對大型循環流化床鍋爐機組底渣輸送方式的探討

丁巖峰,張春霞,孫奉昌

(中國電力科學研究院,北京 100070）

對大型循環流化床鍋爐機組底渣輸送方式的探討

丁巖峰,張春霞,孫奉昌

(中國電力科學研究院,北京 100070）

從技術分析和經濟性方面著手,對大型循環流化床鍋爐底渣的各種輸送方式進行了比較。用電廠已采用的排渣方案實例,說明了對鍋爐底渣的冷卻和輸送時需考慮的問題,并對鋼帶冷渣器機械輸渣系統和螺旋水冷筒形冷渣器正壓氣力輸送系統的運行進行了定量分析。通過各方面的綜合比較,認為鋼帶冷渣器機械排渣方案優于螺旋水冷筒形冷渣器的正壓氣力輸送方案。

鍋爐;循環;流化床;底渣;排渣;輸送;方案;探討

1 概 述

循環流化床(CFB）技術作為一種清潔、高效、煤種適應性廣的燃燒技術,越來越受到世界各國的重視。近年來,由于我國環保要求的日益嚴格,采用CFB鍋爐的電廠數量逐漸增多,機組容量也越來越大。

大容量CFB鍋爐底渣處理系統的設計,是一個比較新的課題。在《火力發電廠除灰設計技術規定》中[1],對除渣系統的設計要求也未做相應的規定。由于大容量CFB鍋爐的底渣排放具有溫度不穩定、排放量不穩定、底渣顆粒不均勻等特點,所以底渣系統在運行中,容易產生問題,若設計或運行處理不當,極易引起非正常停爐事故的發生,因此,有必要對CFB鍋爐的底渣處理系統的設計方案進行研討。

通過運行實踐,比較正壓氣力、鋼帶機機械輸渣運行的可靠程度,提出鋼帶冷渣排渣機的輸送系統有明顯的綜合優勢。鋼帶機機械輸渣系統具有設備簡單、底渣在冷卻和輸送過程中不結焦、磨損小、使用壽命長、可回收底渣的熱量和降低底渣中未燃燒碳等優點。

2 循環流化床鍋爐底渣處理系統概況

國內循環流化床冷渣器類型主要分為三類:

(1）風水聯合共冷冷渣器;

(2）水冷滾筒冷渣器;

(3）鋼帶風冷冷渣器。

在三種不同類型冷渣器中,風水聯合冷渣器的體積最為龐大,這給大型循環流化床鍋爐的總體布置帶來困難,電廠在實際應用中所反映出來的問題較多,成為制約鍋爐安全運行的瓶頸,因此,許多電廠已將此類設備改造為水冷滾筒冷渣器。水冷滾筒冷渣器運行可靠性較前者大大提高,但存在磨損嚴重、維修成本大的問題。鋼帶風冷冷渣器兼具冷渣及輸送功能,對灰渣的適應能力強。單臺爐配置成本約600萬元,價格較高。國內已有440 t/h鍋爐配置水冷滾筒冷渣器在電廠運行,使用效果較好,但市場認知度較低。

目前,國內采用的循環流化床鍋爐底渣輸系統,主要是機械輸送系統和輸送罐單管正壓氣力輸送系統。

3 輸送罐單管正壓氣力輸渣技術

3.1 正壓氣力輸渣系統的配置

輸送罐單管輸送系統秉承“先集中、后輸送”、“勤裝多送”的設計理念,根據工程實際需要,選擇最優配置。某熱電廠較為典型的正壓氣力輸渣系統布置如圖1所示。每臺爐共設4臺冷渣器,分別對稱布置在爐膛左右兩側,在每臺冷渣器下部的緩沖斗上,布置有緊急事故排渣口,每個緩沖斗下布置1臺D泵,每側有2臺容積為0.23m3的D泵串連在一起,組成1個雙聯D泵,共用1條輸送管道將爐渣輸送到渣倉。輸送管線的最長輸送距離為280m,其中水平管線長260m,垂直管線長20m,每條管線上有彎頭10個,其中90°彎頭5個。管線初始部分管徑為DN125mm,在管線輸送當量距離一半處,將管徑增加到DN150mm,使輸送速度降低,從而減輕管道的磨損。圖2中設備為某熱電廠輸送罐單管輸渣系統的實物。

圖1 某熱電廠正壓氣力輸渣系統布置圖

圖2 某熱電廠輸送罐的單管輸渣設備

3.2 運行存在問題

(1）由于循環流化床鍋爐底料比重較大達1.394 t/m3,粗顆粒較多中位徑達1mm,輸渣管道磨損嚴重;

(2）雙聯D泵故障問題頻繁,D泵系統的進料閥、平衡閥和出料閥圓頂的密封圈常出現磨損或破損漏汽或閥門開關不到位等故障,使輸渣系統無法正常運行;

(3）管道易堵管,情況嚴重時,管道彎頭的使用壽命僅為3個月,維護的費用很高。

4 鋼帶機機械輸送系統

4.1 鋼帶機的系統配置

循環流化床鍋爐排出850～900℃的爐渣落在下部運轉鋼帶上,熱渣在輸送過程中,被從大氣引入逆向流動的空氣冷卻,同時,冷卻空氣也被熱渣加熱,加熱后的冷卻空氣作為燃燒空氣的一部分,由冷卻風機升壓后進入鍋爐爐膛,使底渣從爐膛帶走的熱量又重新帶回爐膛,渣輸送系統在冷卻風機形成的輕微負壓(-2000～0Pa）狀態下工作,因而,粉塵不會向外漏泄而影響周圍環境。鋼帶機工作原理見圖3所示,在排渣系統中,設置了風機將自然風吸入排渣系統,利用自然風冷卻熱渣,并用熱渣加熱吸入的自然風,然后利用風機將加熱后及鋼帶機出口處的空氣,升壓后送入鍋爐爐膛參加燃燒。每臺爐排渣系統裝設有2臺風機,在正常情況下,2臺風機同時連續運行,如果其中某臺風機出現故障,風機入口中間連通門打開,此時1臺風機也完全能滿足1臺爐排渣系統的冷卻要求。此時的運行狀態可見圖4所示。

風機采用變頻調速進行控制,根據風機入口的風溫或排渣口渣溫,自動調節進入系統的冷卻風量,避免過低的風溫進入爐膛對燃燒產生影響。風機將自然風引入排渣系統后,對熱渣進行冷卻并將熱空氣送入鍋爐爐膛,輸送的是含塵高溫空氣,因此需選用適合于含灰熱空氣的耐磨、耐高溫的風機。風機必須克服排渣系統的壓降、風道壓降和爐膛入口處二次風壓力。風機采用型式為離心式,風機的正常流量為10000m3/(小時·臺）,1臺爐2臺風機運行;最大流量為15000m3/(小時·臺）,1臺爐1臺風機運行,入口壓力為-2000Pa;出口壓力為8000Pa。

5 兩種方案的經濟性對比

5.1 廠用電負荷

螺旋水冷冷渣器輸渣系統由4臺螺旋水冷冷渣器、2臺螺桿空壓機等組成。鋼帶冷渣器機械輸送系統由螺桿空壓機、渣倉卸料機構、一級、二級碎渣機、鋼帶機、液壓泵站等組成。改造前、后用電負荷見表1和表2中數據。

表1 1×300MW系統用電負荷

表2 1×300MW干排渣系統用電負荷

按平均上網電價0.35元/千瓦時計算,每年按8000h計,對單臺爐進行改造后,每年僅電費就可節省資金20.8萬元。

5.2 鍋爐運行經濟性

鍋爐排渣中未完全燃燒的碳,在FLUIMAC中會二次燃燒,使渣中未完全燃燒的碳含量降低,從而提高鍋爐的熱效率。按灰渣含碳量為15%計算,鍋爐效率可提高0.5%,每年可節約原煤800噸,每噸煤售價按450元計,1年回收的熱量價值為36萬元。

6 結 語

從經濟方面、運行可靠性、運行維護費用等方面進行比較,鋼帶風冷渣機械排渣方案均優于風水冷渣器正壓氣力輸渣方案。

[1]中華人民共和國國家經濟貿易委員會.火力發電廠設計技術規程[S]DL/T5142-2002.2002.

Discussion on the Handling Mode of the Bottom Slag in Large CFB

Ding Yan-feng,Zhang Chun-xia,Sun Feng-chang
(China Electric Pow er Research Institute,Beijing 100070,China）

The comparison between the differenthandlingmodes for the bottom slag in large CFB has been carried out based on the technical and econom ic analysis.Taking the example of the adop ted slag disposal scheme in a pow er station,the problems of slag cooling and transporting shallbe described and the quantitative analysis has been made for both the steel slag coolermechanical conveying system and the spiral cylind rical slag coo ler p ressurized pneumatic hand ling system.Th rough a comp rehensive comparison,the steel slag cooler mechanical scheme is considered much better than the pressurized pneumatic handling scheme w ith spiral cylindrical ash cooler.

boiler;circulating;fluidized bed;bottom slag;slag hand ling;conveying;scheme;discussion

TK227.3

A

1672-0210(2011）02-0036-03

2011-04-08

丁巖峰(1971-）,男,工程師,現從事火電廠熱力設備的可靠性分析及系統優化設計的研究工作。