洁净煤技术第06章增压流化床燃烧..docVIP

第六章 增压流化床燃烧(PFBC)技术 第一节 概 述 流化床技术是二十世纪20年代德国人发明的，当时是作为化工领域的一项新技术。由于在流化床中，物料能剧烈地混合并充分接触从而可加快化学反应的速度，因而逐步得到了广泛的应用。到60年代，流化床开始被应用于燃烧过程。增压流化床的概念是由Raymond Hoy在1969年提出的，当时在英国Leatherhead，英国煤炭利用研究协会(British Coal Utilization Research Association)的实验室建立了第一台增压流化床燃烧(PFBC)试验装置。发展增压流化床燃烧(PFBC)的主要推动力是此项技术具有组成燃煤联合循环的潜力，从而在提高发电效率的同时还能使硫和氮的氧化物的排放满足环保标准。目前，应用此技术已能节省燃料10%15%。今后15年内，还可以进一步节省燃料15%～25%，降低污染物排放也具有不断改进的潜力，不但能满足现在的环保排放标准，也能满足今后对发电系统提出的越来越严格的排放要求。鉴于PFBC在节能和环保两方面的巨大发展潜力，世界各国竟相开展对此技术的研究。继Leatherhead的实验室装置之后，英国又建了两台试验装置。其后，美国、德国、瑞典、芬兰、波兰、南非、日本等国也建立了多台实验室规模的装置。自70年代中期开始英国、美国、德国、瑞典在实验室研究基础上，先后进行了PFBC的中间试验(工业化试验)的研究，相继建立了几套中试装置。我国也于1981年开始实验室规模的研究，从1991年开始，在江苏徐州贾汪电厂建设一座发电功率为15MW的增压流化床燃烧联合循环(PFBC-CC)发电中试电站，即将建成投运。从90年代开始，瑞典ABBCarbon公司开始推出历经15年，花费2亿美元开发的鼓泡床型PFBC商业示范装置，包括P200和P800两种容量。五套P200型PFBC装置先后在瑞典的Vrtan电站(两套)，美国的Tidd电站，西班牙的Escatron电站以及日本的Wakamatsu电站投运。这四座PFBC-CC商业示范电站。经过几年成功地调试运行，普遍认为ABB的P200型PFBC已开始进入商业应用阶段。1996年，ABBCarbon又在德国得到一台P200型PFBC订货，用于对Cottbus电站的改造项目。ABB的P800型PFBC正在为日本的Karita电站制造，计划在1999年内投入商业运行。此外在日本，三菱重工(MHI，Mitsubishi Heavyndustries)制造的一台80MWePFBC和日立(Hitachi)公司制造的两台250 MWe PFBC装置，将分别在Tomato—atsuma电站和Osaka电站投运。目前得到商业应用的第一代PFBC采用的是增压鼓泡流化床(PBFB)技术。为开发效率更高，环保性能更好的PFBC联合循环发电系统，借鉴于常压流化床应用中获得的循环床型优于鼓泡床型的经验，80年代中期以来，芬兰、瑞典和德国又先后建立了增压循环流化床(PCFB)中试装置。PCFB目前尚处在中试阶段。标志着用煤的部分气化加前置燃烧来提高燃气轮机的入口温度，从而提高整个循环效率的第二代PFBC技术的研究开发，也正进入中试阶段，美国能源部(DOE)也在美国阿拉巴马州Wilsonville建立了第二代PFBC装置。今天，PFBC已成为洁净煤技术(CCT)中最有发展前途和最具商业竞争能力的先进技术之一。 第节 增压流化床燃烧联合循环(PFBC—CC)发电技术的原理类型 流化床燃烧可以在常压状态下工作，也可以在加压(6～16个大气压)状态下工作，后者称为增压流化床燃烧(PFBC)，根据流化床的工作流速不同，又可分为增压鼓泡流化床和增压循环流化床两种类型。一、增压鼓泡流化床(PBFB)在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和旋转状态，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℃范围以内。燃烧产生的烟气中含的SO和加入流化床内的石灰石(或白云石)反应生成CaSO，该反应过程能除去烟气中90%～95%的S02。在流化床中，由于煤的浓度很低(床料中，煤量仅为1%～2%，主要由颗粒状的煤灰渣，脱硫剂等非可燃物质组成)，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)接触条件很好，因此燃烧过程并不显著地受煤质的影响，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。尤其是增压流化床，它的床层工作深度可达3.5m～4.m，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