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          燃用福建無煙煤300MW 鍋爐選型意見

          欄目:綜合論述 發布時間:2018-08-22

          前言

          鍋爐是燃煤電廠三大主機之一,鍋爐選擇的正確與否,直接影響電廠運行的經濟性和穩定性。近期,福建永安火電廠2×300MW擴建、福建華電漳平電廠改擴建2×300MW機組和龍巖坑口火電廠二期等工程都在做前期可行性研究,本文針對福建無煙煤的燃燒特性及燃用本地無煙煤電廠的運行情況,提出燃用福建無煙煤300MW鍋爐選型意見,作為工程參考。

          2  300MW循環流化床鍋爐選型

          2.1  鍋爐選型

          福建無煙煤煤質干燥無灰基揮發份(Vdaf)低,難著火、難穩燃、難燃燼,灰熔點低,屬典型的劣質無煙煤。對于四角切圓煤粉爐或W火焰煤粉鍋爐,由于燃料在爐內的停留時間很短,燃料難以著火、穩燃和燃盡;爐內溫度高,極易結焦,NOx排放較高。而循環流化床鍋爐由于燃料在爐內循環,燃料在爐內的停留時間長,同時,大量床料及耐火耐磨材料的使用,使得鍋爐的熱容積很大,有利于燃料的著火、穩燃和燃盡;爐內溫度相對較低,爐內不易結焦,由于低溫燃燒的原因,NOx的排放也相對較低。因此,從煤質特性及灰份特性方面考慮,煤粉鍋爐是不適宜的,而選用循環流化床鍋爐是合適的,可行的。

          2.2  國內外大型CFB鍋爐發展概況

          2.2.1  概述

          循環流化床(CFB)燃燒技術是最近二十多年來迅速發展起來的清潔煤燃燒技術,也是目前商業化程度最好的清潔煤燃燒技術。特別是燃用高灰份低揮發份或高硫份等其他燃燒設備難以適應的劣質燃料方面以及低負荷要求較高的調峰電廠和負荷波動較大的自備電站中,循環流化床鍋爐是最佳選擇,是當前公認的燃煤技術的重大創新,受到世界各國普遍重視。

          2.2.2  國際CFB鍋爐發展現狀

          目前CFB鍋爐的單機容量正由100MW逐漸向200MW300MW過渡。波蘭的Turow建成了3225MWe3266MWe循環流化床鍋爐,法國PROVENCE電站250MW機組的順利投運后,白馬電廠采用ALSTOM循環流化床鍋爐1×300MWCFB鍋爐已進入正式商業運行,美國FW公司也有300MWCFB鍋爐運行業績。

          2.2.3  國內CFB鍋爐技術現狀

          由于進口300MW循環流化床鍋爐價格高,且不符合國家產業政策。在國家有關政策支持下,特別是國家發改委和經貿委均在組織具有自主技術的大型循環流化床的示范工程,三個主要鍋爐制造廠(哈爾濱、上海、東方)同時引進了法國ALSTOM公司200350MW循環流化床鍋爐整套設計、制造技術。并且利用引進技術已有十多臺300MW等級CFB鍋爐訂貨合同,積累了相當的經驗。

          東方鍋爐(集團)股份有限公司在消化、吸收美國福斯特?惠勒公司和法國ALSTOM公司的循環流化床鍋爐技術的基礎上,已開發出了具有自主知識產權的關鍵技術和核心技術300MW 循環流化床鍋爐并有了廣東梅縣荷樹園電廠300MW 循環流化床鍋爐訂單。

          因此,國產CFB鍋爐主要有引進型和自主開發型兩種。下面對國產引進型和東鍋自主開發型進行比較。

          2.3  引進型CFB300MW循環流化床鍋爐特點

          2.3.1  300MW CFB鍋爐主要組成部分:

          引進型CFB鍋爐主要包括爐膛、物料循環回路(如分離器、回料閥和外置床等)、尾部煙道、空預器和冷渣器等

          2.3.2  引進型CFB鍋爐特點:

          1)爐膛(燃燒室)

          爐膛全部采用膜式水冷壁,懸吊結構。

          下部分成褲衩腿形式,包括兩個風室和兩個布風板(通過風帽來保證燃燒室內一次風的均勻分布)。風帽的設計充分考慮防止循環物料顆粒反竄入風室。

          燃燒室的下部內襯耐磨耐火材料。燃燒室錐段耐磨耐火材料能夠避免水冷壁的高溫腐蝕。

          2)分離器

          4個高溫絕熱分離器布置在爐膛的兩側,由碳鋼板制成,內襯耐磨耐火材料。分離器上部為圓柱段(用來分離物料),下部為錐段(用來捕獲顆粒并送到回料閥)

          為了提高分離器效率、降低對中心筒的磨損,中心筒采用偏心布置,經過分離器凈化的煙氣進入尾部對流煙道。

          3)回料閥

          4個回料閥分別布置在4個分離器的下部,由碳鋼板制成,內襯耐磨耐火材料。循環物料被流經回料閥布風板的高壓風流化。

          每個回料閥配備一個錐型閥,通過它把一定比例的循環物料送到外置床。

          4)外置床

          4個外置床(EHE)接受通過錐型閥分流來的循環物料。

          每個外置床有三個室,他們被隔墻分開。外置床的護板和隔墻由碳鋼板制成,內襯耐磨耐火材料。循環物料被流經外置床布風板的高壓風流化。循環物料依次流經每個倉室,最后送回爐膛。每個外置床內布置兩級受熱面。兩個外置床內布置一級中溫過熱器(ITS1)和二級中溫過熱器(ITS2),通過控制流經其循環物料的流量來控制床溫。另外兩個外置床內布置高溫再熱器(HTR)和低溫過熱器(LTS)。通過控制流經其循環物料的流量來控制再熱蒸汽溫度。

          2.3.3  輔助系統

          1)給煤系統

          給煤系統是用來把破碎合格的煤輸送到爐膛。煤斗里的煤首先通過皮帶計量式給煤機,然后再通過鏈條給煤機輸送到回料閥回料腿上的給煤點。給煤通過和回料腿中大量的循環物料有效地混合以達到燃料的均勻分布。

          四條獨立的給煤線分別給煤到回料閥的回料腿。

          在給煤機落料管和給煤點之間,用二次風做正壓密封風,避免煙氣反串至給煤系統。

          2)石灰石添加系統

          從石灰石粉倉到爐膛的石灰石添加系統由兩個氣力輸送回路組成,每個回路配有4個給料點,位于回料閥回料腿中的噴嘴能實現高速噴入石灰石,以達到石灰石和循環物料的均勻混合。

          3)啟動床料添加系統

          在鍋爐的冷態啟動,或運行過程中,添加床料到燃燒室或外置床。儲藏在底灰倉的床料(沙或底渣)被以氣力輸送方式送入。

          4)輔助燃料系統

          輔助燃料系統的作用是在啟動初期燃燒啟動用油。

          在啟動或低負荷穩燃時,通過兩只風道燃燒器和十二只床槍燃用輕柴油,。

          5)汽水系統

          水循環采用自然循環系統。汽水系統主要包括省煤器、汽包、蒸發受熱面、過熱器和再熱器等。其中中溫、低溫過熱器和高溫再熱器布置在外置床內。

          6)供風系統

          CFB鍋爐需要有個相對較高的氣壓來使循環物料流化。供風分為一次風、二次風、外置床、回料閥和冷渣器的高壓流化風以及石灰石輸送風等。

          鍋爐設置有兩臺一次風機、兩臺二次風機、五臺高壓流化風機、兩臺石灰石風機和引風機等。

          由于CFB鍋爐一次風與二次風的壓差大,空預器采用先進的四分倉空預器。一次風和二次風分別在四分倉回轉式空氣預熱器中被加熱。

          7)除渣系統

          本系統是排放爐膛里的灰渣,并使之得到有效冷卻。底渣通過錐型閥排放到位于燃燒室下面的4個風水聯合內冷式冷渣器內冷卻,使渣溫在冷渣器出口處能達到150℃以下。

          2.3.7  300MW引進型CFB鍋爐業績

          三大鍋爐制造廠采用ALSTOM公司引進技術,陸續獲得各自1025t/h循環流化床鍋爐訂貨合同,主要匯總如下:

          2.4  自主開發型CFB鍋爐特點

          東方鍋爐廠結合引進技術,自行開發了300MW等級的循環流化床鍋爐,下面以東鍋自主開發的鍋爐為例,簡要介紹自主開發型的主要特點。

          2.4.1  自主開發型300MW循環流化床鍋爐

           

          1 -爐膛 2 -分離器 3-回料器 4- 尾部受熱面

          5 -一次風 6 - 二次風 7-氣力播煤裝置 8- 屏式過熱器

          9 -屏式再熱器 10-水冷蒸發屏 11-管式空預器 12- 石灰石

          東方自主開發型300MW CFB鍋爐工藝

          高效旋風分離器(2)將離開爐膛的固體粒子捕獲下來,通過回料器(3)直接送入下爐膛以維持主循環回路固體粒子平衡。分離后含少量飛灰的干凈煙氣進入尾部豎井(4),經管式空氣預熱器(11)和飛灰收集系統,最后由煙囪排入大氣。

          2.4.2  自主開發型300MW循環流化床鍋爐的設計特點

          1)單爐膛結構

          2)不采用外置式換熱器或INTREX結構

          外置式換熱器還有以下缺點:

          高難度的承壓件、煙風、汽水管道和膨脹節的設計降低了鍋爐的可靠性;

          ① 外置式換熱器在有效調節床溫的同時,卻犧牲了過熱器的汽溫特性。即:在低負荷時,為保證較高的燃燒效率和脫硫效率,需要保持較高的床溫。為此,通過外置式換熱器的循環物料量應減少,以此來提高返回爐膛的循環物料的平均溫度??墒?,這使得在低負荷時本來就難以保持的過熱蒸汽溫度更難保證。

          ② 采用外置式熱器調節汽溫靈敏度差,灰量變化引起汽溫變化有延遲(根據運行經驗這個延遲大約58分鐘)。

          ③ 外置式換熱器采用機械的方法(錐形閥)控制灰流量從而導致了有可能存在的機械故障,由于錐形閥工作的條件極為惡劣,更換周期較短(約2年),增加了鍋爐的維護成本,降低了鍋爐的可用性;

          ④ 鍋爐控制系統都極為復雜,對其正常的操作及運行需付出較高的成本;

          ⑤ 在鍋爐MFTDCS調電、全廠失電等工況下,由于灰和耐火材料的蓄熱,外置式換熱器中布置的受熱面保護困難,可能需要增設柴油機驅動的緊急補水系統,初投資增加可達上千萬元。

          由于300MW亞臨界CFB在熱量分配等各方面與135MW超高壓爐并沒有本質的區別,外置式換熱器并不是唯一選擇。因此,鍋爐方案的整體布置形式完全可采用成熟的135150MW級別循環流化床鍋爐技術,即爐內布置屏式受熱面,通過一、二次風的合理匹配在一定范圍內控制床溫。

          3)采用汽冷高效旋風分離器

          4)采用一分為二的回料器

          5)尾部采用成熟的雙煙道結構

          6)采用前墻給料方式

          在爐前下部還預留有石灰石入口,通過此口可將粉狀石灰石注入燃燒室。

          鍋爐采用滾筒冷渣器從鍋爐后墻進行排渣。

          2.4.3  300MW自主開發型CFB鍋爐業績

          目前,300MW自主開發型CFB鍋爐有2臺訂貨業績。

          2.5  兩種爐型燃福建無煙煤的適應性

          2.5.1  絕熱式高效旋風分離器和汽冷高效旋風分離器

          從燃用福建無煙煤循環流化床鍋爐的經驗來看,引進型300MW循環流化床鍋爐采用高溫絕熱分離器,為了鍋爐穩定燃燒和提高燃燒效率,鍋爐床溫和爐膛出口煙溫在960℃左右(龍巖坑口一期爐床設計溫度960℃,實際運行930℃),在回料腿二次燃燒而結焦的可能性較大,對此已有經驗教訓,因此,采用汽冷高效旋風分離器更能適應燃用福建無煙煤循環流化床鍋爐。

          2.5.2  采用滾筒冷渣器

          由于福建無煙煤的煤層較薄,煤礦較小,礦點多,來煤煤質具有多樣性且參有石塊和矸石,輸煤破碎系統運行困難,入爐煤粒度難以保證,來煤多樣性使煤質灰分變化較大。

          引進ALSTOM技術300MW循環流化床鍋爐的冷渣器采用風水聯合內冷冷渣器,由于煤的破碎并不很均勻,有些顆粒較大,排渣存在堵死、易結焦的問題,影響鍋爐的連續運行。由運行實踐證實采用滾筒冷渣器不存在結焦的現象,對燃燒具有較強后燃性的福建無煙煤的循環流化床鍋爐是一個較好的選擇,因此,采用滾筒冷渣器更能適應燃用福建無煙煤循環流化床鍋爐。

          結論

          綜上所述,四川白馬1×300MW循環流化床示范電站工程已進入商業運行,國產引進型300MW循環流化床鍋爐全部采用同白馬相同的法國ALSTOM循環流化床技術,在運行和訂貨業績上具有一定優勢。

          東鍋自主開發型300MW循環流化床鍋爐是在消化、吸收美國福斯特?惠勒公司和法國ALSTOM公司的循環流化床鍋爐技術的基礎上,開發出具有自主知識產權的關鍵技術和核心技術300MW 循環流化床鍋爐,具有結構簡單,造價低,采用管式空氣預熱器后,占地少和漏風率低等優點,采用汽冷分離和滾筒冷渣器更適合燃用福建無煙煤,已有2臺訂貨業績,因此,推薦燃用福建無煙煤采用自主型300MW循環流化床鍋爐。

           

           

          文章作者:福建省電力勘測設計院 楊成達

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