引言
循環(huán)流化床鍋爐( CFB)燃燒技術(shù)是一種新型的高效、低污染清潔燃煤技術(shù)，由于它在煤種適應(yīng)性、變負(fù)荷調(diào)整能力以及污染物排放上具有的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)得到了廣泛的應(yīng)用。我國(guó)現(xiàn)有不同容量的循環(huán)流化床鍋爐近3000臺(tái)，其中100一150MW等級(jí)的循環(huán)流化床鍋爐超過(guò)150臺(tái)。截至2008年底，已投運(yùn)的300MW循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組已達(dá)13臺(tái)，在建和擬建的300MW循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組已達(dá)50臺(tái)以上。我國(guó)自主研制的330MW循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組已于2009年1月投入運(yùn)行。2008年，世界上首臺(tái)600MW超臨界CFB發(fā)電機(jī)組已經(jīng)在我國(guó)四川白馬電廠開(kāi)工建設(shè)，CFB鍋爐機(jī)組的容量和參數(shù)快速提高。然而，故障率高是CFB鍋爐機(jī)組運(yùn)行中最為突出的問(wèn)題之一，CFB機(jī)組年利用小時(shí)數(shù)不到常規(guī)煤粉機(jī)組的2,/3，致使其運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性尚未達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
本文對(duì)2臺(tái)150MW CFB鍋爐機(jī)組進(jìn)行分析，旨在找出提高CFB機(jī)組運(yùn)行可靠性和經(jīng)濟(jì)性的方法。
1、東方電廠鍋爐簡(jiǎn)介
東方電廠始建于2006年，現(xiàn)裝有2臺(tái)上海鍋爐有限公司引進(jìn)ALSTOM公司先進(jìn)技術(shù)設(shè)計(jì)和制造的SG-490/13.8 - M572型、超高壓參數(shù)、一次中間再熱、單鍋筒、自然循環(huán)CFB鍋爐，與2臺(tái)由南京汽輪機(jī)廠制造的150MW超高壓中間再熱抽汽式汽輪發(fā)電機(jī)組相匹配。設(shè)計(jì)燃料為唐山市范各莊洗煤3#加15%原煤，低位發(fā)熱量為13.71NU/kg。該CFB鍋爐主要性能參數(shù)如表1所示。
鍋爐安裝4臺(tái)床上啟動(dòng)油燃燒器、4臺(tái)皮帶給煤機(jī)和2臺(tái)高溫旋風(fēng)分離器。原煤采用兩級(jí)破碎，合格粒度的燃煤進(jìn)入爐前大煤斗，再經(jīng)4臺(tái)帶式給煤機(jī)將煤粒送至落煤管上方，由播煤風(fēng)將落下的煤粒均勻地吹入爐膛。鍋爐采用平衡通風(fēng)，從一次風(fēng)機(jī)送出的冷空氣經(jīng)暖風(fēng)器、空氣預(yù)熱器加熱后，第一路進(jìn)入爐膛底部一次風(fēng)室；第二路從一次風(fēng)室引出1根總風(fēng)道至爐前，再?gòu)脑摽傦L(fēng)道上引出4根支管至落煤管作為播煤風(fēng)；第三路從一次風(fēng)機(jī)出口后的冷風(fēng)道上引出一股高壓冷風(fēng)作為爐前落煤管和給煤機(jī)的密封風(fēng)。二次風(fēng)經(jīng)暖風(fēng)器、空氣預(yù)熱器加熱后引至爐前的二次風(fēng)箱，再引出若干根支管分2層從爐膛前后墻、密相區(qū)的上部進(jìn)入爐膛燃燒室助燃。攜帶固體粒子的煙氣離開(kāi)爐膛后，分別切向進(jìn)入2臺(tái)旋風(fēng)分離器進(jìn)行氣固分離。經(jīng)過(guò)分離器凈化過(guò)的煙氣進(jìn)入尾部煙道，分離器分離下來(lái)的高溫物料經(jīng)U型返料器返回爐膛，富通新能源生產(chǎn)銷(xiāo)售
生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒
木屑顆粒機(jī)壓制的木屑生物質(zhì)顆粒燃料。
2、CFB鍋爐機(jī)組運(yùn)行分析
2.1鍋爐磨損
對(duì)于CFB鍋爐機(jī)組而言，減少或避免非計(jì)劃停爐是節(jié)能的關(guān)鍵。鍋爐材料磨損是造成CFB鍋爐機(jī)組非計(jì)劃停爐的主要原因之一。
2.1.1磨損機(jī)理
在工程上，磨損主要分為金屬部件磨損和非金屬耐火材料磨損。其中金屬部件磨損主要是爐膛下部澆注料與水冷壁過(guò)渡段區(qū)域水冷壁之間的磨損。非金屬耐火耐磨材料磨損主要發(fā)生在布風(fēng)裝置、旋風(fēng)分離器、返料裝置內(nèi)表面和尾部煙道等位置。
1)金屬部件磨損原因。
通常情況下，金屬部件磨損原因?yàn)椋阂皇怯捎谶^(guò)渡區(qū)域內(nèi)由于沿壁面下流的固體物料與爐內(nèi)向上運(yùn)動(dòng)的固體物料運(yùn)動(dòng)方向相反，局部產(chǎn)生渦旋流引起的磨損；二是沿爐膛壁面下流的固體物料在交界區(qū)域改變流動(dòng)方向，對(duì)水冷壁產(chǎn)生沖刷引起的磨損。
2)非金屬耐火耐磨材料磨損原因。
通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研分析，非金屬耐火耐磨材料磨損原因主要有：一是熱應(yīng)力和熱沖擊造成的磨損，主要表現(xiàn)在溫度波動(dòng)熱沖擊和機(jī)械應(yīng)力使得耐火材料裂縫甚至剝落；二是因耐火耐磨材料的理化特性發(fā)生變化和耐火耐磨材料受煙氣強(qiáng)烈沖刷造成的損壞。
2.1.2金屬部件防磨措施
1)采用在金屬表面噴涂的方法防止金屬壁面磨損和腐蝕。
2)在爐膛水冷壁下部與燃燒室防磨層的交接處上部特定區(qū)域內(nèi)焊制防磨鰭片，達(dá)到防磨的要求。
2.1.3非金屬耐火耐磨材料防磨措施
1)由熱應(yīng)力和熱沖擊產(chǎn)生的磨損，應(yīng)注重耐火耐磨澆鑄料骨架布置及型式的合理性，降低骨架在受熱時(shí)產(chǎn)生的熱脹應(yīng)力。同時(shí)，還要注重CFB鍋爐澆鑄料烘爐工藝及烘爐質(zhì)量驗(yàn)收，尤其是低溫烘爐工藝。
2)對(duì)于因耐火耐磨材料的理化特性發(fā)生變化而造成的磨損加劇，應(yīng)特別注意對(duì)CFB鍋爐耐火耐磨材料驗(yàn)收和施工質(zhì)量等方面的監(jiān)督。
3)對(duì)于因固體物料對(duì)耐火耐磨材料強(qiáng)烈沖刷而造成的破壞，在施工過(guò)程中應(yīng)盡量減少形狀變形，采用平緩過(guò)渡的方法，降低沖擊角，盡量減少此類(lèi)沖擊力。
2.2冷渣器系統(tǒng)
冷渣器是CFB鍋爐的重要輔機(jī)之一，其正常運(yùn)行直接影響到CFB鍋爐的安全和經(jīng)濟(jì)連續(xù)運(yùn)行，已投產(chǎn)的CFB鍋爐大多采用水冷滾筒冷渣器，即鍋爐排渣經(jīng)落渣管進(jìn)入冷渣機(jī)渣斗，再進(jìn)入水冷滾筒內(nèi)，由膜式水冷螺旋管排向前推進(jìn)。灰渣在翻滾流動(dòng)中與冷卻水管進(jìn)行熱交換，當(dāng)灰渣冷卻到150℃左右時(shí)，從水冷渣滾筒的另一端向下排出，通過(guò)斗提機(jī)送人渣倉(cāng)。冷渣器簡(jiǎn)體采用了“中心與外環(huán)百葉式傳熱滾筒”新技術(shù)，傳熱效率高。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用變頻調(diào)速星擺減速機(jī)系統(tǒng)，不但可自動(dòng)調(diào)節(jié)冷渣機(jī)出力，而且也可手動(dòng)調(diào)速。同時(shí)，其對(duì)多塵環(huán)境的適應(yīng)性大大高于電磁調(diào)速系統(tǒng)，其基本結(jié)構(gòu)如圖3所示。
3、東方電廠CFB鍋爐機(jī)組節(jié)能分析
東方電廠l#、2#CFB鍋爐分別于2009年2月14日和3月24日投產(chǎn)，鍋爐運(yùn)行效率不足90%，主要是由冷渣器系統(tǒng)運(yùn)行可靠性低及鍋爐燃燒系統(tǒng)適應(yīng)變工況運(yùn)行能力差等原因造成的。目前CFB鍋爐運(yùn)行節(jié)能重點(diǎn)工作主要包括啟停節(jié)油、余熱回收、鍋爐防磨和輔機(jī)節(jié)電等4個(gè)方面。針對(duì)東方電廠的運(yùn)行狀況，重點(diǎn)分析受熱面防磨和余熱回收2個(gè)方面。
3.1受熱面防磨
1) 2010年11月22日，1#鍋爐左側(cè)爐膛出口東側(cè)水冷壁泄露。泄露位置處于水冷壁焊口，由于上下水冷壁不對(duì)正，安裝時(shí)強(qiáng)行焊接鰭片，水冷壁本身存在內(nèi)應(yīng)力加之磨損而造成泄露。2010年12月7日，l#鍋爐爐膛兩出口煙道之間水冷壁爆管。因安裝時(shí)此處水冷壁鰭片為一不規(guī)則扁鐵，造成此處水冷壁鰭片凸起，貼壁流下降過(guò)程中遇到凸起障礙點(diǎn)變向，沖刷附近水冷壁致使磨損加劇。2010年12月8日，2#鍋爐水冷壁西南角(25m)處泄露，此處位于爐膛西南角，物料濃度較大，加劇了這一區(qū)域水冷壁的磨損。
主要采取的防磨措施是：在爐膛水冷壁密相區(qū)耐火耐磨澆注料與光管過(guò)渡區(qū)域沿爐膛向上進(jìn)行超音速火焰噴涂，爐膛上部的水冷屏和屏式過(guò)熱器下表面焊有銷(xiāo)釘，并敷設(shè)高溫耐火防磨層。
2)東方電廠于2010年9月2日至10月22日分別對(duì)2臺(tái)490t/h CFB鍋爐進(jìn)行了檢修，檢修發(fā)現(xiàn)旋風(fēng)分離器內(nèi)部和返料器磨損嚴(yán)重并出現(xiàn)澆注料脫落現(xiàn)象。因此，在旋風(fēng)分離器及旋風(fēng)分離器進(jìn)出口煙道內(nèi)壁采用防磨可塑料，同時(shí)設(shè)置高密度銷(xiāo)釘加以固定，保證耐磨材料牢固可靠，并敷設(shè)高溫耐磨層。在U型返料器及其連接管路內(nèi)，凡是與高溫高濃度灰粒接觸的煙道內(nèi)表面，均敷設(shè)一層高溫耐磨澆注料和一層耐火保溫澆注料，并用Y型銷(xiāo)釘固定。
3.2余熱回收方案
3. 2.1冷渣器系統(tǒng)節(jié)能改造
CFB鍋爐設(shè)置4臺(tái)GTL - 12滾筒冷渣器，分布于爐膛下部，其冷卻介質(zhì)為閉式工業(yè)水，冷卻水吸收的熱量被釋放到外部環(huán)境中，沒(méi)有得到有效利用。因此，需對(duì)冷渣器系統(tǒng)進(jìn)行改造，回收底渣物理顯熱，提高鍋爐的運(yùn)行效率。改造方法如下：
1)采用凝結(jié)水作為冷卻水源，凝結(jié)水吸收完熱量后再通過(guò)水泵進(jìn)入低壓加熱器進(jìn)行循環(huán)，實(shí)現(xiàn)對(duì)底渣顯熱的回收利用，提升鍋爐效率。在供熱期間，可采用閉式水作為冷卻水源，換熱后的熱水可作為一部分的供熱水源。
2)在滾筒內(nèi)螺旋葉片之間的滾筒內(nèi)壁上沿軸向焊接多個(gè)防磨板，這些防磨板不但起到防磨作用以延長(zhǎng)冷渣器的使用壽命，還增加了換熱面積，降低冷渣器的排渣溫度。
3.2.2排煙余熱回收工藝方案
電站鍋爐排煙溫度一般在130~160℃，煙氣中的水蒸氣處于過(guò)熱狀態(tài)，水蒸氣的汽化潛熱沒(méi)有被充分利用。煤粉鍋爐一般采用濕法脫硫技術(shù)，脫硫裝置安裝在電除塵器的后面，如在尾部煙道底部布置余熱回收裝置，則易發(fā)生低溫腐蝕，如布置在脫硫裝置后，則因濕法脫硫后的煙溫降低到70·90℃，回收利用經(jīng)濟(jì)性較差。與其相比，CFB鍋爐具有燃料適應(yīng)性廣、燃燒中脫硫效率高達(dá)90%以上、排煙中含硫量低等優(yōu)點(diǎn)，可基本避免空氣預(yù)熱器低溫腐蝕的問(wèn)題。實(shí)踐表明，CFB鍋爐排煙溫度在130～160℃，與煤粉爐基本相當(dāng)，具備深度回收排煙余熱的潛力。
以東方電廠CFB鍋爐為例，在CFB鍋爐尾部煙道低溫空氣預(yù)熱器下部安裝1套分離式熱管換熱器，可將排煙溫度降低到50～70℃，從而充分回收煙氣中的顯熱和水蒸氣的凝結(jié)潛熱，提升鍋爐效率，最大限度地利用了低品位煙氣的顯熱和潛熱資源。冷凝式CFB鍋爐煙氣余熱回收工藝系統(tǒng)如圖4所示。
電站鍋爐效率一般在90%～94%，熱效率是以燃料低位發(fā)熱值計(jì)算所得，未考慮燃料高位發(fā)熱值中汽化潛熱的熱損失。按常規(guī)計(jì)算方法，冷凝式余熱回收CFB鍋爐工藝效率可提高至105%～108%。
4、結(jié)論
1) CFB鍋爐受熱面防磨是一個(gè)長(zhǎng)期困擾電力生產(chǎn)的技術(shù)難題，延長(zhǎng)磨損周期，減少和避免鍋爐機(jī)組的非計(jì)劃停運(yùn)是東方電廠CFB鍋爐機(jī)組運(yùn)行、維護(hù)的重點(diǎn)。因此，通過(guò)對(duì)東方電廠CFB鍋爐不同部位磨損原因進(jìn)行分析，提出了相應(yīng)的改造和表面處理措施，在一定程度上縮短了停運(yùn)時(shí)間，提高了鍋爐效率。
2)余熱回收是火力發(fā)電廠節(jié)能的一個(gè)重要方面。針對(duì)東方電廠的運(yùn)行狀況，提出了冷渣器系統(tǒng)節(jié)能改造及排煙余熱深度回收工藝方案。分析表明，排煙余熱深度回收工藝可最大限度地利用了低品位煙氣的顯熱和潛熱資源，富通新能源不但生產(chǎn)銷(xiāo)售木屑顆粒機(jī)而且還大量銷(xiāo)售木屑顆粒機(jī)壓制的楊木木屑生物質(zhì)顆粒燃料。
相關(guān)生物質(zhì)鍋爐顆粒機(jī)產(chǎn)品：
1、
生物質(zhì)蒸鍋
2、
秸稈壓塊機(jī)
3、
木屑顆粒機(jī)
