技术
5 挑战 700 °C水平的超超临界机组
对于将来的蒸汽参数为 700 °C机组的研究已 在全世界展开 ,人们期待这种新型机组的效率将 比现在常用蒸汽参数的机组高 9 %。I H I 已开始 进行再热蒸汽温度为 700 °C的机组的概念研究 。 提高再热温度对提高机组效率的效果比提高主蒸
为了使 SOV R 具有良好的控制性能 ,每一个 控制参数 ,特别是有关于每个受热面吸热率的参 数 ,必须进行适当的调整 。CA PS 系统运用自我 学习的控制理念 ,系统可以通过对有代表性的锅 炉实际运行参数的计算 ,自动对控制参数进行调 整 。所以 ,它不需要运行人员手动设定煤质特性 或根据调试结果来设定控制参数 。CA PS 系统已 经在 I H I 的超超临界锅炉上应用 。
现在 ,I H I 应用它的低 NOX 燃烧技术 ( IN2 PAC T) 和选择性催化还原法 ( SCR) 来降低 NOX 排放 ,新建电厂的实际运行效果达到了设计要求 , 并能够满足世界上最苛刻的排放要求 。日本电厂 的煤质变化范围较大 ,从燃料比很低的美国 PRB 煤到燃料比高达 2. 5 的煤 。为了应对煤质较大的 变化 , I H I 开发了自动调整控制系统 CA PS。可 以确信 , I H I 新一代的超超临界锅炉能够提供充 分的燃料适应性 ,并通过 IN PAC T 技术和 SCR 装置来满足最严格的排放要求 。
塔式锅炉 ,主要是由于这一项目场地狭小 。调试 结果显示 ,当燃用燃料率为 2. 2 的煤种时 ,锅炉的 NOX 排放和未燃尽碳含量分别低于设计要求的 0. 297 8 mg/ L 和 4 %。 4. 2 北海道电力公司的 Tomatoh2Atuma 4 号炉
这台容量为 700 MW 的机组 ,有 2 个主要设 计理念 :一是应用超超临界参数来提高机组热效 率 ;二是降低飞灰的未燃尽碳含量 ,使飞灰可以作 为水泥使用 。为了达到上述要求 ,当燃用燃料率 低于 2. 5 的煤种时 ,设计的未燃尽碳含量低于 3 %。为此 ,该项目应用了改进的燃烧技术使飞灰 的形状为球形 。调试结果证实 ,未燃尽碳含量低 于 3 %。在这个项目中 ,通过应用 I H I 的宽调节 比燃烧器 ,使不投油最低燃煤负荷达到设计要求 的 15 %ECR 。 4. 3 电源开发公司的 Tachibana wan 1 号炉
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
2005 年第 5 期
上海电力
煤炭洁净利用技术
图 3 超超临界蒸汽参数材质实际应用的评价项目
图 2 电厂热效率的提高
开发出来 。铁素体耐热钢与奥氏体钢相比 ,具有 高的导热性和低的热膨胀性 ,在锅炉管道设计时 具有优势 ,因而其发展尤为迅速 。
4 IHI SOVR 锅炉的设计与运行
最新的 I H I SOV R 的例子如表 1 所示 。这 些锅炉的蒸汽参数虽然不同 ,但都采用了 593 °C
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以上的超超临界参数 。
表 1 日本最新的 IH I SOV R 技术参数
公 司
电源开发 北海道电力
电源开发
电力
锅 炉
机组容量/ MW 锅炉蒸发量/ t/ h 主蒸汽压力/ MPa 主蒸汽温度/ °C 再热蒸汽温度/ °C 商业运行时间
图 1 日本火力发电厂蒸汽参数的发展过程
日本目前蒸汽参数最高的燃煤锅炉是 2004 年完成安装并投入商业运行的 ,其机组容量为 600 MW ,MCR 工况下的蒸汽参数为 26. 1 M Pa 、 600/ 610 °C (汽轮机入口) 。随着热效率的提高 , 锅炉各部件的运行环境也变得越来越恶劣 。为 此 ,多种性能优良的用于超超临界锅炉的材质被
为了满 足 各 国 提 高 蒸 汽 电 厂 机 组 效 率 的 要 求 ,性能优良的铁素体耐热钢已经开发出来 。特 别是具 有 高 机 械 性 能 和 高 抗 氧 化 性 的 A SM E P122/ T122 已应用于超超临界燃煤锅炉 。由于 这些新材料的应用 ,目前有必要建立一套高效的 能够满足焊点性能要求的焊接流程 ,如图 3 所示 。
wk.baidu.com
3 IHI 超超临界煤粉炉的设计特点
为了达到更高的蒸汽参数和满足更高的运行 要求 ,IH I 设计 、制造并安装了超超临界煤粉炉 。 SOV R 是这个技术领域中一项先进的技术 。由于 日本能源不能自给自足 ,其燃煤是从许多国家进 口的 ,煤质特性容易改变 ,所以 I H I 的燃煤锅炉 从设计上考虑了具有良好的煤种适应性 。锅炉最 低负荷运行状况和变负荷运行状况是由制粉系统 和燃烧系统的性能决定的 。 3. 1 应用耐热钢材
对于一台每天 调峰的超临界锅 图 5 IHI 宽调节比燃烧器外形 炉 ,其 具 有 的 15 % 不燃油最低负荷和快速升到满负荷的能力 ,可以 降低其运行和检修成本 ,并为电厂提供更大的利 润。
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© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
在对图 3 中所有项目进行评估后 ,已将新材 料 A SM E T92 P122/ T122 应用于几个超超临界 机组的电厂 。图 4 是当使用条件为 608 °C/ 28. 0 M Pa 时 ,分 别 选 用 A SM E P91 和 P122 作 为 管 材 ,其所需壁厚的比较 。 3. 2 高可操作性
Isogo 新1号
600 1 710 27. 48 605 613 2004. 04
Tomatoh2Atuma 4号
700 2 040 25. 88 603 602 2002. 06
Tachibanawan 1号
1 050 3 000 25. 88 605 613 2000. 07
Hekinan 4 、5 号
日本燃煤电厂的燃料来源多种多样 ,其煤质 特性也较宽 。锅炉必须运行于各种严格要求之 下 ,比如很窄的蒸汽温度变化范围 。I H I 开发了 CA PS ( Coal Adaptive Co nt rol System for Power Plant 电厂燃煤适应性控制系统) ,使锅炉能够适 应各种不同的煤种 ,而无需额外调整 。
I H I 的超超临界煤粉炉采用了改进的启动旁 路系统 ,它在主蒸汽管道上设有庞大的阀门 。这 个系统由包含锅炉再循环泵 (BRP) 的炉膛再循环
图 4 选用 ASMEP 91 与 P122 作为管材的壁厚比较
系统 、控制阀和汽机旁路系统组成 。通过这个简 单的系统 ,在启停过程中可以获得适当的操作性 能 。与汽包炉比较 ,以 BRP 为中心的快速暖炉系 统 ,可以极大地缩短超超临界锅炉从启动到满负 荷的时间 。
煤炭洁净利用技术
上海电力
2005 年第 5 期
超超临界燃煤锅炉蒸汽参数的提高
Sato shi Kaiho
(日本石川岛播磨重工业公司)
摘 要 :为了改善环境污染及化石燃料日趋耗尽的能源危机 ,日本正积极发展超超临界燃煤电厂 。介绍了日 本石川岛播磨工业有限公司 ( IH I) 生产的超超临界变压再热直流锅炉 ( SOV R) ,蒸汽温度 600 °C ,应用宽调节 比燃烧器 ,提高可操性 ;应用低 NOX 燃烧技术和催化还原反应法 ,降低 NOX 排放 ;应用燃煤适应性自动调控 系统 ,适应不同煤种的燃烧 。炉管采用适用超超临界蒸汽参数的耐热钢材 ( ASM E P122/ T122) ;高温再热器 的材料选用镍基合金 IN617 和 HR6W。这些新技术的应用都取得了明显效果 。目前 ,IH I 正着手研发 700 °C 等级超超临界机组 ,机组效率可获得 8. 5 %的提高 。 关键词 :超超临界 ;燃煤机组 ;煤粉炉 ;蒸汽参数 中图分类号 : T K22 文献标识码 :B
为了改善制粉系统和燃烧系统的性能 , IH I 开发了宽调节比燃烧器 ,并改进这一技术 ,以满足 客户降低维修成本的需求 。图 5 是 I H I 宽调节比 燃烧器的外形图 。图 6 是典型的基于机组负荷的 制粉系统和燃烧系统传统的运行方式
如图 6 所示 , 不燃油最低负荷是 15 %的 机 组 负 荷。 通过应用这种宽调 节比燃烧器 ,当机 组 负 荷 在 50 % ～ 100 %变化时 ,不必 开停磨煤机 。
汽温度更明显 。表 2 显示了 500 MW 级的 B T G 系统的主要设计参数和设计效率 。
表 2 700 °C级蒸汽参数的 BTG系统的经济性评价
煤炭洁净利用技术
上海电力
2005 年第 5 期
图 6 燃煤最低负荷
关于低 NOX 燃烧技术 ,I H I 开发了 IN PAC T ( I H I NOX Preventing Advanced Co mbustio n Technology , I H I 减少 NOX 先进燃烧技术 ) ,并 将其应用于超超临界燃煤锅炉 ,使其 NOX 排放降 低到 0. 308 1 mg/ L 以下 。运用分级燃烧原理的 IN PAC T 系统 ,包括过燃风口 、中间分级风口和 低 NOX 燃烧器的侧面风口 。 3. 3 煤种适应性
1 000 3 050 25. 0 571 596 2001/ 2002
4. 1 电源开发公司的 Isogo 新 1 号炉 这是日本第 1 台 600 MW 容量的塔式锅炉 ,
它采用简单的变压运行曲线 ,在 MCR 工况下主 蒸汽压力最高 ,其设计蒸汽温度和压力都是日本 最高的 。这一扩建项目是在 2 台 265 MW B T G 机组投入商业运行的基础上进行的 。之所以选择
2 超超临界机组发展概况
现在全球都关注 CO2 和 NOX 排放引起的环 境问题和化石燃料日趋耗尽的能源危机 。为了解 决这些问题 ,必须提高火力发电厂的效率 。为此 , 日本正积极发展超超临界燃煤电厂 。
图 1 显示了日本火力发电厂蒸汽参数的发展
— 458 —
过程 。20 世纪 80 年代 以来 , 为 了解 决 CO2 和 NOX 排放引起的环境问题和应对燃料危机 ,高可 靠性的超超临界燃煤电厂取得了许多进展 。1993 年 ,日本第 1 台容量为 700 MW 、再热蒸汽温度为 593 °C的超超临界电厂投入商业运行 。以此为开 端 ,许多提高蒸汽参数的尝试开始了 。近来投入 商业运行的火力发电厂大多采用 593 °C以上的蒸 汽参数 。图 2 显示了根据超超临界电厂最新的实 际运行经验 ,得出的蒸汽参数与机组效率提高的 关系 。
1 引言
石川岛播磨重工业公司 ( I H I) 有 100 多年的 锅炉设计制造经验 ,拥有建造燃用煤 、油 、天然气 等各种燃料的多种类型锅炉的能力 ,锅炉出力最 大可达 3 000 t/ h (1 050 MW 机组) 。I H I 生产的 锅炉使用高蒸汽参数 ,用以提高电厂效率和降低 污染物排放 ;高燃料适应性 ,用以降低运行和检修 成本 ;高运行灵活性 ,用以减少飞灰中的未燃尽 碳 。为了满足上述要求 , I H I 运用最新的技术设 计超临界变压再热直流锅炉 ( SOV R) 。
这是日本容量最大和蒸汽温度最高的机组 , 其容量为 1 050 MW ,主蒸汽温度和再热蒸汽温 度分别为 600 °C和 610 °C。这个机组是以大尺寸 模块的方法来安装的 ,它确保了现场安装工作的 安全 。从 2000 年 7 月至今 ,一直在商业运行 。 4. 4 中部电力公司的 Hekinan 4 、5 号炉
热量的锅炉再循环泵管路 。
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5 挑战 700 °C水平的超超临界机组
对于将来的蒸汽参数为 700 °C机组的研究已 在全世界展开 ,人们期待这种新型机组的效率将 比现在常用蒸汽参数的机组高 9 %。I H I 已开始 进行再热蒸汽温度为 700 °C的机组的概念研究 。 提高再热温度对提高机组效率的效果比提高主蒸
为了使 SOV R 具有良好的控制性能 ,每一个 控制参数 ,特别是有关于每个受热面吸热率的参 数 ,必须进行适当的调整 。CA PS 系统运用自我 学习的控制理念 ,系统可以通过对有代表性的锅 炉实际运行参数的计算 ,自动对控制参数进行调 整 。所以 ,它不需要运行人员手动设定煤质特性 或根据调试结果来设定控制参数 。CA PS 系统已 经在 I H I 的超超临界锅炉上应用 。
现在 ,I H I 应用它的低 NOX 燃烧技术 ( IN2 PAC T) 和选择性催化还原法 ( SCR) 来降低 NOX 排放 ,新建电厂的实际运行效果达到了设计要求 , 并能够满足世界上最苛刻的排放要求 。日本电厂 的煤质变化范围较大 ,从燃料比很低的美国 PRB 煤到燃料比高达 2. 5 的煤 。为了应对煤质较大的 变化 , I H I 开发了自动调整控制系统 CA PS。可 以确信 , I H I 新一代的超超临界锅炉能够提供充 分的燃料适应性 ,并通过 IN PAC T 技术和 SCR 装置来满足最严格的排放要求 。
塔式锅炉 ,主要是由于这一项目场地狭小 。调试 结果显示 ,当燃用燃料率为 2. 2 的煤种时 ,锅炉的 NOX 排放和未燃尽碳含量分别低于设计要求的 0. 297 8 mg/ L 和 4 %。 4. 2 北海道电力公司的 Tomatoh2Atuma 4 号炉
这台容量为 700 MW 的机组 ,有 2 个主要设 计理念 :一是应用超超临界参数来提高机组热效 率 ;二是降低飞灰的未燃尽碳含量 ,使飞灰可以作 为水泥使用 。为了达到上述要求 ,当燃用燃料率 低于 2. 5 的煤种时 ,设计的未燃尽碳含量低于 3 %。为此 ,该项目应用了改进的燃烧技术使飞灰 的形状为球形 。调试结果证实 ,未燃尽碳含量低 于 3 %。在这个项目中 ,通过应用 I H I 的宽调节 比燃烧器 ,使不投油最低燃煤负荷达到设计要求 的 15 %ECR 。 4. 3 电源开发公司的 Tachibana wan 1 号炉
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
2005 年第 5 期
上海电力
煤炭洁净利用技术
图 3 超超临界蒸汽参数材质实际应用的评价项目
图 2 电厂热效率的提高
开发出来 。铁素体耐热钢与奥氏体钢相比 ,具有 高的导热性和低的热膨胀性 ,在锅炉管道设计时 具有优势 ,因而其发展尤为迅速 。
4 IHI SOVR 锅炉的设计与运行
最新的 I H I SOV R 的例子如表 1 所示 。这 些锅炉的蒸汽参数虽然不同 ,但都采用了 593 °C
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以上的超超临界参数 。
表 1 日本最新的 IH I SOV R 技术参数
公 司
电源开发 北海道电力
电源开发
电力
锅 炉
机组容量/ MW 锅炉蒸发量/ t/ h 主蒸汽压力/ MPa 主蒸汽温度/ °C 再热蒸汽温度/ °C 商业运行时间
图 1 日本火力发电厂蒸汽参数的发展过程
日本目前蒸汽参数最高的燃煤锅炉是 2004 年完成安装并投入商业运行的 ,其机组容量为 600 MW ,MCR 工况下的蒸汽参数为 26. 1 M Pa 、 600/ 610 °C (汽轮机入口) 。随着热效率的提高 , 锅炉各部件的运行环境也变得越来越恶劣 。为 此 ,多种性能优良的用于超超临界锅炉的材质被
为了满 足 各 国 提 高 蒸 汽 电 厂 机 组 效 率 的 要 求 ,性能优良的铁素体耐热钢已经开发出来 。特 别是具 有 高 机 械 性 能 和 高 抗 氧 化 性 的 A SM E P122/ T122 已应用于超超临界燃煤锅炉 。由于 这些新材料的应用 ,目前有必要建立一套高效的 能够满足焊点性能要求的焊接流程 ,如图 3 所示 。
wk.baidu.com
3 IHI 超超临界煤粉炉的设计特点
为了达到更高的蒸汽参数和满足更高的运行 要求 ,IH I 设计 、制造并安装了超超临界煤粉炉 。 SOV R 是这个技术领域中一项先进的技术 。由于 日本能源不能自给自足 ,其燃煤是从许多国家进 口的 ,煤质特性容易改变 ,所以 I H I 的燃煤锅炉 从设计上考虑了具有良好的煤种适应性 。锅炉最 低负荷运行状况和变负荷运行状况是由制粉系统 和燃烧系统的性能决定的 。 3. 1 应用耐热钢材
对于一台每天 调峰的超临界锅 图 5 IHI 宽调节比燃烧器外形 炉 ,其 具 有 的 15 % 不燃油最低负荷和快速升到满负荷的能力 ,可以 降低其运行和检修成本 ,并为电厂提供更大的利 润。
— 459 —
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
在对图 3 中所有项目进行评估后 ,已将新材 料 A SM E T92 P122/ T122 应用于几个超超临界 机组的电厂 。图 4 是当使用条件为 608 °C/ 28. 0 M Pa 时 ,分 别 选 用 A SM E P91 和 P122 作 为 管 材 ,其所需壁厚的比较 。 3. 2 高可操作性
Isogo 新1号
600 1 710 27. 48 605 613 2004. 04
Tomatoh2Atuma 4号
700 2 040 25. 88 603 602 2002. 06
Tachibanawan 1号
1 050 3 000 25. 88 605 613 2000. 07
Hekinan 4 、5 号
日本燃煤电厂的燃料来源多种多样 ,其煤质 特性也较宽 。锅炉必须运行于各种严格要求之 下 ,比如很窄的蒸汽温度变化范围 。I H I 开发了 CA PS ( Coal Adaptive Co nt rol System for Power Plant 电厂燃煤适应性控制系统) ,使锅炉能够适 应各种不同的煤种 ,而无需额外调整 。
I H I 的超超临界煤粉炉采用了改进的启动旁 路系统 ,它在主蒸汽管道上设有庞大的阀门 。这 个系统由包含锅炉再循环泵 (BRP) 的炉膛再循环
图 4 选用 ASMEP 91 与 P122 作为管材的壁厚比较
系统 、控制阀和汽机旁路系统组成 。通过这个简 单的系统 ,在启停过程中可以获得适当的操作性 能 。与汽包炉比较 ,以 BRP 为中心的快速暖炉系 统 ,可以极大地缩短超超临界锅炉从启动到满负 荷的时间 。
煤炭洁净利用技术
上海电力
2005 年第 5 期
超超临界燃煤锅炉蒸汽参数的提高
Sato shi Kaiho
(日本石川岛播磨重工业公司)
摘 要 :为了改善环境污染及化石燃料日趋耗尽的能源危机 ,日本正积极发展超超临界燃煤电厂 。介绍了日 本石川岛播磨工业有限公司 ( IH I) 生产的超超临界变压再热直流锅炉 ( SOV R) ,蒸汽温度 600 °C ,应用宽调节 比燃烧器 ,提高可操性 ;应用低 NOX 燃烧技术和催化还原反应法 ,降低 NOX 排放 ;应用燃煤适应性自动调控 系统 ,适应不同煤种的燃烧 。炉管采用适用超超临界蒸汽参数的耐热钢材 ( ASM E P122/ T122) ;高温再热器 的材料选用镍基合金 IN617 和 HR6W。这些新技术的应用都取得了明显效果 。目前 ,IH I 正着手研发 700 °C 等级超超临界机组 ,机组效率可获得 8. 5 %的提高 。 关键词 :超超临界 ;燃煤机组 ;煤粉炉 ;蒸汽参数 中图分类号 : T K22 文献标识码 :B
为了改善制粉系统和燃烧系统的性能 , IH I 开发了宽调节比燃烧器 ,并改进这一技术 ,以满足 客户降低维修成本的需求 。图 5 是 I H I 宽调节比 燃烧器的外形图 。图 6 是典型的基于机组负荷的 制粉系统和燃烧系统传统的运行方式
如图 6 所示 , 不燃油最低负荷是 15 %的 机 组 负 荷。 通过应用这种宽调 节比燃烧器 ,当机 组 负 荷 在 50 % ～ 100 %变化时 ,不必 开停磨煤机 。
汽温度更明显 。表 2 显示了 500 MW 级的 B T G 系统的主要设计参数和设计效率 。
表 2 700 °C级蒸汽参数的 BTG系统的经济性评价
煤炭洁净利用技术
上海电力
2005 年第 5 期
图 6 燃煤最低负荷
关于低 NOX 燃烧技术 ,I H I 开发了 IN PAC T ( I H I NOX Preventing Advanced Co mbustio n Technology , I H I 减少 NOX 先进燃烧技术 ) ,并 将其应用于超超临界燃煤锅炉 ,使其 NOX 排放降 低到 0. 308 1 mg/ L 以下 。运用分级燃烧原理的 IN PAC T 系统 ,包括过燃风口 、中间分级风口和 低 NOX 燃烧器的侧面风口 。 3. 3 煤种适应性
1 000 3 050 25. 0 571 596 2001/ 2002
4. 1 电源开发公司的 Isogo 新 1 号炉 这是日本第 1 台 600 MW 容量的塔式锅炉 ,
它采用简单的变压运行曲线 ,在 MCR 工况下主 蒸汽压力最高 ,其设计蒸汽温度和压力都是日本 最高的 。这一扩建项目是在 2 台 265 MW B T G 机组投入商业运行的基础上进行的 。之所以选择
2 超超临界机组发展概况
现在全球都关注 CO2 和 NOX 排放引起的环 境问题和化石燃料日趋耗尽的能源危机 。为了解 决这些问题 ,必须提高火力发电厂的效率 。为此 , 日本正积极发展超超临界燃煤电厂 。
图 1 显示了日本火力发电厂蒸汽参数的发展
— 458 —
过程 。20 世纪 80 年代 以来 , 为 了解 决 CO2 和 NOX 排放引起的环境问题和应对燃料危机 ,高可 靠性的超超临界燃煤电厂取得了许多进展 。1993 年 ,日本第 1 台容量为 700 MW 、再热蒸汽温度为 593 °C的超超临界电厂投入商业运行 。以此为开 端 ,许多提高蒸汽参数的尝试开始了 。近来投入 商业运行的火力发电厂大多采用 593 °C以上的蒸 汽参数 。图 2 显示了根据超超临界电厂最新的实 际运行经验 ,得出的蒸汽参数与机组效率提高的 关系 。
1 引言
石川岛播磨重工业公司 ( I H I) 有 100 多年的 锅炉设计制造经验 ,拥有建造燃用煤 、油 、天然气 等各种燃料的多种类型锅炉的能力 ,锅炉出力最 大可达 3 000 t/ h (1 050 MW 机组) 。I H I 生产的 锅炉使用高蒸汽参数 ,用以提高电厂效率和降低 污染物排放 ;高燃料适应性 ,用以降低运行和检修 成本 ;高运行灵活性 ,用以减少飞灰中的未燃尽 碳 。为了满足上述要求 , I H I 运用最新的技术设 计超临界变压再热直流锅炉 ( SOV R) 。
这是日本容量最大和蒸汽温度最高的机组 , 其容量为 1 050 MW ,主蒸汽温度和再热蒸汽温 度分别为 600 °C和 610 °C。这个机组是以大尺寸 模块的方法来安装的 ,它确保了现场安装工作的 安全 。从 2000 年 7 月至今 ,一直在商业运行 。 4. 4 中部电力公司的 Hekinan 4 、5 号炉