籌建大型自備電廠工藝與設(shè)備選擇情況之分析

王 偉，張寶文，徐青芳，張維軍，張國(guó)宗

（青海鹽湖鎂業(yè)有限公司，青海格爾木 457000）

其 他

籌建大型自備電廠工藝與設(shè)備選擇情況之分析

王 偉，張寶文，徐青芳，張維軍，張國(guó)宗

（青海鹽湖鎂業(yè)有限公司，青海格爾木 457000）

介紹籌建大型自備電廠各配套裝置的選擇情況，通過(guò)對(duì)各種工藝的優(yōu)缺點(diǎn)以及關(guān)鍵設(shè)備選型的調(diào)查、考察、比較，從不同專(zhuān)業(yè)角度及投資、運(yùn)行費(fèi)用、操作等方面進(jìn)行綜合分析、估算，最終選擇適合本地區(qū)、本企業(yè)的最佳工藝和設(shè)備，從而使企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益最大化。

自備電廠；鍋爐；汽輪機(jī)；除塵器；輸灰系統(tǒng)；煙氣脫硫；輔機(jī)；選型

0 前 言

近幾年中國(guó)中西部經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，出現(xiàn)了眾多少則幾十億多則幾百億甚至上千億大規(guī)模投資發(fā)展煤化工及其深加工項(xiàng)目。新疆、內(nèi)蒙古、貴州、陜西、青海、寧夏等省區(qū)煤炭資源豐富且不便遠(yuǎn)距離運(yùn)輸，就地深加工延伸產(chǎn)業(yè)鏈，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，以彌補(bǔ)中國(guó)石油資源貧乏的不足。然而，在興建大型煤化工項(xiàng)目時(shí)建設(shè)配套電廠項(xiàng)目是煤礦、化工、冶金等行業(yè)接觸的新領(lǐng)域。筆者經(jīng)歷過(guò)四個(gè)自備電廠項(xiàng)目的建設(shè)，以及對(duì)數(shù)十家正在運(yùn)行的自備電廠進(jìn)行過(guò)考察，現(xiàn)對(duì)如何根據(jù)實(shí)際情況正確合理地選擇自備電廠工藝與設(shè)備作一簡(jiǎn)要分析。

1 鍋爐選型

鍋爐是電廠的關(guān)鍵設(shè)備，目前國(guó)內(nèi)電廠燃煤鍋爐絕大部分使用爐型有：①煤粉爐；②循環(huán)流化床鍋爐；③水煤漿鍋爐（未推廣開(kāi)）。前兩種類(lèi)型鍋爐得到普及使用。煤粉爐和循環(huán)流化床鍋爐的對(duì)比如表1。

綜上所述，循環(huán)流化床鍋爐在運(yùn)行中的問(wèn)題要較煤粉鍋爐多，連續(xù)運(yùn)行小時(shí)數(shù)要比煤粉爐短，在規(guī)模大的電廠或化工行業(yè)自備電廠鍋爐選型中，如果燃料煤質(zhì)穩(wěn)定、供應(yīng)可靠，燃料煤含硫量低，可考慮煤粉鍋爐，它具有燃燒穩(wěn)定，輔機(jī)技術(shù)成熟，自動(dòng)化程度高，易于操作，運(yùn)行周期長(zhǎng)，維修量相對(duì)較小的優(yōu)點(diǎn)，適合化工系統(tǒng)長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行的特點(diǎn)。反之，若燃燒劣質(zhì)煤，供煤質(zhì)量不穩(wěn)定，且燃料煤含硫量高，環(huán)境排放要求苛刻，屬于供熱、調(diào)峰、熱電聯(lián)產(chǎn)類(lèi)的供熱形式，因循環(huán)流化床鍋爐較低的脫硫成本，對(duì)各種煤適應(yīng)性良好，負(fù)荷變化大情況下，可低成本經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，則循環(huán)流化床鍋爐是較好的選擇。

表1 煤粉爐與循環(huán)流化床鍋爐的對(duì)比

2 汽輪機(jī)的選型

汽輪機(jī)按照熱力特征分類(lèi)有：①凝汽式汽輪機(jī)；②抽汽凝汽式汽輪機(jī)；③背壓式汽輪機(jī)；④抽汽背壓式汽輪機(jī)；⑤中間再熱式汽輪機(jī)。其對(duì)比如表2。

表2 各類(lèi)汽輪機(jī)的特征及適用環(huán)境

綜上所述，應(yīng)根據(jù)有無(wú)下游蒸汽用戶以及對(duì)蒸汽壓力等級(jí)的要求，滿足主裝置熱力管網(wǎng)蒸汽平衡和發(fā)電兼顧的低成本運(yùn)行的需要，合理選擇汽輪機(jī)型式。

3 除塵器的選型

新頒布的環(huán)境保護(hù)法規(guī)定，火力發(fā)電企業(yè)自2012年1月1日起執(zhí)行國(guó)家煙氣排放新標(biāo)準(zhǔn)，煙氣中灰塵排放濃度≤30 mg／m3。目前國(guó)內(nèi)主要使用的除塵設(shè)備有以下三種：靜電除塵器、靜態(tài)清灰袋式除塵器、電袋復(fù)合除塵器。通過(guò)調(diào)查考察，以600 MW燃煤機(jī)組為例，靜態(tài)清灰袋式除塵器與靜電除塵器、電袋復(fù)合除塵器的綜合對(duì)比如表3。

表3 靜態(tài)清灰袋式除塵器、靜電除塵器、電袋復(fù)合除塵器的綜合對(duì)比

綜上所述，除塵器的選擇應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合企業(yè)自身的實(shí)際情況，以及對(duì)投資和運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)行比對(duì)。袋式和電袋除塵兩種除塵工藝都能滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保要求。一般而言，中小型企業(yè)宜選用袋式除塵器；新興大型企業(yè)宜選用電袋除塵器。

4 輸灰系統(tǒng)的選擇

根據(jù)《火力發(fā)電廠除灰設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程（DL／T5142－2002）》的要求，正壓氣力輸灰系統(tǒng)分為稀相輸灰技術(shù)、濃相輸灰技術(shù)兩大類(lèi)型。結(jié)合筆者十多年來(lái)參與氣力輸送項(xiàng)目的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，宜以“切實(shí)可行，節(jié)省投資，確保系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定、可靠運(yùn)行”為原則。

4.1 稀相輸送

4.1.1 稀相輸送概念與特征

稀相輸送 當(dāng)氣流中顆粒濃度在0．05 m3／m3以下，固氣混合系統(tǒng)的空隙率ε＞0．95時(shí)，稱(chēng)為稀相輸送，管內(nèi)高速氣體將粉狀物料彼此分散、懸浮在氣流中進(jìn)行輸送。其輸送距離不長(zhǎng)。

在流體-顆粒的流動(dòng)系統(tǒng)中，具有以下基本特征的為稀相輸送：①較高的空隙率，一般總是超過(guò)90%；②顆粒對(duì)容器壁顯出凈的移動(dòng)，在這一系統(tǒng)中流體的速度大于顆粒的帶出速度，流向相同。

稀相輸送系統(tǒng)主要由壓力泵或羅茨風(fēng)機(jī)與輸送管道組成，輸送距離一般不大于400 m，采用0．6～0．8 MPa的壓縮空氣作為動(dòng)力源，通過(guò)倉(cāng)式泵直接從儲(chǔ)倉(cāng)將細(xì)顆粒物料壓送到下一個(gè)系統(tǒng)的高位儲(chǔ)倉(cāng)內(nèi)。壓縮空氣作為驅(qū)動(dòng)力直接作用于細(xì)顆?；业膯我活w粒上，即壓縮空氣的動(dòng)能傳遞給被輸送的物料，使物料以懸浮或集團(tuán)懸浮的狀態(tài)向前流動(dòng)，在垂直輸送管和水平輸送管中，物料流動(dòng)分別呈現(xiàn)下列特征。

（1）在垂直輸送管內(nèi)，氣流阻力與物料顆粒的重力處于同一直線上，兩者只在輸送流向上對(duì)物料發(fā)生作用。但實(shí)際垂直輸送管中顆粒群運(yùn)動(dòng)較為復(fù)雜，還會(huì)受到垂直方向其他力的作用，因此，物料就會(huì)形成不規(guī)則的相互交錯(cuò)的蛇形運(yùn)動(dòng)，形成均勻分布的定常流。

（2）在水平輸送管內(nèi)，一般輸送氣流速度越大，物料就越接近于均勻分布。但輸送氣流不足時(shí)流動(dòng)狀態(tài)會(huì)有顯著變化。在輸送管的起始段，是按管底流大致均勻地輸送，物料接近管底，分布較密，但沒(méi)有出現(xiàn)停滯，物料一面做不規(guī)則的滾動(dòng)、碰撞，一面被輸送。越到后段越接近疏密流，物料在水平管中呈疏密不均的流動(dòng)狀態(tài)，部分顆粒在管底滑動(dòng)，但沒(méi)有停滯。最終形成脈動(dòng)流或停滯流，水平管越長(zhǎng)，這一現(xiàn)象越明顯。

4.1.2 稀相輸送優(yōu)缺點(diǎn)分析

由于稀相輸送靠動(dòng)能轉(zhuǎn)換傳遞能量，以及懸浮態(tài)輸送要求風(fēng)速較高（物料在輸送管中流速很快，可達(dá)30 m／s左右），在能量傳遞過(guò)程中也會(huì)損失部分能量，加上懸浮顆粒間及顆粒與管壁間的摩擦損失，因此，能耗高，固氣比很低（質(zhì)量比一般為5～10）；同時(shí)，管道的磨損嚴(yán)重，物料粉化嚴(yán)重，輸送管道材質(zhì)防磨要求高。

稀相輸送不宜用于卸料站至儲(chǔ)倉(cāng)或儲(chǔ)倉(cāng)至儲(chǔ)倉(cāng)的輸送過(guò)程。雖然稀相輸送設(shè)備簡(jiǎn)單，占地面積小，密閉性好，配置靈活，但由于上述諸多缺陷，它將逐漸被濃相輸送和超濃相輸送取代。

4.2 濃相輸送

4.2.1 濃相輸送概念與特點(diǎn)

濃相（也稱(chēng)密相）輸送 當(dāng)氣流中顆粒濃度在0．2以上，固氣混合系統(tǒng)的空隙率ε＜0．8時(shí)，稱(chēng)為濃相輸送。用高壓氣體壓送物料，輸送能力大，輸送距離長(zhǎng)，可達(dá)100～1 000 m。密相輸送的特點(diǎn)是低風(fēng)量和高固氣比，物料在管內(nèi)呈流化態(tài)或柱塞狀運(yùn)動(dòng)；該裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，節(jié)省能耗，節(jié)省經(jīng)營(yíng)費(fèi)用等特點(diǎn)。

（1）濃相輸送由于采用靜壓輸送，壓縮空氣用量比普通氣力輸送少。輸送等量的氧化鋁時(shí)動(dòng)力消耗少2／3以上。

（2）固氣比高達(dá)60∶1，而普通氣力輸送的固氣比均在30∶1以下。管徑可相應(yīng)縮小，以降低輸送壓力；排出廢氣少，過(guò)濾面積減少，過(guò)濾器相應(yīng)減小。

（3）輸送速度低，僅2～3 m／s，對(duì)管道磨損小，可使用普通鋼管，且運(yùn)行噪音小。

（4）輸送高度達(dá)30～40 m，輸送距離可達(dá)450 m；主管直徑可達(dá)150～200 mm，最大能力為30 t／h。

（5）物料在輸送中破損小，并且在管子彎道處也不結(jié)垢，輸送管道在轉(zhuǎn)彎處也無(wú)需特種保護(hù)。

（6）卸料靈活，設(shè)備布置方便。

（7）易于實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制，操作人員少。

（8）設(shè)備簡(jiǎn)單，維修工程量很小。

4.2.2 上引式倉(cāng)泵密相輸送工藝特點(diǎn)

密相輸送分為上引式倉(cāng)泵密相輸送和下引式倉(cāng)泵密相輸送兩種工藝。上引式倉(cāng)泵密相輸送技術(shù)的代表公司有澳大利亞ABB、無(wú)錫某廠家等，廣泛用于135 MW以下機(jī)組的鍋爐；下引式倉(cāng)泵密相輸送技術(shù)的代表公司有北京克萊德、鎮(zhèn)江紐普蘭、江蘇揚(yáng)州電力修造廠、上海隆麥等，廣泛用于300 MW以上機(jī)組的鍋爐。

上引式倉(cāng)泵密相輸送系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是，發(fā)送器采用上引式流態(tài)化倉(cāng)泵，相對(duì)于下引式發(fā)送器輸送管道數(shù)量較多，初始段灰氣比較高，輸送距離越長(zhǎng)，灰氣比越低；輸送管路需外附加吹堵管路，以防堵管，增加了維護(hù)工作量和事故點(diǎn)。從工作機(jī)理角度講，該氣力輸送系統(tǒng)屬懸浮輸送類(lèi)型，即在整條輸送管道中，輸送介質(zhì)必須達(dá)到足夠高的流速以克服散粒狀物料的沉降速度，才能將飛灰?guī)ё撸跛俣纫话氵_(dá)10～12 m／s以上，末速度可達(dá)17 m／s以上；系統(tǒng)的流速高于下引式正壓密相氣力輸送系統(tǒng)，相應(yīng)地，磨損程度也較大。由于磨損速度正比于流速的三次方，若以下引式正壓密相輸送系統(tǒng)作為基準(zhǔn)，則該系統(tǒng)的磨損較嚴(yán)重，故其日常維護(hù)工作量、備品備件的成本略高些。其對(duì)比如表4。

表4 兩類(lèi)密相輸送系統(tǒng)的異同點(diǎn)及表象

總之，目前市場(chǎng)上稀相輸灰用戶較少，可以不去考慮；而對(duì)于密相輸灰，下引式方案比上引式方案更為合理、經(jīng)濟(jì)。我們可根據(jù)煤質(zhì)（灰分含量）和裝置規(guī)模來(lái)選擇具體的濃相輸灰型式，大灰量、短距離輸送宜選下引式，小灰量、長(zhǎng)距離輸送宜選上引式。

5 煙氣脫硫工藝的選擇

目前，國(guó)際最新的五種濕法煙氣脫硫工藝技術(shù)，分別是：①石灰石-石膏法；②鎂法；③鈉法；④氨法；⑤海水法。以濕法脫硫?yàn)橹鞯膰?guó)家有日本（約占98%）、美國(guó)（約占92%）和德國(guó)（約占90%）等。各種工藝投資、運(yùn)行費(fèi)用的比較如圖1所示。

圖1 各種煙氣脫硫工藝投資及運(yùn)行費(fèi)用的對(duì)比

石灰石-石膏法脫硫工藝流程石灰石經(jīng)過(guò)破碎、研磨，制成漿液后輸送到吸收塔。吸收塔內(nèi)漿液經(jīng)循環(huán)泵送到噴淋裝置；煙氣從煙道引出后經(jīng)增壓風(fēng)機(jī)增壓，進(jìn)入GGH煙氣加熱器冷卻后進(jìn)入吸收塔；煙氣在吸收塔中與噴淋的石灰石漿液接觸，除掉煙氣中的SO2，潔凈煙氣從吸收塔排出后經(jīng)GGH煙氣加熱器加熱后排入煙道。吸收塔內(nèi)漿液吸收SO2后生成的亞硫酸鈣，經(jīng)氧化處理生成硫酸鈣；從吸收塔內(nèi)排出的硫酸鈣經(jīng)旋流分離（濃縮）、真空脫水后回收利用。

海水法煙氣脫硫受地域條件限制，且有氯化物嚴(yán)重腐蝕設(shè)備的問(wèn)題；脫硫殘液p H值很低，必須配置參數(shù)合理的水質(zhì)恢復(fù)系統(tǒng)，才能達(dá)標(biāo)排放。

處理煙氣量為600 000 m3／h石灰石-石膏法與氨法脫硫裝置的綜合對(duì)比如表5。

綜合比較一次性投資、裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行成本及風(fēng)險(xiǎn)等因素，對(duì)于需要外購(gòu)脫硫劑的企業(yè)來(lái)說(shuō)，爐外煙氣石灰石-石膏法脫硫優(yōu)于氨法脫硫；而對(duì)于合成氨、鹽化工、煤化工等化工企業(yè)，副產(chǎn)氨水或其他脫硫劑（純堿或燒堿）的，可利用自身副產(chǎn)品（廢堿液）進(jìn)行脫硫，降低運(yùn)行費(fèi)用，可選氨法、雙堿法、鈉堿法脫硫工藝。總之，目前電廠爐外煙氣脫硫石灰石-石膏法脫硫工藝占80%以上（據(jù)市場(chǎng)調(diào)查）。

表5 石灰石-石膏法與氨法脫硫綜合對(duì)比

6 輔機(jī)的選型

（1）給煤機(jī)。循環(huán)流化床鍋爐給煤機(jī)目前一般使用正壓密封皮帶輸送機(jī)，少數(shù)絞龍式螺旋給煤機(jī)逐漸被其取代。

（2）冷渣機(jī)。循環(huán)流化床鍋爐配套為多管式滾筒冷渣機(jī)，冷卻水走殼程，灰渣走管程。

表6 鏈斗輸渣機(jī)與皮帶輸渣機(jī)的對(duì)比

（3）一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)。大中型鍋爐配套變頻風(fēng)機(jī)，具有降耗節(jié)能、便于控制、減少噪音等優(yōu)點(diǎn)；小型鍋爐配套普通風(fēng)機(jī)。

（4）鍋爐輸渣機(jī)。有兩種常見(jiàn)型號(hào)：①鏈斗輸渣機(jī)；②皮帶輸渣機(jī)。其對(duì)比見(jiàn)表6。目前，皮帶輸渣機(jī)得到推廣、普及。電廠鍋爐配套輸渣設(shè)備宜選擇皮帶輸渣機(jī)。

7 結(jié) 語(yǔ)

電廠籌建配套裝置工藝及設(shè)備選擇的優(yōu)劣，直接決定電廠能否長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行。而關(guān)鍵輔機(jī)如風(fēng)機(jī)、給煤機(jī)、冷渣機(jī)等，應(yīng)選擇質(zhì)量好、型號(hào)可靠的知名品牌廠家的產(chǎn)品，盡可能降低動(dòng)設(shè)備故障率；盡可能選擇先進(jìn)的、合適的、滿足當(dāng)?shù)丨h(huán)保要求的、符合企業(yè)自身經(jīng)濟(jì)條件的除塵、輸灰、脫硫、脫硝等配套裝置。上述介紹可供電廠籌建人員參考或借鑒，具體實(shí)施則需要綜合投資、運(yùn)行成本、安全環(huán)保、經(jīng)濟(jì)效益等方面的要求——希望本文能起到拋磚引玉的效果，為電廠籌建選擇最佳的工藝、設(shè)備有所助益。

Selection of Technology and Equipment in Preparing to Construct the Large Captive Power Plant

WANG Wei,ZHANG Bao-wen,XU Qing-fang,ZHANG Wei-jun,ZHANG Guo-zong
（Qinghai Salt Lake Magnesium Co．，Ltd．，Golmud Qinghai 816000，China）

Describe selection of configuration devices in constructing large captive power plant．After investigating and analyzing the advantages and disadvantages of the various processes and the key equipment，comprehensive analysis and estimation from these aspects：different professional perspectives，investment，operating cost，operation，etc．，ultimately select the best process and the equipment which suiting for the local region and the local enterprise，so the economic and environmental benefits of the enterprise are maximized．

captive power plant；boiler；turbine；dust collector；FGD（flue gas desulfurization）；ash removal system；auxiliary engine；equipment selection

TM621

B

1003-6490（2014）01-0088-06

2013-06-22

王 偉（1976－），男，河南武陟人，工程師，一直從事一線生產(chǎn)管理，熱電項(xiàng)目經(jīng)理，四個(gè)熱電項(xiàng)目籌建、安裝、調(diào)試、運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)。