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        凱迪崇陽生物質(zhì)電廠除灰系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化

        2013-03-29 10:23:02王智
        節(jié)能技術(shù) 2013年2期
        關(guān)鍵詞:輸灰羅茨除塵器

        王智

        (湖北省電力勘測設(shè)計院,湖北 武漢 430040)

        0 前言

        在國家鼓勵發(fā)展清潔能源的大背景下[1-3],各地興建了一大批以生物質(zhì)作為燃料的生物質(zhì)電廠。與煤燃燒后的飛灰相比,生物質(zhì)燃燒后的飛灰密度小,吸濕性強(qiáng),粒度較大[4-5]。因此,在設(shè)計生物質(zhì)電廠除灰系統(tǒng)時,不能照搬燃煤電廠除灰系統(tǒng)的設(shè)計原則[6-7]。但目前國內(nèi)關(guān)于生物質(zhì)電廠的設(shè)計規(guī)范尚未出臺[8-9],國外也沒有相關(guān)規(guī)范可供參考,因此,研究適合生物質(zhì)電廠的除灰系統(tǒng),對生物質(zhì)電廠的設(shè)計規(guī)范制定有重要指導(dǎo)意義。下面以凱迪崇陽生物質(zhì)電廠為例,探討生物質(zhì)電廠除灰系統(tǒng)的設(shè)計優(yōu)化。

        1 工程概況

        凱迪崇陽生物質(zhì)電廠的設(shè)計燃料為秸稈,校核燃料為稻殼,即以燃燒秸稈為主,當(dāng)秸桿供給不足時,摻燒稻殼。秸桿與稻殼的摻燒質(zhì)量比為2∶1。電廠安裝一臺25 MW抽汽式汽輪發(fā)電機(jī)組,配130 t/h燃燒生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐。鍋爐煙氣通過布袋除塵器除塵,除塵效率為99.9%。

        生物質(zhì)燃料的燃燒特性見表1。

        表1 生物質(zhì)燃料燃燒特性表

        鍋爐灰渣量見表2。

        表2 鍋爐排灰渣量

        2 除灰系統(tǒng)的擬定

        除灰系統(tǒng)設(shè)計了兩套方案,方案一為正壓濃相輸送系統(tǒng),即使用壓縮空氣作為動力,通過倉泵將除塵器收集的飛灰輸送至灰?guī)靸Υ?。方案二為正壓稀相輸送系統(tǒng),即使用羅茨風(fēng)機(jī)為動力源,通過連續(xù)氣力射流泵將除塵器收集的飛灰輸送至灰?guī)靸Υ妗商追桨傅南到y(tǒng)出力均為4 t/h,為燃用設(shè)計燃料排灰量的1.7倍。

        2.1 除灰系統(tǒng)設(shè)計方案

        2.1.1 正壓濃相輸送系統(tǒng)(方案一)

        正壓濃相輸送方案采用壓縮空氣將干灰輸送到灰?guī)靸?nèi)貯存。輸送系統(tǒng)采用空壓機(jī)配合正壓輸送泵氣力輸灰的方案。除塵器灰斗的排灰進(jìn)入灰斗下的輸灰泵后,用壓縮空氣將灰送到灰?guī)?。系統(tǒng)設(shè)灰?guī)煲蛔?,灰?guī)熘睆? m,灰?guī)煊行萘?20 m3,可貯存1 ×130 t/h鍋爐燃用設(shè)計燃料滿負(fù)荷運(yùn)行時約24 h排灰量?;?guī)煜略O(shè)兩個卸灰口,一路接干灰散裝機(jī)裝罐式運(yùn)灰車外運(yùn)。另一路接打包機(jī),打包后外運(yùn)或堆存于臨時灰場?;?guī)鞄祉斣O(shè)有排除庫中空氣的布袋除塵器及保護(hù)灰?guī)旖Y(jié)構(gòu)安全的壓力真空釋放閥,設(shè)有高、低料位計、連續(xù)料位計及檢修起吊設(shè)施。

        為了保證灰?guī)煜禄伊鲿常到y(tǒng)設(shè)灰?guī)鞖饣L(fēng)機(jī)和空氣加熱器供灰?guī)鞖饣脷狻?/p>

        正壓濃相輸送系統(tǒng)工藝圖見圖1。

        圖1 正壓濃相輸送系統(tǒng)工藝示意圖

        2.1.2 正壓稀相輸送系統(tǒng)(方案二)

        正壓稀相輸送方案采用羅茨風(fēng)機(jī)將干灰通過氣力輸送泵輸送到灰?guī)靸?nèi)貯存。輸送系統(tǒng)采用羅茨風(fēng)機(jī)配合連續(xù)氣力射流泵的氣力輸灰方案。除塵器灰斗的排灰進(jìn)入灰斗下的氣力輸送泵后,用羅茨風(fēng)機(jī)將灰吹送到灰?guī)?。該方案的灰?guī)煸O(shè)計與方案一一致,這里不再作詳細(xì)說明。

        正壓稀相輸送系統(tǒng)工藝示圖見圖2。

        圖2 正壓稀相輸送系統(tǒng)工藝示意圖

        2.2 方案分析及經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較

        2.2.1 方案特點(diǎn)分析

        方案一正壓濃相輸送系統(tǒng)是目前最為常見的除灰系統(tǒng)方案,它有以下特點(diǎn):

        (1)不受氣候條件影響,技術(shù)成熟,運(yùn)行安全可靠[10-12]。由于輸送用壓縮空氣經(jīng)過過濾處理,其中所含水分及油分很低,因此不會出現(xiàn)飛灰吸濕凝結(jié)導(dǎo)致堵管的現(xiàn)象。

        (2)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)豐富。國內(nèi)大部分新建電廠已投入運(yùn)行的正壓濃相輸灰系統(tǒng)均運(yùn)行正常,積累了豐富的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)可供參考。

        (3)倉泵是間歇輸灰,系統(tǒng)閥門較多,維護(hù)費(fèi)用較高,控制系統(tǒng)復(fù)雜。

        方案二與方案一相比,注意區(qū)別是輸灰用氣和輸灰設(shè)備不同。輸送飛灰的動力來源由空壓機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣改為羅茨風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的流動氣流,還有把倉泵換成了連續(xù)氣力射流泵。它有以下特點(diǎn):

        (1)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性受氣候條件影響[13-15]。由于羅茨風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的輸送用氣沒有經(jīng)過過濾處理,當(dāng)空氣潮濕時,輸送用氣中含水量高,容易造成飛灰吸濕凝結(jié)從而導(dǎo)致堵管。

        (2)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)不足。國內(nèi)電廠已投入運(yùn)行的正壓稀相輸灰系統(tǒng)較少,可供參考的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)不足。

        (3)設(shè)備簡單,主要設(shè)備只有羅茨風(fēng)機(jī)和氣力輸送泵,因此減少設(shè)備投資和安裝、建筑費(fèi)用。連續(xù)氣力射流泵是連續(xù)輸灰,系統(tǒng)閥門較少,控制及維護(hù)簡單。

        2.2.2 兩方案的經(jīng)濟(jì)性對比

        由于兩方案在灰?guī)旆矫娴脑O(shè)計是一致的,下面只需對輸送系統(tǒng)和動力系統(tǒng)進(jìn)行對比。

        兩方案的基建及運(yùn)行費(fèi)用見表3。

        表3 投資明細(xì)表

        以上對比可見,方案二與方案一相比,“主要設(shè)備及材料費(fèi)用”和“建筑工程費(fèi)”大幅降低。這是由于二者的動力系統(tǒng)不同造成的。方案一中壓縮空氣制取及過濾系統(tǒng)所涉及的設(shè)備較多,控制復(fù)雜,因此設(shè)備投資及相應(yīng)的控制系統(tǒng)費(fèi)用較高。方案一需要配套建設(shè)專門的空壓機(jī)房,而方案二中羅茨風(fēng)機(jī)可安裝在除塵器下,無需為其配套專門的建筑,所以方案二無“建筑工程費(fèi)”。

        2.2.3 兩方案的技術(shù)性能對比

        正壓濃相輸送系統(tǒng)與正壓稀相輸送系統(tǒng)在技術(shù)性能方面相比,各有優(yōu)缺點(diǎn),下面從四個方面具體比較:

        (1)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。方案一的輸灰動力來源是壓縮空氣,系統(tǒng)除了配備空壓機(jī)外,還要安裝初級過濾器和精過濾器,以及多個儲氣罐。方案二的輸灰動力來源是風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的流動氣流,系統(tǒng)只需要配備2臺羅茨風(fēng)機(jī)。兩者相比方案二的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為簡單。

        (2)系統(tǒng)的輸送能力。方案一適合大容量、長距離輸送,而方案二的輸送距離較短,一般控制在500 m之內(nèi)。由于輸送用壓縮空氣氣壓較大(0.6~0.8 MPa),因此長距離輸送時不易堵管。而羅茨風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓較小(<0.1 MPa),因此長距離輸送時容易堵管。2012年7月20日在北京舉行的《火力發(fā)電廠除灰系統(tǒng)研討會》上,專家團(tuán)一致認(rèn)為,為保證正壓稀相輸送系統(tǒng)運(yùn)行安全溫度,輸送距離應(yīng)控制在500 m以內(nèi),以300 m以內(nèi)為最佳。

        (3)系統(tǒng)的安全可靠性。方案一與方案二相比,最大的優(yōu)勢就是系統(tǒng)安全可靠,這在實(shí)際運(yùn)行中得到證實(shí)。由于方案二采用羅茨風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的流動氣流作為氣源,氣源沒有經(jīng)過過濾處理,含有較多的水分。干灰的吸水性很強(qiáng),一旦氣源中的水分過高(如陰雨天空氣濕度大時)就會導(dǎo)致干灰吸水凝結(jié),直至發(fā)生堵管現(xiàn)象,嚴(yán)重影響系統(tǒng)的安全運(yùn)行。此外,羅茨風(fēng)機(jī)在高真空的工況下,葉片間隙漏風(fēng)加劇,使實(shí)際輸送空氣量下降,也容易導(dǎo)致堵管。而方案一的壓縮空氣經(jīng)過過濾處理后品質(zhì)較高,所含水分較少,而且輸送空氣量穩(wěn)定,因此一般不會發(fā)生堵管事故,系統(tǒng)的安全可靠性較高。

        (4)運(yùn)行及維護(hù)。方案一的倉泵是間歇輸送,需要頻繁地切換閥門,對閥門的磨損較嚴(yán)重,運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用較高。方案二的連續(xù)氣力射流泵是連續(xù)輸送,無閥門,因此運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用較低。方案一的控制系統(tǒng)比較復(fù)雜,方案二的控制系統(tǒng)簡單,便于操作。

        綜合以上經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)性能分析,方案一雖然投資較多,但性能安全可靠,方案二雖然投資較少,但系統(tǒng)的安全可靠性不高。所以綜合考慮,推薦采用正壓濃相輸送系統(tǒng)。

        3 結(jié)論

        (1)生物質(zhì)電廠灰量較大且除塵器與灰?guī)炀嚯x較遠(yuǎn)時,首選正壓濃相輸送系統(tǒng)。實(shí)際運(yùn)行證明,正壓濃相輸送系統(tǒng)適合大灰量長距離輸送,運(yùn)行工況良好。如采用正壓稀相輸送系統(tǒng)在距離過長特別是空氣濕度較大的情況下,容易發(fā)生堵管事故。

        (2)生物質(zhì)電廠灰量較小,尤其是除塵器與灰?guī)炀嚯x較近(不超過500 m)時,從降低成本角度考慮,可以選擇正壓稀相輸送系統(tǒng)。與正壓濃相輸送系統(tǒng)相比,采用正壓稀相輸送系統(tǒng)可降低40%的一次建設(shè)成本。

        (3)生物質(zhì)電廠采用正壓稀相輸送系統(tǒng)時,一定要考慮堵管問題,在布置輸灰管道時最好直線布置,無法直線布置時也應(yīng)盡量避免彎頭集中。

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