于洪濤，楊俊波，高振寶

（山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟南 250013）

0 引言

神華億利能源有限責任公司4×200 MW煤矸石自備電廠安裝4臺燃煤空冷發(fā)電機組，已于2008年8月底全部投產(chǎn)。鍋爐采用循環(huán)流化床燃燒，由上海鍋爐廠與中科院工程熱物理研究所聯(lián)合開發(fā)，上海鍋爐廠制造，是國產(chǎn)首臺200 MW級無外置床循環(huán)流化床鍋爐。

1 鍋爐主要技術(shù)參數(shù)及設(shè)計條件

鍋爐采用緊身封閉、全鋼構(gòu)架、爐頂設(shè)置輕型屋蓋，單鍋筒自然循環(huán)、集中下降管、平衡通風(fēng)、絕熱式旋風(fēng)氣固分離器和滾筒冷渣器，后煙井內(nèi)布置對流受熱面，過熱器采用兩級噴水調(diào)節(jié)蒸汽溫度，再熱器采用以煙氣擋板調(diào)節(jié)蒸汽溫度為主、事故噴水裝置調(diào)溫為輔。

1.1 鍋爐主要技術(shù)參數(shù)

鍋爐的主要技術(shù)參數(shù)如表1。

表1 鍋爐主要技術(shù)參數(shù)

1.2 燃料

煤質(zhì)資料和灰成分分析見表2。

點火及助燃燃料。鍋爐點火及助燃燃料采用國產(chǎn)輕柴油。

脫硫劑。工程摻燒石灰石進行爐內(nèi)脫硫，由電廠外購成品石灰石粉經(jīng)由罐裝汽車運送至廠內(nèi)并卸至石灰石粉庫儲存。

2 燃燒及物料系統(tǒng)特點

鍋爐采用平衡通風(fēng)，爐膛的壓力零點設(shè)置在旋風(fēng)分離器進口煙道內(nèi)。鍋爐采用兩次配風(fēng)，一次風(fēng)從爐膛底部布風(fēng)板、風(fēng)帽進入爐膛，二次風(fēng)從燃燒室前后墻錐體部分分上下兩層進入爐膛。采用前墻集中給煤方式，6個給煤口沿寬度方向均勻布置在前墻水冷壁下部。爐膛底部設(shè)有鋼板式一次風(fēng)室，懸掛在爐膛水冷壁下集箱上。采用床上啟動點火方式，床上共布置6只大功率點火油槍，在爐膛燃燒室下方布置4臺水冷滾筒式冷渣器。

鍋爐在880℃左右的床溫下，燃料和空氣及石灰石在爐膛密相區(qū)內(nèi)混合，煤粒在流態(tài)化狀況下進行燃燒并釋放出熱量，高溫物料、煙氣與水冷壁受熱面進行熱交換。石灰石采用氣力輸送至爐膛煅燒生成CaO和CO2，CaO與煤燃燒生成的SO2反應(yīng)生成CaSO4，實現(xiàn)爐內(nèi)脫硫。煙氣攜帶大量的物料自下而上從爐膛上部的后墻出口進入旋風(fēng)分離器進行煙氣和固體顆粒的分離，分離后潔凈的煙氣由分離器中心筒出來依次進入尾部煙道里的高溫過熱器（再熱器）、省煤器和空氣預(yù)熱器，煙溫降至140℃左右排出鍋爐。被分離器捕集下來的固體顆粒通過立管，由“U”型回料器直接送回到爐膛，實現(xiàn)循環(huán)燃燒。底灰則通過布置在爐膛底部兩側(cè)的冷渣器冷卻，溫度降至150℃以下后排出。

表2 煤質(zhì)資料及灰成分分析

2.1 一次風(fēng)系統(tǒng)

一次風(fēng)由一次風(fēng)機提供，為循環(huán)流化床鍋爐提供床料的流化介質(zhì)，使煤在鍋爐爐膛內(nèi)實現(xiàn)流化狀態(tài)，并作為給料系統(tǒng)的輸送介質(zhì)。

一次風(fēng)在鍋爐空氣預(yù)熱器前設(shè)有暖風(fēng)器，其主要作用是保護空氣預(yù)熱器，使空預(yù)器冷端在冬季運行時免遭低溫腐蝕。從一次風(fēng)機出來的燃燒空氣先后經(jīng)由暖風(fēng)器、空氣預(yù)熱器加熱后，一路進入爐膛底部一次風(fēng)室，通過布風(fēng)板上的風(fēng)帽使床料流化，并形成向上通過爐膛的固體循環(huán)；第二路從一次風(fēng)室引出一根總風(fēng)道至爐前，再從總風(fēng)道上引出6根支管至落煤管作為播煤風(fēng)，從而在進入爐膛前的落煤管道內(nèi)和管道的轉(zhuǎn)彎處形成氣墊，使給煤順暢流動，同時也使得煤粒在進入爐膛時具有一定的動能，有利于煤在爐膛床面上均勻分布，防止給煤在局部堆積；第三路則從一次風(fēng)機出口后的冷風(fēng)道上引出一股高壓冷風(fēng)作為爐前落煤管和給煤機的密封風(fēng)。

一次風(fēng)的風(fēng)壓較高，風(fēng)機TB點壓頭可達22.5 kPa，當機組負荷變化時風(fēng)壓變化較小，因此每臺鍋爐配2臺50%容量的單吸雙支承離心式一次風(fēng)機，采用進口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)。風(fēng)機入口設(shè)置消音器，出口設(shè)置電動擋板門。

2.2 二次風(fēng)系統(tǒng)

二次風(fēng)系統(tǒng)為鍋爐提供燃料燃燒所需的空氣。二次風(fēng)經(jīng)由暖風(fēng)器、空氣預(yù)熱器加熱后引至爐前，由二次風(fēng)箱引出若干根支管，分兩層從爐膛前后墻、密相區(qū)的上部進入爐膛燃燒室，同時二次風(fēng)作為床上油槍點火和油槍冷卻用風(fēng)。

從二次風(fēng)機鼓出的空氣經(jīng)過暖風(fēng)器和空氣預(yù)熱器加熱成為熱二次風(fēng)，分為兩路進入爐膛。其一，大部分熱二次風(fēng)進入沿爐膛高度方向上分兩層布置的4個二次風(fēng)口進入爐膛燃燒，以保證提供足夠的煤粒燃燒所用空氣并參與燃燒調(diào)整；其二，在鍋爐點火啟動時進入布置于鍋爐床上側(cè)墻水冷壁下部的點火油燃燒器，用于鍋爐啟動點火及低負荷穩(wěn)燃。床上點火燃燒器可以起到補燃作用。暖風(fēng)器的設(shè)置位置及作用與一次風(fēng)系統(tǒng)相同。

由于二次風(fēng)機風(fēng)壓較高，當機組負荷變化時風(fēng)量、風(fēng)壓均有一定變化，要求其調(diào)節(jié)性能較好，運行效率高。選用2臺50%容量的單吸雙支撐離心式風(fēng)機，配備調(diào)速型液力偶合器。風(fēng)機入口設(shè)置消音器，出口設(shè)電動擋板門。

2.3 爐內(nèi)物料循環(huán)燃燒系統(tǒng)

爐內(nèi)物料循環(huán)燃燒系統(tǒng)的作用在于將旋風(fēng)分離器里收集到的炙熱顆粒經(jīng)回料器送回到爐膛，實現(xiàn)物料的循環(huán)燃燒。本系統(tǒng)由3個旋風(fēng)分離器、3個回料器、2臺高壓流化風(fēng)機等部件和設(shè)備所組成。

爐膛、旋風(fēng)分離器和“U”形回料器三大部件形成鍋爐的物料循環(huán)系統(tǒng)，一次風(fēng)從布置在水冷布風(fēng)板上的風(fēng)帽進入爐膛底部的密相區(qū)，使爐膛內(nèi)的物料流化，高溫物料與煤粒和石灰石充分混合，在密相區(qū)內(nèi)完成燃燒和脫硫過程。大顆粒物料被流化懸浮到一定高度后，沿爐膛四周水冷壁流回到底部的密相區(qū)，細小顆粒物料則被煙氣攜帶離開爐膛，通過旋風(fēng)分離器進口煙道，分別切向進入3個旋風(fēng)分離器。在分離器內(nèi)，粗顆粒從煙氣中分離出來，而煙氣流則通過分離器中心筒進入后煙井。

由旋風(fēng)分離器分離出來的固體顆粒依靠重力進入回料器，回料器兩邊利用高壓風(fēng)形成不同的流態(tài)化，可將固體顆粒單向送回爐膛。在旋風(fēng)分離器立管中的固體顆粒建立起來的料位，能防止爐內(nèi)煙氣和流化風(fēng)從回料器竄至旋風(fēng)分離器。由高壓流化風(fēng)機提供的流化風(fēng)作為“U”型回料器流化用風(fēng)和旋風(fēng)分離器吹掃用風(fēng)。本系統(tǒng)每爐設(shè)2臺100%容量的羅茨式高壓流化風(fēng)機，其中1臺運行，1臺備用。

2.4 煙氣系統(tǒng)

鍋爐燃燒產(chǎn)生的高溫煙氣經(jīng)旋風(fēng)分離器分離后，煙氣中大的顆粒飛灰被分離出來返回爐膛，而煙氣則攜帶小顆粒飛灰流經(jīng)鍋爐尾部受熱面，經(jīng)過布袋除塵器收塵后，由吸風(fēng)機將煙氣通過煙囪排入大氣。每爐配1臺布袋除塵器，配置防超溫、防汽水管道爆破、防糊袋、預(yù)涂灰等系統(tǒng)，除塵后煙塵濃度≤50 mg/Nm3，能夠滿足排放標準的要求。本工程每兩爐共用一座高度為180 m的鋼筋混凝土單筒煙囪。

吸風(fēng)機在機組負荷變化時風(fēng)量、風(fēng)壓均有較大變化，技術(shù)要求其調(diào)節(jié)性能較好，運行效率高。選用雙支撐離心式風(fēng)機，配調(diào)速型液力偶合器。風(fēng)機進出口設(shè)電動擋板門。

2.5 給煤系統(tǒng)

原煤采用兩級破碎，末級破碎機出口煤的入爐粒度范圍要求為0～10 mm。粒度合格的燃煤進入爐前大煤斗，經(jīng)皮帶給煤機將煤粒送至落煤管上方。

原煤供給系統(tǒng)采用正壓給料，為防止爐膛內(nèi)煙氣反竄到給煤機燒壞皮帶，從一次風(fēng)機出口的冷風(fēng)道上引出一股冷風(fēng)作為密封風(fēng)送到給煤機和落煤槽。給煤機密封風(fēng)進口設(shè)置在進煤端，落煤管密封風(fēng)進口設(shè)置在閘板閥的下方。同時空預(yù)器出口的熱一次風(fēng)為氣力播煤裝置提供足夠數(shù)量和壓力的干燥空氣，起到防止給煤口堵塞和煙氣返串進入給煤系統(tǒng)作用。給煤機上方的落料管內(nèi)有一段密封物料也可以對爐膛正壓進行密封。

給煤系統(tǒng)采用爐前一級給煤。每爐在除氧煤倉間設(shè)置3座原煤倉，設(shè)置空氣炮和疏松機。每個煤倉設(shè)有兩個落煤口，分別對應(yīng)兩臺給煤機。給煤機采用耐壓稱重式皮帶式，可對入爐煤進行精確計量。給煤機驅(qū)動電動機采用變頻調(diào)速，在運行中可根據(jù)鍋爐燃燒控制系統(tǒng)反饋信號自動調(diào)節(jié)給煤量。

2.6 石灰石粉系統(tǒng)

每臺鍋爐設(shè)石灰石粉倉1個，粉倉下連接氣力輸送裝置直接將石灰石粉送入鍋爐石灰石粉加入口。氣力輸送裝置容量能夠滿足BMCR工況下鍋爐石灰石用量且有一定容量裕量。入爐顆粒粒度范圍為0～1 mm，50%切割粒徑d50=0.35 mm。3個石灰石口分別布置在3個回料器出口的返料腿上，石灰石噴管插入返料管中，可使床料和石灰石在進入爐膛前進行預(yù)混合加熱。

2.7 啟動床料系統(tǒng)

鍋爐在3個U型回料器的上升立管處均留有啟動床料的給入口，啟動床料倉高度在啟動床料的給入口的標高之上，能夠保證床料自流到回料器內(nèi)，也可將啟動床料倉布置在爐前與給煤機相連，利用給煤機和落煤管向爐膛內(nèi)加入床料。通常采用河沙作為啟動床料，或者采用燃盡程度高的爐渣。

鍋爐啟動前床料加入量包括爐膛、回料器和冷渣器的床料用量。爐膛加入爐渣時的床料高度大于1 200 mm，加沙時的床料高度大于1 100 mm。

2.8 出渣及排灰系統(tǒng)

燃煤中的灰分由爐膛下部以灰渣形式和鍋爐尾部以飛灰形式排出。根據(jù)燃煤粒度、煤的成灰特性不同，各類灰分所占份額會有所不同。就本鍋爐的設(shè)計煤種和入爐煤粒度而言，灰渣占總灰量的40%，平均粒度為500 μm左右；飛灰占總灰量的60%，平均粒度為30 μm左右。

鍋爐共設(shè)置4臺水冷滾筒式冷渣器，采用以水冷為主、風(fēng)冷為輔的雙冷卻形式，3臺冷渣器即能滿足鍋爐正常運行的需要。冷渣器的進渣溫度為880℃，冷卻介質(zhì)為凝結(jié)水，經(jīng)過冷渣器冷卻后，落渣口的出渣溫度為150℃，而冷卻室中的水經(jīng)加熱后再返回到汽輪機的回熱系統(tǒng)。

2.8 鍋爐點火及助燃油系統(tǒng)

每臺鍋爐設(shè)置有6臺床上啟動燃燒器，油槍采用壓縮空氣霧化，中心回油，調(diào)節(jié)范圍廣，方便運行。爐前油系統(tǒng)以壓縮空氣作為吹掃介質(zhì)。

點火油槍采用可伸縮結(jié)構(gòu)，并和爐內(nèi)耐磨層表面有一定的距離，鍋爐正常運行時，可將床上點火油槍退出爐外，同時維持一定的冷卻風(fēng)量，確保燃燒器不被燒損。床上點火油槍配有高能點火裝置和火焰檢測裝置。

建設(shè)新的油區(qū)，油罐容量為2×500 m3，可以滿足本期工程的燃油使用。

3 運行中發(fā)現(xiàn)問題及解決

3.1 一次風(fēng)道震動問題

一次風(fēng)機采用雙吸雙支撐離心式風(fēng)機，其冷一次風(fēng)道系統(tǒng)的特點是風(fēng)壓高、風(fēng)道行程短，在進入空氣預(yù)熱器之前經(jīng)過兩個急轉(zhuǎn)彎頭、一個緩轉(zhuǎn)彎頭和暖風(fēng)器，設(shè)計符合煙風(fēng)六道設(shè)計規(guī)程的條文要求。在機組試生產(chǎn)階段，冷一次風(fēng)道產(chǎn)生振動，特點為小幅高頻，嚴重時造成鋼板穿孔，導(dǎo)流板撕裂及加固肋焊縫震開。

在經(jīng)過多次加固整改而不見明顯好轉(zhuǎn)的情況下，業(yè)主及總承包方面邀請西安熱工研究院進行了流場模擬試驗并據(jù)試驗結(jié)果對風(fēng)道進行了進一步的調(diào)整。從試驗數(shù)據(jù)看在風(fēng)道轉(zhuǎn)彎處和暖風(fēng)器處壓損較大，導(dǎo)致形成渦流引起振動。因此在機組停運期間采取了增加導(dǎo)流板、取消一次風(fēng)暖風(fēng)器、增加隔音層厚度等措施，振動情況有所緩解。

3.2 給煤粒度調(diào)整

在初步設(shè)計階段的原煤設(shè)計粒度為0～8 mm。在機組試運期間發(fā)現(xiàn)，因煤質(zhì)條件較好，揮發(fā)份較高，煤粒偏小引起床壓波動較大而導(dǎo)致床料自流。因此在試運結(jié)束后將原煤粒度調(diào)整為0～10 mm最大至12 mm，調(diào)整后運行情況有所改善。因此循環(huán)流化床鍋爐主燃料粒度在試運期間應(yīng)根據(jù)燃料揮發(fā)份特性及煤質(zhì)條件進行適時調(diào)整，結(jié)合運行情況選擇最佳的燃料粒度。

3.3 給煤機進口尺寸調(diào)整

為防止煤斗在運行過程中發(fā)生堵煤現(xiàn)象，在滿足原煤斗壁面設(shè)計角度滿足現(xiàn)行設(shè)計標準，即壁面與水平面夾角不小于70°的情況下，每個煤斗的錐段均配備了空氣炮和疏送機，并且內(nèi)襯不銹鋼板。結(jié)合近幾年大容量CFB機組運行過程中發(fā)現(xiàn)的問題，將煤斗出口及給煤機進口的尺寸由初步設(shè)計階段的圓形Ф1000mm，調(diào)整為方形1 600 mm×800 mm，加大了給煤機進口電動閘板門的尺寸，使煤斗一側(cè)壁面的夾角在原有不小于70°的基礎(chǔ)上繼續(xù)加大，從而進一步降低了堵煤的可能性。

4 結(jié)束語

200 MW級CFB鍋爐是我國首臺自主知識產(chǎn)權(quán)無外置床循環(huán)流化床鍋爐，2008年8月全部投運以來運行情況良好，燃燒系統(tǒng)各輔助設(shè)備選型基本合理，各排放指標均達到國家標準要求。項目的順利建成，為我國發(fā)展更大容量和更高參數(shù)等級的CFB機組做了有價值的探索，同時對大容量自主知識產(chǎn)權(quán)循環(huán)流化床機組的建設(shè)和運行提供了參考。