薛立民

（中國能源建設(shè)集團山西省電力勘測設(shè)計院有限公司，山西 太原 030001）

循環(huán)流化床鍋爐緊急補水系統(tǒng)研究

薛立民

（中國能源建設(shè)集團山西省電力勘測設(shè)計院有限公司，山西 太原 030001）

循環(huán)流化床鍋爐不同于煤粉鍋爐，蓄熱量非常大。在全廠非正常失電情況下，蓄熱會造成爐內(nèi)的汽水混合物及水被不斷加熱，通過對空排汽或汽機旁路蒸發(fā)。如不及時向鍋爐補充給水，隨著時間的增加，爐內(nèi)存水將不斷減少，造成鍋爐受熱面超溫?fù)p壞。結(jié)合循環(huán)流化床鍋爐的特點，分析了常規(guī)緊急補水系統(tǒng)的利弊，提出了一種新型的緊急補水系統(tǒng)。

循環(huán)流化床鍋爐；緊急補水系統(tǒng)；高壓給水系統(tǒng)

0 引言

循環(huán)流化床鍋爐 CFB（Circulating Fluidized bed Boiler），具有燃料適應(yīng)性廣、燃燒效率高、高效脫硫、氮氧化物 (NOx)排放低、易于實現(xiàn)灰渣綜合利用等優(yōu)點，是國際上公認(rèn)的商業(yè)化程度最好的潔凈煤技術(shù)之一。

循環(huán)流化床鍋爐不同于煤粉鍋爐，爐內(nèi)布置有大量的床料和耐火耐磨材料，其蓄熱量非常大。在全廠非正常失電情況下，蓄熱會造成爐內(nèi)的汽水混合物及水被不斷加熱，通過對空排汽或汽機旁路蒸發(fā)。如不及時向鍋爐補充給水，隨著時間的增加，爐內(nèi)存水（包括汽水混合物）將不斷減少，造成鍋爐受熱面超溫?fù)p壞。

國內(nèi)早期引進型循環(huán)流化床鍋爐均設(shè)置了緊急補水系統(tǒng)，但因其系統(tǒng)復(fù)雜、使用頻率低、維護費用高等問題，在后期自主研發(fā)的循環(huán)流化床鍋爐一般不再設(shè)置緊急補水系統(tǒng)。

1 循環(huán)流化床鍋爐常規(guī)緊急補水系統(tǒng)

國內(nèi)引進型循環(huán)流化床鍋爐均設(shè)置了緊急補水系統(tǒng)，設(shè)置此系統(tǒng)的初衷是循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)及熱回路內(nèi)有大量的物料。當(dāng)電廠失電時，這些高溫物料將熱量傳遞給水冷壁、尾部包墻、外置式換熱器等受熱面。而此時無法給鍋爐補水，尤其在外置床內(nèi)，由于床內(nèi)存在大量的熱物料，蓄熱量大，受熱面管子完全浸泡在熱物料中，即使受熱面內(nèi)通過一定量的蒸汽也難以使受熱面冷卻到安全的壁溫，有可能造成受熱面超溫爆管。為了保護外置式換熱器內(nèi)的受熱面，在裝有外置床的循環(huán)流化床鍋爐上，都設(shè)置了緊急補水系統(tǒng)，如云南巡檢司電廠、云南紅河電廠等。

國內(nèi)自主研發(fā)的300 MW循環(huán)流化床鍋爐，如廣東寶麗華300 MW機組、淮北臨渙煤泥矸石電廠一期300 MW機組等工程參照引進技術(shù)也設(shè)置了同樣的緊急補水系統(tǒng)。常規(guī)緊急補水系統(tǒng)流程見圖1。

圖1 循環(huán)流化床鍋爐機組常規(guī)緊急補水系統(tǒng)流程圖

2臺機組公用1套緊急補水系統(tǒng)，配置1臺大功率的柴油機，1套高壓頭低流量的水泵，1個1 000 m3的緊急補水箱等。當(dāng)全廠失電，鍋爐主給水泵不能工作時，將主廠房外緊急補水箱中的除鹽水通過緊急補水泵補入鍋爐。常規(guī)緊急補水系統(tǒng)設(shè)備配置見表1。

表1 常規(guī)緊急補水系統(tǒng)設(shè)備配置表（2×300 MW）

據(jù)電廠反應(yīng)，為保證在事故情況下緊急補水泵能夠及時可靠投運，要求泵組每周至少檢測1次，測試時間不少于1 h，每月的測試時間不得少于12 h，運行成本非常高。即使出現(xiàn)全廠失電情況，啟動鍋爐緊急補水系統(tǒng)，也因補水溫度（水溫20℃）太低還是會造成受熱面損害。因此，近年來循環(huán)流化床鍋爐機組已不再設(shè)置緊急補水系統(tǒng)[1]。

2 循環(huán)流化床鍋爐新型緊急補水系統(tǒng)

超臨界流化床鍋爐，由于沒有汽包，鍋爐的水容積較亞臨界循環(huán)流化床鍋爐小，如不設(shè)置緊急補水系統(tǒng)，出現(xiàn)全廠非正常失電，造成的受熱面損失較亞臨界機組大很多，預(yù)計修復(fù)時間在20天以上，費用在300萬元左右，同時因停機造成發(fā)電的損失在千萬元以上。如采用常規(guī)緊急補水系統(tǒng)，不僅投資增加很多，同樣還會因水溫太低造成鍋爐受熱面損壞。

作者經(jīng)過深入研究，提出了一種適合循環(huán)流化床鍋爐的新型緊急補水系統(tǒng)，系統(tǒng)流程見圖2。

圖2 新型緊急補水系統(tǒng)流程圖

新型緊急補水系統(tǒng)，是利用電廠已有的給水系統(tǒng)設(shè)備及其管道，實現(xiàn)全廠非正常失電情況下的緊急補水功能。

電廠給水系統(tǒng)配置汽動給水泵和電動給水泵，汽動給水泵為運行泵，容量為1×100%或2×50%；電動給水泵1臺機組公用1臺，容量為30%的啟動備用電動泵。

機組正常運行時，除氧器內(nèi)180℃左右的熱水經(jīng)汽動給水泵、給水三通閥、主給水管道、3臺高壓加熱器、給水操作臺進入鍋爐省煤器。

全廠失電時，啟動電動給水泵（由柴油發(fā)動機驅(qū)動），將除氧器內(nèi)的熱水經(jīng)給水三通閥、給水旁路管道、給水操作臺進入鍋爐。泵的進出口電動關(guān)斷閥、給水三通閥、給水操作臺電動關(guān)斷閥等均帶有保安電源，能夠保證及時打開。除氧器內(nèi)的熱水在1 h內(nèi)送至鍋爐，保證鍋爐受熱面及時冷卻不超溫，同時因進入鍋爐的是180℃左右的熱水，鍋爐受熱面不會因水溫過低而損壞。

新型緊急補水系統(tǒng)，不需另外設(shè)置緊急補水箱、緊急補水泵及其管道系統(tǒng)等，僅利用廠內(nèi)現(xiàn)有的給水系統(tǒng)設(shè)備及管道系統(tǒng)，在電氣、控制等方面做一些改動，就可實現(xiàn)與常規(guī)緊急補水系統(tǒng)相同的功能。新型緊急補水系統(tǒng)設(shè)備配置見表2。

表2 新型緊急補水系統(tǒng)設(shè)備配置表（2×350 MW）

3 兩種緊急補水系統(tǒng)的比較

新型緊急補水系統(tǒng)與常規(guī)緊急補水系統(tǒng)比較，系統(tǒng)簡單，檢修維護工作量小，應(yīng)用效果良好，具體對比見表3。

表3 兩種緊急補水系統(tǒng)的比較表

4 結(jié)論

循環(huán)流化床常規(guī)緊急補水系統(tǒng)初投資2 000萬元，但實際設(shè)備管道系統(tǒng)僅是一種擺設(shè)，真正啟用時無法起到緊急補水的作用，依然會損壞鍋爐的受熱面，還需修復(fù)費用及每個月的測試費用，所以很多循環(huán)流化床機組的電廠不設(shè)置緊急補水系統(tǒng)。但是，對于超臨界流化床鍋爐，由于沒有汽包，鍋爐的水容積小，在全廠失電情況下，大量的床料和耐火耐磨材料的蓄熱會造成爐內(nèi)的汽水混合物及水被不斷加熱蒸發(fā)，如受熱面不能及時冷卻，將造成鍋爐受熱面超溫?fù)p壞。對于350 MW超臨界機組，一次全廠失電事故預(yù)計的修理費用及電量損失費用在1 000萬元以上。新型緊急補水系統(tǒng)，不需另外設(shè)置緊急補水箱、緊急補水泵及其管道系統(tǒng)等，僅利用廠內(nèi)現(xiàn)有的給水系統(tǒng)設(shè)備及管道系統(tǒng)，在電氣、控制等方面做一些改動，就可實現(xiàn)與常規(guī)緊急補水系統(tǒng)相同的功能。

綜上所述，對于超臨界循環(huán)流化床鍋爐機組，建議采用新型的緊急補水系統(tǒng)，雖然初投資較常規(guī)緊急補水系統(tǒng)增加2 000多萬元，但遇到全廠失電的情況下，可以真正起到緊急補水的作用，避免不必要的損失。

[1] 電力規(guī)劃設(shè)計總院.火電工程限額設(shè)計參考造價指標(biāo)（2013年水平） [M].北京：中國電力出版社，2014：9-15.

EmergentW ater-feeding System of Circulating Fluidized Bed Boiler

XUE Lim in

（China Energy Engineering Group Shanxi Electric Power Exp loring and Design Institute Co.,Ltd., Taiyuan,Shanxi 030001,China)

Compared with pulverized coal boiler,circulating fluidized bed boiler has huge thermal energy storage.Under the situation ofabnormalpower loss in the plant,thermalstoragewillcause steam watermixtureand water to be heated constantly.Therefore,if water can'tbe fed in time,water in the boilerwillbe reduced continuously so that the boiler's heating surfacewill suffer overheating and then get damaged.Combined with the characteristics of the CFB boiler,the advantages and disadvantages of the conventional water-feeding system are analyzed,and anew system isput forward.

circulating fluidized bed boiler;emergentwatermake-up system;high-pressurewater-feeding system

TK229

B

1671-0320（2016）05-0051-03

2016-05-23，

2016-07-20

薛立民(1966)，男，山西萬榮人，1988年畢業(yè)于西安交通大學(xué)電廠熱能動力專業(yè)，高級工程師，國家級監(jiān)理工程師，從事發(fā)電工程項目的設(shè)計和項目管理工作。