丁立群， 王 威

(哈爾濱工業(yè)大學(xué) 建筑學(xué)院 寒地城鄉(xiāng)人居環(huán)境科學(xué)與技術(shù)工業(yè)和信息化部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 黑龍江 哈爾濱 150090)

1 概述

隨著社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，人們的生活水平、生活質(zhì)量要求越來越高，集中供熱的規(guī)模越來越大,能源問題也越顯突出。目前我國供熱能源還是以燃煤為主，隨著能源需求的擴(kuò)大，煤炭資源變得越來越緊張。尤其是優(yōu)質(zhì)煤(低位發(fā)熱量20 934 kJ/kg以上)價(jià)格飆升，資源匱乏。而劣質(zhì)煤(低位發(fā)熱量13 816.4～18 840.6 kJ/kg)儲(chǔ)量豐富，如何在保證鍋爐出力和效率的前提下高效燃用劣質(zhì)煤成為新的課題。

目前國內(nèi)有兩種產(chǎn)品能夠燃用劣質(zhì)煤。一種是循環(huán)流化床鍋爐，一種是大型往復(fù)爐排鍋爐。本文將分析這兩種鍋爐的綜合性能。

2 鍋爐介紹

① 往復(fù)爐排鍋爐

大型往復(fù)爐排鍋爐是在2000年以后逐步發(fā)展起來的。往復(fù)爐排鍋爐是層燃鍋爐中煤種適應(yīng)性較廣的一種燃燒設(shè)備。在爐排往復(fù)推動(dòng)中具有雙面引火及撥火功能，因此燃料適用性廣而得以向高參數(shù)大容量發(fā)展。至2012年，單機(jī)蒸發(fā)量200 t/h(熱容量145 MW)SHW145-1.6/150/90-AII型鍋爐問世，標(biāo)志著大型往復(fù)爐排鍋爐的技術(shù)日趨成熟?，F(xiàn)階段的往復(fù)爐排膜式壁鍋爐設(shè)計(jì)效率在85%以上，其結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省占地及空間，尾部采用鑄鐵省煤器，降低鍋爐排煙溫度，不懼低溫腐蝕。往復(fù)爐排鍋爐運(yùn)行維護(hù)簡單方便，可隨意啟爐、停爐，鍋爐運(yùn)行自身耗能低[1]。

② 循環(huán)流化床鍋爐

循環(huán)流化床鍋爐屬沸騰燃燒鍋爐，其特點(diǎn)是能燃用劣質(zhì)煤，甚至煤矸石。其技術(shù)最早源自國外，目的是消除煤炭坑口的煤矸石。循環(huán)流化床鍋爐的發(fā)展也是適應(yīng)了我國能源結(jié)構(gòu)的需求。循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)效率為87%～91%，煤的粒徑要求不大于10 mm。循環(huán)流化床鍋爐因必須有較大的流化空間，通常鍋爐尺寸相對(duì)較大，鋼耗量隨之增加。

循環(huán)流化床鍋爐埋床受熱面磨損較大，需定期維護(hù)；物料浮動(dòng)燃燒，需高壓送風(fēng)機(jī)，鍋爐運(yùn)行自身能耗較大；點(diǎn)火復(fù)雜，需輔助燃料(天然氣或油)預(yù)熱爐膛，不宜頻繁停爐、啟爐；運(yùn)行操作復(fù)雜，司爐必須經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)，其運(yùn)行管理模式等同于熱電廠。循環(huán)流化床鍋爐最大的問題是粉煤灰無法自然堆放，很多中小城市使用循環(huán)流化床鍋爐因粉煤灰沒有接收單位，自然堆放又污染環(huán)境而被迫關(guān)停。循環(huán)流化床鍋爐燃燒效率高，可進(jìn)行爐內(nèi)脫硫，進(jìn)行低氮燃燒控制，有利于環(huán)保。

3 經(jīng)濟(jì)性比較

筆者調(diào)研了循環(huán)流化床鍋爐和往復(fù)爐排鍋爐系列容量自耗電功率，見表1、2。

表1 循環(huán)流化床鍋爐自耗電功率

表2 往復(fù)爐排鍋爐自耗電功率

根據(jù)表1、2，以蒸發(fā)量為130 t/h鍋爐為例，往復(fù)爐排鍋爐的引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、爐排電機(jī)總功率為967 kW，鍋爐效率為85%，而循環(huán)流化床鍋爐引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)、返料風(fēng)機(jī)總功率為1 727 kW，鍋爐效率為90%。按煤的低位發(fā)熱量16 747.2 kJ/kg計(jì)算，往復(fù)爐排鍋爐小時(shí)耗煤量為22.94 t/h，循環(huán)流化床鍋爐小時(shí)耗煤量為21.66 t/h，二者相差1.28 t/h。若煤價(jià)按400元/t，即煤價(jià)相差512元/h。兩者的鍋爐自耗電功率差為760 kW，電價(jià)按0.8 元/(kW·h)計(jì)，循環(huán)流化床鍋爐每小時(shí)多耗電費(fèi)608 元/h，合計(jì)差價(jià)為96 元/h。此處不計(jì)流化床鍋爐運(yùn)行操作復(fù)雜，維護(hù)管理成本較高。單從運(yùn)行費(fèi)用比較，循環(huán)流化床鍋爐高于往復(fù)爐排鍋爐。

4 案例分析

① 遼寧本溪某熱力公司2004年安裝3臺(tái)蒸發(fā)量為80 t/h循環(huán)流化床鍋爐，2006年又增建了3臺(tái)蒸發(fā)量為40 t/h循環(huán)流化床鍋爐；隨著供熱面積增大，2009年又增建了2臺(tái)蒸發(fā)量為75 t/h循環(huán)流化床鍋爐(蒸汽拖動(dòng)引風(fēng)機(jī)、循環(huán)泵等做功后再供熱)。其中2004年安裝的蒸發(fā)量為80 t/h鍋爐和2006年安裝的蒸發(fā)量為40 t/h鍋爐在經(jīng)過6～8 a的運(yùn)行都進(jìn)行過大修維護(hù)(包括更換部分輻射受熱面和對(duì)流受熱面)。在鍋爐燃用II類煙煤時(shí)，每運(yùn)行80 d左右必須停爐對(duì)防磨板進(jìn)行維護(hù)。后來改用褐煤情況好轉(zhuǎn)，鍋爐能夠持續(xù)運(yùn)行一個(gè)供暖期，但每到夏季必須對(duì)鍋爐的防磨板、回料裝置、下煤口、膜式壁澆筑料(衛(wèi)燃帶)進(jìn)行維修維護(hù)。至2012年該熱源總裝機(jī)蒸發(fā)量為510 t/h，供熱面積為540×104m2。但由于鍋爐老化原因，實(shí)際蒸發(fā)量不足400 t/h。至2018年該熱源供熱面積為580×104m2，而循環(huán)流化床鍋爐的進(jìn)一步老化已不能滿足供熱需求。

2018年該熱源新建4臺(tái)位蒸發(fā)量為140 t/h(SHW98-1.6/150/90-H)鍋爐房，先上3臺(tái)熱容量為98 MW往復(fù)爐排鍋爐，保留2臺(tái)蒸發(fā)量為75 t/h循環(huán)流化床蒸汽鍋爐；其他6臺(tái)鍋爐全部拆除[2]。待兩臺(tái)蒸發(fā)量為75 t/h循環(huán)流化床鍋爐老化淘汰后，又增加一臺(tái)蒸發(fā)量為150 t/h往復(fù)爐排鍋爐。

② 遼寧錦州某熱電公司，原有6臺(tái)蒸發(fā)量為80 t/h流化床蒸汽鍋爐。分別建于2003年至2006年。該公司是熱電聯(lián)產(chǎn)模式，隨著循環(huán)流化床鍋爐的老化，供熱面積增加，需要增加供熱鍋爐。該用戶經(jīng)過多方考察論證，最終選擇新建大型往復(fù)爐排熱水鍋爐。2013年新建6臺(tái)位蒸發(fā)量為120 t/h(SHW91-1.6/130/70-H)鍋爐房，2013年投運(yùn)2臺(tái)，2015年投運(yùn)1臺(tái)。

③ 黑龍江煤城某熱電公司，原有4臺(tái)蒸發(fā)量為35 t/h鏈條爐排蒸汽鍋爐。分別建于2002年至2005年。至2012年因供熱負(fù)荷增加，舊鍋爐老化，筆者分別于2012年和2013年對(duì)舊鍋爐進(jìn)行了改造。將鏈條爐排拆除，更換往復(fù)爐排，進(jìn)而能夠燃用低位發(fā)熱量煤降，低供熱成本。改造后鍋爐蒸發(fā)量達(dá)到37 t/h，同時(shí)尾部煙氣余熱量回收達(dá)到2 MW。該公司在2015年供熱面積劇增的情況下，新建了2臺(tái)SHW70-1.25/115/70-IIA型熱水鍋爐。

5 結(jié)語

從環(huán)保角度看，循環(huán)流化床鍋爐具有爐內(nèi)脫硫、低氮燃燒控制優(yōu)勢。但國家環(huán)保部門依然要求燃煤鍋爐必須進(jìn)行脫硫、脫硝、低濃度粉塵排放。對(duì)于僅供熱的企業(yè)，保證低濃度粉塵排放用布袋除塵器，層燃鍋爐原始排塵質(zhì)量濃度低于2 000 mg/m3(溫度0 ℃，壓力101.325 kPa的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下),循環(huán)流化床鍋爐原始排塵質(zhì)量濃度大于6 000 mg/m3，因此布袋除塵器的負(fù)擔(dān)加重，使用壽命會(huì)縮短。

對(duì)于小型熱電聯(lián)產(chǎn)企業(yè)，選用流化床蒸汽鍋爐先發(fā)電再供熱是目前的唯一途徑。筆者將DHL35-3.82/350-AII型鍋爐改造成DHW35-3.82/350-AII型鍋爐已逾10臺(tái)(尾部原空氣預(yù)熱器改造為省煤器，可多回收余熱2 MW)，運(yùn)行時(shí)間最長的接近10 a。同時(shí)筆者設(shè)計(jì)了SHW75-2.5/300-AII型鍋爐及DHW100-5.3/480-AII型鍋爐，前者已運(yùn)行5 a，后者在建設(shè)中。

筆者認(rèn)為，在選擇燃用低熱值煤的鍋爐時(shí)，當(dāng)單機(jī)蒸發(fā)量低于300 t/h(熱容量低于210 MW)，應(yīng)優(yōu)先考慮大型往復(fù)爐排鍋爐；如果燃料低位發(fā)熱量低于12 560.4 kJ/kg時(shí)，應(yīng)選擇循環(huán)流化床鍋爐。