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    燃用福建无烟煤300MW 锅炉选型意见

    栏目:综合论述 发布时间:2018-08-22

    前言

    锅炉是燃煤电厂三大主机之一,锅炉选择的正确与否,直接影响电厂运行的经济性和稳定性。近期,福建永安火电厂2×300MW扩建、福建华电漳平电厂改扩建2×300MW机组和龙岩坑口火电厂二期等工程都在做前期可行性研究,本文针对福建无烟煤的燃烧特性及燃用本地无烟煤电厂的运行情况,提出燃用福建无烟煤300MW锅炉选型意见,作为工程参考。

    2  300MW循环流化床锅炉选型

    2.1  锅炉选型

    福建无烟煤煤质干燥无灰基挥发份(Vdaf)低,难着火、难稳燃、难燃烬,灰熔点低,属典型的劣质无烟煤。对于四角切圆煤粉炉或W火焰煤粉锅炉,由于燃料在炉内的停留时间很短,燃料难以着火、稳燃和燃??;炉内温度高,极易结焦,NOx排放较高。而循环流化床锅炉由于燃料在炉内循环,燃料在炉内的停留时间长,同时,大量床料及耐火耐磨材料的使用,使得锅炉的热容积很大,有利于燃料的着火、稳燃和燃??;炉内温度相对较低,炉内不易结焦,由于低温燃烧的原因,NOx的排放也相对较低。因此,从煤质特性及灰份特性方面考虑,煤粉锅炉是不适宜的,而选用循环流化床锅炉是合适的,可行的。

    2.2  国内外大型CFB锅炉发展概况

    2.2.1  概述

    循环流化床(CFB)燃烧技术是最近二十多年来迅速发展起来的清洁煤燃烧技术,也是目前商业化程度最好的清洁煤燃烧技术。特别是燃用高灰份低挥发份或高硫份等其他燃烧设备难以适应的劣质燃料方面以及低负荷要求较高的调峰电厂和负荷波动较大的自备电站中,循环流化床锅炉是最佳选择,是当前公认的燃煤技术的重大创新,受到世界各国普遍重视。

    2.2.2  国际CFB锅炉发展现状

    目前CFB锅炉的单机容量正由100MW逐渐向200MW300MW过渡。波兰的Turow建成了3225MWe3266MWe循环流化床锅炉,法国PROVENCE电站250MW机组的顺利投运后,白马电厂采用ALSTOM循环流化床锅炉1×300MWCFB锅炉已进入正式商业运行,美国FW公司也有300MWCFB锅炉运行业绩。

    2.2.3  国内CFB锅炉技术现状

    由于进口300MW循环流化床锅炉价格高,且不符合国家产业政策。在国家有关政策支持下,特别是国家发改委和经贸委均在组织具有自主技术的大型循环流化床的示范工程,三个主要锅炉制造厂(哈尔滨、上海、东方)同时引进了法国ALSTOM公司200350MW循环流化床锅炉整套设计、制造技术。并且利用引进技术已有十多台300MW等级CFB锅炉订货合同,积累了相当的经验。

    东方锅炉(集团)股份有限公司在消化、吸收美国福斯特?惠勒公司和法国ALSTOM公司的循环流化床锅炉技术的基础上,已开发出了具有自主知识产权的关键技术和核心技术300MW 循环流化床锅炉并有了广东梅县荷树园电厂300MW 循环流化床锅炉订单。

    因此,国产CFB锅炉主要有引进型和自主开发型两种。下面对国产引进型和东锅自主开发型进行比较。

    2.3  引进型CFB300MW循环流化床锅炉特点

    2.3.1  300MW CFB锅炉主要组成部分:

    引进型CFB锅炉主要包括炉膛、物料循环回路(如分离器、回料阀和外置床等)、尾部烟道、空预器和冷渣器等

    2.3.2  引进型CFB锅炉特点:

    1)炉膛(燃烧室)

    炉膛全部采用膜式水冷壁,悬吊结构。

    下部分成裤衩腿形式,包括两个风室和两个布风板(通过风帽来保证燃烧室内一次风的均匀分布)。风帽的设计充分考虑防止循环物料颗粒反窜入风室。

    燃烧室的下部内衬耐磨耐火材料。燃烧室锥段耐磨耐火材料能够避免水冷壁的高温腐蚀。

    2)分离器

    4个高温绝热分离器布置在炉膛的两侧,由碳钢板制成,内衬耐磨耐火材料。分离器上部为圆柱段(用来分离物料),下部为锥段(用来捕获颗粒并送到回料阀)

    为了提高分离器效率、降低对中心筒的磨损,中心筒采用偏心布置,经过分离器净化的烟气进入尾部对流烟道。

    3)回料阀

    4个回料阀分别布置在4个分离器的下部,由碳钢板制成,内衬耐磨耐火材料。循环物料被流经回料阀布风板的高压风流化。

    每个回料阀配备一个锥型阀,通过它把一定比例的循环物料送到外置床。

    4)外置床

    4个外置床(EHE)接受通过锥型阀分流来的循环物料。

    每个外置床有三个室,他们被隔墙分开。外置床的护板和隔墙由碳钢板制成,内衬耐磨耐火材料。循环物料被流经外置床布风板的高压风流化。循环物料依次流经每个仓室,最后送回炉膛。每个外置床内布置两级受热面。两个外置床内布置一级中温过热器(ITS1)和二级中温过热器(ITS2),通过控制流经其循环物料的流量来控制床温。另外两个外置床内布置高温再热器(HTR)和低温过热器(LTS)。通过控制流经其循环物料的流量来控制再热蒸汽温度。

    2.3.3  辅助系统

    1)给煤系统

    给煤系统是用来把破碎合格的煤输送到炉膛。煤斗里的煤首先通过皮带计量式给煤机,然后再通过链条给煤机输送到回料阀回料腿上的给煤点。给煤通过和回料腿中大量的循环物料有效地混合以达到燃料的均匀分布。

    四条独立的给煤线分别给煤到回料阀的回料腿。

    在给煤机落料管和给煤点之间,用二次风做正压密封风,避免烟气反串至给煤系统。

    2)石灰石添加系统

    从石灰石粉仓到炉膛的石灰石添加系统由两个气力输送回路组成,每个回路配有4个给料点,位于回料阀回料腿中的喷嘴能实现高速喷入石灰石,以达到石灰石和循环物料的均匀混合。

    3)启动床料添加系统

    在锅炉的冷态启动,或运行过程中,添加床料到燃烧室或外置床。储藏在底灰仓的床料(沙或底渣)被以气力输送方式送入。

    4)辅助燃料系统

    辅助燃料系统的作用是在启动初期燃烧启动用油。

    在启动或低负荷稳燃时,通过两只风道燃烧器和十二只床枪燃用轻柴油,。

    5)汽水系统

    水循环采用自然循环系统。汽水系统主要包括省煤器、汽包、蒸发受热面、过热器和再热器等。其中中温、低温过热器和高温再热器布置在外置床内。

    6)供风系统

    CFB锅炉需要有个相对较高的气压来使循环物料流化。供风分为一次风、二次风、外置床、回料阀和冷渣器的高压流化风以及石灰石输送风等。

    锅炉设置有两台一次风机、两台二次风机、五台高压流化风机、两台石灰石风机和引风机等。

    由于CFB锅炉一次风与二次风的压差大,空预器采用先进的四分仓空预器。一次风和二次风分别在四分仓回转式空气预热器中被加热。

    7)除渣系统

    本系统是排放炉膛里的灰渣,并使之得到有效冷却。底渣通过锥型阀排放到位于燃烧室下面的4个风水联合内冷式冷渣器内冷却,使渣温在冷渣器出口处能达到150℃以下。

    2.3.7  300MW引进型CFB锅炉业绩

    三大锅炉制造厂采用ALSTOM公司引进技术,陆续获得各自1025t/h循环流化床锅炉订货合同,主要汇总如下:

    2.4  自主开发型CFB锅炉特点

    东方锅炉厂结合引进技术,自行开发了300MW等级的循环流化床锅炉,下面以东锅自主开发的锅炉为例,简要介绍自主开发型的主要特点。

    2.4.1  自主开发型300MW循环流化床锅炉

     

    1 -炉膛 2 -分离器 3-回料器 4- 尾部受热面

    5 -一次风 6 - 二次风 7-气力播煤装置 8- 屏式过热器

    9 -屏式再热器 10-水冷蒸发屏 11-管式空预器 12- 石灰石

    东方自主开发型300MW CFB锅炉工艺

    高效旋风分离器(2)将离开炉膛的固体粒子捕获下来,通过回料器(3)直接送入下炉膛以维持主循环回路固体粒子平衡。分离后含少量飞灰的干净烟气进入尾部竖井(4),经管式空气预热器(11)和飞灰收集系统,最后由烟囱排入大气。

    2.4.2  自主开发型300MW循环流化床锅炉的设计特点

    1)单炉膛结构

    2)不采用外置式换热器或INTREX结构

    外置式换热器还有以下缺点:

    高难度的承压件、烟风、汽水管道和膨胀节的设计降低了锅炉的可靠性;

    ① 外置式换热器在有效调节床温的同时,却牺牲了过热器的汽温特性。即:在低负荷时,为保证较高的燃烧效率和脱硫效率,需要保持较高的床温。为此,通过外置式换热器的循环物料量应减少,以此来提高返回炉膛的循环物料的平均温度??墒?,这使得在低负荷时本来就难以保持的过热蒸汽温度更难保证。

    ② 采用外置式热器调节汽温灵敏度差,灰量变化引起汽温变化有延迟(根据运行经验这个延迟大约58分钟)。

    ③ 外置式换热器采用机械的方法(锥形阀)控制灰流量从而导致了有可能存在的机械故障,由于锥形阀工作的条件极为恶劣,更换周期较短(约2年),增加了锅炉的维护成本,降低了锅炉的可用性;

    ④ 锅炉控制系统都极为复杂,对其正常的操作及运行需付出较高的成本;

    ⑤ 在锅炉MFTDCS调电、全厂失电等工况下,由于灰和耐火材料的蓄热,外置式换热器中布置的受热面?;だ?,可能需要增设柴油机驱动的紧急补水系统,初投资增加可达上千万元。

    由于300MW亚临界CFB在热量分配等各方面与135MW超高压炉并没有本质的区别,外置式换热器并不是唯一选择。因此,锅炉方案的整体布置形式完全可采用成熟的135150MW级别循环流化床锅炉技术,即炉内布置屏式受热面,通过一、二次风的合理匹配在一定范围内控制床温。

    3)采用汽冷高效旋风分离器

    4)采用一分为二的回料器

    5)尾部采用成熟的双烟道结构

    6)采用前墙给料方式

    在炉前下部还预留有石灰石入口,通过此口可将粉状石灰石注入燃烧室。

    锅炉采用滚筒冷渣器从锅炉后墙进行排渣。

    2.4.3  300MW自主开发型CFB锅炉业绩

    目前,300MW自主开发型CFB锅炉有2台订货业绩。

    2.5  两种炉型燃福建无烟煤的适应性

    2.5.1  绝热式高效旋风分离器和汽冷高效旋风分离器

    从燃用福建无烟煤循环流化床锅炉的经验来看,引进型300MW循环流化床锅炉采用高温绝热分离器,为了锅炉稳定燃烧和提高燃烧效率,锅炉床温和炉膛出口烟温在960℃左右(龙岩坑口一期炉床设计温度960℃,实际运行930℃),在回料腿二次燃烧而结焦的可能性较大,对此已有经验教训,因此,采用汽冷高效旋风分离器更能适应燃用福建无烟煤循环流化床锅炉。

    2.5.2  采用滚筒冷渣器

    由于福建无烟煤的煤层较薄,煤矿较小,矿点多,来煤煤质具有多样性且参有石块和矸石,输煤破碎系统运行困难,入炉煤粒度难以保证,来煤多样性使煤质灰分变化较大。

    引进ALSTOM技术300MW循环流化床锅炉的冷渣器采用风水联合内冷冷渣器,由于煤的破碎并不很均匀,有些颗粒较大,排渣存在堵死、易结焦的问题,影响锅炉的连续运行。由运行实践证实采用滚筒冷渣器不存在结焦的现象,对燃烧具有较强后燃性的福建无烟煤的循环流化床锅炉是一个较好的选择,因此,采用滚筒冷渣器更能适应燃用福建无烟煤循环流化床锅炉。

    结论

    综上所述,四川白马1×300MW循环流化床示范电站工程已进入商业运行,国产引进型300MW循环流化床锅炉全部采用同白马相同的法国ALSTOM循环流化床技术,在运行和订货业绩上具有一定优势。

    东锅自主开发型300MW循环流化床锅炉是在消化、吸收美国福斯特?惠勒公司和法国ALSTOM公司的循环流化床锅炉技术的基础上,开发出具有自主知识产权的关键技术和核心技术300MW 循环流化床锅炉,具有结构简单,造价低,采用管式空气预热器后,占地少和漏风率低等优点,采用汽冷分离和滚筒冷渣器更适合燃用福建无烟煤,已有2台订货业绩,因此,推荐燃用福建无烟煤采用自主型300MW循环流化床锅炉。

     

     

    文章作者:福建省电力勘测设计院 杨成达

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