某大型集中供熱熱源廠鍋爐的選型

齊玲

（沈陽市熱力工程設計研究院，遼寧沈陽 110000）

1.熱源廠規模及供熱介質的確定

某市現有供熱面積180萬m2，規劃供熱面積340萬m2，總供熱面積520萬m2，用地性質以民用建筑為主，經統計計算總熱負荷約250MW。現有供熱面積的供熱為該區域內已有熱電廠，目前該熱電廠現有供熱能力有限，已不能滿足規劃的熱負荷需要，急需設置大型集中供熱熱源廠來滿足熱負荷的需求。

目前大型熱源廠建設規模的確定主要基于幾點因素：（1）熱源廠的性質：規劃供熱范圍內的主要熱源。（2）熱源廠是保證供熱要求必需建設的供暖設施。（3）該規劃區域為城區向外發展重點，開發建設的規模、速度會比較快。（4）該規劃區域內熱負荷需求較大，應盡可能采用大容量鍋爐。目前≥70MW大型熱水鍋爐已是比較成熟的爐型，有著廣泛的應用。供熱區域內均為冬季采暖負荷，熱負荷用熱性質單一，故在供熱介質的選擇上采用高溫熱水。

基于以上因素，熱源廠建設3臺85MW鍋爐，供熱能力255MW，可以滿足250MW的供暖需要。

2.鍋爐選型

對于大容量熱水鍋爐，目前常用的有層燃鍋爐和循環流化床鍋爐，其中層燃鍋爐包括鏈條爐排鍋爐、往復爐排鍋爐等。在全國供熱行業上，普遍采用的是鏈條爐排的熱水鍋爐，但是隨著煤炭價格不斷提高，近些年循環流化床鍋爐、往復爐排鍋爐的應用也越來越多。

2.1 循環流化床鍋爐（CFB）

循環流化床鍋爐（CFB）作為一種清潔、高效、煤種適應性廣的燃燒技術，越來越受到各國的重視。在我國，近年來由于環保政策的要求大大加強，采用大容量CFB鍋爐作為熱源的供熱項目逐漸增多。盡管循環流化床鍋爐具有熱效率高、適應煤種能力強、可以爐內部分脫硫、低溫燃燒等優勢，但該爐型在運行中存在的缺點也很明顯。

（1）循環流化床鍋爐爐底渣的排放與冷卻。CFB鍋爐爐底冷渣器是保證CFB鍋爐安全高效運行的重要部件，冷渣器在運行中故障較高，從而引起排渣困難導致被迫停爐和減負荷運行。（2）爐壁和受熱面的磨損。CFB鍋爐受熱面管子磨損嚴重，容易造成爆管，被迫停爐接近事故停爐總數的50%。（3）煤的制備。CFB鍋爐原煤粒徑分布不均勻，如果煤粒過大，還容易發生大塊沉積、流化不暢、出力下降、局部結焦、爐渣可燃物含量增加、排渣困難而引起事故，所以入爐煤粒度能否控制好對鍋爐的穩定運行影響很大。

以上影響鍋爐安全穩定運行的三大頑疾約占CFB鍋爐運行發生安全事故量和鍋爐檢修量的60%。同時CFB鍋爐還存在耗電量較大、鍋爐煙塵排放濃度較大、維修費用較高等缺點。

2.2 鏈條爐排鍋爐

鏈條爐排是一種結構比較完善的燃燒設備。由于制造工藝成熟，設備機械化程度高，運行安全可靠，可實現人工撥火使燃料燃燒更充分，故燃燒效率相對較高，該爐排被廣泛適用于大、中、小型工業鍋爐。目前國產鏈條爐排按結構型式可以分為鏈帶式鏈條爐排、橫梁式鏈條爐排和鱗片式鏈條爐排。其中橫梁式鏈條爐排具有一組剛性很強的橫梁，各橫梁用鍛制的或用鋼板和型鋼制成的鏈節連接起來。爐排片被安裝在橫梁上，爐排本身并不受力，主要靠主動軸上的鏈輪通過鏈條帶動橫梁運動。這種爐排的通風截面比較小（10%以下），漏煤量不大，運行中更換爐排片方便，爐排面也較平整，經久耐用。此外，它的寬度和長度可做得較大，爐排有效面積可達50m2左右，是三種鏈條式爐排中最大者。目前國內較大容量鏈條爐排鍋爐多使用該種爐排結構。鏈條爐排鍋爐應用較多，優點是：工作穩定，可靠性高；在煤種適宜時，鍋爐效率較高；且除塵效果好；使用過程中勞動強度小，是一種較好的燃燒設備。缺點是：爐排金屬耗量大，加工量大；不適用于強結焦性煤和灰分、水分過大（Ag＞30%，Wy＞20%）、發熱量很低（＜3500kcal/kg）的劣質煤。鏈條爐排鍋爐燃燒的煤種主要為Ⅱ類煙煤，現在的煤炭市場Ⅱ類煙煤煤炭價格比較高，故該種鍋爐運行成本過大[1]。

2.3 往復爐排鍋爐

往復爐排鍋爐，目前也是一種比較成熟的爐型，該爐型雖與鏈條爐排鍋爐同屬于層燃鍋爐，但它卻克服了鏈條爐排鍋爐出力不足、熱效率偏低的問題。同時它還克服了循環流化床鍋爐設備磨損嚴重、耗電量大、煙塵排塵濃度大等缺點。該鍋爐對煤種適應能力強，鍋爐燃燒效率較高[2]。

（1）出力足，運行熱效率高。斜推往復鍋爐由于燃料層燃燒時，燃料中氧擴散速度快，并采用了受熱面整體吊掛，重型爐墻保溫及封閉和尾部鑄鐵省煤器受熱面等技術措施，減少漏風，排煙溫度可降至140℃左右，鍋爐在燃用各種適用煤種時，運行中均可完全達到銘牌出力，實際運行熱效率可達到81%（在采用特殊的熱回收技術后，鍋爐的熱效率可達84%～85%）以上（而國內平均水平為70%～75%）。（2）節約電能。鍋爐由于設計先進、合理，使鍋爐在燃燒過程中，可以控制過量空氣系數在較低的水平，使實際煙氣量少于其他鍋爐的煙氣量。同時，鍋爐不采用空氣預熱器，因此鍋爐的風道及煙道的阻力均較低，采取的鼓、引風機的電機功率可較其他鍋爐的平均水平低。鍋爐采用大容量（≥14MW）自然循環熱水鍋爐新型專利技術，水阻力低，鍋爐運行時鍋爐本體的水側阻力可小于5m水柱，即小于0.05MPa，因此減小了熱網循環泵的揚程與功率，可大量減少運行費用。（3）燃燒設備的設計取得了實質性的突破。該鍋爐的燃燒設備，采用自主創新研發的雙（多）構架整體傾斜往復爐排，該爐排為了達到最佳的燃燒狀態，整個鍋爐爐排分為多種類型爐排片，以適應在不同的燃燒區調風的需要，同時爐排采用優質中高硅耐熱球墨鑄鐵和特殊配方的合金鋼，抗燒損、抗氧化能力強、運行壽命較長，其中特殊材質和特殊工藝的合金鋼爐排片，可以保證鍋爐爐排片在使用5～7年內不用更換。該鍋爐的爐排片，不僅解決了斜推往復爐排片的燒損問題，同時將推斜往復爐排的漏煤，減少到了最低的限度。（4）適用煤種廣。該鍋爐可以燃用“焦渣特征”在5以下、發熱量在12.56GJ/kg（折合3000kcal/kg）以上、揮發份在20%以上的任何煤種，即可以燃用褐煤等劣質煤，而且在燃用劣質煤時，完全能夠保證鍋爐的額定效率和出力。這樣可以與熱電廠燃燒同一煤種。

2.4 方案比較

三種鍋爐綜合比較，往復爐排鍋爐具有幾點優點：（1）往復爐排鍋爐對燃料適應性較強，對多種煤質燃料均能穩定燃燒。燃燒煤種包括煙煤，劣質煙煤、無煙煤、褐煤等，同時在煤種有較大變化的情況下，鍋爐也能正常運行。（2）往復爐排鍋爐熱效率高，出力大。在通常情況下，往復爐排鍋爐與鏈條爐排相比，熱效率高1%～2%，出力可以達到100%以上。（3）往復爐排鍋爐環保效果好。爐內不存在結渣問題，灰渣有較好的疏松性，有利于燃料層透風，保證燃料的燃盡，同時便于綜合利用。該類型鍋爐是固定床燃燒，鍋爐尾部煙氣飛灰份額約為0.2，而循環流化床鍋爐約為0.6～0.7，環保效果顯著。（4）往復爐排鍋爐運行比較靈活，熱負荷的調節范圍較廣。在熱負荷較低的情況下運行時鍋爐仍可達到額定出力和壓力，在無需增加其他輔助燃料的情況下，燃燒從壓火停爐到重新升溫即快速又方便。（5）鍋爐運行耗電量省。往復爐排鍋爐的耗電與鏈條爐排相差不多，但是與循環流化床鍋爐相比，往復爐排鍋爐將節電30%以上。（6）從綜合運行成本上看，供熱成本最大的一項就是燃料費用，循環流化床鍋爐比往復爐排節約燃料費用10%以上，而往復爐排鍋爐比鏈條鍋爐節約燃料費用30%以上。

綜上所述，且考慮到本工程廠址設置在熱電廠院內，承建方為該熱電廠，現有鍋爐為5臺75t/h及一臺130t/h循環流化床鍋爐。為了降低投資運行成本，且燃燒的煤種能與現有鍋爐的煤種匹配，本次設計采用往復爐排鍋爐。目前該熱源廠已建設完成，且運行三個采暖季，經設計回訪，往復爐排鍋爐與電廠現有循環流化床鍋爐燃燒同一煤種，運行熱效率比較高，從運行成本看，可以節約40%左右的燃料費用，同時，檢修費用低，維護簡單。

3.結語

通過多年對大型燃煤鍋爐房的設計及應用回訪，往復爐排鍋爐運行穩定，熱效率較高，且該種爐型運行成本較低，檢修維護方便，是可以廣泛推廣應用的一種爐型。