300MW循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計(jì)分析

300MW循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計(jì)分析

王美玲

（杭州全合科技有限公司 310052）

[摘 要]作為一種先進(jìn)的潔凈煤發(fā)電技術(shù)，循環(huán)硫化床燃燒技術(shù)的應(yīng)用對于改善能源應(yīng)用現(xiàn)狀、提高火力發(fā)電廠的整體經(jīng)濟(jì)效益具有重要作用。本文首先對300MW循環(huán)硫化床鍋爐運(yùn)行特點(diǎn)及鍋爐爐型特點(diǎn)進(jìn)行分析，然后具體介紹了300MW循環(huán)硫化床鍋爐系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以期為相關(guān)技術(shù)與設(shè)計(jì)人員提供參考。

[關(guān)鍵詞]300MW循環(huán)流化床鍋爐 設(shè)計(jì) 分析

中圖分類號(hào)：TG333.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2014）28-0066-01

在火力發(fā)電產(chǎn)業(yè)中，煤粉爐機(jī)組很難將油頁巖、煤矸石等難燃煤進(jìn)行充分利用，且由于煤矸石等大量堆積，導(dǎo)致了較多環(huán)境問題的發(fā)生。采用循環(huán)硫化床燃燒技術(shù)，利用循環(huán)硫化床鍋爐對脫硫劑及燃料等進(jìn)行多次反復(fù)、循環(huán)的脫硫反應(yīng)及低溫燃燒，在爐內(nèi)劇烈湍流運(yùn)動(dòng)下能夠達(dá)到90%以上的脫硫效率、筒煤粉爐相近的燃燒效率和較低NOx的排放量，且具有較高的適用性和節(jié)能性。因此，加強(qiáng)有關(guān)300MW循環(huán)硫化床鍋爐設(shè)計(jì)分析的研究，對于循環(huán)硫化床燃燒技術(shù)的良好應(yīng)用具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

一、300MW循環(huán)硫化床鍋爐運(yùn)行特點(diǎn)及鍋爐爐型特點(diǎn)

1、300MW循環(huán)硫化床鍋爐運(yùn)行特點(diǎn)

（1）綜合利用灰渣。因300MW循環(huán)硫化床鍋爐灰渣是低溫?zé)感?，其一般使用干式除渣技術(shù)，剩余的灰渣可當(dāng)做建筑材料使用。根據(jù)運(yùn)行情況分析，鍋爐的運(yùn)行參數(shù)皆能達(dá)到有效設(shè)計(jì)指標(biāo)，其外置換熱器工作良好，灰量分配可控性較高，且具有較高的燃燒效率和較靈活的再熱汽溫調(diào)節(jié)方式。

（2）較廣的燃燒粒徑范圍。因循環(huán)流化床鍋爐較大的熱容量，且褐煤內(nèi)水較高，當(dāng)煤粒與高溫床料相互接觸時(shí)內(nèi)水滲出會(huì)出現(xiàn)自爆現(xiàn)象，減小了對燃煤粒徑的標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)際運(yùn)行中拆除二級碎煤機(jī)，燃煤粒徑在30mm以下時(shí)仍能保證爐內(nèi)的流化正常且煤粒燃燒充分。[1]

（3）低負(fù)荷特性高且負(fù)荷調(diào)節(jié)比較大。300MW循環(huán)硫化床鍋爐擁有較大的熱容量，且負(fù)荷調(diào)節(jié)特性較高，在鍋爐壓火啟動(dòng)后不投油進(jìn)行啟動(dòng)的兩小時(shí)內(nèi)，仍可以深度調(diào)峰而不用投油助燃。一般循環(huán)硫化床鍋爐機(jī)組不投油最小穩(wěn)燃負(fù)荷能調(diào)整到30%左右。

（4）較強(qiáng)的燃料適應(yīng)性。因循環(huán)硫化床鍋爐中包含較多的循環(huán)物料，且熱容量比較高，對于褐煤等媒質(zhì)燃料都能有效燃燒并充分干燥。

（5）環(huán)保性能好。因循環(huán)流化床鍋爐的燃燒溫度較低，其能完成顱內(nèi)添加石灰石脫硫等統(tǒng)一，運(yùn)行投資少，效率能夠達(dá)90%以上，能完全滿足現(xiàn)行環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)及要求。此外，循環(huán)硫化床鍋爐使用分級低溫燃燒，能夠降低NOx等的排放與生成，完成無成本脫硝過程。

2、300MW循環(huán)硫化床鍋爐的爐型特點(diǎn)

（1）恰當(dāng)?shù)臓t膛高度。300MW循環(huán)硫化床鍋爐鍋爐設(shè)計(jì)通常以煤質(zhì)特點(diǎn)為依據(jù)對爐膛高度進(jìn)行確定，從而確保低于分離器臨界粒徑d99的細(xì)顆粒燃料能夠有充足的燃燒時(shí)間，改善飛灰的燃盡率，進(jìn)而減小飛灰可燃物含量。按照TPRI標(biāo)準(zhǔn)，用于燃褐煤的300MW循環(huán)硫化床鍋爐爐膛高度應(yīng)以30m為基本指標(biāo)，無煙煤、貧煤、煙煤等要根據(jù)褐煤爐膛標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)其燃燼特性適當(dāng)增大爐膛高度：Hf=30+Δh

其中Hf表示爐膛的總高度，單位m；Δh表示依據(jù)燃料燃盡特性確定的爐膛特性尺寸，單位m；一般Δh是依據(jù)試驗(yàn)臺(tái)上對實(shí)際工程煤種的試燒測驗(yàn)來決定的。[2]

（2）分流式回灰散熱器。為避免顱內(nèi)受熱面布置空間較低或磨損問題，通常在300MW循環(huán)硫化床鍋爐外使用外置式換熱器，就是將外置熱交換器布置在鍋爐的灰循環(huán)回路上，以將循環(huán)灰附帶的部分熱量傳遞到各組受熱面上。在外置換熱器內(nèi)，通常安置高溫過熱器與高溫再熱器，外置換熱器利用機(jī)械閥對循環(huán)物料的控制來調(diào)整爐膛及再熱器和過熱器的溫度。

（3）鍋爐采用M型布置。鍋爐采用M型進(jìn)行整體布置，并在尾部煙道與爐膛之間并聯(lián)布置3個(gè)旋風(fēng)分離器。

二、300MW循環(huán)硫化床鍋爐鍋爐系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、分離器與循環(huán)回路

作為300MW循環(huán)硫化床鍋爐完成氣固分離的重要部件，高溫旋風(fēng)分離器的設(shè)計(jì)方案是以設(shè)計(jì)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)與試驗(yàn)研究作為主要依據(jù)的。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，分離器的計(jì)算切割粒徑通常為17.86μm，旋風(fēng)筒的內(nèi)徑采用8300mm，保證為100MW循環(huán)硫化床鍋爐分離器內(nèi)徑的1.18倍左右。設(shè)計(jì)方案中共包含三類并列的物料分離與回送系統(tǒng)。在分離器的出灰口底部要安置立管，并將立管底部與風(fēng)控式分流回灰熱換器相連接；為保證回料穩(wěn)定，還需裝設(shè)專業(yè)的60kPa高壓風(fēng)機(jī)用于提供回料控制風(fēng)。

在爐膛與分離器進(jìn)口煙道的連接處應(yīng)安置用于吸收熱脹差的密封裝置，在回料管直段及分離器出口煙道的水平段應(yīng)安置膨脹節(jié)；由于煙氣入口的筒體、分離器入口煙道及出氣管等都較容易磨損，所以應(yīng)選擇具有高強(qiáng)度耐磨耐腐性能的材料；分離器應(yīng)使用支承方式安裝，以將重量傳遞到鍋爐鋼架上。[3]

2、空氣預(yù)熱器

由于300MW循環(huán)硫化床鍋爐的煙風(fēng)側(cè)壓差要比傳統(tǒng)的煤粉爐高出許多，為有效減少漏風(fēng)、改善鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，宜采用管式空氣預(yù)熱器?？諝忸A(yù)熱器通常選擇一級2流程臥式結(jié)構(gòu)，采用d60mm*2.75mm的管子規(guī)格，且采用連通箱連接各類流程。一般在預(yù)熱器的風(fēng)道間要安裝脹縮接頭，以彌補(bǔ)熱態(tài)中發(fā)生的相對膨脹。

3、燃燒控制系統(tǒng)

（1）石灰石量控制系統(tǒng)，通常采用串級調(diào)節(jié)方式設(shè)計(jì)控制回路；采用石灰石量調(diào)節(jié)器作為上級調(diào)節(jié)器，SO2調(diào)節(jié)器作為下級調(diào)節(jié)器，待SO2出現(xiàn)變動(dòng)時(shí)，控制石灰石輸送風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速便能有效改善進(jìn)入爐膛的石灰石量。在調(diào)節(jié)回路運(yùn)行時(shí)，將給煤量作為前潰信號(hào)，以煤量變化及SO2信號(hào)對石灰石量進(jìn)行校正，便能有效降低調(diào)節(jié)延遲。

（2）煤量控制系統(tǒng)，采用分配控制的一級給煤機(jī)進(jìn)行調(diào)劑，以保證鍋爐給煤量符合鍋爐設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，從而使參與分配的給煤機(jī)給煤量保持一致。endprint

（3）機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，依據(jù)鍋爐跟隨協(xié)調(diào)控制策略方式，采用鍋爐熱量釋放信號(hào)HR平衡機(jī)組的能量需求指令信號(hào)。因300MW循環(huán)硫化床鍋爐蓄熱性較高，利用機(jī)組能量需求指令與熱量釋放協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)要比傳統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制組態(tài)具有更高的靈活性和控制力。鍋爐主控主要采用風(fēng)量與煤量控制來調(diào)節(jié)鍋爐負(fù)荷，從而保證機(jī)前壓力水平；汽機(jī)主控指令則按照壓力偏差及負(fù)荷偏差發(fā)出，當(dāng)其與機(jī)組能量需求指令信號(hào)充分比較后再向控制系統(tǒng)傳輸控制信號(hào)，進(jìn)而改變調(diào)門的開度以使機(jī)組的主汽壓力與負(fù)荷滿足要求。[4]

4、給煤系統(tǒng)

300MW循環(huán)硫化床鍋爐通常要設(shè)置8套給煤系統(tǒng)，且每個(gè)系統(tǒng)中都包含重力式給煤機(jī)、燃料倉出口隔離閥及附帶的旋轉(zhuǎn)閥和燃料隔離閥。各系統(tǒng)都設(shè)計(jì)傳送20%的燃料量。系統(tǒng)內(nèi)安置兩個(gè)煤倉，以確保煤爐出力在100%的狀態(tài)下煤倉能保持8h以上的給煤；燃料在經(jīng)過管道及煤倉落煤口位置的隔離閥后輸送到重力式給煤機(jī)位置，通過調(diào)節(jié)重力式給煤機(jī)，便能保證在鍋爐最大負(fù)荷狀態(tài)下總?cè)剂狭吭?.5%～25%浮動(dòng)；通常燃料在通過重力式給煤機(jī)后會(huì)依次通過落煤管、燃料隔離閥與旋轉(zhuǎn)閥，最后傳送到爐膛中。使用8套給煤系統(tǒng)能確保在各類工作環(huán)境條件下完成最優(yōu)的鍋爐運(yùn)行方式。即使部分給煤系統(tǒng)出現(xiàn)事故問題，鍋爐負(fù)荷狀況與運(yùn)行狀況也不會(huì)被中斷。

結(jié)束語：

恰當(dāng)?shù)呐渲眉霸O(shè)計(jì)方式是300MW循環(huán)硫化床鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行安全性與穩(wěn)定性的保障，因此，相關(guān)設(shè)計(jì)與技術(shù)人員應(yīng)加強(qiáng)有關(guān)300MW循環(huán)硫化床鍋爐的設(shè)計(jì)分析，總結(jié)鍋爐運(yùn)行規(guī)律特點(diǎn)及設(shè)計(jì)重要技術(shù)措施，以逐步改善300MW循環(huán)硫化床鍋爐設(shè)計(jì)質(zhì)量和運(yùn)行質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1] 聶立，王鵬，彭雷，霍鎖善，姚本榮.300MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計(jì)[J].動(dòng)力工程.2012，05（35）：57-58

[2] 李金晶，呂俊復(fù)，米子德.300MW等級循環(huán)流化床電站鍋爐技術(shù)特點(diǎn)[J].電站系統(tǒng)工程. 2010，06（10）：61-62

[3] 潘昕，孟洛偉，江建忠.東鍋?zhàn)灾鏖_發(fā)型300MW循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行分析及完善[J].電力建設(shè). 2010，13（14）：74-75

[4] 張縵，別如山，姜孝國，蔣紅宇，張志偉，付興金.300MW循環(huán)流化床鍋爐熱力特性的研究[J].動(dòng)力工程. 2011，12（29）：62-63endprint