350MW循環(huán)流化床超臨界鍋爐的技術(shù)特點(diǎn)研究

趙加星 于建明 鄭景河

摘 要：該次研究以山西某電廠（2×350MW）超臨界循環(huán)流化床機(jī)組工程鍋爐作為分析對象，提出目前350MW超臨界熱電聯(lián)產(chǎn)的循環(huán)流化床鍋爐的技術(shù)特點(diǎn)，通過真實的設(shè)備技術(shù)介紹，明確超臨界鍋爐的技術(shù)發(fā)展可拓性，以期通過該次研究，為同類型的鍋爐設(shè)計與使用提供一些可供參考的依據(jù)，可以廣泛推廣與應(yīng)用，其現(xiàn)有技術(shù)對于我國一次性能源的保護(hù)以及提高工作效率，具有一定的作用價值。

關(guān)鍵詞：超臨界 鍋爐 技術(shù)特點(diǎn)

中圖分類號：TK229 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）02（a）-00-02

隨著我國火電技術(shù)領(lǐng)域的不斷拓展，超臨界、超超臨界參數(shù)等級的發(fā)電技術(shù)也有了突破性的進(jìn)展，通過機(jī)組建設(shè)的逐步完善[1]，新建機(jī)組的質(zhì)量也得到了大幅度的提高，這一成績的取得也使得大容量超臨界、超超臨界機(jī)組的投運(yùn)數(shù)量明顯劇增。未來，隨著我國制造與設(shè)計技術(shù)的不斷提升，大容量超臨界和超超臨界機(jī)組，已成為我國清潔煤發(fā)電技術(shù)的主流發(fā)展趨勢，并且在未來的一定時期內(nèi)，超臨界和超超臨界機(jī)組能夠有效解決我國煤電發(fā)電功能短缺[2]、能源利用率低，以及環(huán)境污染等問題，因此，有針對性地對超臨界鍋爐的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行研究分析，對于我國電力發(fā)電技術(shù)提升具有一定的現(xiàn)實意義。

1 超臨界機(jī)組定義

超臨界機(jī)組定義依據(jù)的是數(shù)據(jù)的定值，通常水的臨界壓力為22.12MPa，臨界溫度為374.15℃，在這個壓力和溫度時，因高溫膨脹的水和因高壓壓縮的水蒸氣的密度是相同的，就叫水的臨界點(diǎn)，爐內(nèi)工質(zhì)壓力低于這個壓力就叫亞臨界鍋爐，大于這個壓力就是超臨界鍋爐。在此定義數(shù)據(jù)值的規(guī)定下，便可確定超臨界與超超臨界機(jī)組的劃分[3，4]。

2 超臨界鍋爐的技術(shù)特點(diǎn)

此次研究主要以山西某電廠（2×350MW）超臨界循環(huán)流化床機(jī)組工程鍋爐為東方鍋爐有限公司制造的350MW超臨界熱電聯(lián)產(chǎn)的循環(huán)流化床鍋爐，作為研究技術(shù)研究對象，鍋爐采用單布風(fēng)板、單爐膛、M型布置，平衡通風(fēng)、一次中間再熱，采用高溫冷卻式旋風(fēng)分離器進(jìn)行汽固分離，采用循環(huán)流化床燃燒方式。汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的超臨界，單軸，一次中間再熱、兩缸兩排汽，間接空冷抽汽凝汽式汽輪機(jī)。熱控設(shè)備采用西屋艾默生分散控制系統(tǒng)。

2.1 350MW循環(huán)流化床鍋爐整體布置

鍋爐由三部分組成，第一部分布置主循環(huán)回路，包括爐膛、冷卻式旋風(fēng)分離器、回料器、二級中溫過熱器、二級中溫過熱器、屏式再熱器等；第二部分布置尾部煙道，包括一級中溫過熱器、低溫過熱器、低溫再熱器和省煤器；第三部分為空氣預(yù)熱器。爐膛內(nèi)還布置了6片高溫過熱器管屏，6片二級中溫過熱器器管屏，6片高溫再熱器管屏，管屏采用膜式壁結(jié)構(gòu)，垂直布置，在高溫過熱器、二級中溫過熱器、高溫再熱器下部轉(zhuǎn)彎段及穿墻處的受熱面管子上均敷設(shè)耐磨材料，防止受熱面管子的磨損。下爐膛布置單布風(fēng)板，布風(fēng)板之上是由水冷壁管彎制圍成的水冷風(fēng)室。燃料從爐前給煤口送入爐膛。

每臺爐設(shè)置兩個床下點(diǎn)火風(fēng)道，分別從爐膛兩側(cè)進(jìn)入風(fēng)室。每個床下點(diǎn)火風(fēng)道配置2個燃?xì)恻c(diǎn)火裝置，能高效加熱一次流化風(fēng)，進(jìn)而加熱床料。6臺滾筒式冷渣器布置在爐膛后墻。3臺冷卻式旋風(fēng)分離器布置在爐膛后墻的鋼架內(nèi)，在每個旋風(fēng)分離器下方各布置1臺回料器。由旋風(fēng)分離器分離下來的物料經(jīng)兩個回料腿直接返回爐膛。

2.2 超臨界鍋爐的測試和調(diào)整

此次研究對象的超臨界鍋爐的測試和調(diào)整必須符合下列參數(shù)要求，具體見表1所示。

由于超臨界鍋爐技術(shù)復(fù)雜，并且結(jié)構(gòu)體系繁瑣，因此，在測試和調(diào)整實施過程中是一項難度較大的工程，必須依據(jù)相關(guān)規(guī)定與參數(shù)執(zhí)行操作，做好相應(yīng)的監(jiān)測記錄工作，從而達(dá)到既定的測試效果，并在實施過程當(dāng)中針對不夠完善的、可能出現(xiàn)隱患的結(jié)構(gòu)數(shù)值進(jìn)行調(diào)整。在整個實施測試和調(diào)整的過程中，從啟動開始，包括啟動必須嚴(yán)格按照規(guī)定要求執(zhí)行，對每一個環(huán)節(jié)必須細(xì)致記錄與觀察，對涉及的所有組件，如給水操作平臺以及汽水分離器，進(jìn)行密切監(jiān)測。除此之外，在啟動時，需要對水平衡進(jìn)行構(gòu)建。該項構(gòu)建主因是煤粉在燃燒過程中會與水相互產(chǎn)生反應(yīng)，從而生成目標(biāo)產(chǎn)物，而所生成的目標(biāo)產(chǎn)物過程中，又必須嚴(yán)格對溫度進(jìn)行控制，當(dāng)溫度不符合要求時，那么所生成的目標(biāo)產(chǎn)物也會出現(xiàn)不符合目標(biāo)的產(chǎn)物，甚至可能出現(xiàn)有害物質(zhì)，因此需要進(jìn)一步設(shè)置汽水分離器[5]，從而將水蒸氣和液態(tài)水及時有效地進(jìn)行分離，從而避免有害物質(zhì)對鍋爐的損害。除了溫控以外，潮濕控制也是必然的操作過程。在監(jiān)測過程中鍋爐內(nèi)若過于潮濕，或者過于干燥，都會對目標(biāo)生成產(chǎn)物造成嚴(yán)重的影響，潮濕度的控制為干、濕狀態(tài)轉(zhuǎn)換，這一過程需要對給水量進(jìn)行嚴(yán)格控制，記錄水位的變化，從而最大限度地保證生產(chǎn)安全以及生產(chǎn)的效率。在這個過程中，必須保證每一個環(huán)節(jié)不會出現(xiàn)問題，從而促進(jìn)生產(chǎn)的成功率，提高人力、物力、財力的經(jīng)濟(jì)效益；在過程當(dāng)中觀察溫度超過了控制線，或者是出現(xiàn)潮爆炸，濕度不符合要求時，需及時進(jìn)行給水量的調(diào)整，另外也可以通過煤粉的輸送速度調(diào)整，從而達(dá)到既定的效果。

2.3 機(jī)組保護(hù)控制功能與超速保護(hù)跳閘功能

眾所周知，超臨界鍋爐的工藝非常復(fù)雜，其組件眾多，也使得生產(chǎn)條件要求非常嚴(yán)格，超速保護(hù)功能控制檢查（OPC），是對鍋爐結(jié)構(gòu)的逐項檢查，從而保證設(shè)計達(dá)到規(guī)定值要求；超速保護(hù)控制需要正確動作，對高中壓調(diào)節(jié)汽門，采取關(guān)閉狀態(tài)，等待轉(zhuǎn)速，重新開啟閥門的條件使之能夠維持正常。OPC動作時的轉(zhuǎn)速與設(shè)定轉(zhuǎn)速的偏差應(yīng)小于±2r/min。等待機(jī)組帶動符合狀態(tài)的工作情況下，此時的汽輪機(jī)控制系統(tǒng)必須能夠接受快速減負(fù)荷的指令，當(dāng)指令下達(dá)時，能夠快速給出降低機(jī)組負(fù)荷的反應(yīng)，從而與輔助機(jī)局部故障出現(xiàn)的機(jī)組運(yùn)行工作情況下相匹配，并且滿足控制系統(tǒng)實驗的相關(guān)規(guī)程要求。另外，對于超速保護(hù)跳閘功能的檢查也需要格外注意，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到機(jī)組超速，保護(hù)狀態(tài)動作之時，此時能夠發(fā)出相應(yīng)的信號，借此來控制系統(tǒng)達(dá)到七輪機(jī)保護(hù)裝置指令發(fā)出，能夠快速回應(yīng)，并將主汽門和調(diào)節(jié)汽門迅速予以關(guān)閉，從而使機(jī)組能夠安全獲得停機(jī)，超速跳閘動作轉(zhuǎn)速與設(shè)定值偏差應(yīng)小于±2r/min。汽輪機(jī)的保護(hù)裝置，對于電磁法進(jìn)行在線實驗時，不會對機(jī)組運(yùn)行出現(xiàn)影響，該系統(tǒng)目前在汽輪機(jī)保護(hù)裝置中，具有一定的功能效果。

2.4 組件安裝的影響

超臨界鍋爐組件眾多，因此在安裝時，可能會出現(xiàn)一些相似組件的錯位安裝，而這種情況下會導(dǎo)致鍋爐無法正常運(yùn)行，可能發(fā)生重大安全隱患，因此對于組件安裝位置的準(zhǔn)確性定位需要不斷加強(qiáng)測量，而目前現(xiàn)有技術(shù)下很難發(fā)現(xiàn)組件安裝的錯誤，這一狀態(tài)下，也成為組件安裝技術(shù)難點(diǎn)，一旦稍有疏忽，則很容易出現(xiàn)安全事故，且不易于發(fā)現(xiàn)。因此，我國技術(shù)人員仍需在該方面進(jìn)行技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新研發(fā)，并利用現(xiàn)代化測量定位系統(tǒng)，與實際情況結(jié)合，進(jìn)行有效的精準(zhǔn)測量，進(jìn)而達(dá)到準(zhǔn)確組件安裝位置的目的。另外，組件安裝位置的錯誤，通常不易發(fā)現(xiàn)，為了解決這一問題，需要我們的技術(shù)人員，通過科學(xué)的監(jiān)測系統(tǒng)以及精準(zhǔn)的測量工具，實現(xiàn)二次檢驗效果，解決組件安裝位置錯誤發(fā)生的概率，從而大量地節(jié)約人力與物力以及財力，進(jìn)而有效提高鍋爐的工作效率。

2.5 350MW循環(huán)流化床鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)

CFB鍋爐的燃燒需要相對較高的空氣壓頭使顆粒在床內(nèi)能得到流化，經(jīng)過一、二次風(fēng)機(jī)出來的一、二次風(fēng)通過空預(yù)器后被送入爐膛。其他用風(fēng)包括回料器的流化風(fēng)、油槍冷卻風(fēng)和火檢冷卻風(fēng)，其流化風(fēng)均取自高壓流化風(fēng)機(jī)。

3 結(jié)語

綜上所述，通過超臨界鍋爐技術(shù)特點(diǎn)的研究分析，進(jìn)一步明確目前超臨界鍋爐技術(shù)發(fā)展途徑，雖然取得了較好的成果，但是仍然存在一些比較突出的問題，有待進(jìn)一步通過科學(xué)的技術(shù)創(chuàng)新來解決。另外，在針對超臨界鍋爐技術(shù)特點(diǎn)的分析中發(fā)現(xiàn)，目前350MW循環(huán)流化床鍋爐具有較好的發(fā)展前景，其現(xiàn)有技術(shù)對于我國一次性能源的保護(hù)，以及提高工作效率，具有一定的作用價值，同類型與同領(lǐng)域的鍋爐應(yīng)用中，可以廣泛推廣與應(yīng)用。

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