| 沸騰生物質(zhì)燃燒機(jī)技術(shù)及其在電力工業(yè)的應(yīng)用（上） |
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鄭州達(dá)冠節(jié)能環(huán)保設(shè)備有限公司
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沸騰生物質(zhì)燃燒機(jī)技術(shù)及其在電力工業(yè)的應(yīng)用（上） 隨著現(xiàn)代化社會(huì)的發(fā)展，電力工業(yè)面臨更多的壓力和挑戰(zhàn)，其中尤為突出的有： 1．日益嚴(yán)格的環(huán)保要求， 2．逐年激增的基建費(fèi)用。以美國(guó)為例，即使在調(diào)整了通貨膨脹率以后，現(xiàn)新建一座大型火力發(fā)電廠的總投資，是1970年同容量電廠的三倍； 3．不斷提高的運(yùn)行要求． 為了解決以上三大問題，電力部門將不得不從傳統(tǒng)的煤粉燃燒技術(shù)，轉(zhuǎn)向正在迅速發(fā)展的新型燃燒技術(shù)一一沸騰燃燒技術(shù)，來滿足環(huán)境保護(hù)，降低基建投資和提高運(yùn)行性能這三方面的要求。 一、沸騰燃燒鍋爐的特點(diǎn) 沸騰燃燒鍋爐具有獨(dú)特的燃燒方式，與常規(guī)的煤粉鍋爐相比，它具有以下的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)； 1．低溫燃燒； 2．對(duì)煤種適應(yīng)性廣泛，易于點(diǎn)火， 3．燃燒強(qiáng)度大，傳熱效果好I 4．結(jié)構(gòu)緊湊，容量適中，施工周期短。 比最終容量相同的全部要裝煤粉爐的電廠，要節(jié)省總投資10～20%。中等容量的沸騰燃燒鍋爐( 100～200 MW)尤受歡迎． 在歐洲，已有上I百家鍋爐制造公司生產(chǎn)沸騰爐銷往幾十個(gè)；在美國(guó)，能源部正在執(zhí)行一項(xiàng)總投資為60億美元的1986～1992年計(jì)劃，其中37個(gè)項(xiàng)目中，有13項(xiàng)屬于沸晦燃燒工程。特別是美國(guó)目前正在進(jìn)行的三大典型工程：田納西洲的160MW常壓沸騰燃燒工程，將于1989年建成投產(chǎn)；1988年建成投產(chǎn)的科羅拉多州110 MW循環(huán)沸騰燃燒工程，以及1987年投產(chǎn)的明尼蘇達(dá)州的老廠改造工程--130Mw‘常壓澇騰爝瀚港．雍，送三項(xiàng)工程的建成和完善化，對(duì)今冶電|力工業(yè)呋。規(guī)模應(yīng)用沸騰燃燒技術(shù)；一其有重大影響。美國(guó)國(guó)會(huì)最近已考慮大規(guī)模展開沸騰燃燒技術(shù)的示范應(yīng)用，以爭(zhēng)取在90年代進(jìn)入普遍直用階段。 沸騰燃燒技術(shù)的典型方式及結(jié)構(gòu) 1．常壓沸騰燃燒(AtmosphericFluidized Bed Combustion) 常壓沸騰燃燒（簡(jiǎn)稱AFBC）是沸騰燃燒技術(shù)中最早出現(xiàn)的一種形式，沸騰爐內(nèi)有厚厚的灼熱料層，由砂或灰渣組成。當(dāng)空氣由布風(fēng)板自下向上吹過時(shí)，床料被氣流帶動(dòng)隨后又落下，產(chǎn)生強(qiáng)烈的攪動(dòng)，整個(gè)床呈沸水般翻騰試用。利用該程序可以檢索到適用于各種特定情況的焊接步驟規(guī)范。輸入詢問要求提供焊接型式的細(xì)節(jié)（焊接的是管道還是板材、鋼種，尺寸大小，擬采用的焊接方法）。在英國(guó)，按法律要求，在采用任一焊接步驟規(guī)范前，要得到保險(xiǎn)承包人的同意。該系統(tǒng)還有一個(gè)CEGB的焊接步驟合格記錄(PQR)昀補(bǔ)充數(shù)據(jù)庫(kù)，該記錄可與焊接步驟規(guī)范記錄交義聯(lián)結(jié)，可供快速參考。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)邏輯是：、如果數(shù)據(jù)庫(kù)中沒有適用的焊接步驟規(guī)范，則可從一個(gè)適當(dāng)?shù)暮附硬襟E合格記錄作出一個(gè)專門的焊接步驟規(guī)范的初稿。（完） 煤經(jīng)破碎后用機(jī)械或氣力的方式輸入爐內(nèi)，其粒度介于0.2～lOmm，遠(yuǎn)寬于煤粉爐的小于O.1mm的要求。給煤系統(tǒng)可布置在床上部，也可在床下部。 脫硫用石灰石或其它吸附劑，經(jīng)適當(dāng)破碎后，采用與輸煤相仿的方式，輸入爐內(nèi)。 由于沸騰強(qiáng)烈的床層使僅占大約5%的燃煤進(jìn)入燃燒室后能很快地升溫著火燃燒，所以多灰、多水、低揮發(fā)份、低熱值的劣質(zhì)煤種也能穩(wěn)定燃燒。灼熱的粒子對(duì)床內(nèi)埋管強(qiáng)烈沖刷，產(chǎn)生很高的傳熱效果，低溫燃燒則有效地抑制了NO；的生成。通常這種鍋爐的燃燒效率可達(dá)99%，‘除SO。率達(dá)90%以上，除NO，蜜達(dá)、85%。 循環(huán)沸騰燃燒是在AFBC基礎(chǔ)上發(fā)展起來的代沸騰燃燒技術(shù)，簡(jiǎn)稱CFBC，它在運(yùn)行性能上更優(yōu)于常壓沸騰燃燒。 其主要特點(diǎn)在于爐內(nèi)物料（床料、燃料、’吸附劑）在高速空氣的帶動(dòng)下，在燃燒室和高溫?zé)煔夥蛛x器構(gòu)成的回路中作連續(xù)的循環(huán)，因此，與常壓沸騰爐不同，它沒有明顯可見的床面，通常循環(huán)倍率約為15左右。未燃盡的燃料和未反應(yīng)的石灰石反復(fù)迸入爐內(nèi)參與反應(yīng)，有效地提高了燃燒效率和石灰石的利用率。 一次風(fēng)仍由爐底水冷布風(fēng)板送入爐內(nèi)，作為物料循環(huán)的高速空氣流；二次風(fēng)布置于燃燒室的不同層面，以保證分階段燃燒和抑制NO。的生成；循環(huán)物料與煙氣的分離是在高溫?zé)煔夥蛛x器( Hot 'Cyclone)中進(jìn)行，其分離效率可達(dá)99%以上；高溫?zé)煔饨?jīng)過尾部受熱面，即過熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器，最后經(jīng)除塵器和煙囪排入大氣。 由于循環(huán)沸騰爐爐內(nèi)沒有明顯的床面，所以爐內(nèi)只布置水冷壁管，而無(wú)常壓沸騰爐所具有的床內(nèi)埋管。在燃燒室上部，布置有過熱器管束。一般說來，在滿負(fù)荷的工況下，約40～50%的熱量在爐膛內(nèi)部吸收，其余熱量在對(duì)流受熱而中吸收。 與常壓沸騰爐比較，循環(huán)沸騰爐具有更高的燃燒效率和除SOz.NO：的效率，并具有更好的負(fù)荷特性曲線。同時(shí)，為了使高速氣流與物料更好地混合，需要增加爐膛高度，縮小爐膛橫截面積，因而鍋爐整體尺寸較小，橫截面態(tài)分布更均勻，鍋爐給煤裝置的數(shù)量也相應(yīng)減少。 循環(huán)沸騰爐按爐內(nèi)壓力不同，可分為常壓與壓力二種形式。 3．壓力沸騰燃燒( Pressurized Fluidized Bed Gombustion) 壓力沸騰燃燒，簡(jiǎn)稱PFBG,與帝壓沸騰燃燒的主要區(qū)別在于PFBC鍋爐爐內(nèi)壓力為常壓沸騰爐爐內(nèi)壓力的6～16倍。由于爐內(nèi)壓力的升高，改變了爐內(nèi)的動(dòng)力特性和燃燒特性，有利于鍋爐體積的縮小，有利于將PFBC鍋爐制成標(biāo)準(zhǔn)的單元機(jī)組，以減少場(chǎng)地，快速安裝，降低基建投資。此外，其高溫帶壓煙氣可直接進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電，實(shí)現(xiàn)蒸汽輪機(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)，提高整體熱效率。 由于爐體更小，爐內(nèi)物料，溫度場(chǎng)分布更均勻，如同常壓沸騰爐那樣，它對(duì)煤種的適應(yīng)性很廣；除SOz率可達(dá)90～95%，除NO：率達(dá)85%;電廠出力可增加40—50%。 美國(guó)目前正在俄亥俄州( Ohio)興建一座容量為70MW的Tidd壓力沸騰爐示范應(yīng)用電站，將于1990年建成發(fā)電，并作三年的示范運(yùn)行．并已計(jì)劃通過汲取Tidd示范電站經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)后，再興建一座容量為680MW的壓力沸騰爐電站，擬于1997年前建成發(fā)電． 因燃?xì)廨啓C(jī)的葉片對(duì)燃?xì)饬骱瑝m量要求很高，所以，壓力沸騰燃燒目前主要應(yīng)解決煙氣除塵和除堿金屬的問題。此外，降低爐內(nèi)金屬管壁的磨損，也是重要問題之一。 三、電力工業(yè)中沸騰燃燒典型工程介紹 美國(guó)目前在田納西州，科羅拉多州和明尼蘇達(dá)州進(jìn)行的三項(xiàng)重點(diǎn)工程，不但容量大，而且型式具有代表性，下面介紹其中兩個(gè)工程。 1.110MW循環(huán)沸騰燃燒工程 (1)設(shè)備概況 CUEA(Colorado-Ute Electic Associat/on)iiOMW循環(huán)沸騰燃燒鍋爐是目前世界上的CFBC工程，位于美國(guó)Colorado州的Nucla，是美國(guó)能源部PFBC技術(shù)示范應(yīng)用的三個(gè)重點(diǎn)工程之一。 該沸騰爐由Pyropower公司設(shè)計(jì)，蒸汽流量419.58tlh,汽溫540℃，汽壓10 6.1kgflcmz,雙燃燒室，雙旋風(fēng)分離器結(jié)陶，單汽鼓和公共式對(duì)流管束，管式空氣預(yù)熱器和布袋式除塵器。 燃燒區(qū)由水冷布風(fēng)板，空氣噴嘴，衛(wèi)燃室( Refractory)和水冷壁組成，每一燃燒室裝有3只床內(nèi)起動(dòng)生物質(zhì)燃燒機(jī)和1只管內(nèi)起動(dòng)生物質(zhì)燃燒機(jī)。 、第三級(jí)過熱器布置在公共的尾部煙道，級(jí)過熱器布置在燃燒室靠近分離器入口的懸浮空域( Freeboard)，混合式減溫裝置設(shè)于級(jí)過熱器的入口和出口處，以滿足額定汽溫、汽壓的要求。 二臺(tái)直徑為7.3m的高溫?zé)煔夥蛛x器( Hot Cyclone)，將未燃盡的碳粒子袖未反應(yīng)的石灰石與高溫?zé)煔庀喾蛛x，經(jīng)回流段( Loopseals)，重新輸入爐內(nèi)。煙氣經(jīng)對(duì)流管束，空氣預(yù)熱器和布袋式除塵裝置后排往煙囪。 各燃燒室都有單獨(dú)的燃料，空氣供應(yīng)系統(tǒng)和除灰裝置。該爐設(shè)有一臺(tái)一次風(fēng)機(jī)，26'ookW} -臺(tái)二次風(fēng)機(jī)，560kW．燃料由礦區(qū)運(yùn)至電廠，破碎至小于6.4mm的顆粒，貯存于二只250t的煤斗。每只煤斗底部裝有3臺(tái)給煤機(jī)，給煤經(jīng)6個(gè)落點(diǎn)重力播入爐（前墻各2個(gè)，后墻位于回流段上方各1個(gè)）。石灰石由附近礦區(qū)運(yùn)入電廠，經(jīng)破碎，制粉后氣力輸至三只130t的料斗，每只料斗下部裝有帶計(jì)量裝置的給料機(jī)，總共分成8路輸入爐內(nèi)（前墻各2個(gè)，側(cè)墻1個(gè)，回流段處各1個(gè)）。 各燃燒室都裝有二套流化床灰分離器和冷卻裝置。床料從布風(fēng)板上部進(jìn)入灰分離冷卻器，只要調(diào)整灰冷卻器內(nèi)的流化速度，即可控制灰的尺寸分布。大灰顆粒經(jīng)排出管道和旋轉(zhuǎn)閥排出；細(xì)灰回流口設(shè)在下部排出口之上約2.4m處． 該爐于1987年5月點(diǎn)火起動(dòng)，7月在無(wú)天然氣助燃的情況下，單獨(dú)用煤燃燒，帶新安裝的無(wú)再熱式的74MW機(jī)組，接帶40MW負(fù)荷；9月二臺(tái)原有的12MW機(jī)組由新機(jī)74MW的抽汽供汽發(fā)電；1988年3月，該爐成功地達(dá)到了滿負(fù)荷運(yùn)行，帶新裝的74MW機(jī)組和3臺(tái)原有的12MW機(jī)組，至1988年3月為止，該爐單獨(dú)用煤燃燒累計(jì)已達(dá)2200運(yùn)行 一53-小時(shí)，當(dāng)鍋爐運(yùn)行過剩氧量為3.5～5.5%時(shí)，NOi的排放率在75～220ppmV} CO排放率在50～lOOppmVJ SOz的排放率隨石灰石的添加量而變化，被調(diào)整在符合排放標(biāo)準(zhǔn)的范圍之內(nèi)，煙囪黑度<5%． 該爐今后將繼續(xù)作滿負(fù)荷運(yùn)行，并將由美國(guó)電力科學(xué)院( Electric Power Resear-ch Institute)和CUEA的資助，進(jìn)行鍋爐鑒定試驗(yàn)和為期二年的鍋爐試驗(yàn)計(jì)劃，以確定該爐在不同工況下的運(yùn)行性能． (2)年的運(yùn)行情況 從1987年3月至9月這段時(shí)期中，主要是解決了循環(huán)沸騰爐在起動(dòng)上韻不少問題，并積累了低負(fù)荷運(yùn)行( 30～65MW)的經(jīng)驗(yàn)。單獨(dú)燃煤最長(zhǎng)連續(xù)運(yùn)行為90小時(shí)，累計(jì)已達(dá)600運(yùn)行小時(shí)，出力為63MW．在這段期間，運(yùn)行中碰到的主要問題有床料泄漏( Backsifting)至下部風(fēng)室的問題j輸石灰系統(tǒng)性能不良問題；爐底灰冷卻的性能不良問題；汽鼓水位控制問題，氧量分析指示錯(cuò)誤問題，燃燒空氣開度指示錯(cuò)誤問題，床壓測(cè)量管道堵塞問題以及空氣節(jié)流閥和啟動(dòng)器設(shè)計(jì)不良問題。 1987年9月29日發(fā)生燃燒室過熱事故。該爐雙燃燒室自I其中一側(cè)，因未燃盡的煤堆突然著火，引起燃燒室過熱，便一根水冷壁管爆管，并兇膨脹不同造成二燃燒室之間的結(jié)構(gòu)損壞，因而進(jìn)行了為期十周的搶修。搶修期間，對(duì)鍋爐進(jìn)行金相檢查，沒有發(fā)現(xiàn)任何組織損壞，但有5根水冷壁管發(fā)生永久變形，與軸線偏離±38mm。對(duì)于上述運(yùn)行中出現(xiàn)的各種問題，在搶修期間采用了新的氧量分析儀，裝于省煤器入口，并成功投用I對(duì)爐底灰冷卻器的操作程序作了改進(jìn)，解決了過熱和排水不暢的問題；裝設(shè)在高溫?zé)煔夥蛛x器出口的SOz分析儀，已成功投運(yùn)j對(duì)輸石灰系統(tǒng)，也作了實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)，性能已大大提高I對(duì)空氣節(jié)流閥的設(shè)計(jì)作了修改，解決了節(jié)流閥不靈活的問題，并選用了較大的啟動(dòng)器；對(duì)床料泄漏問題，可通過維持最小的風(fēng)量減輕這一現(xiàn)象，但尚未完全消除，在風(fēng)室和回流段之間，加裝了一根床料再循環(huán)管，已減少風(fēng)室中床料的堆積，因設(shè)計(jì)錯(cuò)誤造成空預(yù)器一、二次風(fēng)漏風(fēng)問題也已解決。在此期間，汽鼓水位控制問題和二次風(fēng)機(jī)振動(dòng)問題，仍然存在． 1988年1月，三單元汽鼓水位控制和鍋爐主控投入，并在75MW的負(fù)荷下，完成了控制調(diào)整。1988年3月1日，該機(jī)組所有系統(tǒng)全部投入，鍋爐成功地達(dá)到了滿負(fù)荷運(yùn)行。但在3月份運(yùn)行中也出現(xiàn)了因再循環(huán)流動(dòng)的不規(guī)則性，引起床溫和風(fēng)量控制失常，因此，財(cái)回流段的氣流分布，還需作進(jìn)一步試驗(yàn)，以解決這一問題。在天燃?xì)恻c(diǎn)火10小時(shí)后，發(fā)電機(jī)并網(wǎng)，15小時(shí)后可停止助燃，單獨(dú)用煤燃燒。今后還應(yīng)繼續(xù)縮短冷態(tài)升爐時(shí)間。 在過熱事故搶修后的三個(gè)月運(yùn)行中，該爐又積累了1600燃煤運(yùn)行小時(shí)，其中最長(zhǎng)的燃煤連續(xù)運(yùn)行已達(dá)283小時(shí)，這就證明經(jīng)一系列有效的改進(jìn)之后，鍋爐的可靠性已大大提高，一旦回流段不規(guī)則流動(dòng)問題解決，該爐將作連續(xù)滿負(fù)荷運(yùn)行。 CU EA110MW循環(huán)沸騰爐在年的運(yùn)行中，總共積累了2200運(yùn)行小時(shí)的燃煤經(jīng)驗(yàn)，并已達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)行。在初期的一些問題解決之后，已經(jīng)證明該爐易于運(yùn)行和控制。年所出現(xiàn)的問題，大部分在運(yùn)行中解決。其中，回流段的循環(huán)性能，輸石灰系統(tǒng)的性能，汽鼓水位控制，二次風(fēng)機(jī)的性能，仍有待于進(jìn)一步研究解決。通過鍋爐鑒定試驗(yàn)和為期二年的鍋爐試驗(yàn)計(jì)劃，必將進(jìn)一步完善該爐的各項(xiàng)性能。（待續(xù)） |
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