5×116MW循環(huán)流化床鍋爐供熱鍋爐房的設(shè)計(jì)

摘 要

摘要：介紹了大型循環(huán)流化床鍋爐熱水鍋爐房設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)5×116MW鍋爐房的水系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)及主要設(shè)備的設(shè)計(jì)選型進(jìn)行了探討。關(guān)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(shè)計(jì)的特點(diǎn)，結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)5×116MW鍋爐房的水系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)及主要設(shè)備的設(shè)計(jì)選型進(jìn)行了探討。
關(guān)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(shè)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(guó)家節(jié)能減排政策的出臺(tái)，供暖負(fù)荷越來越大，但是由于熱電廠的建設(shè)和城市供暖負(fù)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(shè)鍋爐房以滿足供暖用戶的用熱要求，當(dāng)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(diào)峰或備用供熱熱源。傳統(tǒng)的鏈條爐排高溫?zé)崴仩t受爐排限制，熱功率增大受限(目前投入運(yùn)行的大功率鏈條爐排高溫?zé)崴仩t以70MW為主)，鏈條爐排高溫?zé)崴仩t已經(jīng)不能滿足供暖負(fù)荷高速發(fā)展的需要。循環(huán)流化床鍋爐的特點(diǎn)是：鍋爐熱效率較高，運(yùn)行穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)單，燃料適應(yīng)性廣，污染物排放量低[1]。國(guó)家“十一五”規(guī)劃綱要指出“發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)。鼓勵(lì)企業(yè)充分利用劣質(zhì)煤、煤炭洗選加工副產(chǎn)品。”因此，大型循環(huán)流化床鍋爐隨之進(jìn)入供熱市場(chǎng)。現(xiàn)以山西省孝義市集中供熱鍋爐房工程(5×116MW)為例，對(duì)大型供熱循環(huán)流化床鍋爐房的設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。
2 工程實(shí)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(tái)116MW循環(huán)流化床熱水鍋爐，其中一期工程安裝3臺(tái)，預(yù)留2臺(tái)位置。運(yùn)煤、煙囪等公用設(shè)施按5臺(tái)設(shè)計(jì)。單臺(tái)循環(huán)流化床熱水鍋爐額定產(chǎn)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(shè)計(jì)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(wǎng)供回水管及熱用戶組成一個(gè)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(biāo)高為744m，市區(qū)地面最高點(diǎn)標(biāo)高為766m?？刹捎米冾l補(bǔ)水泵補(bǔ)水定壓的方式。補(bǔ)水泵定壓設(shè)備簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，是目前國(guó)內(nèi)集中供熱系統(tǒng)最常用的定壓方式[2]。
    熱網(wǎng)循環(huán)泵的選擇：一期循環(huán)流化床熱水鍋爐房總供熱負(fù)荷為3×116MW，一級(jí)熱網(wǎng)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(jì)算公式為[3]：
 
式中qm,s——設(shè)計(jì)質(zhì)量流量，t/h
    Φ——熱負(fù)荷，kW
    cp——比定壓熱容，kJ/(kg·K)
    t1——熱網(wǎng)供水溫度，℃
    t2——熱網(wǎng)回水溫度，℃
    熱力系統(tǒng)為閉式系統(tǒng)，計(jì)算循環(huán)水泵的揚(yáng)程時(shí)，只考慮克服整個(gè)系統(tǒng)的阻力，可按式(2)計(jì)算。供回水管網(wǎng)阻力為0.8MPa，鍋爐房?jī)?nèi)部管網(wǎng)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(yáng)程的計(jì)算公式為[4]：
    H=1.2(H1+H2+H3)=1.26MPa    (2)
式中H——循環(huán)水泵揚(yáng)程，MPa
    H1——熱源廠內(nèi)部阻力，MPa
    H2——外網(wǎng)供回水管道阻力，MPa
    H3——熱力站阻力，MPa
    根據(jù)供熱系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的量調(diào)節(jié)及循環(huán)流化床鍋爐特點(diǎn)，確定每臺(tái)循環(huán)流化床鍋爐配1臺(tái)循環(huán)水泵，再備用1臺(tái)。根據(jù)3臺(tái)循環(huán)水泵并聯(lián)運(yùn)行的總性能曲線與管道性能曲線[5]，確定單臺(tái)循環(huán)水泵循環(huán)水量為2160t/h，揚(yáng)程為1.262MPa，功率為1000kW。
2.3 燃燒系統(tǒng)
   ① 系統(tǒng)概況
   每臺(tái)循環(huán)流化床鍋爐爐前設(shè)置有效容積為500m3原煤倉(cāng)1臺(tái)，容納鍋爐額定負(fù)荷下10h的耗煤量，每臺(tái)循環(huán)流化床鍋爐配3臺(tái)刮板給煤機(jī)，將煤從原煤倉(cāng)給入鍋爐。鍋爐點(diǎn)火用-10號(hào)輕柴油，輕柴油由油泵房送至鍋爐房，循環(huán)流化床鍋爐點(diǎn)火采用油槍床下點(diǎn)火，燃油采用壓縮空氣霧化。
    每臺(tái)循環(huán)流化床鍋爐配置一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)各1組，分別采用羅茨風(fēng)機(jī)2臺(tái)，1用1備。冷風(fēng)經(jīng)空氣預(yù)熱器加熱，一次熱風(fēng)送入爐膛底部風(fēng)室，二次熱風(fēng)送入爐膛中部風(fēng)箱，循環(huán)流化床鍋爐返料采用高壓羅茨風(fēng)機(jī)。循環(huán)流化床鍋爐產(chǎn)生的煙氣經(jīng)過布袋除塵器，由引風(fēng)機(jī)送入脫硫裝置后進(jìn)入煙囪。
   ② 燃料系統(tǒng)
   DT Ⅱ型帶式輸送機(jī)選型：本鍋爐房的運(yùn)煤系統(tǒng)按二班工作制，每班實(shí)際有效工作時(shí)間按5h計(jì)[6]。
    輸煤系統(tǒng)運(yùn)輸量：
 
式中qm,m——輸煤系統(tǒng)運(yùn)輸量，t/h
    B——鍋爐小時(shí)最大耗煤量，t/h
    K——運(yùn)輸不平衡系數(shù)，一般為1.1～1.2，本文取1.1
    t——運(yùn)煤系統(tǒng)晝夜有效作業(yè)時(shí)間，h
    選用運(yùn)輸量為400t/h，寬度為1000mm的DT Ⅱ型帶式輸送機(jī)2條。其中1條運(yùn)行，1條備用，且有2條同時(shí)運(yùn)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(zhǎng)的平均停留時(shí)間[7]。
    破碎機(jī)選型：破碎機(jī)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(diào)整兩輥間距來調(diào)整出料粒度。這類破碎機(jī)不易產(chǎn)生過細(xì)粒度，燃燒時(shí)要求鼓風(fēng)量小，粉塵小，對(duì)環(huán)境污染小，在煤中含有鐵件、矸石等難破碎雜物時(shí)，有自我保護(hù)功能，缺點(diǎn)是維護(hù)量大。
    環(huán)錘式破碎機(jī)在出料口處設(shè)有破碎篩篦，篦孔的尺寸根據(jù)要求的出料粒度在出廠時(shí)一次確定，運(yùn)行時(shí)無法調(diào)整出料粒度。由于煤質(zhì)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(dǎo)致粘堵。如果在這種工況條件下使用環(huán)錘式破碎機(jī)，勢(shì)必影響設(shè)備的正常運(yùn)行。
    對(duì)于錘擊式破碎機(jī)，當(dāng)煤進(jìn)入破碎機(jī)后，受到高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子的沖擊作用而被初碎，此時(shí)的煤獲得動(dòng)能，高速?zèng)_向破碎板(齒板)，再次被破碎，經(jīng)過破碎板的反彈，再次彈向錘頭。如此反復(fù)，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(jī)對(duì)除鐵件外的其他雜物相對(duì)敏感性不大。但該類破碎機(jī)鼓風(fēng)量大，粉塵大，對(duì)環(huán)境污染大。
    結(jié)合本工程煤質(zhì)特點(diǎn)，選用雙輥式破碎機(jī)，破碎量為350t/h。
   ③ 除塵、脫硫系統(tǒng)
   根據(jù)鍋爐大氣污染物排放國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)評(píng)報(bào)告要求，確定鍋爐煙氣中塵排放質(zhì)量濃度為50mg/m3，鍋爐煙氣中SO2排放質(zhì)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(duì)嚴(yán)重影響人體健康的重金屬粒子及亞微米級(jí)塵粒的捕集更為有效。通常除塵效率可達(dá)99.99%以上，排放煙塵濃度能穩(wěn)定低于50m9/m3。從設(shè)備造價(jià)和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用上分析后，選用布袋除塵器[9]。
    脫硫工藝的選擇應(yīng)根據(jù)鍋爐的容量和冬季運(yùn)行的要求、煤質(zhì)含硫量、環(huán)評(píng)要求、脫硫工藝成熟程度、脫硫劑的供應(yīng)條件、水源情況、脫硫副產(chǎn)物的綜合利用條件、廠址布置條件等因素，經(jīng)過全面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定，本工程采用爐外脫硫，選用技術(shù)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(xì)灰處理
   根據(jù)布袋除塵器的效率，計(jì)算得每臺(tái)鍋爐的產(chǎn)灰量為15.16t/h。布袋除塵器距灰?guī)斓木嚯x為300m。根據(jù)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(xì)灰處理方式，選用正壓濃相氣力除灰系統(tǒng)[10]。根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范，正壓輸送系統(tǒng)除灰能力應(yīng)有不小于鍋爐排灰量的20%的余量，確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)除灰能力為20t/h，每臺(tái)布袋除塵器下設(shè)2排灰斗，每排4個(gè)灰斗，共計(jì)8個(gè)灰斗。每排4個(gè)灰斗為1個(gè)輸送單元，1臺(tái)鍋爐有2個(gè)輸送單元。壓縮空氣作為干灰輸送動(dòng)力和控制氣源。在系統(tǒng)末端設(shè)2座700m3的干灰?guī)?，可?chǔ)存3臺(tái)鍋爐約24h的排灰量。干灰?guī)煜略O(shè)干灰裝車、濕灰裝車裝置。
3 結(jié)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(jīng)成為一種重要的爐型，這種清潔的燃燒技術(shù)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(yīng)用。
參考文獻(xiàn)：
[1] 陳學(xué)營(yíng).循環(huán)流化床鍋爐在集中供熱領(lǐng)域的應(yīng)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(guó)建筑工業(yè)出版社，1993：176-177.
[3] 路廣.換熱站的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[J].煤氣與熱力，1999，19(4)：62-63.
[4] 《動(dòng)力管道設(shè)計(jì)手冊(cè)》編寫組.動(dòng)力管道設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006：691-692.
[5] 蔡增基，龍?zhí)煊?流體力學(xué)泵與風(fēng)機(jī)[M].4版.北京：中國(guó)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(shù)經(jīng)濟(jì)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(shè)備[M].4版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2006：106-107.
[8] 孫學(xué)軍，呂志強(qiáng).泡沫除塵器在流化床鍋爐的應(yīng)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(shù)，2000(1)：22-24.
 
(本文作者：程建坤 谷戰(zhàn)生 河北華熱工程設(shè)計(jì)有限公司 河北承德 067000)