500MW超臨界CFB鍋爐給煤系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討

張翔宇

（中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣州 510663）

500MW超臨界CFB鍋爐給煤系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討

張翔宇

（中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣州 510663）

概述了GE與FW兩國(guó)際鍋爐供貨商的500MW超臨界CFB給煤技術(shù)方案，比較了兩者的技術(shù)特點(diǎn)，并結(jié)合除氧煤倉(cāng)間及輸煤皮帶的布置總結(jié)了給煤系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)思路。

超臨界CFB鍋爐；皮帶給煤機(jī)；埋刮板給煤機(jī)；螺旋給煤機(jī)

按照目前國(guó)內(nèi)的相關(guān)政策及煤炭電力市場(chǎng)情況，CFB鍋爐主要以燃用低熱值劣質(zhì)煤為主，其耗煤量往往較常規(guī)煤粉爐大很多。隨著CFB技術(shù)逐漸向高參數(shù)大容量方向發(fā)展，給煤系統(tǒng)設(shè)計(jì)將愈來(lái)愈龐大復(fù)雜。因此本文詳細(xì)分析比較了GE及FW兩家國(guó)際知名公司的一臺(tái)500MWCFB鍋爐給煤系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，以此總結(jié)出大型流化床機(jī)組給煤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路。

1 給煤設(shè)備簡(jiǎn)介

給煤機(jī)是連接煤斗與鍋爐的輸煤設(shè)備，常用種類(lèi)有電子稱(chēng)重皮帶給煤機(jī)，埋刮板給煤機(jī)及螺旋給煤機(jī)等。其中皮帶給煤機(jī)采取高精度的稱(chēng)重傳感器進(jìn)行計(jì)量，計(jì)量精度可以達(dá)到0.25%～0.5%，其缺點(diǎn)是防堵能力較差，且由于流化床機(jī)組爐膛為正壓運(yùn)行，回料口可能會(huì)出現(xiàn)煙氣反串從而燒毀皮帶，因此出口均設(shè)置有氣動(dòng)關(guān)斷閥以快速切斷上竄火焰。埋刮板給煤機(jī)通過(guò)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)鏈條進(jìn)而帶動(dòng)刮板運(yùn)行，僅可實(shí)現(xiàn)容積計(jì)量。其防堵能力較好，且可以設(shè)計(jì)為多個(gè)進(jìn)出口給煤，出口通常設(shè)置電動(dòng)調(diào)節(jié)閥來(lái)保證各出口給煤均勻，其主要缺點(diǎn)是體積龐大，布置較為困難。螺旋給料機(jī)在國(guó)內(nèi)早期小容量的流化床機(jī)組大量采用，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低，密封性較好，尤其比較適合鍋爐給煤口區(qū)域布置，可采用電磁調(diào)速來(lái)調(diào)節(jié)給料量。由于存在變形、磨損、螺旋易卡死扭壞等問(wèn)題，目前在國(guó)內(nèi)大型流化床機(jī)組中已經(jīng)很少采用［1-4］。

2 鍋爐給煤系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

2.1 美國(guó)FW公司給煤設(shè)計(jì)方案

FW公司兼并了芬蘭Αhlstrom公司技術(shù)。在該500MW機(jī)組的設(shè)計(jì)方案中設(shè)計(jì)了6個(gè)煤斗，能夠滿(mǎn)足鍋爐BMCR工況8小時(shí)耗煤量。給煤系統(tǒng)采用三級(jí)給煤，6個(gè)煤斗經(jīng)6臺(tái)埋刮板給煤機(jī)送至貫穿整個(gè)爐膛長(zhǎng)度方向的二級(jí)埋刮板給煤機(jī)，由于爐膛長(zhǎng)度方向約50m，為方便給煤機(jī)加工及運(yùn)輸，二級(jí)給煤機(jī)采用兩級(jí)布置。第三級(jí)采用螺旋給煤機(jī)，前后墻各布置8臺(tái)，給煤口布置在回料腿上以保證入爐煤進(jìn)入爐膛前得到充分預(yù)熱。詳細(xì)布置見(jiàn)圖1。

2.2 GE公司的CFB給煤設(shè)計(jì)方案

GE公司于2015年收購(gòu)了法國(guó)ΑLSTOM的電力板塊，其CFB鍋爐技術(shù)源于原ΑLSTOM公司對(duì)Lurgi公司流化床技術(shù)的引進(jìn)消化及進(jìn)一步發(fā)展，該技術(shù)也是我國(guó)引進(jìn)的200～350MW等級(jí)循環(huán)流化床技術(shù)來(lái)源。在本500MW機(jī)組設(shè)計(jì)方案中，GE共設(shè)計(jì)了6個(gè)煤斗，6臺(tái)分離器。鍋爐兩側(cè)由內(nèi)向外分別布置了3個(gè)分離器及3個(gè)煤斗，每臺(tái)煤斗分別對(duì)應(yīng)兩臺(tái)皮帶給煤機(jī)，直接經(jīng)落煤管送入爐膛兩側(cè)的6個(gè)落煤口。詳細(xì)布置詳見(jiàn)圖2。

3 給煤系統(tǒng)比較分析

3.1 設(shè)備造價(jià)比較

FW公司三級(jí)給煤系統(tǒng)包括14臺(tái)埋刮板給煤機(jī)以及16臺(tái)螺旋給料機(jī)。其中第二級(jí)給煤由于距離較長(zhǎng)采用兩級(jí)埋刮板給煤機(jī)串聯(lián)，GE共設(shè)置了12臺(tái)皮帶給煤機(jī)。兩者的給煤機(jī)參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表1，可見(jiàn)FW公司方案給煤系統(tǒng)成本遠(yuǎn)高于GE，GE公司方案較為簡(jiǎn)單順暢。

表1 FW及GE公司給煤機(jī)設(shè)備參數(shù)對(duì)比表

3.2 給煤均勻穩(wěn)定性比較

GE布置方案中，單側(cè)6條給煤線(xiàn)路為平移布置，鍋爐兩側(cè)關(guān)于爐膛中心線(xiàn)對(duì)稱(chēng)。因此可以較好地保證給煤均勻，床壓較易控制，對(duì)保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行較為有利。但若煤斗出現(xiàn)異常，需要停運(yùn)某條給煤線(xiàn)路時(shí)，鍋爐給煤將會(huì)出現(xiàn)不均勻，很可能會(huì)引起床溫偏差過(guò)大等異常。對(duì)于低負(fù)荷工況，也需要所有給煤機(jī)都投運(yùn)以保證給煤均勻。FW方案通過(guò)螺旋給煤機(jī)調(diào)節(jié)各點(diǎn)給煤量，其每條二級(jí)給煤皮帶分別間隔對(duì)應(yīng)爐爐前爐后的4臺(tái)落煤口，因此任何一條給煤線(xiàn)路停運(yùn)，均可以保證鍋爐各給煤點(diǎn)均勻。一級(jí)給煤中，有兩個(gè)煤斗共同對(duì)應(yīng)一條二級(jí)給煤，若該兩個(gè)煤斗其中一個(gè)故障需要停運(yùn)相應(yīng)給煤線(xiàn)路，均對(duì)鍋爐給煤沒(méi)有影響，另外一個(gè)煤斗停運(yùn)時(shí)，可通過(guò)增大另外兩條給煤線(xiàn)路出力來(lái)保證，因此FW方案在給煤系統(tǒng)在低負(fù)荷以及異常工況均能夠保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，能夠有效緩解給煤不均勻帶來(lái)的床壓偏差較大等問(wèn)題。但GE方案簡(jiǎn)單直接，因此運(yùn)行中堵煤?jiǎn)栴}應(yīng)相對(duì)較輕，而FW方案中，給煤級(jí)數(shù)較多，且較多給煤機(jī)布置有一定的傾角，堵煤發(fā)生概率較大，且二級(jí)給煤機(jī)長(zhǎng)度較長(zhǎng)，對(duì)給煤機(jī)的制造，安裝以及運(yùn)行均有較大的考驗(yàn)。

3.3 對(duì)除氧煤倉(cāng)間影響比較。

兩個(gè)鍋爐廠(chǎng)爐膛的長(zhǎng)度方向布置剛好相反，GE方案由爐前至爐后為爐膛長(zhǎng)度方向，分離器及煤斗各三個(gè)分別布置在鍋爐兩側(cè)。FW方案爐膛長(zhǎng)度方向與國(guó)內(nèi)常規(guī)布置一致，分離器對(duì)稱(chēng)布置在爐前及爐后方向。相應(yīng)的鍋爐房設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表2，相比FW方案，GE鋼結(jié)構(gòu)框架較大，承受了煤倉(cāng)間及部分輸煤皮帶的荷載。同時(shí)由于煤斗布置在鍋爐兩側(cè)，因此相應(yīng)輸煤棧橋布置會(huì)復(fù)雜很多。另外，GE煤斗下部區(qū)域，無(wú)法向其他工程一樣，布置除氧間的設(shè)備及管道，鍋爐外面還需要單獨(dú)設(shè)置除氧間，高位布置的除氧器也是需要重點(diǎn)考慮的方面。

表2

GE布置方案與我國(guó)常規(guī)煤倉(cāng)間與鍋爐房分隔布置的方案不同，煤斗及給煤機(jī)均布置于鍋爐房，由鍋爐鋼結(jié)構(gòu)承擔(dān)煤斗及給煤機(jī)的荷載。而FW方案則是國(guó)內(nèi)常用的分隔布置方案，但其鍋爐房的方向與國(guó)內(nèi)相比剛好旋轉(zhuǎn)了90度，相當(dāng)于拉長(zhǎng)了爐前到爐后的距離。

3.4 對(duì)輸煤棧橋布置影響

FW的方案中，輸煤棧橋只需要爬升到煤斗正上方卸煤即可，類(lèi)似常見(jiàn)的側(cè)煤倉(cāng)布置，較為簡(jiǎn)潔。而GE方案中，煤斗布置在鍋爐的兩側(cè)，輸煤皮帶需要伸長(zhǎng)至爐前后經(jīng)轉(zhuǎn)運(yùn)站拐彎90度布置在除氧煤倉(cāng)間上方，爐前需各設(shè)置兩個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)站分別再旋轉(zhuǎn)90度后向爐后方向延伸至煤斗上方卸煤，此設(shè)計(jì)中末級(jí)轉(zhuǎn)運(yùn)站高度將高于鍋爐。相比FW其輸煤系統(tǒng)明顯復(fù)雜。且本工程煤種為高水分褐煤，也加大了整個(gè)輸煤系統(tǒng)故障的風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)論

（1）FW公司給煤系統(tǒng)較GE復(fù)雜，潛在的故障率較高，但某條給煤線(xiàn)路停運(yùn)時(shí)，F(xiàn)W公司能夠較GE更好的保證爐內(nèi)給煤均勻。

（2） FW方案輸煤方案較為簡(jiǎn)單方便，GE方案中煤倉(cāng)間布置較為緊湊美觀(guān)，但輸煤方案非常復(fù)雜，輸煤系統(tǒng)故障風(fēng)險(xiǎn)較大。

（3） GE及FW兩公司爐膛布置思路有較大的差別，給煤系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)綜合考慮煤倉(cāng)間，輸煤皮帶，轉(zhuǎn)運(yùn)站以及除氧煤倉(cāng)間的布置來(lái)確定最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。

［1］羅必雄，霍沛強(qiáng)，李剛等.大型循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組工藝設(shè)計(jì)［J］.中國(guó)電力出版社，1998（14）∶21-23.

［2］柳楊.綜述循環(huán)流化床鍋爐給煤裝置［J］.應(yīng)用能源技術(shù)，2011，10（166）∶16-18.

［3］宗琛，王泉海，盧嘯風(fēng).600MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐二級(jí)給煤系統(tǒng)優(yōu)化探討［J］.電站系統(tǒng)工程，2015，31（04）∶43-48.

［4］程樂(lè)鳴，周星龍，鄭成航.大型循環(huán)流化床鍋爐的發(fā)展［J］.動(dòng)力工程，2008，28（06）∶817-826.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.19.032

張翔宇（1987-），男，山西大同人，碩士，工程師，主要從事火力發(fā)電廠(chǎng)鍋爐專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)工作。