CFB鍋爐節(jié)能降耗改造及其應(yīng)用效果

王可琛，郭曉鈴

(1.山西兆豐鋁業(yè)有限責(zé)任公司自備電廠，陽(yáng)泉045209;2.中機(jī)國(guó)能電力工程有限公司，上海200061)

0 引言

CFB鍋爐因其良好的環(huán)保性能、廣泛的燃料適應(yīng)性，受到了電力用戶的青睞并廣泛使用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)累計(jì)投運(yùn)的CFB鍋爐已超過3 000臺(tái)。但是受到CFB鍋爐燃燒特點(diǎn)及機(jī)組容量普遍較小等因素限制，其能耗較同等級(jí)的煤粉鍋爐一直偏高。

文中以山西某135MW CFB鍋爐為例，介紹了為降低排煙溫度和減少啟動(dòng)用油量所采用的技術(shù)措施。運(yùn)行結(jié)果顯示，這些技術(shù)措施有效實(shí)現(xiàn)了CFB鍋爐的節(jié)能降耗，為國(guó)內(nèi)同類型改造積累了經(jīng)驗(yàn)。

1 設(shè)備概述

山西某自備電廠總裝機(jī)容量為405 MW(3 MW×135 MW)，鍋爐為超高壓中間再熱、單汽包自然循環(huán)、高溫絕熱旋風(fēng)分離器、平衡通風(fēng)、回料閥給煤、半露天布置的循環(huán)流化床鍋爐。鍋爐設(shè)計(jì)性能參數(shù)如表1所示。

表1 鍋爐設(shè)計(jì)規(guī)范

鍋爐日常燃用煤種為陽(yáng)泉無煙煤，設(shè)計(jì)及校核煤種資料見表2。滿負(fù)荷時(shí)設(shè)計(jì)煤種的消耗量為78.23 t/h，校核煤種 1 的消耗量為 88.88 t/h，校核煤種2的消耗量為69.91 t/h。

表2 煤質(zhì)特性參數(shù)

鍋爐啟動(dòng)燃油為#0輕柴油。啟動(dòng)燃燒器設(shè)計(jì)總點(diǎn)火容量為35%BMCR，設(shè)有四只床下啟動(dòng)燃燒器和六只床上啟動(dòng)燃燒器。床下啟動(dòng)燃燒器布置在水冷風(fēng)箱的下部，床上啟動(dòng)燃燒器分別置于前水冷壁和兩側(cè)水冷壁上，距離布風(fēng)板約3m高。床上啟動(dòng)燃燒器設(shè)計(jì)參數(shù)見表3，床下啟動(dòng)燃燒器設(shè)計(jì)參數(shù)見表4。

表2 鍋爐床上啟動(dòng)燃燒器參數(shù)

表3 鍋爐床下啟動(dòng)燃燒器參數(shù)

啟動(dòng)物料系統(tǒng)方面，鍋爐左側(cè)布置有一臺(tái)斗式提升機(jī)(啟動(dòng)物料斗提機(jī))，提至29 m標(biāo)高后，由給料斜管落入容積為4 m3的物料倉(cāng)(鍋爐25 m標(biāo)高)。物料倉(cāng)出料管直接接到左側(cè)刮板給煤機(jī)機(jī)尾，使啟動(dòng)物料通過刮板給煤機(jī)的輸送至爐內(nèi)。啟動(dòng)物料斗提機(jī)設(shè)計(jì)出力5～10 t/h，每次上料時(shí)間為8～10 h。

2 低溫省煤器改造

2.1 改造前問題及改造方案設(shè)計(jì)

鍋爐實(shí)際以燃用收到基低位發(fā)熱量為14.7 MJ/kg的無煙煤為主，實(shí)際排煙溫度高于設(shè)計(jì)值，夏季滿負(fù)荷時(shí)的鍋爐排煙溫度達(dá)到185℃以上，過高的排煙溫度不但降低了鍋爐效率，還將減少布袋的使用壽命。夏季經(jīng)常發(fā)生降負(fù)荷控制排煙溫度的異常情況，也直接影響了電廠的生產(chǎn)任務(wù)的完成。

為解決排煙溫度對(duì)機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的影響，設(shè)計(jì)了多種改造方案：第一，通過燃燒優(yōu)化調(diào)整來降低排煙溫度，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整未能收到滿意的效果;第二，增加鍋爐受熱面來降低排煙溫度，現(xiàn)場(chǎng)施工難度很大，焊接工作量大，工期不能保證;第三，增加鍋爐空氣預(yù)熱器受熱面來降低排煙溫度，現(xiàn)場(chǎng)空間有限，設(shè)計(jì)和施工都有很大的問題;第四，在空氣預(yù)熱器后增加低溫省煤器，利用凝結(jié)水吸收排煙余熱來降低排煙溫度。經(jīng)過中國(guó)華能集團(tuán)清潔能源技術(shù)研究院專家現(xiàn)場(chǎng)分析及論證研究，確定了采用第四種方案進(jìn)行技術(shù)改造。

2.2 低溫省煤器改造方案介紹

低溫省煤器改造的熱力系統(tǒng)如圖1所示。低溫省煤器總體與冷渣器出水管呈并聯(lián)布置，利用低加的級(jí)間來克服低溫省煤器蛇形管的水側(cè)阻力。在原冷渣器出水管安裝電動(dòng)調(diào)門，來調(diào)節(jié)低溫省煤器中的冷卻水量。低溫省煤器安裝在除塵器與空氣預(yù)熱器間的上行煙道內(nèi)，左右側(cè)對(duì)稱布置。左右側(cè)低溫省煤器均由進(jìn)口集箱、省煤器蛇形管、出口集箱組成。冷渣器出口的部分凝結(jié)水進(jìn)入低溫省煤器入口集箱(上集箱)，沿蛇形管自上而下流至低溫省煤器出口集箱(下集箱)，與另一部分未經(jīng)低溫省煤器加熱的凝結(jié)水匯集;根據(jù)低溫省煤器出口水溫，決定匯集后的凝結(jié)水進(jìn)入1或2號(hào)低加。煙氣在低溫省煤器煙道內(nèi)從下而上橫向逆流沖刷低溫省煤器管束。

圖1 低溫省煤器管路系統(tǒng)圖

低溫省煤器蛇形管由兩部分組成：第一部分采用鎳基釬焊螺旋翅片管;具有耐腐蝕，耐磨損的特點(diǎn)。第二部分為耐低溫腐蝕管材，位于低溫省煤器水側(cè)低溫段，該部分管材主要用于防止水溫過低時(shí)引起的低溫腐蝕。

考慮到機(jī)組長(zhǎng)期燃用煤質(zhì)灰分達(dá)到45%以上，加之后期計(jì)劃燃用更低熱值的煤種，工程設(shè)計(jì)中采用多種措施來減少受熱面的磨損。主要采取的措施有：?在合理煙氣流速范圍內(nèi)采取較低流速，確保受熱面磨損速率處于較低水平，保證設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行;?在煙氣彎頭設(shè)置導(dǎo)流板，均勻來流煙氣中的顆粒濃度，減少受熱面的局部磨損;?在受熱面的彎頭處布置有防磨瓦，防止彎頭磨損;?在低溫省煤器受熱面前留有較長(zhǎng)的直段煙道，有利于對(duì)煙氣流場(chǎng)的整流，減少受熱面磨損不均勻性;?低溫省煤器受熱面采用鎳基滲層釬焊螺旋翅片管，提高了管表面硬度和耐磨性;?器受熱面采用厚壁管，大幅度延長(zhǎng)了受熱面使用時(shí)間。

2.3 改造效果

低溫省煤器改造后的運(yùn)行數(shù)據(jù)如下表4所示。低溫省煤器系統(tǒng)能在機(jī)組各種工況下長(zhǎng)期安全、可靠、平穩(wěn)運(yùn)行，并滿足連續(xù)或間斷運(yùn)行、頻繁啟停和在滿載情況下啟動(dòng)運(yùn)行的各種工況要求。低溫省煤器改造后，鍋爐滿負(fù)荷下排煙溫度下降了40℃以上。

表4 改造后系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)

3 降低點(diǎn)火用油改造

3.1 改造系統(tǒng)運(yùn)行狀況

按照原設(shè)計(jì)鍋爐每次啟動(dòng)前通過啟動(dòng)物料斗提機(jī)進(jìn)行上料，出料管直接接到左側(cè)刮板給煤機(jī)機(jī)尾，使啟動(dòng)物料通過刮板給煤機(jī)的輸送至爐內(nèi)。從料堆運(yùn)至斗提機(jī)底部采用人工運(yùn)輸，人數(shù)為7～10人，上料時(shí)間為8～10小時(shí)。改造前電廠上煤系統(tǒng)無點(diǎn)火專用煤的上煤系統(tǒng)，只可燃用正常運(yùn)行煤種。在此基礎(chǔ)上一次點(diǎn)火用油量約40噸/次。

3.2 改造方案設(shè)計(jì)

由于使用的無煙煤燃點(diǎn)高(投煤溫度在650℃～700℃之間)，因此投煤晚，這是用油量大的主要原因。因此需要通過煤倉(cāng)改造來實(shí)現(xiàn)降低點(diǎn)火啟動(dòng)用油的目的，這些工作包括：1)減少鍋爐啟動(dòng)準(zhǔn)備時(shí)間，優(yōu)化啟動(dòng)物料上料系統(tǒng);2)完善上煤系統(tǒng)，使高揮發(fā)份煤進(jìn)入煤倉(cāng);3)制訂點(diǎn)火期間升溫的控制要求，降低投煤溫度，保證鍋爐升溫過程的安全、穩(wěn)定;4)減少鍋爐啟動(dòng)的燃油使用量。

上料時(shí)間長(zhǎng)的原因主要由兩個(gè)方面造成：1)啟動(dòng)物料斗提機(jī)的出力小，設(shè)計(jì)出力5～10 t/h;2)從料堆運(yùn)至斗提機(jī)底部采用人工運(yùn)輸，達(dá)到機(jī)械運(yùn)行才可提高效率。必須解決上述兩個(gè)問題才可減少上料時(shí)間，通過對(duì)電廠的系統(tǒng)分析，有兩個(gè)方案可以解決上述兩個(gè)問題。

方案一：1)將原有啟動(dòng)物料斗提機(jī)的出力加大至50～80 t/h，從而節(jié)約運(yùn)輸時(shí)間。2)將鍋爐零米設(shè)備安裝位置調(diào)整，保證鏟車或推土機(jī)有通道，實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)料。

方案二：在入爐煤上煤系統(tǒng)上進(jìn)行技改，增加受料點(diǎn)，直接將啟動(dòng)物料加入上煤系統(tǒng)，進(jìn)而給到煤倉(cāng)，通過鍋爐給煤系統(tǒng)將物料給入鍋爐爐膛。

3.3 改造方案比較

為了更好的進(jìn)行選擇，對(duì)方案一和方案二進(jìn)行了比較。方案一的優(yōu)點(diǎn)是可以在鍋爐主廠房?jī)?nèi)可以完成改造，不影響其它系統(tǒng)的運(yùn)行;缺點(diǎn)是需要更換三臺(tái)斗提機(jī)，對(duì)鍋爐零米設(shè)備(定排擴(kuò)容器、二次風(fēng)機(jī))更換安裝位置，土建工作量大，增加投資在150萬以上。方案二的優(yōu)點(diǎn)是在機(jī)組檢修期間可先將物料上至爐前煤倉(cāng)，可以不再增加設(shè)備投資，可利用此系統(tǒng)將點(diǎn)火用煙煤上至爐前煤倉(cāng);缺點(diǎn)是需對(duì)鍋爐上煤系統(tǒng)進(jìn)行改造。

顯然方案二具有投資少，對(duì)原有系統(tǒng)影響小的優(yōu)點(diǎn)特別是，方案二可以將點(diǎn)火用煙煤直接加入爐前煤倉(cāng)，不需增加啟動(dòng)煤倉(cāng)。因此，將方案二確定為最終方案。

3.4 改造方案應(yīng)用

改造后入爐煤上煤方式為筒倉(cāng)儲(chǔ)煤通過環(huán)式給煤機(jī)給料到7#帶式輸送機(jī)通過細(xì)碎機(jī)破碎，達(dá)到粒度要求后經(jīng)8#、9#帶式輸送機(jī)運(yùn)至爐前鋼煤倉(cāng)供鍋爐燃用。輸煤系統(tǒng)均為雙路系統(tǒng)，一路運(yùn)行，一路備用。點(diǎn)火投煤控制措施是鍋爐啟動(dòng)使用煙煤(煤質(zhì)發(fā)熱量23.5 MJ/kg)和14.7 MJ/kg無煙煤配合。

控制要點(diǎn)如下：1)1#爐2#煤倉(cāng)提前加入40噸煙煤，點(diǎn)火過程中快燒完時(shí)再補(bǔ)充14.7 MJ/kg無煙煤，1#煤倉(cāng)內(nèi)部床料全部進(jìn)入爐膛后，也補(bǔ)入14.7 MJ/kg無煙煤;2)投運(yùn)油槍將床料加熱至400℃ -450℃之間時(shí)，投運(yùn)2#皮帶給煤機(jī)、2#刮板給煤機(jī)，第一次試投煙煤;按照下部床溫上升速度控制的要求調(diào)整間斷投煤時(shí)間;3)下部床溫升至650℃～700℃時(shí)，投運(yùn)1#皮帶給煤機(jī)、1#刮板給煤機(jī)，將1#煤倉(cāng)內(nèi)部14.7 MJ/kg無煙煤送入爐膛，進(jìn)行試投煤，試投煤成功后，間斷投煤，直至汽機(jī)沖轉(zhuǎn)，連續(xù)投煤后全停油槍。

3.5 改造效果分析

在2011年12月進(jìn)行了改造，利用鍋爐檢修期間將物料上至爐前煤倉(cāng)，當(dāng)鍋爐檢修后具備上料條件時(shí)，在30分鐘內(nèi)即可通過給煤機(jī)將床料上入爐膛，此過程比改造前節(jié)約8小時(shí)左右。利用改造后的上料系統(tǒng)，具備了給爐前煤倉(cāng)上點(diǎn)火煙煤的條件?？稍阱仩t上料結(jié)束后在煤倉(cāng)補(bǔ)充煙煤或在另一個(gè)煤倉(cāng)直接補(bǔ)充煙煤。

由于投煤溫度大大降低，點(diǎn)火用油量大大降低。初投煤下部床溫由650℃以上降低到400℃～450℃之間。在升溫過程制定了專項(xiàng)措施，保證了床溫穩(wěn)定的上升，且在此后的升溫以投煤控制為主。點(diǎn)火用煙煤用量：按照一次點(diǎn)火40 t/次準(zhǔn)備，達(dá)到700℃～800℃后投入正常用煤運(yùn)行。改造以來，對(duì)三次點(diǎn)火平均用油進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，平均用油量為19.2 t/次。比改造以前鍋爐冷態(tài)點(diǎn)火平均用油35 t，每次節(jié)約用油15 t以上。

表5 點(diǎn)火用煤煤質(zhì)特性參數(shù)

4 節(jié)能降耗項(xiàng)改造經(jīng)濟(jì)性分析

4.1 低溫省煤器改造的經(jīng)濟(jì)性分析

根據(jù)等效焓降法計(jì)算，可以計(jì)算出機(jī)組額定負(fù)荷下可節(jié)約標(biāo)煤耗為3.71 g/kWh以上，按照機(jī)組年運(yùn)行小時(shí)按照6 000 h，則每臺(tái)機(jī)組每年節(jié)約煤量2 996 t，三臺(tái)機(jī)組每年節(jié)約標(biāo)煤量為8 988 t。按照每噸標(biāo)煤按照540元計(jì)算，每年帶來的收益為480萬元，整個(gè)改造工程投資回收年限小于2年。改造后的排煙溫度能夠滿足布袋除塵器的運(yùn)行需要，并且改造后未發(fā)生因排煙溫度高而降低機(jī)組負(fù)荷的異常情況。

4.2 點(diǎn)火節(jié)油的技術(shù)改造的經(jīng)濟(jì)性分析

改造以前鍋爐冷態(tài)點(diǎn)火平均用油35 t，改造后平均每次點(diǎn)火用油量為19.2 t/次，每次節(jié)約用油15 t以上，節(jié)油42%。按照三臺(tái)鍋爐全年點(diǎn)火十次計(jì)算，全年可節(jié)約0#柴油150 t，按照每噸8 500元計(jì)算，全年節(jié)約127.5萬元。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過以上增加低溫省煤器和給煤系統(tǒng)改造，有效降低了機(jī)組的發(fā)電標(biāo)煤耗，相關(guān)技改方案投資回收周期短，收到了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。值得在國(guó)內(nèi)同類型機(jī)組推廣應(yīng)用。

［1］ 孫獻(xiàn)斌，黃中.大型CFB鍋爐技術(shù)與工程應(yīng)用［M］.中國(guó)電力出版社，2009(1).

［2］ P.巴蘇，S.A.弗雷澤.CFB 鍋爐的設(shè)計(jì)與運(yùn)行［M］.科學(xué)出版社，1994(1).

［3］ 哈爾濱普華煤燃燒技術(shù)開發(fā)中心.CFB鍋爐燃燒設(shè)備性能設(shè)計(jì)方法［M］.電站系統(tǒng)工程編輯部，2007(8).