燃煤电站锅炉最新技术研究进展课件.ppt

1、燃煤电站锅炉最燃煤电站锅炉最新技术研究进展新技术研究进展曹玉春博士曹玉春博士, ,郑州大学郑州大学v 办公室、实验室办公室、实验室1500M2，配套设施齐全，购买，配套设施齐全，购买ANSYS、FLUENT等大型商业计算固体和流体传热的软件，建有相应等大型商业计算固体和流体传热的软件，建有相应的冷态和热态试验台架，并配备相应的测试仪器。的冷态和热态试验台架，并配备相应的测试仪器。激光多普勒测速仪激光多普勒测速仪LDA、粒子图像流体速度场仪、粒子图像流体速度场仪PIV、超、超声波流量计、烟气分析仪、透射电子显微镜、声波流量计、烟气分析仪、透射电子显微镜、X射线能谱仪射线能谱仪1台、液相色谱仪、红

2、外光谱分析仪、毛细管流变仪、红外热像台、液相色谱仪、红外光谱分析仪、毛细管流变仪、红外热像仪（在购），另有工作站、绘图仪、扫描仪、复印机等。仪（在购），另有工作站、绘图仪、扫描仪、复印机等。2022-6-16 1 曹玉春博士曹玉春博士, ,郑州大学郑州大学报告主要内容报告主要内容 中国能源消费结构中国能源消费结构 超（超）临界锅炉在中国发展超（超）临界锅炉在中国发展上锅上锅哈锅哈锅东锅东锅 IGCC 燃煤电站燃煤电站CO2捕集捕集燃后捕集燃后捕集燃前捕集燃前捕集富氧燃烧富氧燃烧 结论结论2022-6-16 2 曹玉春博士曹玉春博士, ,郑州大学郑州大学31 1、中国以煤为主的能源消费结构、中国

3、以煤为主的能源消费结构2022-6-16 3 曹玉春博士曹玉春博士, ,郑州大学郑州大学1、自、自1996年起，中国装机总量位居世界第二年起，中国装机总量位居世界第二0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.05.56.06.57.07.519521955195819611964196719701973197619791982198519881991199419972000200320061949年185万千瓦1978年5712万千瓦1987年1亿千瓦1995年2亿千瓦2000年3亿千瓦2005年5.2亿千瓦2006年6.2亿千瓦2007年7.2亿千瓦第一个亿，用了第一个

4、亿，用了100100年；年；第二个亿，用第二个亿，用8 8年时间；年时间；第三个亿，用第三个亿，用5 5年时间；年时间；第四个亿，用第四个亿，用3 3年时间；年时间；第五个亿，用第五个亿，用2 2年时间，年时间，最近三年，一年最近三年，一年1 1个亿个亿2022-6-16 4 曹玉春博士曹玉春博士, ,郑州大学郑州大学1、发电效率的发展历史、发电效率的发展历史2022-6-16 5 曹玉春博士曹玉春博士, ,郑州大学郑州大学2、锅炉分类及发展锅炉分类及发展 锅炉按其燃烧室、对流烟道间的相互布置方式分为：锅炉按其燃烧室、对流烟道间的相互布置方式分为：型锅炉型锅炉塔式锅炉塔式锅炉T 型锅炉型锅炉

5、锅炉技术派系分类锅炉技术派系分类B&W 派系派系CE 派系派系FW 派系派系 按照循环方式可分为自然循环锅炉、控制循环锅炉和直流按照循环方式可分为自然循环锅炉、控制循环锅炉和直流锅炉锅炉 超（超）临界超（超）临界工程热力学将水的临界状态点的参数定义为：压力为工程热力学将水的临界状态点的参数定义为：压力为22.115MPa, 374.15；而超超临界参数的概念实际为一种而超超临界参数的概念实际为一种商业性的称谓商业性的称谓，以表示出发电，以表示出发电机组具有更高的压力和温度，因此各国、甚至各公司对超超临界机组具有更高的压力和温度，因此各国、甚至各公司对超超临界参数的开始点定义也有所不同。参数的开

6、始点定义也有所不同。一般将超超临界机组设定在蒸汽压力大于一般将超超临界机组设定在蒸汽压力大于25MPa，或蒸汽温度高，或蒸汽温度高于于580的范围。的范围。2022-6-16 6 曹玉春博士曹玉春博士, ,郑州大学郑州大学2、超超临界锅炉关键技术、超超临界锅炉关键技术 传热与水动力特性研究传热与水动力特性研究 1000MW超超临界锅炉总体设计集成技术超超临界锅炉总体设计集成技术 1000MW超超临界锅炉设计超超临界锅炉设计型螺旋管圈锅炉型螺旋管圈锅炉型垂直管圈锅炉型垂直管圈锅炉塔式螺旋管圈锅炉塔式螺旋管圈锅炉 耐热新钢种材料性能和应用研究耐热新钢种材料性能和应用研究 耐热钢管的加工、焊接及热处

7、理工艺耐热钢管的加工、焊接及热处理工艺2022-6-16 7 曹玉春博士曹玉春博士, ,郑州大学郑州大学2、三大电力设备制造集团百万超超临界技术来三大电力设备制造集团百万超超临界技术来源源 名称名称基地基地汽轮机汽轮机汽轮发电机汽轮发电机锅炉锅炉上海上海西门子西门子西门子西门子阿尔斯通阿尔斯通哈尔滨哈尔滨三菱三菱三菱三菱三菱三菱东方东方日立日立日立日立日立日立2022-6-16 8 曹玉春博士曹玉春博士, ,郑州大学郑州大学2、超超临界机组超超临界机组2022-6-16 9 曹玉春博士曹玉春博士, ,郑州大学郑州大学2. .1、上海锅炉厂、上海锅炉厂Alstom技术技术 APBG超超临界锅炉技

8、术特征超超临界锅炉技术特征容量：容量：800MW1000MW压力：压力：25.4MPa30.0MPa温度：温度：540605/569615炉型：炉型： 塔式炉塔式炉燃烧方式：四角切圆燃烧（单炉膛单切圆）燃烧方式：四角切圆燃烧（单炉膛单切圆）水冷壁形式：螺旋管水冷壁形式：螺旋管启动系统：简单疏水系统、带再循环泵、热交换器启动系统：简单疏水系统、带再循环泵、热交换器 APUSA超超临界锅炉技术特征超超临界锅炉技术特征容量：容量：800MW1000MW压力：压力：25.4MPa30.0MPa温度：温度：540605 /569615 炉型：炉型： 型炉型炉燃烧方式：四角切圆燃烧（单炉膛单切圆，双切圆）

9、燃烧方式：四角切圆燃烧（单炉膛单切圆，双切圆）水冷壁形式：垂直管、螺旋管水冷壁形式：垂直管、螺旋管启动系统：简单疏水系统、带再循环泵、热交换器启动系统：简单疏水系统、带再循环泵、热交换器2022-6-16 10 曹玉春博士曹玉春博士, ,郑州大学郑州大学主蒸汽主蒸汽279bar (设计压力)542 774.4 kg/s (2,788 t/h)再热蒸汽再热蒸汽 69 bar (设计压力)568 687.6 kg/s (2,475 t/h)给水给水273 煤种煤种 烟煤2.1、上海锅炉厂、上海锅炉厂Alstom技术技术2022-6-16 11 曹玉春博士曹玉春博士, ,郑州大学郑州大学2.1、上海

10、锅炉厂、上海锅炉厂Alstom技术技术纵切面纵切面主蒸汽主蒸汽297bar (设计压力)605 820.8 kg/s (2,955 t/h)再热蒸汽再热蒸汽 70 bar (设计压力)603 678.6 kg/s (2,443 t/h)给水给水297 煤种煤种 烟煤 0.0 m+ 126.3 m2022-6-16 12 曹玉春博士曹玉春博士, ,郑州大学郑州大学1000MW塔式布置塔式布置 外高桥三期外高桥三期台数：台数：2流量：流量：2955t/h压力：压力：28.0 MPa温度：温度：605/603 国华浙江宁海电厂国华浙江宁海电厂台数：台数：2流量：流量：3093t/h压力：压力：27.

11、46 MPa温度：温度：605/603 2.1、上海锅炉厂、上海锅炉厂1000MW塔式布置塔式布置2022-6-16 13 曹玉春博士曹玉春博士, ,郑州大学郑州大学1000MW双烟道布置双烟道布置 天津国投北疆电厂天津国投北疆电厂台数：台数：2流量：流量：3102t/h压力：压力：27.46 MPa温度：温度：605/603 广东粤电平海电厂广东粤电平海电厂台数：台数：2流量：流量：3093t/h压力：压力：27.46 MPa温度：温度：605/603 2.1、上海锅炉厂、上海锅炉厂1000MW双烟道布置双烟道布置2022-6-16 14 曹玉春博士曹玉春博士, ,郑州大学郑州大学2.1、上

12、海锅炉厂、上海锅炉厂2022-6-16 15 曹玉春博士曹玉春博士, ,郑州大学郑州大学2.2、哈锅、哈锅MHI超超临界锅炉的技术特点超超临界锅炉的技术特点蒸汽参数蒸汽参数25.4MPa.g 25.4MPa.g 604/602604/602A-PMA-PM燃烧器和燃烧器和MACTMACTMRSMRS磨煤机磨煤机内螺纹管垂直水冷壁内螺纹管垂直水冷壁蜂巢型垂直式催蜂巢型垂直式催化脱硝装置化脱硝装置抗高温热强钢抗高温热强钢2022-6-16 16 曹玉春博士曹玉春博士, ,郑州大学郑州大学首台螺旋管圈水冷壁锅炉首台螺旋管圈水冷壁锅炉MHI供货业绩供货业绩（日本（日本600MW600MW锅炉）锅炉）垂

13、直型水冷壁（垂直型水冷壁（SVSV）1111台（首台为台（首台为19891989年）年）螺旋管水冷壁螺旋管水冷壁1010台（首台为台（首台为19811981年）年）特特 点点1 1、结构简单、结构简单2 2、对负荷变化、启动与停炉的高、对负荷变化、启动与停炉的高耐久性（热应力较小）耐久性（热应力较小）3 3、易于制造与安装、易于制造与安装4 4、易于维修、易于维修现代先进大容量锅炉现代先进大容量锅炉标准型式标准型式垂直管圈水冷壁垂直管圈水冷壁首台垂直管圈水冷壁锅炉首台垂直管圈水冷壁锅炉The 1st Unit of Spiral WW Boiler2.2、 MHI超临界锅炉的发展超临界锅炉的发

14、展2022-6-16 17 曹玉春博士曹玉春博士, ,郑州大学郑州大学省煤器空气预热器启动分离器一级过热器低温再热器高温再热器四级过热器三级过热器二级过热器水冷壁中间集箱AA风煤粉燃烧器再循环泵烟气调温挡板2022-6-16 18 曹玉春博士曹玉春博士, ,郑州大学郑州大学2.3、东方锅炉厂、东方锅炉厂日立技术日立技术2022-6-16 19 曹玉春博士曹玉春博士, ,郑州大学郑州大学2.3、东方锅炉厂、东方锅炉厂日立技术日立技术2022-6-16 20 曹玉春博士曹玉春博士, ,郑州大学郑州大学2.3、东方锅炉厂、东方锅炉厂日立技术日立技术锅炉炉膛设计对积灰结焦影响比较2022-6-16 2

15、1 曹玉春博士曹玉春博士, ,郑州大学郑州大学2.3、东方锅炉厂、东方锅炉厂日立技术日立技术2022-6-16 22 曹玉春博士曹玉春博士, ,郑州大学郑州大学2.4、三大生产基地技术比较三大生产基地技术比较 上锅上锅1000MW1000MW超超临界锅炉超超临界锅炉 型布置型布置/ /塔式布置塔式布置单炉膛双切圆单炉膛双切圆/ /单切圆燃烧方式单切圆燃烧方式平衡通风平衡通风固态排渣固态排渣螺旋管水冷壁螺旋管水冷壁/ /垂直管水冷壁垂直管水冷壁 东锅东锅1000MW1000MW超超临界锅炉超超临界锅炉 型炉型炉前后墙对冲燃烧方式前后墙对冲燃烧方式内螺纹管螺旋管圈水冷壁内螺纹管螺旋管圈水冷壁 哈锅

16、哈锅1000MW1000MW超超临界锅炉超超临界锅炉 型布置单炉膛型布置单炉膛反向双切园燃烧方式反向双切园燃烧方式低低NOxNOx分级送风燃烧系统分级送风燃烧系统内螺纹管垂直上升膜式水冷壁（入口装设节流孔圈）内螺纹管垂直上升膜式水冷壁（入口装设节流孔圈）2022-6-16 23 曹玉春博士曹玉春博士, ,郑州大学郑州大学2.4、不同炉型布置用钢对照、不同炉型布置用钢对照炉型塔式炉型炉（A）型炉（B）炉膛截面m221.4821.4832.0815.5633.9715.56燃烧方式四角切圆双四角切圆前后墙对冲1屏底温度屏底温度1232129013782省煤器0.2590.1620.2073水冷壁0

17、.2070.3650.2464过热器0.3240.4440.4435再热器0.210.2340.2176承压受热面总重承压受热面总重11.2051.1137空预器0.2120.2120.358钢结构1.7861.2381.1919金属总重3.5643.3593.1911000MW超超临界煤粉锅炉用钢对照（相对值）超超临界煤粉锅炉用钢对照（相对值）2022-6-16 24 曹玉春博士曹玉春博士, ,郑州大学郑州大学锅炉整体布置特点锅炉整体布置特点亚临界参数变压自然循环锅炉，一次中间再热，亚临界参数变压自然循环锅炉，一次中间再热，M型布置，总体上分为主回路、尾部、空预器型布置，总体上分为主回路、尾

18、部、空预器三部份三部份 管式空气预热器管式空气预热器炉内布置水冷屏和屏过、屏再炉内布置水冷屏和屏过、屏再床上床下联合点火床上床下联合点火后墙排渣，采用滚筒冷渣器后墙排渣，采用滚筒冷渣器三台汽冷分离器三台汽冷分离器尾部双烟道挡板调温尾部双烟道挡板调温单炉膛，两侧进风单炉膛，两侧进风前墙给煤前墙给煤2.4、东方锅炉厂、东方锅炉厂300/600MWCFB2022-6-16 25 曹玉春博士曹玉春博士, ,郑州大学郑州大学2.4、超（超）临界发电在中国的发展前景、超（超）临界发电在中国的发展前景 超超临界发电已大容量和规模化商业运行是国际上，也是超超临界发电已大容量和规模化商业运行是国际上，也是中国燃

19、煤火电机组发展的中国燃煤火电机组发展的主导方向主导方向； 在材料工业发展的支持下在材料工业发展的支持下,正朝着更高参数、更高效率的方正朝着更高参数、更高效率的方向发展；向发展； 容量扩展：容量扩展：1200MW1300MW； 机组类型多样化：机组类型多样化：1000MW超超临界抽汽供热机组超超临界抽汽供热机组1000MW超超临界空冷机组超超临界空冷机组CFB超临界锅炉超临界锅炉 到到2010年，中国超超临界机组将占全世界超超临界机组的年，中国超超临界机组将占全世界超超临界机组的半壁江山半壁江山； 预计到预计到2020年，超临界和超超临界机组在中国新增火电市年，超临界和超超临界机组在中国新增火电

20、市场的场的份额可达份额可达70%（装机容量（装机容量240GW400台台600MW机机组或组或240台台1000MW机组）；机组）； 超临界及超超临界发电技术超临界及超超临界发电技术在发电领域在发电领域未来未来30年伴演年伴演主要角色。主要角色。2022-6-16 26 曹玉春博士曹玉春博士, ,郑州大学郑州大学3、IGCC 下一步产业发展目标下一步产业发展目标 整体煤气化联合循环（整体煤气化联合循环（Integrated gasification combinedcycle，IGCC）是指将煤炭、生物质、）是指将煤炭、生物质、石油焦、重渣油等多种含碳燃料进行气化，将得石油焦、重渣油等多种含碳

21、燃料进行气化，将得到的合成气净化后用于燃气到的合成气净化后用于燃气 蒸汽联合循环的发蒸汽联合循环的发电技术。电技术。 到到2005年，世界上已经投入运行和正在建设的年，世界上已经投入运行和正在建设的IGCC电站近电站近30座，其中美国占了一半左右，装机座，其中美国占了一半左右，装机容量超过容量超过800万千瓦。国际上万千瓦。国际上IGCC的发展的发展进入高进入高潮。潮。 国内，国内，IGCC还是还是一项新技术一项新技术。烟台烟台浙江半山浙江半山2022-6-16 27 曹玉春博士曹玉春博士, ,郑州大学郑州大学2、IGCC 是未来是未来重要的技术选择重要的技术选择 IGCC是能够较好地解决提高

22、效率和减少污染物排是能够较好地解决提高效率和减少污染物排放的先进的洁净煤发电技术放的先进的洁净煤发电技术 IGCC更是未来先进的煤基能源（电力、更是未来先进的煤基能源（电力、H2和液体和液体燃料）多联产系统的重要基础燃料）多联产系统的重要基础 中国的能源格局和可持续发展战略决定了中国更中国的能源格局和可持续发展战略决定了中国更需要需要IGCC。 IGCC展望展望：USC（FGD+SCR）：近期）：近期CFBC：近期近期 USC 的重要补充的重要补充IGCC + COPRODUCTIONS：中期中期IGCC+ H2 +FC+FUELS+CO2：中远期中远期2022-6-16 28 曹玉春博士曹玉

23、春博士, ,郑州大学郑州大学3、GE气化联合循环发电气化联合循环发电2022-6-16 29 曹玉春博士曹玉春博士, ,郑州大学郑州大学3、GE气化联合循环发电气化联合循环发电2022-6-16 30 曹玉春博士曹玉春博士, ,郑州大学郑州大学4、三种、三种CO2 捕获途径捕获途径2022-6-16 31 曹玉春博士曹玉春博士, ,郑州大学郑州大学4、CO2地质埋存路径地质埋存路径2022-6-16 32 曹玉春博士曹玉春博士, ,郑州大学郑州大学Pre-combustionPower Plant with CO2 CapturePost-combustion(New + retrofit)O

24、xy-combustion(New + retrofit)Source: VattenfallSource: VattenfallSOLUTIONS DEVELOPED BY ALSTOMSource: Vattenfall SHIFTCAPTUREBURN H2 4、Alstom公司公司CO2 捕获途径捕获途径2022-6-16 33 曹玉春博士曹玉春博士, ,郑州大学郑州大学4、不同技术的成本比较技术发展成熟度不同技术的成本比较技术发展成熟度ResearchDevelopmentDemonstrationDeploymentMature Technology时间时间全部应用的估计成本全部应

25、用的估计成本OxyfuelCO2 StorageCO2 CaptureIGCC PlantsUSCPC PlantsSCPC Plants1150F+1100F1100F1050FAdvanced USCPC Plants1150F+1400F不同技术发展及成熟度不一样。不同技术发展及成熟度不一样。2022-6-16 34 曹玉春博士曹玉春博士, ,郑州大学郑州大学4、Oxy-combustion示范电站示范电站 30 MWth Vattenfall2022-6-16 35 曹玉春博士曹玉春博士, ,郑州大学郑州大学4、Oxy-combustion示范电站示范电站 30 MWth Vatten

26、fall2022-6-16 36 曹玉春博士曹玉春博士, ,郑州大学郑州大学4、美国能源部：、美国能源部：Vision 21 Program（2002年）年） Systems Integration Advanced MaterialsModeling - CombustionTurbines & Fuel CellsHydrogen MembraneGasification &CombustionOxygenMembraneModeling -Gas/Particle FlowVirtual SimulationNew Projects Contribute to the Ultra-Cle

27、an Energy Plant2022-6-16 37 曹玉春博士曹玉春博士, ,郑州大学郑州大学4、日本实现零排放的、日本实现零排放的J3路线路线2022-6-16 38 曹玉春博士曹玉春博士, ,郑州大学郑州大学5、今后的方向、今后的方向 未来电力需求仍然非常大；未来电力需求仍然非常大； 环保要求将更趋严格；环保要求将更趋严格； 建设近似零排放电厂需要大量先进技术集成；建设近似零排放电厂需要大量先进技术集成； 解决提供市场和对市场进行监控这些问题，产业解决提供市场和对市场进行监控这些问题，产业界会得到主要市场机遇；界会得到主要市场机遇； 需要进行合作，研发和部署新技术以解决二氧化需要进行合作，研发和部署新技术以解决二氧化碳捕获和存贮问题（技术，政治，公众认可，健碳捕获和存贮问题（技术，政治，公众认可，健康与安全）；康与安全）； 未来洁净煤技术需要科学规划，建立一个长期远未来洁净煤技术需要科学规划，建立一个长期远景计划并加以实施。景计划并加以实施。