基于循环流化床机组深度调峰的CFB煤-PC煤动态复合燃烧性能研究

发布时间：2020-05-24 23:26

【摘要】：随着经济和社会的发展,人们的环保意识和能源危机意识逐渐增强,推动了绿色环保可持续能源利用技术的开发,以太阳能发电和风力发电为代表的新能源发电技术得到了迅速发展。在山西和内蒙古等煤炭资源丰富而水资源相对贫乏的地区,建设了大批风能、太阳能发电机组和以燃烧低热值煤为主的循环流化床锅炉(circulating fluidized bed,CFB)机组,使这些地区电网调峰和新能源发电消纳问题非常突出,亟待解决。为了提高电网对新能源发电消纳能力,需要加强电网中火电机组尤其是循环流化床发电机组的调峰能力。然而,循环流化床锅炉固有的大热惯性、大滞后性的特点,使其负荷变化速率很慢。目前,大量CFB机组不能满足电网自动发电控制(automatic generation control,AGC)的要求,并一直没有找到切实有效的解决办法。为了提高循环流化床锅炉的负荷变化速率,本文通过对比循环流化床锅炉燃烧与煤粉锅炉燃烧的差异,提出用CFB煤和煤粉(pulverized coal,PC)动态复合燃烧来提高循环流化床锅炉的负荷变化速率和调峰性能。在240 t/h循环流化床锅炉上建设了CFB煤-PC煤动态复合燃烧试验台,研究了CFB锅炉动态复合燃烧方式下的负荷变化速率、炉膛温度和氧量的变化规律、炉内传热特性和污染物排放特性等。通过研究,得到如下结论:(1)CFB煤-PC煤动态复合燃烧时负荷变化速率的研究表明,给煤口给粉复合燃烧和二次风口给粉复合燃烧,都能够获得比单一CFB煤热量阶跃更高的负荷变化速率,并且二次风口给粉复合燃烧对负荷变化速率的提升效果更为显著。(2)CFB煤-PC煤动态复合燃烧时燃用高热值高挥发分煤粉能够进一步提高机组的负荷变化速率,并且给煤口复合燃烧时,负荷变化速率受煤粉煤质的影响显著,而二次风口复合燃烧对煤粉的适应性强,获得的负荷变化速率均比较高。CFB煤-PC煤动态复合燃烧时,提高煤粉比例,也可以进一步提高锅炉的负荷变化速率。(3)CFB煤-PC煤动态复合燃烧时,煤粉给入后,炉内燃烧迅速增强,炉膛温度升高,换热系数增加,传热温差变大,从而使得锅炉出力增加,负荷变化速率加快。(4)给煤口给粉复合燃烧时锅炉燃烧效率比试验前稳定运行时下降,而二次风口给粉复合燃烧时锅炉燃烧效率比试验前稳定运行时提高。复合燃烧时锅炉的燃烧效率随着燃用煤粉热值和挥发分的提高而提高。给煤口给粉复合燃烧在阶跃过程中,锅炉CO排放量比试验前稳定运行时增加,而二次风口给粉复合燃烧时,锅炉CO排放量比试验前稳定运行时下降。(5)在烟气污染物排放方面,单一CFB煤热量阶跃和复合燃烧模式下,锅炉NO_X排放量均比试验前稳定运行时增加。并且,相同条件下,复合燃烧时NO_X的增加量要高于单一CFB煤热量阶跃时的增加量,二次风口给粉复合燃烧时NO_X的增加量要略高于给煤口给粉复合燃烧时的增加量,不过增加幅度很小。同时,复合燃烧时,NO_X排放量随着燃用煤粉挥发分和煤粉比例的升高而升高。在炉内石灰石添加量相同的情况下,动态复合燃烧时,锅炉SO_2的排放量比单一CFB煤热量阶跃时大。不过由于锅炉运行床温仍在最佳脱硫温度范围之内,SO_2的排放量能够通过炉内脱硫降低。在实验室建立了流化床复合燃烧实验台,对CFB煤-PC煤动态复合燃烧时锅炉稳燃性能和压火启动性能进行了研究,研究结果表明:(1)下二次风口给入高热值高挥发分煤粉复合燃烧,能够显著提升锅炉的低负荷稳燃性能,使锅炉能够在更低的床温下稳定燃烧。(2)下二次风口给入高热值高挥发分煤粉复合燃烧,能够使锅炉压火后在更低的床温下不投油启动,延长锅炉的压火时长,为CFB机组实现压火深度调峰提供了技术保障。研究表明,本论文提出的循环流化床机组CFB煤-PC煤动态复合燃烧的负荷调节增速方法,可以减轻CFB锅炉大热惯性的影响,显著提高机组的负荷变化速率,增强CFB锅炉低负荷稳燃性能,延长CFB锅炉的压火时长,是一种可行的电网深度调峰技术。
【图文】：

全口径,发电设备,装机容量

图 1-1 2015－2017 年中国全口径发电设备装机容量及其变化allation capacity of total power generation units and their change 2015 to 2017可以看出，从 2015 年到 2017 年中国全口径发电设备

装机容量,机组,百分比,占比

2016 年和 2017 年中国不同类型并网机组装机容量所占百分比及rcentage of different types of grid-connected units installation capacityrates in China in 2016 and 2017可以看出，目前在全部发电机组中，火电机组装机容量仍有所下降，从 2016 年的 64.0%下降到 2017 年的 62.2%。机组也和火电类似，装机容量占比从 2016 年的 20.2%下并网风力发电机组和并网太阳能发电机组装机容量和占发电机组占比从 2016 年的 9.0%提高到 2017 年的 9.2%，量占比从 2016 年的 4.7%增加到 2017 年的 7.3%。核电机 2017 年持平，均为 2.0%。在增长率上，并网太阳能发电大，并网风电机组次之，水电机组最小。2017 年太阳能发大，，为 68.7%，并网风电装机容量较上一年增幅为 10.5%年增幅最小，为 2.7%。太阳能和风力等并网新能源发电机
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM621

【参考文献】