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(jì)南 250013）

0 引言

神華億利能源有限責(zé)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(jī)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(diǎn)火及助燃燃料。鍋爐點(diǎn)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(jìn)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(yùn)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(diǎn)

鍋爐采用平衡通風(fēng)，爐膛的壓力零點(diǎn)設(shè)置在旋風(fēng)分離器進(jìn)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(jìn)入爐膛，二次風(fēng)從燃燒室前后墻錐體部分分上下兩層進(jìn)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(diǎn)火方式，床上共布置6只大功率點(diǎn)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(jìn)行燃燒并釋放出熱量，高溫物料、煙氣與水冷壁受熱面進(jìn)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(jìn)入旋風(fēng)分離器進(jìn)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(jìn)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(jī)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(hù)空氣預(yù)熱器，使空預(yù)器冷端在冬季運(yùn)行時免遭低溫腐蝕。從一次風(fēng)機(jī)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jī)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(jī)的密封風(fēng)。

一次風(fēng)的風(fēng)壓較高，風(fēng)機(jī)TB點(diǎn)壓頭可達(dá)22.5 kPa，當(dāng)機(jī)組負(fù)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(jī)，采用進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)。風(fēng)機(jī)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(jìn)入爐膛燃燒室，同時二次風(fēng)作為床上油槍點(diǎn)火和油槍冷卻用風(fēng)。

從二次風(fēng)機(jī)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(jìn)入爐膛。其一，大部分熱二次風(fēng)進(jìn)入沿爐膛高度方向上分兩層布置的4個二次風(fēng)口進(jìn)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(diǎn)火啟動時進(jìn)入布置于鍋爐床上側(cè)墻水冷壁下部的點(diǎn)火油燃燒器，用于鍋爐啟動點(diǎn)火及低負(fù)荷穩(wěn)燃。床上點(diǎn)火燃燒器可以起到補(bǔ)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(jī)風(fēng)壓較高，當(dāng)機(jī)組負(fù)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(yùn)行效率高。選用2臺50%容量的單吸雙支撐離心式風(fēng)機(jī)，配備調(diào)速型液力偶合器。風(fēng)機(jī)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(jī)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(jìn)入爐膛底部的密相區(qū)，使?fàn)t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(xì)小顆粒物料則被煙氣攜帶離開爐膛，通過旋風(fēng)分離器進(jìn)口煙道，分別切向進(jìn)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(jìn)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(jìn)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?fàn)t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(jī)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(jī)，其中1臺運(yùn)行，1臺備用。

2.4 煙氣系統(tǒng)

鍋爐燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?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(jī)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(biāo)準(zhǔn)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(jī)在機(jī)組負(fù)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(yùn)行效率高。選用雙支撐離心式風(fēng)機(jī)，配調(diào)速型液力偶合器。風(fēng)機(jī)進(jìn)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(jī)出口煤的入爐粒度范圍要求為0～10 mm。粒度合格的燃煤進(jìn)入爐前大煤斗，經(jīng)皮帶給煤機(jī)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?fàn)t膛內(nèi)煙氣反竄到給煤機(jī)燒壞皮帶，從一次風(fēng)機(jī)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(jī)和落煤槽。給煤機(jī)密封風(fēng)進(jìn)口設(shè)置在進(jìn)煤端，落煤管密封風(fēng)進(jìn)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(jìn)入給煤系統(tǒng)作用。給煤機(jī)上方的落料管內(nèi)有一段密封物料也可以對爐膛正壓進(jìn)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(jī)。每個煤倉設(shè)有兩個落煤口，分別對應(yīng)兩臺給煤機(jī)。給煤機(jī)采用耐壓稱重式皮帶式，可對入爐煤進(jìn)行精確計量。給煤機(jī)驅(qū)動電動機(jī)采用變頻調(diào)速，在運(yùn)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(jìn)入爐膛前進(jìn)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(biāo)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(jī)相連，利用給煤機(jī)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(yùn)行的需要。冷渣器的進(jìn)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(jī)的回?zé)嵯到y(tǒng)。

2.8 鍋爐點(diǎn)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(yùn)行。爐前油系統(tǒng)以壓縮空氣作為吹掃介質(zhì)。

點(diǎn)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(yùn)行時，可將床上點(diǎn)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(diǎn)火油槍配有高能點(diǎn)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(yùn)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(jī)采用雙吸雙支撐離心式風(fēng)機(jī)，其冷一次風(fēng)道系統(tǒng)的特點(diǎn)是風(fēng)壓高、風(fēng)道行程短，在進(jìn)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(jī)組試生產(chǎn)階段，冷一次風(fēng)道產(chǎn)生振動，特點(diǎn)為小幅高頻，嚴(yán)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(jìn)行了流場模擬試驗并據(jù)試驗結(jié)果對風(fēng)道進(jìn)行了進(jìn)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(jī)組停運(yùn)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(jī)組試運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)期間應(yīng)根據(jù)燃料揮發(fā)份特性及煤質(zhì)條件進(jìn)行適時調(diào)整，結(jié)合運(yùn)行情況選擇最佳的燃料粒度。

3.3 給煤機(jī)進(jìn)口尺寸調(diào)整

為防止煤斗在運(yùn)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(biāo)準(zhǔn)，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(jī)，并且內(nèi)襯不銹鋼板。結(jié)合近幾年大容量CFB機(jī)組運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)的問題，將煤斗出口及給煤機(jī)進(jìn)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(jī)進(jìn)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(jìn)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(yùn)以來運(yùn)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(biāo)均達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)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(jī)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(jī)組的建設(shè)和運(yùn)行提供了參考。