大型CFB機(jī)組系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討

1、大型 CFB 機(jī)組系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討作者： 楊祖華文章摘要：摘 要 大型 CFB 鍋爐是一種高效、潔凈、成熟的燃煤發(fā)電技術(shù)，本文根據(jù) ALSTOM 公司 CFB 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 技術(shù)特點(diǎn)，結(jié)合國內(nèi)運(yùn)行機(jī)組出現(xiàn)的問題，提出了大型循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組系統(tǒng)設(shè)計(jì)的控制點(diǎn)及建議。0 前言 眾所周知，循環(huán)流化床鍋爐是一種清潔煤燃燒技術(shù)， 既可脫除煙氣中的二氧化硫， 也可脫除氮氧化物。 因此循環(huán)流化床鍋爐也越來越多地用于電站鍋爐。 本文將根 據(jù)目前CFB機(jī)組運(yùn)行出現(xiàn)的問題，結(jié)合引進(jìn) ALSTO公司CFB設(shè)計(jì)特點(diǎn)對(duì)如何把 握系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵點(diǎn)提出自己的看法， 希望為設(shè)計(jì)、設(shè)備招標(biāo)等方面提供參考。1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與鍋爐本體設(shè)計(jì)相

2、關(guān)的重點(diǎn)控制對(duì)象1.1 石灰石的反應(yīng)活性和粒度級(jí)配1.1.1 石灰石反應(yīng)活性 不同的石灰石對(duì)二氧化硫的吸收作用是不同的。 反應(yīng)活性的差別主要在于石灰石 的微孔隙結(jié)構(gòu)不同。 如果石灰的微孔結(jié)構(gòu)不理想， 反應(yīng)面積小， 反應(yīng)活性就較差； 如果石灰石的微孔比較理想， 可以參與反應(yīng)的面積就大， 反應(yīng)活性就較好。 如果 不知反應(yīng)活性，僅靠反應(yīng)式計(jì)算 Ca/S，其結(jié)果是達(dá)不到設(shè)計(jì)的脫硫效率。在以 往的工程中有許多這樣的例子。ALSTOM司有一個(gè)專門作石灰石反應(yīng)活性的儀器，并在此基礎(chǔ)上提出了理論計(jì)算后 Ca/S的修正系數(shù)。加了修正系數(shù)后計(jì)算出 的石灰石耗量更準(zhǔn)確， 因此更易達(dá)到設(shè)計(jì)的脫硫效率。 但在實(shí)際工程設(shè)

3、計(jì)中， 建 設(shè)單位和設(shè)計(jì)院在鍋爐招標(biāo)或主機(jī)談判時(shí)并未提供給鍋爐廠石灰石樣品或反應(yīng) 活性。建議在招標(biāo)階段建設(shè)單位或提供石灰石樣品， 或自己委托有關(guān)單位作試驗(yàn)， 并將結(jié)果提供給鍋爐廠。1.1.2 石灰石粒度級(jí)配脫硫劑的轉(zhuǎn)化率和它的粒度分布關(guān)系非常密切。 因?yàn)槭沂牧６确植寂c其有效 的反應(yīng)面積及其在爐膛里的停留時(shí)間有關(guān)。 石灰石粒度級(jí)配本應(yīng)由鍋爐制造廠提 出，運(yùn)行單位則根據(jù)要求購買合格成品石灰石粉或購買破碎設(shè)備自制滿足要求的 石灰石粉。 后者可通過采購設(shè)備時(shí)提出技術(shù)要求達(dá)到需要的石灰石粒度級(jí)配。 但 目前國內(nèi)運(yùn)行單位多采用購買成品石灰石粉， 其粒度級(jí)配難于滿足要求， 因此與 設(shè)計(jì)值有差距。 建議建

4、設(shè)單位調(diào)研石灰石粉市場， 將實(shí)際將要購買的粒度級(jí)配反 提供給鍋爐廠，以此作為鍋爐本體有關(guān)部分的設(shè)計(jì)依據(jù)。1.2 入爐煤粒度級(jí)配 入爐燃料粒度分布對(duì)鍋爐系統(tǒng)的正常運(yùn)行十分重要。只有合格的粒徑分布， CFB 鍋爐中煤粒在爐膛內(nèi)才能正常流化以保證煤粒的完全燃燒。 過大的煤粒， 需要增 加流化風(fēng)量，排擠了二次風(fēng)，使燃燒效率降低；低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，床溫太低；風(fēng)水 聯(lián)合冷渣器運(yùn)行也困難；加之由于表面積小 , 與空氣不能充分混合，使燃料不易 燃燒完全， 增加循環(huán)次數(shù)， 加大了磨損。 過細(xì)的煤粒， 低溫燃燒時(shí)， 反應(yīng)速度低， 一次燃燒份額大， 不利于完全燃燼； 由于分離器效率的限制， 細(xì)顆粒容易過早地 被煙氣攜帶

5、走；在煙道內(nèi)易出現(xiàn)爆燃、自燃；飛灰中可燃物偏高。一般說來，CFB爐要求入爐煤粒徑99% <10mm且按一定的級(jí)配。目前國內(nèi)破碎 機(jī)尚不能滿足要求，一般采用進(jìn)口產(chǎn)品。主要生產(chǎn)廠家為： 美國 pennsylvania 破碎機(jī)公司轉(zhuǎn)速：1500r/min , 100%<7m,錘距短 德國奧貝瑪破碎機(jī)械制造有限公司轉(zhuǎn)速：600r/min, 95%<10mm,錘距寬不同的煤質(zhì)其粒度級(jí)配要求是有差別的。 一般說來， 高揮發(fā)份褐煤由于燃燒時(shí)有 爆裂現(xiàn)象,可以選偏粗的級(jí)配；燒煤矸石的電廠,由于煤矸石成灰特性較差,燃 燒后灰粒度較常規(guī)煤大,磨損特別嚴(yán)重,導(dǎo)致停爐,因此要求煤粒度盡量小。此 時(shí)選

6、擇德國奧貝瑪破碎機(jī)械制造有限公司破碎設(shè)備就不如選擇美國 pennsylvania 破碎機(jī)公司的破碎設(shè)備。因?yàn)榈聡鴬W貝瑪破碎機(jī)械制造有限公司 的破碎設(shè)備錘距寬，煤粒尺寸難小于8mm及以下。一般煤種，兩家破碎廠家無大 的差別。江蘇賈汪電廠 2臺(tái)破碎機(jī), 分別選用上述 2 家制造商, 運(yùn)行均能滿足要 求。1.3 飛灰底渣比飛灰底渣比也是鍋爐設(shè)計(jì)中影響系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要參數(shù)， 它影響除渣系統(tǒng) 設(shè)備選型和除塵器的選擇， 應(yīng)引起鍋爐廠和設(shè)計(jì)院專業(yè)人員的高度重視。 飛灰底 渣比不僅與煤種有關(guān)，同時(shí)也和鍋爐設(shè)計(jì)廠家有關(guān)。同樣的鍋爐，ALSTOM口 FW公司投標(biāo)所報(bào)的值差別較大， 甚至比值相反，這可能與各家公司

7、旋風(fēng)分離器效率、 爐膛內(nèi)煙速、煙道型式等不同有關(guān)?，F(xiàn)已投運(yùn)的云南巡檢司135MWCFFB組，鍋爐為哈爾濱鍋爐廠引進(jìn)EVT技術(shù)生產(chǎn)的CFB爐，燒褐煤，設(shè)計(jì)飛灰底渣比為40: 60。但由于高揮發(fā)份褐煤在爐膛中燃燒時(shí)易爆裂成細(xì)顆粒， 因此實(shí)際運(yùn)行中渣量 很小，而飛灰達(dá)到70- 80%。因此，在類似的CFB機(jī)組系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，對(duì)于燃用 高揮發(fā)份褐煤，我們建議選取ALSTOM司設(shè)計(jì)導(dǎo)則推薦值的上限，對(duì)其它煤種， 可根據(jù)煙道型式、煤粒和石灰石粒度綜合選取。2大型CFB機(jī)組系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要特點(diǎn)CFB機(jī)組鍋爐系統(tǒng)設(shè)計(jì)與常規(guī)爐在設(shè)計(jì)和控制策略上有很大差別，ALSTOM司200- 300MWCFS爐系統(tǒng)設(shè)計(jì)又有別于其它公

8、司。2.1 煙風(fēng)系統(tǒng)ALSTOM司200-300MWCF0風(fēng)系統(tǒng)與國內(nèi)已運(yùn)行的135MV及以下機(jī)組相比相 對(duì)簡單。沒有諸如播煤風(fēng)機(jī)、點(diǎn)火風(fēng)機(jī)、冷渣器風(fēng)機(jī)等設(shè)備，流化床風(fēng)系統(tǒng)所需 功能全部由一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)和高壓流化風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)。在ALSTOM司設(shè)計(jì)的電廠中，多數(shù)每爐配置 2臺(tái)50%容量的一次風(fēng)機(jī)，其風(fēng)量 裕量為 20%，也有配 1 臺(tái) 100%容量一次風(fēng)機(jī)的電廠。當(dāng)采用 2臺(tái) 50%容量的 一次風(fēng)機(jī)時(shí)，由于鍋爐在50% BMCR負(fù)荷時(shí)仍需70%的一次風(fēng)量，故當(dāng)一臺(tái)50% 容量的一次風(fēng)機(jī)故障時(shí)，鍋爐必須停爐。如果采用 2臺(tái) 70%容量一次風(fēng)機(jī)， ALSTOMf家認(rèn)為：在部分負(fù)荷時(shí)，1臺(tái)風(fēng)機(jī)運(yùn)行可行

9、，但正常運(yùn)行時(shí)，1臺(tái)風(fēng)機(jī) 突然故障，此時(shí)運(yùn)行的一次風(fēng)機(jī)風(fēng)壓、風(fēng)量可能出現(xiàn)擾動(dòng)，鍋爐有停爐的風(fēng)險(xiǎn)， ALSTOM司不推薦也無經(jīng)驗(yàn)。如選2臺(tái)100%容量風(fēng)機(jī)，初投資較高，正常運(yùn)行 工況不經(jīng)濟(jì)，如要選用，需經(jīng)全面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，認(rèn)為合理時(shí)，方可采用 2 臺(tái) 100%容量的一次風(fēng)機(jī)。目前運(yùn)行的135MW及以下的CFB機(jī)組，風(fēng)機(jī)選型基本由鍋爐廠完成。有些風(fēng)機(jī)風(fēng) 量裕量本來已大于“大火規(guī)”規(guī)定值， 鍋爐廠提供給設(shè)計(jì)院后， 招標(biāo)時(shí)又在原基 礎(chǔ)上加裕度， 致使目前運(yùn)行機(jī)組風(fēng)機(jī)風(fēng)量和壓頭裕量普遍偏大， 導(dǎo)致廠用電率居 高不下。ALSTO公司的一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)的風(fēng)量裕量有定值，與大火規(guī)基本 相同，風(fēng)壓為旋風(fēng)分離

10、器、布風(fēng)板、風(fēng)道燃燒器、空預(yù)器、調(diào)節(jié)擋板、風(fēng)管阻力 等之和，并考慮灰份的影響和裕量；高壓流化風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和風(fēng)壓裕量均需計(jì)算。2.2 啟動(dòng)床料系統(tǒng)135MV及以下容量的電廠，啟動(dòng)床料系統(tǒng)多采用人工加床料方式。但隨著機(jī)組容 量加大，300MWCFB啟動(dòng)時(shí)需加床料300噸左右，人工方式較為困難。通常做 法是利用除灰渣系統(tǒng)的底灰倉設(shè)置一套臨時(shí)管路的非連續(xù)運(yùn)行的氣力床料輸送 系統(tǒng)，或采用卡車運(yùn)入物料，用泵注入的臨時(shí)系統(tǒng)。由于卡車是專用車，價(jià)格不 菲，故目前設(shè)計(jì)的白馬、 秦皇島、巡檢司及小龍?zhí)兜裙こ叹贸以到y(tǒng)的底 灰倉設(shè)置一套臨時(shí)管路的非連續(xù)運(yùn)行的氣力床料輸送系統(tǒng)， 作為啟動(dòng)和正常運(yùn)行 之用。但當(dāng)煤的

11、灰份較低時(shí)， 正常運(yùn)行中為維持循環(huán)物料量， 需設(shè)置一套固定的 機(jī)械輸送連續(xù)運(yùn)行床料系統(tǒng)， 作為啟動(dòng)和正常運(yùn)行之用。 通常給料點(diǎn)在給煤機(jī)上。2.3 給煤設(shè)備和系統(tǒng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，入廠煤大于100mm寸方設(shè)置一級(jí)破碎系統(tǒng)，可節(jié)約廠用電。 由于循環(huán)流化床煤粒的特性， 煤倉堵煤較為嚴(yán)重， 特別是南方多雨地區(qū)， 因此設(shè) 計(jì)時(shí)可擴(kuò)大干煤棚的儲(chǔ)煤量， 此外煤倉宜采用矩形， 內(nèi)襯不銹鋼板或其他光滑阻 燃型耐磨材料。 采用矩形煤倉， 其相鄰兩壁的交線及交線與水平面的夾角均不應(yīng) 小于 70°，并滿足壁面與水平面交角不小于 70°，在此情況下一般不會(huì)堵煤。 ALSTOM司轉(zhuǎn)讓技術(shù)的給煤點(diǎn)位置為旋風(fēng)分離

12、器密封回料腿，當(dāng)給料點(diǎn)熱量超 過允許值時(shí)， 增加從鍋爐前水冷壁給料點(diǎn)。 給煤設(shè)備的數(shù)量和位置應(yīng)根據(jù)鍋爐旋 風(fēng)分離器的數(shù)量和給煤點(diǎn)位置確定， 其總?cè)萘繛楫?dāng)一臺(tái)給煤設(shè)備故障， 其余給煤 設(shè)備應(yīng)能滿足鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量所需耗煤量的要求。2.4 緊急補(bǔ)水系統(tǒng)由于ALSTOM司設(shè)計(jì)的CFB爐大量使用厚型耐磨材料及絕熱旋風(fēng)分離器，當(dāng)鍋 爐停爐時(shí)， 鍋爐蓄熱量大， 降溫較慢， 爐膛出口煙道及分離器的大量熱量輻射至 爐膛上部及包墻系統(tǒng)， 致使這些部位水被蒸發(fā)而導(dǎo)致超溫， 故采用了緊急補(bǔ)水系 統(tǒng)。關(guān)于鍋爐緊急補(bǔ)水的設(shè)置：ALSTON讓技術(shù)推薦采用單元制，當(dāng)有四臺(tái)機(jī)組及 以上時(shí)， 可采用兩兩母管制。 根據(jù)緊急補(bǔ)水

13、的功能及出現(xiàn)頻率較少的特點(diǎn)， 在小 龍?zhí)叮?X300MW、蒙西煤矸石（2X300MW等電廠中，設(shè)計(jì)均已采用母管制，以節(jié) 約工程投資和運(yùn)行費(fèi)用。3 除塵設(shè)備的選擇根據(jù)GB13223-2003標(biāo)準(zhǔn)，煙囪出口粉塵排放濃度應(yīng)小于 50mg/N由于脫 硫灰中含有大量CaSO和CaO其電阻系數(shù)會(huì)增加，在燃用灰分較大的燃料電廠 選靜電除塵器有一定難度。 在電除塵器的選型設(shè)計(jì)時(shí)， 電除塵器入口含塵量應(yīng)根 據(jù)飛灰底渣比算出飛灰量，再考慮總灰渣量的 20%的裕量。引進(jìn)ALSTOM司技 術(shù)后，國內(nèi)自行設(shè)計(jì)的秦皇島、小龍?zhí)?、蒙西電廠均選用了電除塵器，其效果還 有待于實(shí)踐檢驗(yàn)。4 主要性能指標(biāo)ALSTO公司300MV級(jí)

14、鍋爐的主要性能指標(biāo)如下:燃燒效率： >99%脫硫效率： 90%（Ca/S=1.5） 鍋爐床溫：880?900C一次風(fēng)率： 40?50%負(fù)荷調(diào)節(jié)率： >5%/min鍋爐效率： >90%NO x排放：100?300ppm 爐膛煙氣流速： 5?9m/s 過剩空氣量： 15?20%ALSTO公司設(shè)計(jì)的循環(huán)流化床鍋爐NO排放量較低，可不單獨(dú)設(shè)置脫除煙氣氮氧 化物裝置；脫硫效率最高可達(dá) 96%，CC含量也較低。例如美國REDHILL電廠,設(shè)計(jì)脫硫效率95%實(shí)測99.1%(#1爐)和94.2%(#2爐);SQ設(shè)計(jì)排放濃度 (dry,6%02)325 mg/Nm3,實(shí)測為 20 mg/Nn3

15、 (# 1)和 110 mg/Nni (#2);設(shè)計(jì) NQ 排放濃度(dry,6%02)260 mg/Nm3，實(shí)測為 140 mg/Nm3 (# 1)和 110 mg/Nnn 倂2); CQ設(shè)計(jì)排放濃度(dry,6%02)260 mg/Nm3，實(shí)測為 10 mg/Nm3 (# 1)和 12 mg/Nm 倂2) 0 0 05結(jié)論和建議5.1 石灰石活性影響脫硫效率，設(shè)計(jì)時(shí)鈣硫比計(jì)算應(yīng)考慮修正，運(yùn)行單位應(yīng)高度重視；入爐煤和石灰石粒度及級(jí)配影響鍋爐燃燒和正常運(yùn)行，運(yùn)行單位應(yīng)盡量滿足要求。5.2 大型CFB鍋爐的SO、NO排放濃度滿足現(xiàn)行國家環(huán)保要求。脫硫效率達(dá) 90?95% NO排放濃度低于250ppm鍋爐不需另設(shè)脫除氮氧化物裝置。5.3 CFB鍋爐脫硫效率與燃煤含硫量成正比，當(dāng)含硫量低于1%寸，脫硫效率雖在85流右，但SQ排放濃度低于環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于高灰份低硫煤，通過增加Ca/S可使脫硫效率達(dá)到90%因此，CFB鍋爐應(yīng)以SO排放濃度作為判定環(huán)保性能的 指標(biāo)。建議國家環(huán)境評(píng)價(jià)審批部門應(yīng)根據(jù)不同煤質(zhì)、含硫量、當(dāng)?shù)丨h(huán)保容量等，確定合理的脫硫效率。5.4 CFB鍋爐對(duì)煤種的適應(yīng)性比較廣泛，是指依據(jù)某一設(shè)計(jì)煤質(zhì)對(duì)鍋爐進(jìn)行設(shè)計(jì)，在鍋爐運(yùn)行時(shí)也應(yīng)該燃用與設(shè)計(jì)相適應(yīng)的煤質(zhì)。而不是在運(yùn)行中燃用與設(shè)計(jì)煤質(zhì)完全不