5×116MW循環(huán)流化床鍋爐供熱鍋爐房的設計

摘 要

摘要：介紹了大型循環(huán)流化床鍋爐熱水鍋爐房設計的特點，結合工程實例，對5×116MW鍋爐房的水系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)及主要設備的設計選型進行了探討。關鍵詞：供熱鍋爐房；循環(huán)流化床鍋
摘要：介紹了大型循環(huán)流化床鍋爐熱水鍋爐房設計的特點，結合工程實例，對5×116MW鍋爐房的水系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)及主要設備的設計選型進行了探討。
關鍵詞：供熱鍋爐房；循環(huán)流化床鍋爐；水系統(tǒng)；燃燒系統(tǒng)；設備選型
Design of 5×116MW CFB Heating Boiler Room
CHENG Jiankun，GU Zhansheng
Abstract：The design characteristics of large CFB hot-water beating boiler room are introduced. The water system，combustion system and main equipment design selection of 5×116MW boiler room are discussed with an engineering example.
Key words：heating boiler room；circulating fluidized bed(CFB)boiler；water system；combustion system；equipment selection
1 概述
    目前隨著城市中的舊城改造和國家節(jié)能減排政策的出臺，供暖負荷越來越大，但是由于熱電廠的建設和城市供暖負荷的發(fā)展不能同步，而供暖用戶又急于用熱，在熱電廠建成前，必須先建設鍋爐房以滿足供暖用戶的用熱要求，當熱電廠建成后將由熱電廠供熱，所建鍋爐房可以作為熱電廠的調峰或備用供熱熱源。傳統(tǒng)的鏈條爐排高溫熱水鍋爐受爐排限制，熱功率增大受限(目前投入運行的大功率鏈條爐排高溫熱水鍋爐以70MW為主)，鏈條爐排高溫熱水鍋爐已經不能滿足供暖負荷高速發(fā)展的需要。循環(huán)流化床鍋爐的特點是：鍋爐熱效率較高，運行穩(wěn)定，操作簡單，燃料適應性廣，污染物排放量低[1]。國家“十一五”規(guī)劃綱要指出“發(fā)展循環(huán)經濟。鼓勵企業(yè)充分利用劣質煤、煤炭洗選加工副產品。”因此，大型循環(huán)流化床鍋爐隨之進入供熱市場。現以山西省孝義市集中供熱鍋爐房工程(5×116MW)為例，對大型供熱循環(huán)流化床鍋爐房的設計進行探討。
2 工程實例
2.1 工程概況
    山西省孝義市集中供熱鍋爐房廠區(qū)占地面積為89530m2。安裝5臺116MW循環(huán)流化床熱水鍋爐，其中一期工程安裝3臺，預留2臺位置。運煤、煙囪等公用設施按5臺設計。單臺循環(huán)流化床熱水鍋爐額定產熱量為116MW，額定供水溫度為130℃，額定回水溫度為70℃，循環(huán)流化床熱水鍋爐額定設計壓力為1.6MPa。
2.2 水系統(tǒng)
    熱水供熱系統(tǒng)由熱源處的循環(huán)流化床熱水鍋爐、外網供回水管及熱用戶組成一個封閉的熱水循環(huán)系統(tǒng)。孝義市城區(qū)較為平坦，鍋爐房地面標高為744m，市區(qū)地面最高點標高為766m?？刹捎米冾l補水泵補水定壓的方式。補水泵定壓設備簡單，容易實現，是目前國內集中供熱系統(tǒng)最常用的定壓方式[2]。
    熱網循環(huán)泵的選擇：一期循環(huán)流化床熱水鍋爐房總供熱負荷為3×116MW，一級熱網的供/回水溫度為130%/70℃，供熱半徑為8km。系統(tǒng)循環(huán)水量的計算公式為[3]：
 
式中qm,s——設計質量流量，t/h
    Φ——熱負荷，kW
    cp——比定壓熱容，kJ/(kg·K)
    t1——熱網供水溫度，℃
    t2——熱網回水溫度，℃
    熱力系統(tǒng)為閉式系統(tǒng)，計算循環(huán)水泵的揚程時，只考慮克服整個系統(tǒng)的阻力，可按式(2)計算。供回水管網阻力為0.8MPa，鍋爐房內部管網阻力為0.15MPa，熱力站阻力為0.1MPa，總阻力為1.05MPa。循環(huán)水泵揚程的計算公式為[4]：
    H=1.2(H1+H2+H3)=1.26MPa    (2)
式中H——循環(huán)水泵揚程，MPa
    H1——熱源廠內部阻力，MPa
    H2——外網供回水管道阻力，MPa
    H3——熱力站阻力，MPa
    根據供熱系統(tǒng)運行時的量調節(jié)及循環(huán)流化床鍋爐特點，確定每臺循環(huán)流化床鍋爐配1臺循環(huán)水泵，再備用1臺。根據3臺循環(huán)水泵并聯運行的總性能曲線與管道性能曲線[5]，確定單臺循環(huán)水泵循環(huán)水量為2160t/h，揚程為1.262MPa，功率為1000kW。
2.3 燃燒系統(tǒng)
   ① 系統(tǒng)概況
   每臺循環(huán)流化床鍋爐爐前設置有效容積為500m3原煤倉1臺，容納鍋爐額定負荷下10h的耗煤量，每臺循環(huán)流化床鍋爐配3臺刮板給煤機，將煤從原煤倉給入鍋爐。鍋爐點火用-10號輕柴油，輕柴油由油泵房送至鍋爐房，循環(huán)流化床鍋爐點火采用油槍床下點火，燃油采用壓縮空氣霧化。
    每臺循環(huán)流化床鍋爐配置一次風機、二次風機、引風機各1組，分別采用羅茨風機2臺，1用1備。冷風經空氣預熱器加熱，一次熱風送入爐膛底部風室，二次熱風送入爐膛中部風箱，循環(huán)流化床鍋爐返料采用高壓羅茨風機。循環(huán)流化床鍋爐產生的煙氣經過布袋除塵器，由引風機送入脫硫裝置后進入煙囪。
   ② 燃料系統(tǒng)
   DT Ⅱ型帶式輸送機選型：本鍋爐房的運煤系統(tǒng)按二班工作制，每班實際有效工作時間按5h計[6]。
    輸煤系統(tǒng)運輸量：
 
式中qm,m——輸煤系統(tǒng)運輸量，t/h
    B——鍋爐小時最大耗煤量，t/h
    K——運輸不平衡系數，一般為1.1～1.2，本文取1.1
    t——運煤系統(tǒng)晝夜有效作業(yè)時間，h
    選用運輸量為400t/h，寬度為1000mm的DT Ⅱ型帶式輸送機2條。其中1條運行，1條備用，且有2條同時運行的可能。
    循環(huán)流化床鍋爐燃料一般粒度為0～8mm，以使燃料顆粒在流化床中有較長的平均停留時間[7]。
    破碎機選型：破碎機的主要形式有雙輥式、環(huán)錘式和錘擊式。
    雙輥式破碎原理為碾壓，通過調整兩輥間距來調整出料粒度。這類破碎機不易產生過細粒度，燃燒時要求鼓風量小，粉塵小，對環(huán)境污染小，在煤中含有鐵件、矸石等難破碎雜物時，有自我保護功能，缺點是維護量大。
    環(huán)錘式破碎機在出料口處設有破碎篩篦，篦孔的尺寸根據要求的出料粒度在出廠時一次確定，運行時無法調整出料粒度。由于煤質水分比較大，加上業(yè)主沒有投資干煤棚，在燃煤較濕的情況下，易導致粘堵。如果在這種工況條件下使用環(huán)錘式破碎機，勢必影響設備的正常運行。
    對于錘擊式破碎機，當煤進入破碎機后，受到高速旋轉的轉子的沖擊作用而被初碎，此時的煤獲得動能，高速沖向破碎板(齒板)，再次被破碎，經過破碎板的反彈，再次彈向錘頭。如此反復，煤在破碎腔中多次破碎，在此過程中，煤還受到煤塊之間的沖擊以及碾壓。最后，煤從排料口排出。錘擊式破碎機對除鐵件外的其他雜物相對敏感性不大。但該類破碎機鼓風量大，粉塵大，對環(huán)境污染大。
    結合本工程煤質特點，選用雙輥式破碎機，破碎量為350t/h。
   ③ 除塵、脫硫系統(tǒng)
   根據鍋爐大氣污染物排放國家標準和環(huán)評報告要求，確定鍋爐煙氣中塵排放質量濃度為50mg/m3，鍋爐煙氣中SO2排放質量濃度為200mg/m3[8]。目前煙氣除塵常用的方式有靜電除塵常用的方式有靜電除塵器和布袋除塵器。
    布袋除塵器比靜電除塵器有更高的除塵效率，尤其對嚴重影響人體健康的重金屬粒子及亞微米級塵粒的捕集更為有效。通常除塵效率可達99.99%以上，排放煙塵濃度能穩(wěn)定低于50m9/m3。從設備造價和運行維護費用上分析后，選用布袋除塵器[9]。
    脫硫工藝的選擇應根據鍋爐的容量和冬季運行的要求、煤質含硫量、環(huán)評要求、脫硫工藝成熟程度、脫硫劑的供應條件、水源情況、脫硫副產物的綜合利用條件、廠址布置條件等因素，經過全面的技術經濟比較后確定，本工程采用爐外脫硫，選用技術較為成熟的濕法石灰石-石膏法工藝，脫硫效率能保證在90%以上。
   ④ 布袋除塵器下的細灰處理
   根據布袋除塵器的效率，計算得每臺鍋爐的產灰量為15.16t/h。布袋除塵器距灰?guī)斓木嚯x為300m。根據輸送距離、灰量、灰的特性及除塵器的布置情況，考慮目前孝義市附近電廠的細灰處理方式，選用正壓濃相氣力除灰系統(tǒng)[10]。根據設計規(guī)范，正壓輸送系統(tǒng)除灰能力應有不小于鍋爐排灰量的20%的余量，確定系統(tǒng)設計除灰能力為20t/h，每臺布袋除塵器下設2排灰斗，每排4個灰斗，共計8個灰斗。每排4個灰斗為1個輸送單元，1臺鍋爐有2個輸送單元。壓縮空氣作為干灰輸送動力和控制氣源。在系統(tǒng)末端設2座700m3的干灰?guī)?，可儲?臺鍋爐約24h的排灰量。干灰?guī)煜略O干灰裝車、濕灰裝車裝置。
3 結語
   隨著城市集中供熱的不斷發(fā)展壯大，大型循環(huán)流化床熱水鍋爐在供熱行業(yè)已經成為一種重要的爐型，這種清潔的燃燒技術正在迅速推廣，116MW循環(huán)流化床鍋爐在供熱工程上將得到廣泛應用。
參考文獻：
[1] 陳學營.循環(huán)流化床鍋爐在集中供熱領域的應用[J].區(qū)域供熱，2005(2)：1-4.
[2] 賀平，孫剛.供熱工程[M].3版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1993：176-177.
[3] 路廣.換熱站的安全經濟運行[J].煤氣與熱力，1999，19(4)：62-63.
[4] 《動力管道設計手冊》編寫組.動力管道設計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006：691-692.
[5] 蔡增基，龍?zhí)煊?流體力學泵與風機[M].4版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999：317-318.
[6] 李曉恭，寧書崗，阮航利.鏈條爐排鍋爐與CFB鍋爐的技術經濟性比較[J].煤氣與熱力，2007，27(9)：60-62.
[7] 吳味隆.鍋爐及鍋爐房設備[M].4版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006：106-107.
[8] 孫學軍，呂志強.泡沫除塵器在流化床鍋爐的應用[J].煤氣與熱力，2003，23(2)：122-123.
[9] 王淮，楊良仲.循環(huán)流化床鍋爐除塵器的選擇[J].煤氣與熱力，2002，22(4)：337-339.
[10] 劉新春.干式除灰系統(tǒng)的選擇[J].云南電力技術，2000(1)：22-24.
 
(本文作者：程建坤 谷戰(zhàn)生 河北華熱工程設計有限公司 河北承德 067000)