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大型循環(huán)流化床鍋爐節(jié)能提效最新技術(shù)研究
時(shí)間:2018-01-04 09:27:23

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近十年來(lái),我國(guó)循環(huán)流化床(CFB)鍋爐技術(shù)發(fā)展迅 猛。隨著我國(guó)首臺(tái)300MW CFB進(jìn)口鍋爐于四川白馬電站投運(yùn),我國(guó)多臺(tái)自主研發(fā)的300MW級(jí)以上CFB鍋爐相繼投產(chǎn)。迄今為止,我國(guó)建有的CFB鍋爐數(shù)量世界最多、規(guī)模 最大、參數(shù)最高,我國(guó)的CFB鍋爐設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行水平已處于世界頂尖水平。在此期間,我國(guó)CFB技術(shù)領(lǐng)域的專(zhuān) 家、學(xué)者做了大量細(xì)致的工作,通過(guò)對(duì)大批CFB鍋爐的研 發(fā)、設(shè)計(jì)、施工,調(diào)試和生產(chǎn)期間的各類(lèi)運(yùn)行方式進(jìn)行 分析總結(jié),歸納出節(jié)能提效的主要觀點(diǎn):第一,采用流 態(tài)重構(gòu)節(jié)能型CFB鍋爐技術(shù),優(yōu)化床料質(zhì)量,減少無(wú)效床 料,降低風(fēng)機(jī)壓頭和廠用電率,并有效解決了燃燒效率 偏低的運(yùn)行問(wèn)題;第二,采用床下燃油點(diǎn)火方式,盡可能降低鍋爐風(fēng)速,實(shí)現(xiàn)機(jī)械脈動(dòng)填煤,創(chuàng)新應(yīng)用節(jié)能型 霧化油槍有效降低點(diǎn)火油耗;第三,在輔機(jī)設(shè)備選型方 面,考慮全國(guó)火電機(jī)組利用小時(shí)數(shù)下降的實(shí)際,大型轉(zhuǎn) 動(dòng)機(jī)械使用變頻調(diào)速器進(jìn)行調(diào)控,避免基于鍋爐BMCR工 況作為設(shè)計(jì)選型風(fēng)機(jī)偏離運(yùn)行值較大導(dǎo)致風(fēng)機(jī)效率低、 耗電大,此外采用性能可靠的底渣熱量回收裝置,提高 鍋爐熱效率等系列節(jié)能提效技術(shù)。通過(guò)大量試驗(yàn)研究、工程實(shí)踐,這些措施均取得了不錯(cuò)的節(jié)能作用。

1、大型CFB鍋爐的特點(diǎn)

大型CFB鍋爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)具有燃料適應(yīng)性廣、燃燒效率高、脫硫效率高、NOX原始濃度低、燃燒強(qiáng)度大、燃料 預(yù)處理操作簡(jiǎn)單、低負(fù)荷穩(wěn)燃特性?xún)?yōu)等。表現(xiàn)在CFB鍋 爐采用低溫(床溫可控制在900℃以下)燃燒技術(shù),降 低NOX源頭生成量,并為爐內(nèi)脫硫創(chuàng)造了最佳反應(yīng)溫度條 件,環(huán)保投入低、效益好;可以大量燃用煤粉鍋爐不能 燃用的矸石、煤泥等低熱值燃料,實(shí)現(xiàn)就地清潔高效轉(zhuǎn)化利用;燃燒效率高,最高可達(dá)到98%以上。

2、大型CFB鍋爐選型

2.1依據(jù)燃料成分明確鍋爐型號(hào)

大型CFB鍋爐可燃用各種劣質(zhì)燃料,包含煤炭洗選副產(chǎn)物、生活污染廢物以及各類(lèi)燃料混合物等。在鍋爐 選型設(shè)計(jì)時(shí),需提前對(duì)燃料進(jìn)行成分鑒定,出具數(shù)據(jù)報(bào) 告,經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)人員仔細(xì)分析給出燃料分析報(bào)告,鍋爐廠 依據(jù)此報(bào)告,作為大型CFB鍋爐設(shè)計(jì)選型、制造的基礎(chǔ), 各企業(yè)在選擇CFB鍋爐時(shí)要依據(jù)企業(yè)自身需求進(jìn)行選擇,在招投標(biāo)過(guò)程中進(jìn)行技術(shù)溝通和理念互通,以專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)客觀地表達(dá)鍋爐的實(shí)際制作型號(hào)。

2.2推進(jìn)CFB鍋爐向更高參數(shù)、更大容量方向發(fā)展

以煤為主符合我國(guó)資源稟賦事實(shí),根據(jù)國(guó)家煤炭洗 選政策,到2020年,原煤入洗率、矸石利用率均需達(dá)到 80%以上,礦區(qū)產(chǎn)生可用于發(fā)電的煤泥、矸石等低熱值煤將達(dá)到5億噸,實(shí)踐證明,CFB發(fā)電技術(shù)是大規(guī)模清潔高 效利用低熱值煤的最佳途徑。目前,我國(guó)小容量CFB機(jī)組 占比大、總體能耗較高,據(jù)統(tǒng)計(jì),截至2016年3月,超臨 界CFB機(jī)組僅占6%;150MW超高壓CFB空冷機(jī)組平均供電煤 耗值367g/kWh、平均廠用電率7.85%,300MW亞臨界CFB空 冷機(jī)組平均供電煤耗值346g/kWh、平均廠用電率8.07%, 某350MW超臨界CFB空冷機(jī)組供電煤耗值342g/kWh、廠用電率6.5%,可見(jiàn)隨著CFB鍋爐參數(shù)的提升,機(jī)組的能耗呈 現(xiàn)下降趨勢(shì);此外經(jīng)測(cè)算:一臺(tái)660MW超超臨界CFB機(jī)組 較超臨界CFB機(jī)組降低供電煤耗10g/kWh以上,可減少碳 排放約7萬(wàn)噸/a(按機(jī)組年利用小時(shí)數(shù)4000h計(jì)),消耗 矸石、煤泥等低熱值煤近150萬(wàn)噸/a。因此,推進(jìn)CFB鍋爐向更大型化方向發(fā)展,可進(jìn)一步降低能耗,對(duì)于我國(guó) 建設(shè)能源節(jié)約型社會(huì)具有深遠(yuǎn)意義。

3、低床壓運(yùn)行技術(shù)

目前國(guó)內(nèi)部分國(guó)產(chǎn)自主型的CFB機(jī)組,在保持CFB煤 種適應(yīng)性廣和污染排放控制成本低的優(yōu)勢(shì)條件下,通過(guò)流態(tài)重構(gòu)提高床料質(zhì)量和降低床料量,降低運(yùn)行床 壓,減少了鍋爐風(fēng)機(jī)能耗。經(jīng)調(diào)研國(guó)內(nèi)某350MW超臨界 空冷CFB鍋爐已實(shí)現(xiàn)低床壓運(yùn)行,機(jī)組滿負(fù)荷測(cè)試床壓 為4.85~5.3kPa,供電煤耗336g/kWh、廠用電率6.25%, 節(jié)能效果明顯。實(shí)現(xiàn)低床壓運(yùn)行的關(guān)鍵條件是,依據(jù)繪 制的CFB鍋爐流態(tài)圖譜,配置性能可靠的燃料破碎篩分系統(tǒng),保證燃料粒徑滿足要求;優(yōu)化提高旋風(fēng)分離器效 率,維持爐內(nèi)有足夠的細(xì)顆粒床料和爐膛的上床壓,保 證爐內(nèi)有足夠參與循環(huán)換熱的細(xì)循環(huán)物料量,這樣可以 將爐內(nèi)不參與循環(huán)換熱的大顆粒渣排除爐外,有效降低水冷風(fēng)室背壓。

4、風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)

通過(guò)工程實(shí)踐,大型CFB鍋爐一、二次風(fēng)機(jī)因風(fēng)壓 高,只能采用離心風(fēng)機(jī),因其使用效率高、能耗高。通過(guò)對(duì)比分析,帶變頻器的離心風(fēng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性更優(yōu),尤其是鍋爐在低床壓運(yùn)行工況,一次風(fēng)機(jī)軸功率更低,廠用電 率進(jìn)一步降低。國(guó)內(nèi)某大型設(shè)計(jì)院針對(duì)660MW超超CFB鍋 爐一次風(fēng)機(jī)調(diào)速方式進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)果為:在BMCR工 況,低床壓運(yùn)行時(shí),采用變頻裝置的較采用定速的離心風(fēng)機(jī)軸功率低1171kW,按機(jī)組年利用小時(shí)數(shù)4000h計(jì),一 臺(tái)CFB鍋爐可節(jié)省電耗937萬(wàn)kWh,節(jié)能收益明顯;二次風(fēng)機(jī)的節(jié)能效果同樣顯著。

5、輔助系統(tǒng)的類(lèi)型選擇

5.1鍋爐底渣設(shè)備

大型CFB鍋爐排渣量較大,熱損耗較高,必須通過(guò)冷渣器降低熱損耗。冷渣器的選擇要綜合考慮實(shí)際入爐 燃料特性,燃料破碎篩分設(shè)備配置,減輕工作人員勞動(dòng) 強(qiáng)度,保持物料的最佳使用等。在總結(jié)現(xiàn)役大型滾筒冷 渣器和流化床式風(fēng)水聯(lián)合冷渣器使用效果的基礎(chǔ)上,盡量發(fā)揮各自?xún)?yōu)點(diǎn),比如:滾筒冷渣器操作方便、可靠 性高,對(duì)底渣粒度要求不嚴(yán)、運(yùn)行電耗較低,流化床 式風(fēng)水冷渣器單臺(tái)出力大、可提高鍋爐效率、可選擇性 排渣,因此冷渣器的選擇應(yīng)綜合鍋爐提效、節(jié)能降耗各因素。第一,研發(fā)優(yōu)化采用新型風(fēng)(水)冷渣器回收鍋 爐底渣熱量節(jié)能技術(shù),提升鍋爐效率;第二,將兩種形 式的冷渣器進(jìn)行有機(jī)結(jié)合、靈活運(yùn)行,協(xié)調(diào)提高鍋爐效 率、降低能耗。結(jié)合某600MW級(jí)CFB項(xiàng)目,測(cè)算采用冷渣 器設(shè)備后,可提高鍋爐效率0.5%以上。

5.2爐內(nèi)脫硫系統(tǒng)

大型CFB鍋爐爐內(nèi)脫硫劑多使用經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的石灰石,影響脫硫效率的因素有石灰石品質(zhì)、粒徑、流化速度、 床溫、Ca/S摩爾比等。通過(guò)在300MWCFB鍋爐上進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 研究,石灰石粒徑≤1.5mm時(shí),即使Ca/S在2.5以上,脫 硫效率僅70%,通過(guò)嚴(yán)格控制石灰石粒徑≤0.5mm,脫硫 效率最高可達(dá)95%,脫硫效果優(yōu)異,但運(yùn)行中發(fā)現(xiàn),由于 石灰石顆粒較細(xì),上部床壓沒(méi)有出現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì),分離器的分離效率似乎不太理想;實(shí)驗(yàn)表明,在進(jìn)行大型CFB 爐內(nèi)脫硫效率選擇時(shí),應(yīng)立足項(xiàng)目實(shí)際條件,通過(guò)深入 技術(shù)論證和運(yùn)行調(diào)整,不斷摸索CFB爐內(nèi)、爐外脫硫最佳 占比,綜合低能耗、低成本因素,選擇最佳的爐內(nèi)脫硫 效率,輔助爐外脫硫,實(shí)現(xiàn)CFB鍋爐超低排放。

5.3填料系統(tǒng)

基于設(shè)計(jì)理念和操作習(xí)慣,提升燃料管理力度是最 佳選擇。在保證采取燃料成分均勻的前提下,應(yīng)強(qiáng)化篩選燃料的品質(zhì),確保粒度合格,保證爐前的燃料被充分 使用和穩(wěn)固運(yùn)行,提升鍋爐使用效率。

5.4灰塵處理系統(tǒng)

對(duì)于CFB鍋爐而言,大多燃用劣質(zhì)燃料,灰塵量較同容量煤粉鍋爐大。一般需要采用專(zhuān)業(yè)的靜電除塵器進(jìn)行 煙塵初步處理,但灰塵排放量過(guò)大,除塵器的利用率較 低。再則,僅采用布袋除塵,前級(jí)灰塵顆粒較大,對(duì)濾 袋的磨損較為嚴(yán)重,濾袋的清洗頻率過(guò)高,不利于長(zhǎng)久使用。綜合考慮,可以采取布袋與靜電除塵器相結(jié)合的 方式;采用高效靜電除塵器與濕法高效脫硫除霧器協(xié)調(diào) 的方式;采用干法脫硫除塵一體化等多種組合方式,具 體需統(tǒng)籌考慮采用的脫硫工藝、維護(hù)的工作量及系統(tǒng)阻力等因素,在節(jié)能高效的前提下實(shí)現(xiàn)粉塵達(dá)標(biāo)排放。

6、關(guān)鍵設(shè)備選型

大型CFB鍋爐選型中機(jī)械設(shè)備是節(jié)能的關(guān)鍵。在設(shè)備選型時(shí)應(yīng)充分考慮當(dāng)前電力負(fù)荷較低的實(shí)際,打破常 規(guī),避免裕量選擇過(guò)大。實(shí)際工程中好的做法:綜合考 慮《大火規(guī)》有關(guān)規(guī)定,鍋爐三大風(fēng)機(jī)TB點(diǎn)風(fēng)壓不再重 復(fù)考慮鍋爐本體、空預(yù)器及除塵器等系統(tǒng)設(shè)備阻力的裕 量,直接選取設(shè)備廠家提供的最大設(shè)備阻力,并在招標(biāo) 技術(shù)文件中科學(xué)設(shè)置技術(shù)條件,力求廠家提資精準(zhǔn),規(guī)避重復(fù)疊加,導(dǎo)致裕量選擇過(guò)大。

7、加強(qiáng)監(jiān)測(cè)控制力度

大型CFB鍋爐的使用是基于其特殊的燃燒結(jié)構(gòu)。從政府角度分析,在政策要求、系統(tǒng)改造、設(shè)施選購(gòu)、運(yùn)行 發(fā)展、管理促進(jìn)等方面都要實(shí)現(xiàn)大的提升,保證電力系 統(tǒng)、電力檢測(cè)控制系統(tǒng)的正常使用,提升系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié) 穩(wěn)定能力、準(zhǔn)確能力,尤其是鍋爐的燃燒系統(tǒng),必須全面進(jìn)行智能調(diào)節(jié),實(shí)現(xiàn)資源的高利用率,提升鍋爐熱效 率,顯現(xiàn)節(jié)能效果。

8、建立健全廠級(jí)節(jié)能體系網(wǎng)

各發(fā)電企業(yè)應(yīng)牢固樹(shù)立節(jié)能管理理念,適時(shí)建立節(jié) 能制度體系、監(jiān)察體系、考評(píng)體系,逐步形成公司-車(chē) 間-班組三級(jí)節(jié)能體系網(wǎng)。不斷強(qiáng)化技術(shù)創(chuàng)新,加強(qiáng)節(jié) 能培訓(xùn),持續(xù)增強(qiáng)全員節(jié)能意識(shí),從節(jié)省一滴水、一度電、一方蒸汽做起,不斷提升員工技能意識(shí)和創(chuàng)效能 力,向經(jīng)營(yíng)管理要效益。

9、結(jié)語(yǔ)

大型CFB鍋爐作為一種高效率、低污染的節(jié)能產(chǎn)品,在實(shí)現(xiàn)資源綜合利用、環(huán)境治理方面起著十分重要的作 用。CFB鍋爐技術(shù)的進(jìn)步使得能源綜合利用率明顯提高, 能耗水平逐步提升,電力相關(guān)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展政策不斷得以落實(shí)。通過(guò)對(duì)大型CFB鍋爐節(jié)能技術(shù)的探討分析, 給出了一定成果觀點(diǎn),這對(duì)于不斷提高大型CFB鍋爐節(jié)能 技術(shù)水平、提升CFB機(jī)組整體發(fā)電效率、提升我國(guó)工業(yè)整 體發(fā)展效率、提高低熱值煤綠色高效利用、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。


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