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5、韩东太--煤电新技术专题讲座


中国矿业大学电力工程学院

2010.7

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主 要 内 容

? 提高超临界火电机组效率 ? 多联产发电技术 ? 燃气-蒸汽联合循环发电技术 ? 洁净煤燃烧发电技术 ? 燃煤磁流体发电技术 ? 空冷发电技术 ? 余热回收发电技术 ? 火电厂计算机控制技术 ? 新能源发电技


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1提高超临界火电机组效率
1.1 提高初参数,采用超超临界
初参数的提高主要受金属材料在高温下性能 是否稳定的限制,超临界机组初温可达538℃~ 576℃。随着冶金技术的发展,耐高温性能材料的 不断出现,初温可提高到600℃~700℃。 日本东芝公司1980年着手开发两台0型两段再 热的700MW超超临界汽轮机,1989年和1990年投 产,运行稳定,达到提高发电端热效率5%的预期 目标,即发电端效率为41%,据推算,超超临界 机组的供电煤耗可降低到279g/kWh。
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超临界火电机组概况
? 世界第一台125MW超临界机组于1959年4月在美国投运, 至今已有近40年的历史,目前超临界机组最大单机容量 为1300MW,在美国、日本及俄国,超临界机组占火电 容量的50%以上。目前,国际上已经投运了单机在 800MW以上火电机组的国家主要有美国、日本、俄国和 德国。 ? 我国以往6 000 MW机组大都是进口设备。河南华能沁北 电厂2×600MW机组是第一台国产超临界机组示范电站, 主机招标锅炉由东方锅炉厂中标,汽轮发电机组由哈尔 滨动力集团中标;发电机由上汽发电集团中标;该工程 于2004年9月投产。华能玉环电厂工程是中国“863计划 “中引进超超临界发电技术,实现国产化依托工程的国 家重点建设项目,由中国华能集团公司独资建设,一期 建设2台100万千瓦超超临界燃煤机组,于2006年12月建 成投产,成为中国第一座单机装机容量达百万千瓦的电 厂
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超临界机组发展趋势
? 世界第一台,1959年(美国) ,125MW, 31MPa, 621/566/566℃。 ? 目前单机容量最大(美国)1300MW,26.5MPa, 538/538℃,共有六台,第一台1969投产。 ? 目前参数最高的是(美国西屋公司制造) 325MW,34.3MPa, 649/566/566℃,二次再热, 1959年投产。 ? 欧洲几大发电集团正合作攻关蒸汽温度为700 ℃ 的燃煤机组.2015达到40MPa/700/720℃
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超临界、超超临界机组的特点

? 机组热效率高(与同容量亚临界火电机组比较, 超临界机组可提高效率2-2.5%,超超临界机组 可提高效率约5%,供电煤耗可降低到279g/Kw.h), 可靠性好,环保指标先进; ? 可复合变压运行,调峰性能好; (1)在低负荷时效率高; (2)具有良好的启动性能; (3)具有良好的负荷适应性。 ? 蒸汽压力高,蒸汽比容小,汽轮机叶片短,加 之级问压差大,影响内效率,因而超临界及超 超临界参数更适于大容量机组。
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超临界机组关键技术
a) ? ? ? a) b) c) ? ? ? ? 新钢种的研究开发 新钢种的开发与应用; 调峰运行问题; 材料的研究与国产化。 超临界压力锅炉的关键技术 超临界压力汽轮机的关键技术 其它关键技术 汽水化学工况; 辅助设备; 自动控制技术; 运行技术。
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1.2 采用高性能汽轮机
汽轮机制造技术已很成熟,但仍有进一步提高其效率的空间, 主要有以下三种途径: (1)首先是进一步增加末级叶片的环形排汽面积,从而达到减小 排汽损失的目的。末级叶片的环形排汽面积取决于叶片高度, 后者受制于材料的耐离心力强度。日本700MW机组已成功采用 钛制1.016M的长叶片,它比目前通常采用的 12Cr钢制的0.842M 的叶片增加了离心力强度,排汽面积增加了 40%,由于降低了 排汽损失,效率提高1.6%。 (2)其次是采用减少二次流损失的叶栅。叶栅汽道中的二次流会 干扰工作的主汽流产生较大的能量损失,要进一步研制新型叶 栅,以减少二次流损失。 (3)最后是减少汽轮机内部漏汽损失。汽轮机隔板与轴间、动叶 顶部与汽缸、动叶与隔板间均有一定间隙。这些部位均装有汽 封,以减少漏汽损失。要研制新型汽封件以减少漏汽损失。
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1.3 建设有大容量火电机组群的大电厂
? 世界上2000 MW以上大型火电厂有82座,其中 4000MW以上的5座,世界最大的燃褐煤和燃烟煤 的火电厂分别是波兰的贝尔哈托夫电厂和南非的 肯达尔电厂,最大的燃气和燃油电厂分别是俄罗 斯的苏尔古特第二火电厂和日本鹿岛火电厂,其 装机容量分别为4320 MW/4 116 MW,4800MW 和4400 MW ? 我国目前最大的火力发电厂——内蒙古大唐国际 托克托发电公司总装机容量5400MW,是目前全 国最大在役火力发电厂。(共8台600MW,2台 300MW机组)
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2 多联产发电技术

火电机组在发电的同时,用抽汽或背压机组的 排汽进行供热,由于实现了热能的梯级利用,其总 的能源利用率为80%~90%。如果联合循环机组用 于热电联产,即高作功能力的燃气(1000℃以上) 在燃气轮机中做功,其排气在余热锅炉中产生中等 作功能力的蒸汽(500℃以上),驱动汽轮机继续做 功,其低作功能力的抽汽或排汽用于工业或生活用 汽用热,形成联合循环热电联产,其总的能源利用 率可达80%~90%(理论极限为93%)。热电联产 比热电分产可节约能源30%左右。我国有50万台工 业锅炉,年耗煤4亿吨,平均容量2.28吨/时,如果其 供热量的一半由热电联产供给,则年可节煤1.2亿吨。
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热电冷三联产

热电冷三联产指锅炉产生的蒸汽在背压汽轮 机或抽汽汽轮机发电,其排汽或抽汽,除满足各 种热负荷外,还可做吸收式制冷机的工作蒸汽, 生产6~8℃冷水用于空调或工艺冷却 . 热电冷三联产的优点: (1)蒸汽不在降压或经减温减压后供热,而是先发 电,然后用抽汽或排汽满足供热、制冷的需要, 可提高能源利用率; (2)增大背压机负荷率,增加机组发电,减少冷凝 损失,降低煤耗; (3)保证生产工艺,改善生活质量,减少从业人员, 提高劳动生产率;代替数量大、型式多的分散空 调,改善环境景观,避免“热岛”现象。
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热、电、煤气三联产

煤中挥发份和部分固定碳受热后气化,产生城 市煤气供万人城镇民用,焦碳送CFB锅炉中燃烧产 生蒸汽,用于热电联产 。 ? 此外,在电厂中安装蓄热器回收排热或机组起停过 程中排汽,可对热负荷移峰填谷;可增加尖峰发电 力出力,提高能源利用率和机组稳定运行水平。 ? 还有一种双背压凝汽式汽轮发电机,是通过凝结水 串联通过凝汽器的两个部分,形成两个不同的背压。 由于改善了蒸汽热负荷的不均匀性,使其平均背压 低于传统的单背压汽轮机的背压,可提高循环热效 率。
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3 燃气-蒸汽联合循环发电技术
燃气轮机:

进气温度1370℃~1500℃, 平均吸热温度高;

排气温度450~600℃, 平均放热温度高;
热效率:33%-38%
蒸汽轮机: 燃气蒸汽联 合循环

进气温度540~560℃,缺点:平均吸热温度低; 排气温度30~38℃,优点:平均放热温度低;

热效率:42%
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燃气-蒸汽联合循环发电技术 (Combined Circle,简称CC或GTCC)
? 联合循环:就是把在中低温区工作的蒸汽轮 机的朗肯(Rankine)循环和在高温区工 作的燃气轮机的布雷登(Brayton)循环 的叠置,组成一个总能系统循环,由于它 有很高的燃气初温(1200℃~1500℃)和 蒸汽作功后很低的终温(30~40℃),实 现了热能的梯级利用,使总的循环效率很 高。
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燃气-蒸汽联合循环

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燃气-蒸汽联合循环系统

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燃气轮机电厂

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联合循环优点
a) b) c) d) 热效率高, E级联合循环效率51-52%,F级55- 57%,H级达到60%以上; 低污染,环保性能好,可将NOx排放控制在 50mg/Nm3以内; 运行灵活,可靠性高,可日启停、调峰性能好, 燃机单循环可以在20分钟内带满负荷,联合循环 可以在60分钟内带满负荷; 单位容量投资较低,简单燃气轮机每千瓦投资 为l00~300美元/kW,汽轮发电机组为600~ 1000美元/kW,而联合循环发电机组为280~ 530美元/kW; 节水,为同容量常规电站用水量的1/3; 可以实现黑启动、提高电网安全性。
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e) f)

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燃气-蒸汽联合循环发展趋势
1.目标 美国雄心 勃勃的ATS 计划和 GAGT计划

效率60% 初温1427℃

价格降低10%

NOX降低10%

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2.技术措施

?采用压气机中间冷却技术 ?燃气透平通流部分改造,陶瓷叶片和喷涂技术 ?研究湿空气透平(HAT)循环 ?燃煤技术方面五种方案: IGCC,PFBC-CC,第二代PFBC-CC,采用高温陶瓷管的 外燃式联合循环(EFCC)以及直接在燃气轮机中燃用 水煤浆.
3.最新进展:USA,GE公司推出初温1288℃,联合循环的单 机功率为376.2MW,供电效率56.3%,型号为9G和9H系列.
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HAT循环(湿空气蒸发-回热式双流体循环)

?指软化水经燃机排气加热后喷入压气机出口蒸发器中 被高温高压空气蒸发,空气与水蒸汽混合物在回热器 中被燃气排气加热后,供给燃烧室,产生的燃气、蒸 汽混合物进入燃气轮机作功。 ?由于燃机排气余热的充分利用,可大大提高循环效率; 由于燃机工质流量增加,使机组功率也大大增加;由 于没有了蒸汽轮机,使系统大为简化,造价仅为余热 锅炉型联合循环的50%。如果把整体煤气化产生的煤 气经净化后供燃烧室燃烧,就形成IGHAT循环,也大 大简化系统,节约投资。
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联合循环的基本型式
1、不补燃余热锅炉联合循环系统

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2 有补燃的余热锅炉型联合循环

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3、增压锅炉型联合循环

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4 程式双流体循环

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4 洁净煤燃烧发电技术
? 燃煤发电目前存在着两个突出的问题:
1、燃煤技术有待改善,煤的利用率要提高; 2、煤燃烧产生大量的烟尘、CO2、SO2 、NOX等污 染环境的排放物。我国烟尘排放量的70%、二氧化 硫排放量的90%都来自燃煤。

? 洁净煤技术(CCT-Clean Coal Techno1ogy), 指的是在利用煤炭发挥一次能源最大作用的同时, 污染环境的气、固、液态排放量最少;也可定义 为减少污染、提高效率的煤炭开采加工、运输、 转化、燃烧、污染控制、综合利用等技术的总称。 它是以三E为目标(经济Economics,环境 Enviroment,效率Efficieney),是先进、清洁 的“绿色煤电”。
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酸雨

中国矿业大学电力工程学院 我国87%的SO2排放来自煤燃烧

SO2 NOx
燃煤产生的 酸性排放物 进入空气中, 经过一系列 作用就形成 了酸雨 (pH<5.6)。

H2SO4 HNO3

酸雨使森林退化,湖泊酸化,鱼类死亡,水生生物种群减少, 农田土壤酸化、贫瘠,有毒重金属污染增强,粮食、蔬菜、瓜果大 面积减产,使建筑物和桥梁损坏,文物面目皆非。

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中国酸雨问题

? 中国是燃煤大国,煤炭在能源消耗中占了70%,因而我国 的大气污染主要是燃煤造成的。我国生产的煤炭,平均含 硫份约为1.1%。由于一直未加以严格控制,致使我国在工 业化水平还不算高的现在就形成了严重的大气污染状况。 目前我国二氧化硫排放量已达1800多万吨。二氧化硫排放 引起的酸雨污染不断扩大,已从80年代初期的西南局部地 区扩展到长江以南大部分城市和乡村,并向北方发展。
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煤炭利用引起污染的种类
开采:
气态(煤层瓦斯CH4、CO2、氯氟烷烃等 温室气体 ) 固态(矸石) 液态(煤泥水、矿井水) 煤中灰份、石、杂质 气态(尘埃、 SO2 、NOX 、CO2、二恶 英) 固态(灰渣) 液态(冲灰渣水)
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运输: 燃烧 :

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大气污染
SO2、NOx、飘尘 光化学烟雾

历史上的 大气污染事件

1. 比利时马斯河谷烟雾事件

2. 美国洛杉矶光化学烟雾事件

3.美国多诺拉烟雾事件

光化学烟雾:氮氧化物等污染物漂浮在空 气中,在强烈阳光的照射下发生物理化学 反应,产生了有毒的浅蓝色烟雾,造成人 们眼睛红肿、咽炎、呼吸道疾病恶化乃至 思维紊乱,肺水肿等疾病。

4.英国伦敦烟雾事件

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煤炭清洁、高效利用方法分类
A. 燃烧前处理(源处理)指在开采到用户使用前这 一阶段煤的处理方法 ; B. 燃烧中清洁利用(过程处理)主要指流化床燃烧 技术(FBC:Fluidized-bed Combustion);整 体煤气化蒸汽燃气联合循环(IGCC : Integrated GasificationCombined Cycle);整 体煤气化燃料电池(IGFC:Integrated Gasification Fuel Cell)、磁流体发电技术;炉 内脱硫:炉内喷钙脱硫,喷钙加尾部增湿活化脱 硫;炉内脱硝:低NOx燃烧器、低温燃烧、整体 分级燃烧、回气再循环、再燃烧技术等 ; C. 燃烧后清洁处理(烟气净化) ;包括除尘、脱 硫、脱硝、废水处理及零排放,废水资源化和干 除渣、灰渣分除及综合利用。
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IGCC电站

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燃烧前的煤炭加工和转化技术

煤炭加工技术:是指在煤炭燃烧之前,以物理方法 为主对其进行加工的各类技术,主要包括洗选、 型煤、水煤浆技术。 煤炭转化技术:是指在燃烧之前对煤进行改质反应, 包括煤气化和液化两种。 a) 洗选处理: b) 型煤加工: c) 水煤浆: d) 煤炭气化: e) 煤炭液化:
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燃烧中净化技术
燃烧中净化技术:是指燃料在燃烧过程中提高 效率减少污染排放的技术,它是洁净煤技 术的重要组成部分,由五项技术组成。 a) 先进的燃烧器 : b) 循环流化床技术(CFBC): c) 增压流化床联合循环技术(PFBC-CC): d) 整体煤气化联合循环技术(IGCC): e) 直接燃用超净煤粉的燃气—蒸汽联合循环 技术(CEN-CC)
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1、流化床燃烧技术CFBC
定义及分类 ? 把8mm以下的煤粒和脱硫剂石灰石,加入燃烧室 床层上,在通过布置在炉底的布风板送出的高速 气流作用下,形成流态化翻滚的悬浮层,进行流 化燃烧,同时完成脱硫,这种燃烧技术叫流化床 燃烧技术。 ? 按燃烧室运行压力的不同,分为常压流化床AFBC (Atmospheric Fluidized-bed Combustion)和增 压流化床PFBC(Pressurized FBC);按流化速度 和床料流化状态不同,二者又可分为鼓泡床BFBC (Bubbling FBC)和循环流化床CFBC ( Cireulaiing FBC)。
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循环流化床锅炉

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二十世纪80年代 初,国外研制出 第二代流化床锅 炉 ——循环流化床 锅炉
“循环”的概念——飞 出炉膛的物料被气固分 离器收集,返回炉膛, 循环燃烧和利用。
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流化床燃烧方式的优点

1.燃料适应性广
可以燃烧各种煤、煤矸石、焦 碳、油页岩、垃圾等(劣质 燃料) ? 原因:下部密相区提供了燃料 着火和燃烧的最佳条件: ?充足的热源 ?混合强烈,热质传递快 ?适当高浓度的氧 ? 床层物料中含碳低(25%),只供热而不争夺氧

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2 .清洁燃烧
1)高效、廉价脱硫 ?脱硫率达90% ?脱硫反应 CaO + SO2 + — O2==CaSO4

(煤粉炉炉内喷钙脱硫,钙停留时间短,脱 硫剂利用率不到20%) ?炉膛温度为最佳脱硫反应温度850℃ – 脱硫最佳温度:850-870℃; – 但煤粉炉在此温度下不能稳定燃烧,所以其 脱硫不能保持在最佳反应温度下进行。
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2)减少NOx排放

?燃煤NOx 的主要来源:
– 燃料型:挥发分中的有机氮、固定碳中

的碳基氮被氧化; ?氧化性气氛中容易生成 – 热力型:空气中的氮在高温下被氧化。 ?高温下容易生成 ?流化床NOx生成量为煤粉燃烧的1/3-1/4

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低NOx排放的原因:

a.低温燃烧,减少热力型NOx生成
1200 oC以下时,热力型NOx生成不明显; (煤 粉炉因燃烧温度高,热力型NOx占总NOx生成 量的25%-30%)

b.分级燃烧,减少燃料型NOx生成
空气分级供入,浓相区处于还原性气氛,抑制燃料 型NOx生成 分级燃烧是抑制NOX生成非常有效的手段。一次空气 从底部给入,它供应燃烧所需氧量的50~60%,二次风在 离一次风有一定距离的炉膛上方给入。在二次风给入的水 平,炉膛气氛由还原性转变成氧化性。燃料挥发分逸出和 着火发生在贫氧区,因此NOX总体排放量降低。
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3.负荷调节性能好
?低负荷下仍可保持燃烧稳定; ?负荷调节比达4:1,甚至可以压火备用。

4.灰渣综合利用性能好
?低温燃烧后的灰渣没有经历烧结过程, 活性好,非常适合做水泥填料

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最新动态
1. (2010)我国已有近千台循环流化床锅炉投入 运行或正在建设之中,440—480t/h循环流化床 锅炉已有几十台投入运行; 2. 白马电厂安装东方锅炉(集团) 股份有限公司制 造的引进ALSTOM 技术的300 MW 循环流化床 机组,作为示范。 2003年开工建设,2005年12 月15日投产发电。 3. 国产 300MW级的循环流化床锅炉已有十几台订 货。2006年开远、萱城、秦皇岛等电厂的300 MW 循环流化床机组已相继投入运行。 4. 国内600MW~800MW超临界循环流化床锅炉已 完成设计。
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波兰Turow 电厂建设3 台225 MW 和3 台 266 MW的循环流化床机组,是世界上最大 的循环流化床电厂。

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但与煤粉炉相比,目前的循环流化床锅炉仍存 在以下问题:
1.单机容量不够大
国内最大单机容量为300MW;

2.结构复杂,造价较高
比煤粉炉增加了物料分离和回送装置,占地面积大,钢材 消耗量约增加20%;但若与煤粉炉加尾部烟气脱硫相比总 造价低。

3.磨损问题
固体颗粒浓度大,对受热面磨损较严重。

4.锅炉机组自身能耗增加 5 物料循环回路的调节与控制要求高
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所以循环流化床锅炉今后的发展方向是:
1. 向大容量、高参数方向发展
? 发展容量可与煤粉炉相比的大型循环流化床锅炉;发 展超临界锅炉。

2. 简化锅炉结构,采用新型低阻力、小尺寸的分离 器
? 清华大学研制的带水冷方型分离器的循环流化床锅炉 提供了一个很好的思路。

3. 提高运行的可靠、稳定性

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2 增压流化床联合循环(PFBC-CC)
?高压0.98-1.96MPa;

?目的:实现高压低温燃烧,实现低NOx排放;
?示范电站建于上个世纪八十年代,目前商业运 营只有8台,最大为360MW; ?我国第一座PFBC-CC15MW中试装臵建于江苏 徐州贾汪电厂;

?实践证明PFBC-CC电站可以提高供电效率35%,节煤10-15%,并显著减少污染物排放量。
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增压流化床联合循环工作原理

汽轮机动 力装臵 75%

增压流 化床燃 烧锅炉

燃气轮机动 力装臵25%

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3 整体煤气化联合循环(IGCC)
? 发电原理 煤经过气化和净化后,固体燃料已转化成清洁 气体燃料,以此驱动燃气轮机发电,再用排出的 高温燃气进入锅炉,产生蒸汽带动汽轮机发电。 ? IGCC的特点 ? 具有提高供电效率的最大潜力; ? 单机容量已经达到300-400MW,规模效应; ? 基本条件已经趋于成熟; ? 污染问题解决最彻底; ? 耗水量少50%-70%; ? 废物处理量少,可以再利用;硫酸水泥建筑 ? 产品多样化,发电、甲醇、汽油、尿素,降低成 本
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煤的储运、预处理、制备和供给系统 除灰系统 脱硫系统

煤 的 气 化 系 统 空分制氧系统

显热利用系统

燃气-蒸汽 发电系统

煤渣废水处理系统

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IGCC发展概况

1. 1984年1月美国建成世界最早的商业验证电站一 Cool Water电站,该电厂发电出力为120MW,耗 资2.62亿美元; 2. 现在世界上已建、在建和拟建的IGCC电站近约30 座,其中美国拥有15座,居世界之冠。最大的为 美国的440MW机组,计划或可研中容量为德国 900MW和前苏联1000MW机组。一些发展中国家, 如印度、中国也计划建立IGCC示范电站 ; 3. 我国从1994年开始对IGCC示范工程进行预可行性 研究,国家电力公司在山东烟台电厂建设一座容 量为300~400MW的IGCC示范电站 .
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发展趋势
提高单机容量和供电效率,措施:高温高压缩比机组;

采用新的气化炉形型式,影响装臵效率和排放;
高效除灰及脱硫,湿法除灰常温脱硫,高温除灰和高温

脱硫技术;
开发新型空气分离系统; 降低比投资费用.

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5 燃煤磁流体发电技术
? 磁流体发电原理:高温导电气体(等离子体)高速 切割磁力线产生感应电动势。燃煤磁流体发电是在 煤燃烧产生的高温烟气中添加电离种子钾,然后通 过磁流体发电机发出直流电,再逆变成交流电;排 出的烟气温度仍很高,进入下游余热锅炉,产生蒸 汽推动汽轮机发电。(流程图) ? 优点:联合循环发电热效率高,可达55%;由于添 加的电离种子钾与硫反应生成钾的硫化物,回收种 子时起到了自动脱硫的作用;磁流体发电部分无旋 转部件,高温设备可通水冷却,机械强度易得到保 证;磁流体发电不象汽轮机发电那样需要冷凝排汽 的冷却水,因而可节约大量用水。 ? 我国是较早开发此技术的国家之一,该技术1986年 列入国家高技术计划,目前已有25MW试验基地。
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磁流体发电示意图
磁流体发电 热电偶温差发电 热电子发电

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6 空冷发电技术
? 一般汽轮机的排汽进入凝汽器,由循环冷却水对 排汽进行冷却,使其凝结成水。这种冷却方式需 要大量循环水,一个1000MW大型火电厂每天用 水量约500万吨,耗水量约10万吨,相当于一座中 等城市的日用水量。在缺水和少水地区,这一水 冷方式难以实现。 ? 它有直接空冷与间接空冷两种:所谓直接空冷是 汽轮机排汽进入空冷散热器,用空气直接冷却排 汽;间接冷却是用空气来冷却循环凝结水,再用 冷却后的循环凝结水与排汽直接接触冷凝排汽。 ? 我国已能自行制造200MW间接空冷机组,并于 1993年在内蒙古丰镇电厂投运4台。
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7 余热回收发电技术
7.1 余热资源
? 余热是指能利用而未被利用的热能,余热回收就是将浪费的热 能回收利用,提高能源利用率,降低生产成本,保护环境。

?

它包括高温废气余热、冷却介质余热、废汽废水余热、 高温产品和炉渣余热、化学反应余热、可燃废气废液和废 料余热以及高压流体余压等七种。

根据调查,各行业的余热总资源约占其燃料 消耗总量的17%~67%,可回收利用的余热资源约 为余热总资源的60%。
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7.2 余热利用方式 1. 直接利用
(1)预热空气或煤气 (2)预热或干燥物料 (3)生产蒸汽或热水 (3)余热制冷,作为吸收式制冷机的热源

2.余热发电
(1)利用余热锅炉产生蒸汽,按凝汽式机组循环 或背压式供热机组循环发电 (2)以高温余热作为燃气轮机工质的热源 (3)采用低沸点工质回收中低温余热
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7.3高效换热器---热管
工作原理

※ 热管由管壳、吸液芯和端盖组成,将管内抽成1.3×(10-1~10-4)Pa的负
压后充以适量的工作液体,使紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔材料中充满液
体后加以密封。管的一端为蒸发段(加热段),另一端为冷凝段(冷却 段),根据应用需要在两段中间可布臵绝热段。 2010.7

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工作原理

Q

蒸汽

液体

Q

热管管壳

吸液芯

蒸发段

绝热段

冷凝段

热管工作原理示意图



热管是依靠自身内部工作液体相变来实现传热的传热元件,具有超

常的热活性和热敏感性,遇热而吸,遇冷而放。 2010.7

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基 本 特 性:
1

超强的导热性 良好的等温性 热流密度可变性:

2
3

热管可以独立改变蒸发段或冷却段的加热面积,即以较小的加热面积 输入热量,而以较大的冷却面积输出热量,或者热管可以较大的传热 面积输入热量,而以较小的冷却面积输出热量。
4 5 6

安全可靠性

环境的适应性
应用领域广
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热管余热回收装置工作原理
其工作原理如图所示: 热管 介质通道

+ + +…

隔板

烟气通道

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热管应用案例:RYRHS-A型余热回收器
热水出

排污口

冷水进

热量
高温烟气 低温烟气

排污口

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热管应用案例:RYRHS-B型余热回收器

热风出 热量

冷风进

高温烟气

低温烟气

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RYRHS-A型余热回收器外形图片

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嘉定某工厂加热炉烟气余热回收项目图片

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上海马陆工厂加热炉烟气余热回收项目图片

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百事食品(中国)有限公司PC生产线加热炉烟气余热回收

改造前

改造后

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安装好的余 热回收器 PC-36线加热炉

进油温度: 153.9℃ 出油温度: 157.5℃

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蓝星集团硅炉表面显热余热回收系统工作示意图:

集热筒
常温空气 风机

格构梁
工业硅炉排 烟管表面显 热280-320℃

去烘房

180-200℃

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余热回收改造前

余热回收改造后

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鄂州球团厂余热回收系统工作示意图

余热回收器
去浴室 出水85℃ 进水20℃

130℃
烟气 180℃

烟囱

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武钢矿业有限责任公司鄂州球团厂职工浴室余热回收

出水管 水箱

(余热回收器安装于烟道内) 烟道

进水管
支架

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7.3 余热发电—螺杆膨胀发电机组
1、汽液流体动力发电机组 原理:利用低品质的相变热源介质(水或低温工质),从
热源获取热能,蒸发成带有热压差的汽液混相蒸汽流体,进 入动力机内降温降压膨胀作功,驱动发电机发电。是热动发 电技术的一种创新。 热源通过蒸汽设备把热传递给(换热/加热)热源介质 (水或低温工质),热源介质吸热蒸发成带有热压差的汽液 混相蒸汽流体,进入动力机内降温降压膨胀作功,将热能转 换为机械动力能,驱动发电机发电,做功后的热源介质,直 接压缩或冷却冷凝还回热源蒸汽设备再换热/加热,进入下一 循环。
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?流程:
热源→蒸汽设备→热源介质→动力机→发电机→电

?装置:
? 热源: 各种温度>65℃的热能、余热和各种气、固、 液可燃物质,带温流体。 ? 介质: 常用水或低温工质, 用于吸热蒸发成带有热压 差的汽液混相蒸汽流体。 ? 蒸汽设备:如锅炉或换热器,用于加热蒸发介质, 产生压力>0.3Mpa,干度>0.5的蒸汽流体。 ? 动力发电机组:汽液流体动力机及发电机,用于发 电。设备单机功率:100-1500kw ? 变配输电设备:用于将400V/6300V(或用户要求) 的电并网、上网、传输。 ? 介质循环设备:用于介质循环,将作功后的汽液混 相蒸汽流体压缩回蒸汽设备再热循环, 或将作功后的蒸汽 2010.7 冷却成冷凝水循环、或引出梯级利用。

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2、螺杆膨胀发电机组 原理:螺杆膨胀机按螺杆压缩机的逆原理工作,其基本
构造与螺杆压缩机相似,工作过程相反。但其制造工艺和 控制系统要比螺杆压缩机复杂得多。螺杆膨胀机工作大致 可分为: 1、进气过程:高压介质经进气口进入转子的齿间容积后, 将推动转子旋转,并使齿间容积不断扩大,当齿间容积完 全与进气口脱离时,进气过程结束。 2、膨胀过程:随着齿间容积继续增大,高压介质体积膨 胀温度降低,同时输出动力到转子的伸出轴处。 3、排气过程:当齿间容积与排气口相通时,便开始排气 过程,直至齿间容积减少为零,完成一个工作循环为止。

间隙密封

全流膨胀机

转速较低
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余热 发电 演示

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平煤集团开封炭素有限责任公司余热发电综合利用项目 (1)项目简介 平煤集团是全国最大的焦炭生产基地,是国内品种最 全的炼焦煤和电煤生产基地。在生产的过程中车底炉排 放的烟气中含有大量的碳元素和其他有害成份,需经过 经过焚烧炉焚烧以后清洁排放。焚烧炉排烟温度最高时 达900-1000℃,本项目是利用余热锅炉,产10t/h(表压 0.6MPa)左右的饱和蒸汽供螺杆膨胀发电机组发电,利 用发电后0.05MPa(表压)左右的泛汽,配套溴化锂制冷 机和热水装臵构成冷暖空调系统,夏季满足16000m2办公 场所冷气需求,冬季满足60000m2采暖需求,春、秋季不 需要空调时提供生产工艺用热水,将余热完全得到利用。
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(2)项目图片

螺杆膨胀发电机组

现场图片

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中国矿业大学电力工程学院 (3)平煤集团开封炭素余热发电综合利用系统工作示意图 (Shift+F5查看)

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8 火电厂计算机控制技术
计算机技术在火电厂应用的研究始于上世纪六十年代初,七 十年代由于计算机技术高度发展才取得实际应用。

计算机控制功能:
?

?
? ?

?

安全监视、数据处理:包括巡回检测、参数处理、越限报警、 参数显示、制表打印、性能计算等。 正常调节:正常运行时,对锅炉、汽轮机、发电机等主辅设 备进行直接或间接调节。 管理计算:对生产过程可按数学模型进行计算,寻找最优工 况,实现最优控制. 事故处理:对生产过程进行监视和趋势预报,事故发生时进 行分析和处理,并记录下事故时的设备状态和参数,供分析 事故用。 机组启停:按编好的程序,实现机组自动启动或停机。
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计算机控制方式:
? ? 集中控制:是指一台发电机组或全厂各台机组的监视、控 制及管理都集中于一台或两台计算机上,这一方式简单。 分散控制:把控制任务分散在下层各台微型计算机上,在 上层设置小型或中型机进行总的管理,形成分散控制系 统(DCS),这是一种很有前途的控制方式。

计算机控制优点:
? ? ? ? 提高运行效率及运行稳定性; 减少和避免重大事故, 延长设备寿命; 减轻劳动强度,减少运行人员。
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9 新能源发电技术
?地热发电

?核电站
?潮汐发电

?风力发电
?生物质发电

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