600MW超临界循环流化床锅炉技术开发、研制与工程示范
报送单位:清华大学 推荐单位:清华大学

支撑项目(平台):热科学与动力工程教育部重点实验室

参与单位:清华大学

所属学科:动力工程及工程热物理

主要贡献者:吕俊复、徐鹏、肖创英、胡昌华、聂立、苏虎、马怀新、陈英、刘吉臻、杨海瑞、胡修奎、郑兴胜、李星华、杨冬、岳光溪

成就简介:突破了循环流化床(CFB)锅炉从亚临界自然循环跨越到超临界强制流动的巨大理论及工程挑战,构建了设计理论和关键技术体系,研制了世界上容量最大、参数最高的600MW超临界CFB锅炉,性能全面优于国外,全球市场占有率超过95%。

循环流化床(CFB)燃烧发电具有燃料适应性强和污染控制成本低的优势,我国以煤为主的能源结构对此有重大需求。为提高效率,在国家863、科技支撑计划支持下,在没有国际先例条件下,经过多年联合攻关,系统地解决了从300MW亚临界自然循环突破到600MW超临界强制流动带来的巨大的理论及工程挑战,完成了世界首台600MW超临界CFB锅炉的创新实践,性能指标全面优于国外同期开发的超临界CFB锅炉,取得了系列原创性成果
1、发现了超临界CFB物料浓度三维分布规律和水冷壁热流二维分布规律;揭示出CFB床面流化均匀性和稳定性机理;提出了超临界CFB的水动力设计导则和低质量流率解决方案;发现了大型CFB中NOx生成与控制的独特机制,并提出了深度低氮排放途径;将CFB的认识从一维发展到三维、从静态发展到动态,完整地揭示了超临界CFB锅炉原理,国际上首次建立了超临界CFB锅炉设计理论和计算模型,创新形成了超临界CFB关键技术体系。
2、开发了超临界CFB锅炉整体布置技术、性能计算技术;创建了超临界CFB全逆流热力流程;发明了多循环回路非均匀布置、低质量流率一次上升垂直水冷壁、非连续双面受热水冷壁等关键部件的专利结构和专有工艺,第一次实现了垂直管水冷壁在超临界CFB下的正响应特性;率先研制出世界上容量最大、参数最高的600MW超临界CFB锅炉。
3、研发了系列的辅机技术,形成了系统集成技术;提出了描述CFB动态特征量的“即燃碳”理论和软测量方法并用于控制系统,实现了汽温的精准控制和机组负荷自动快速调节;开发了基于机理模型的600MW超临界CFB机组仿真机;形成了超临界CFB安装、调试技术;建设了世界首台600MW超临界CFB示范工程,创建了安全运行技术体系。
示范工程锅炉运行最大连续蒸发量1903t/h,热效率91.52%,锅炉原始排放浓度NOx为112mg/m3、SO2为192mg/m3(S=2.5%,脱硫效率97.12%,Ca/S为2.07),综合厂用电率5.57%,各项指标均优于国外同期开发的超临界CFB。
获授权发明专利33项、实用新型70项、软件著作权6项;论文234篇。
项目实现了CFB锅炉从亚临界到超临界的参数突破、300MW到600MW的容量跨越。鉴定意见认为:“该项目成果完全自主开发,关键技术创新性显著,研究成果达到国际领先水平”。
基于项目创新成果,开发了系列超临界CFB锅炉,国内推广使用解决了劣质燃料的高效清洁利用问题;产品出口海外,提高了我国CFB锅炉的国际竞争力,全球市场占有率超过95%,创造了巨大的经济效益和社会效益。
项目实现了国际燃烧界把CFB发展到600MW超临界的梦想,国际能源组织认为是国际CFB燃烧技术发展的标志性事件,是洁净煤燃烧技术领域中国对世界的贡献。

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