熱電廠循環(huán)流化床鍋爐的選型

紹興馬山熱電廠始建于1987年，經(jīng)過4次擴(kuò)建，已形成有一定規(guī)模的中型熱電廠，穩(wěn)定供熱在67.5/h以上。隨著紹興經(jīng)濟(jì)的增長，印染等用熱行業(yè)的不斷擴(kuò)大，熱負(fù)荷也將不斷增加，截止2002年底前，袍江工業(yè)區(qū)的用熱將達(dá)到110/h，2003年底前達(dá)到180/h，2004年底前達(dá)到320t/h現(xiàn)有的裝機(jī)容量無法滿足日益增長的熱負(fù)荷需要，為此，必須擴(kuò)建紹興馬山熱電廠。

　　根據(jù)上述熱負(fù)荷的需求，需擴(kuò)建1臺12MW的抽汽凝汽式機(jī)組和2臺6MW的背壓式汽輪發(fā)電機(jī)組。為滿足汽機(jī)進(jìn)汽的需要，需要對鍋爐進(jìn)行選擇。

　　1鍋爐的爐型選擇目前國內(nèi)生產(chǎn)并可以與之配套的電站鍋爐有鏈條爐排爐、煤粉爐和循環(huán)流化床鍋爐3種。其中循環(huán)流化床鍋爐有以下特點(diǎn)：煤種適應(yīng)性強(qiáng)，燃燒效率較高，負(fù)荷調(diào)節(jié)靈敏，并能在低負(fù)荷下穩(wěn)定燃燒。加石灰石可實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)脫硫，脫硫效率可達(dá)80%以上；且因低溫燃燒，NOx生成量低，一般可以控制在200 ~300mZm3.爐后一般均配用靜電除塵器，滿足環(huán)保對煙塵的排放要求。而煤粉爐由于系統(tǒng)復(fù)雜，S2低排放濃度的難度大，而煙氣脫硫目前盡管方法很多，如爐內(nèi)噴鈣尾部煙道增濕脫硫法、干法煙氣脫硫、濕法煙氣脫硫和電子束煙氣脫硫等，采用全進(jìn)口的設(shè)備及技術(shù)，其價(jià)格非常昂貴；在小容量的鍋爐中應(yīng)用不多。煤粉爐、鏈條爐排爐在脫硫的方面目前難以滿足環(huán)保對大氣污染防治的要求。循環(huán)流化鍋爐由于可以爐內(nèi)加鈣脫硫的獨(dú)特優(yōu)勢，在一定的鈣硫比下，脫硫效率可達(dá)80%及以上，滿足環(huán)境保護(hù)的要求。根據(jù)上述分析對比，采用循環(huán)流化床鍋爐是比較合適的。

　　2循環(huán)流化床鍋爐2.1循環(huán)流化床鍋爐特點(diǎn)循環(huán)流化床鍋爐（CFB）是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的新一代燃煤流化床鍋爐，具有高效率和低污染的特點(diǎn)。由于循環(huán)流化床具有熱容量很大的物料與之良好的混合，所以對燃料的適應(yīng)性強(qiáng)，包括劣質(zhì)燃料也能運(yùn)行。同時(shí)循環(huán)流化床床內(nèi)強(qiáng)烈的湍流和物料循環(huán)，增加了燃燒的停留時(shí)間，因而其燃燒效率高。通常運(yùn)行操作溫度在850~ 950°C，這是一個(gè)理想的脫硫溫度區(qū)間，在床內(nèi)加入石灰石或脫硫劑，可以使SO2排放量大大降低。循環(huán)流化床鍋爐采用低溫分級送風(fēng)燃燒，使燃燒始終在低過量空氣下進(jìn)行，從而大大降低了NOx的生成，低溫燃燒可使NOx控制在200m/m3之下。

　　循環(huán)流化床的物料濃度大，一般每公斤煙氣可攜帶若干公斤的物料，這些循環(huán)物料帶來了高傳熱系數(shù)，使鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍廣，且循環(huán)量與鍋爐負(fù)荷變化一致，在40%~50%負(fù)荷時(shí)鍋爐仍能達(dá)到額定汽溫和壓力，在更低負(fù)荷下也能穩(wěn)定運(yùn)行而無需增加輔助燃料，在無助燃燃料時(shí)最低負(fù)荷可達(dá)30%~25%，負(fù)荷變化可達(dá)每分鐘5%負(fù)荷。正因?yàn)槿绱�，循環(huán)流化床鍋爐在我國從20世紀(jì)90年代初得到迅速的發(fā)展。

　　2.2國內(nèi)75t/h和130t/hCFB鍋爐應(yīng)用情況國內(nèi)目前已生產(chǎn)的循環(huán)流化床鍋爐的容量主內(nèi)生產(chǎn)的廠家較多，運(yùn)行的業(yè)績也多，目前在全國內(nèi)運(yùn)行的有幾百臺。但最初國內(nèi)75/hCFB在運(yùn)行中鍋爐絕大多數(shù)可以脫硫但沒有采用脫硫。

　　隨著環(huán)境保護(hù)意識的增強(qiáng)，未采用脫硫的CFB爐紛紛加以改造，完善脫硫措施。目前75/hCFB爐已經(jīng)趨于成熟，脫硫措施完善，設(shè)備比較可靠。在本省及外省選用的75/hCFB爐有蕭山經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)熱電廠、紹興市第一熱電廠、上海青浦工業(yè)園區(qū)熱電廠等多家熱電廠。

　　/h的CFB鍋爐國內(nèi)目前已投運(yùn)用戶較少，近年來國內(nèi)眾多廠家開發(fā)研制130/hCFB鍋爐，如東方鍋爐廠、上海鍋爐廠等。但大多數(shù)用戶的運(yùn)行實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)尚不足，尚待有完善的過程。目前已開發(fā)研制的130/hCFB爐有次高壓、次高溫（5.3MPa、485°C）鍋爐、次高壓、中溫（。3MPa、450°C）鍋爐和中溫中壓（3.鍋爐3種。我們于2001年5月份分別去湖北松木坪電廠（上海鍋爐廠生產(chǎn)）和石家莊熱電三廠（無錫鍋爐廠生產(chǎn)）已投運(yùn)的130/hCFB鍋爐進(jìn)行調(diào)研，總體情況如下：鍋爐出力均能達(dá)到額定負(fù)荷，運(yùn)行調(diào)節(jié)性能較好。

　　連續(xù)運(yùn)行時(shí)間較長，可達(dá)半年以上。

　　~90%（松木坪電廠）石家莊熱電三廠由于燃煤采用含碳量高達(dá)71%~73%非設(shè)計(jì)煤種，飛灰含碳量較高為15%左右，廠方認(rèn)為，如采用設(shè)計(jì)煤種，飛灰含碳量可下降至10%以下：經(jīng)加石灰石脫硫試驗(yàn)，脫硫效率可達(dá)90%以上。

　　鍋爐結(jié)構(gòu)和熱膨脹方面設(shè)計(jì)合理，流化狀況較理想，磨損方面情況也較好。

　　石家莊熱電三廠返料風(fēng)采用一次風(fēng)供，其風(fēng)壓與爐前給煤風(fēng)互相牽制，運(yùn)行狀況不大理想。

　　鍋爐連續(xù)運(yùn)行時(shí)間很大程度上取決于輔助設(shè)施，如給水調(diào)節(jié)閥，高壓風(fēng)機(jī)、流化風(fēng)機(jī)等質(zhì)量及可靠程度。

　　松木坪電廠鍋爐采用DCS控制系統(tǒng)，現(xiàn)場簡單操作方便，可靠。

　　重要附機(jī)的廠家型號選擇也很關(guān)鍵，如冷渣機(jī)、一、二次風(fēng)機(jī)、返料風(fēng)機(jī)、給煤機(jī)等，可直接影響鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

　　130/hCFB鍋爐從本體上看沒有大的缺陷，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。能滿足電廠的正常運(yùn)行、負(fù)荷調(diào)節(jié)穩(wěn)定、可靠、靈活，其運(yùn)行參數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，符合電廠運(yùn)行條件。制造廠家對循環(huán)流化床在濃稀相分界面布置均采取一定的措施，以減小水冷壁管的磨損，在分離器的設(shè)計(jì)上，多數(shù)采用方型和圓型分離器，據(jù)用戶反映，均能達(dá)到較好的分離效果。脫硫采用加入適量的石灰石粉，其脫硫效率可達(dá)90%以上。因此，只要輔機(jī)選型配置得當(dāng)，風(fēng)、煙、煤系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，精心安裝施工，加強(qiáng)運(yùn)行管理，130/hCFB鍋爐運(yùn)行的安全性、可靠性均優(yōu)于鏈條爐和煤粉爐，且還有易于負(fù)荷調(diào)節(jié)、低污染等優(yōu)點(diǎn)。

　　3 130t/h循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)和建設(shè)時(shí)應(yīng)注意的問題/h循環(huán)流化床鍋爐可以看出，2種爐型都是可以接受的，關(guān)鍵是馬山熱電廠所處的袍江工業(yè)區(qū)的熱負(fù)荷的增長，到2⑴4年熱負(fù)荷達(dá)到320/h，為滿足該熱負(fù)荷的需要，如采用75 /h循環(huán)流化床鍋爐則需5臺，考慮到熱負(fù)荷的發(fā)展有可能會(huì)出現(xiàn)小爐群的現(xiàn)象，從這一點(diǎn)講無論是鍋爐的燃燒效率、節(jié)約能源、環(huán)境保護(hù)還是節(jié)約用地等都較130/h要稍遜一點(diǎn)。據(jù)此，馬山熱電廠擴(kuò)建工程采用130/h循環(huán)流化床鍋爐。

　　從對130t/循環(huán)流化床鍋爐的運(yùn)行調(diào)研看，造成循環(huán)流化床鍋爐本體不能長期連續(xù)運(yùn)行的因素主要是：飛灰的含碳量高、磨損和超溫結(jié)渣等。

　　3.1降低鍋爐的飛灰含碳量選用較高的爐內(nèi)燃燒溫度，提高煤的燃燒強(qiáng)度。通常設(shè)計(jì)床溫為915°C，爐膛出口溫度為905°C左右，整個(gè)爐膛溫度分布均勻。

　　采用合理的流化速度。爐內(nèi)下部風(fēng)速為4.8m/左右，上部流化風(fēng)速為4.4m/，使用這樣下爐膛流化風(fēng)速，改善了煤粒尤其是大顆粒的流化質(zhì)量，增加對煤粒度的適應(yīng)范圍；采用較低的爐膛上部速度，使?fàn)t內(nèi)內(nèi)循環(huán)量增加，相應(yīng)地延長了碳粒在爐內(nèi)的停留時(shí)間，提高燃燒效率。

　　采用較大的爐膛容積和爐膛高度，延長煙氣和煤粒在爐內(nèi)的停留時(shí)間。

　　合理的配風(fēng)，增強(qiáng)爐內(nèi)的氣流擾動(dòng)。

　　選用蝸殼式旋風(fēng)分離器，其分離效率高，能有效捕集更細(xì)的顆粒，從而提高燃燒效率。

　　目前國內(nèi)外采用的分離器主要有：撞擊式分離器、平面流分流器、百葉窗式分離器、方形分離器和旋風(fēng)分離器。經(jīng)過多年實(shí)踐運(yùn)行證明，撞擊式分離器、平面流分離器、百葉窗式分離器的分離效率普遍很低。而分離效率直接影響循環(huán)流化床鍋爐的燃燒效率和在一定Ca/S比下的脫硫效率。方形分離器最早由芬蘭Ahlstom公司提出，主要用于燃生物質(zhì)燃料上，而非用于燃煤鍋爐上，國內(nèi)研究出用于燃煤鍋爐的方形分離器，布置于爐膛與尾部煙道之間，結(jié)構(gòu)緊湊，使整個(gè)循環(huán)流化床鍋爐的體積減少。從目前方形分離器的試驗(yàn)數(shù)據(jù)看，在冷態(tài)試驗(yàn)中有很高的分離效率，但在熱態(tài)試驗(yàn)的結(jié)果恰不理想，西安熱工所對水冷方形分離器進(jìn)行熱態(tài)試驗(yàn)的典型數(shù)據(jù)見表1表1水冷方形分離器分離效率等典型數(shù)據(jù)序號名稱符號單位工況1工況2工況3工況4爐膛空塔速度分離器入口灰濃度分離器入口煙速分離器分離效率分離器阻力厶p從表中可以看出，方形分離器的分離效率是無法滿足循環(huán)流化床鍋爐高效燃燒要求的。

　　切向式高溫旋風(fēng)分離器的分離效率一般能達(dá)到98%~99%，經(jīng)改進(jìn)設(shè)計(jì)的蝸殼式高效旋風(fēng)分離器分離效率可達(dá)到99. 5%以上，高效的分離效率對于循環(huán)流化床鍋爐的高燃燒效率至關(guān)重要的。但對制造工藝要求高，成本也高，因此目前鍋爐行業(yè)多采用水（汽）形式的切向式高溫旋風(fēng)分離器或蝸殼式旋風(fēng)分離器以降低制造成本，而其分離效率要低于真正的蝸殼式分離器的分離效率。雖然其分離效率已能滿足鍋爐物料循環(huán)和傳熱爐膛內(nèi)所需的灰粒子濃度不影響鍋爐的滿負(fù)荷運(yùn)行，但對于那些不能夠被分離下來，重新送回爐膛燃燒的未燃燼細(xì)小碳粒子量將大大增加。因而在一定程度上影響鍋爐效率和飛灰含碳量。根據(jù)上述情況，馬山熱電廠的循環(huán)流化床鍋爐的分離器選擇采用汽冷高效蝸殼式分離器。

　　3.2減少鍋爐磨損針對循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)、分離器、回料器等由于在高溫高灰濃度的環(huán)境下工作，其磨損較為嚴(yán)重。早期的75 /h循環(huán)流化床鍋爐也存在因防磨措施設(shè)置不當(dāng)而影響鍋爐安全運(yùn)行問題。目前鍋爐廠主要采取以下措施：在爐膛下部水冷膛、爐膛出口四周局部區(qū)域、頂部高灰濃度回流區(qū)、爐膛開孔區(qū)域和旋風(fēng)分離器內(nèi)壁均敷設(shè)耐磨材料，耐磨材料用高密度銷釘固定。

　　爐內(nèi)水冷壁管、彎管區(qū)域附近敷設(shè)耐磨材料。

　　爐膛內(nèi)部，在防磨材料的分界處采用噴涂或涂料進(jìn)行防磨。

　　回料器及立管內(nèi)壁敷設(shè)耐磨澆注料。