热电事业在我国发展已有约四十年的历程,人们对热电联产,集中供热在节约能源、改善环境以及发展地方经济等方面的优越性逐渐有了全面、充分、清晰的认识。目前,随着我国社会主义市场经济的发展和人民生活水平的提高,热电工程作为城市基础设施,对发展地方经济,改善投资环境的重要性,更为人们所认识。热电事业的发展又呈现了一个新的高潮。根据全国热电机组从1980年一1992年发展情况的统计,近两年热电装机容量占全国火电机组装机容量的比例已有了明显的提高(见表一)。
从国家能源投资公司节能公司近几年的小型节能热电项目投资安排情况来看,1988至1922年,每年安排的热电项目总装机容量均在30万千瓦左右,而今年申报要求建设的热电项目总装机容量达到67万千瓦。为往年的两倍多,创造了历史最高不平。热电事业的蓬勃发展,对热电机组的装备水平不断地提出了新的要求,同时也不断地促进其向前发展。表一全国电机组发展情况单机容量6000千瓦及以上相组年份
1980
1981
1982
1983
1984
1985
1986
1987
1988
1989
1990
1991
1992
全国火电
4049.74178.24371.24688.34915.75482.86000.6498.07302.38168.888429950.11121.8全国热电装机容量
443.4
454.1
467.8
491.0
513.9
535.0
592.0
623.6
759.5
848.9
998.9
1212.3
1340.2
热电容量比例%
10.95
10.87
10.70
10.47
10.45
9.76
9.87
9.60
10.40
10.39
11.29
12.18
12.05
八十年代初,配套小热电机组的锅炉只有煤粉炉、链条炉和少量的沸腾炉,参数一般为中温中压。多年的运行实践,人们发现这几种炉型存在着一些不足之处,比如:煤粉炉的灰渣及NO
X、SOX的排放问题难以处理、控制;链条炉的煤种适应性差、效率较低沸腾炉效率低,不宜大型化等等。这些问题,限制了这几种炉型在中小热电厂的广泛应用。同时,中温在压参数的设备在热效率上有待进一步提高,以更好的达到节能降耗的目的。“六五”期间,在原国家计委节能局的支技下,有关单位着手开发具有中国特色的次高压参数热电机组,研制出了次高压参数的35T/H链条炉、75T/H旋风炉以及配套的次高压汽轮发电机组等。在辽宁、辽苏等地区应用,收到了良好的,效果。使热电机组的装备水平向前迈进了一步。旋风炉的发应用,使灰渣的综合利用了新的突破,但该炉型也存在着煤种适应性较差、SOX、NOX的排放难于控制、处理的问题。地方中小热电厂,有其自身的特点。如:煤源一般较杂,煤质难以稳定保证;许多地方当地有大量的劣质或煤石,希望有这些资源能得到综合利用,发展地方经济;热电厂厂址一般靠近城市,很难选择到合适的灰渣场,灰渣的处理是个难题,烟尘有害气变化,要求“锅炉”有较好的负荷调节性能。等等,所有这些特点,对应用于热电厂的锅炉提出了一系列具体要求。由于当时国内生产的几促炉型有前面所述的一些局限,因此,研制开发能较好适应地方中小热电厂特点的新型锅炉,势在必行。循环流化床锅炉燃烧技术,是国外七十年代发展起来的一种新型锅炉燃烧技术。据国外有关资料介绍:它有煤粉炉燃烧和鼓泡燃烧综合的优点。即燃烧效率较高,有较好的煤种适应性,该燃烧技术由于采用分级、循环燃烧(且温度可控制在850-9500C范围内),鉴于实现炉内直接脱硫及减少NOX的生成与排放;灰渣活性较好,易于综合利用。该种燃烧方式避免了鼓泡床锅炉飞灰含碳量高,燃烧和脱硫效率低,难于大型化等缺点;也避免了煤粉炉灰渣处理与烟气中污染物排放等难以解决的问题。同时解决了燃烧节能和环保两方面的问题,是当今煤炭燃烧技术的一个重大进步。循环流化床锅炉燃烧技术的特点,较为符合我国地方中小热电厂的需要。因此,该型锅炉在我国一经研制问世,便在热电行业得到了重视与发展。循环流化床锅炉的研制工作,在我国是从八十年代初开始的。最早由湖南能源研究所研制出了10T/H床内准循环沸腾燃烧锅炉。随后,在八十年代中、后期,由中科际工程热物理研究所、清华大学、东北电力学院与济南锅炉厂、开封锅炉厂、四川锅炉厂、江西锅炉厂、湘潭锅炉厂、吉林锅炉厂等单位合作,开发了6、10、20、35T/H的循环流化床锅炉,相继在一些热电厂安装投运。为发展较大容量的国产循环流化床锅炉打下了基础。这些锅炉的主要技术参数见表二。表二我国第一批应用于热电联产的CFBB的主要技术参数锅炉型号项目
SHFX-13-H
SHXF-10-13-A
SHF10。13-S(W)
SZF6-1.25-AL
YG-35/39-M
SHC20-25/400
SHF30-1.25-LI
研制单位
东北电力学院吉林锅炉厂
中科院热物理所开封锅炉厂
清华大学河北玉田化肥厂
清华大学湘潭锅炉厂
中科院热物理所济南锅炉厂
清华大学江西锅炉厂
清华大学江西锅炉厂
运行单位
东北电力学院动力科
开封中药厂
河北玉田化肥厂
宜昌造纸厂
盱水热电厂
华大学热电厂
九江化工厂
投运日期
1988年11月
1987年9月
1988年1月
1988年10月
1988年11月
1989年1月
1990年5月
额定蒸发量T/H
10
10
10
6
35
20
30
主汽压力MPA
1.27
1.27
1.27
1.25
3.82
2.45
1.25
主汽温度
194
194
194
/
450
390
105
设计煤种
无烟煤、梅河口煤泥、舒兰褐煤
烟煤、贫煤
无烟煤未、焦炭未、造气炉渣
劣质燃料
烟煤、炉渣、煤石
烟煤、炉渣
1类劣质烟煤
燃料粒度MM
0-30
0-15
0-15
0-20
0-13
0-20
0-25
燃烧效率%
97.5
96.7
97.09
795
98
795
锅炉热效率%
87.75
87.66
87.59
780
86-88
785
8658
锅炉负荷变化率%
25-110
25-110
50-110
25-100
50-100
25-100
30-120
分离器型式
外置双旋风分离器
外置高温旋风分离器
内置高温水源旋涡人器
内置S型平面流惯性分离器
外置高温旋风分离器
内置S型平面流惯性分离器
阻析器十S型平面流惯性分离器
粉尘排放浓度MG/NM
136.2
315-334
394-433
SOX[PPM]
达到环保要求
达要求
达要求
达要求
达要求
达要求
NOX[PPM]
<130
<50-250
<250
<300
<150
我国投运的第一台35T/H电站循环流化床锅炉,是根据国家“七.五”科技攻关计划由中科院工程热物理研究所和济南锅炉厂联合研制开发的。该锅炉由中科院工程热物理研究所进行实验室研究并提出整体布置方案,济南锅炉厂进行设计、制造。安装在山东济南明水热电厂。该炉于1988年11月3日点。动成功,1989年7月达到满负荷运行。9月由机电部上海发电设备成套设计研究所进行热工测试,12月通过鉴定。1990年初,由清华大学和四川锅炉厂联合研制开发的带有S型平面流惯性分离器的35T/H循环流化床锅炉,又相继在内蒙包头棉纺厂热电站和四川球溪河糖厂热电站投运。35T/H循环流化床锅炉的投运。从设计、安装、调试、运行等方面,反映出了循环流化床锅炉特有的一系列优缺点和问题,为发展更大容量的循环流化床锅炉积累了宝贵的经验。为适应我国热电事业发展的需要,进一步提高热电机组的装备水平,国家能源投资公司节能公司于八十年代未,组织了国产75T/H次高压循环流化床锅炉的开发和应用。1989年,经专定评审,辽宁鞍山第二热电厂锦西热电厂和大连金州电厂分别选用了由清华大学一四川锅炉厂,中科院工程热物理研究所一济南锅炉厂,哈尔滨工业大学一北京巴威公司研制开发的不同型式的75T/H次高压循环床流化床锅炉均为当时国内第一台这几个热电厂的1号炉分别于1991年10月11日相继点火成功,并投入试运行。1992年2月初,由中科院工程热物理所一杭州锅炉厂联合研制开发的另一种型式的75T/H中压循环流化床锅炉在浙江嵊县发电厂点火成功,同年12月通过了鉴定。随后,北京锅炉厂引进了美国RRLLY公司的75T/H和130T/HCircofluid型循环流化床锅炉、图纸,并接受了辽宁海热电厂、锦州第二热电厂等用户的订货要求,于92年下半年投入生产制造。该种炉型的第一台炉预计于1993年10月份在锦州第二热电厂点火试运。同期,由国家能源投资公司节能组织,由东北电力学院一东方锅炉厂联合研制的65T/H油页岩循环流化床锅炉,将安装在吉林桦甸热电厂,现也投入了设计制造,预计1994年下半年点火试运。此外,江西锅炉厂、无锡锅炉厂、梧州锅炉厂等,也与各有关科研单位联合,相继研制开发了35-75T/H的不同型式的循环流化床锅炉。有关75T/H循环流化床锅炉的结构特点及主要技术参数见表三。表三中产75T/H循环流化床锅炉的主要技术参数及结构特点序号
研制单位名称
哈尔滨工业大学北京巴威公司
清华大学四川锅炉厂
中科院工程热物理所济南锅炉厂
中科院工程热物理所杭州锅炉厂
北京锅炉厂引出德国巴希科克技术
1
锅炉型号
BW-75/5.3-M/F
CG-75/5.3-MX
YG-75/5.29-M
NG-75/3.82-M
BG-75/5.29-M
2
运行单位
大连金州热电厂
鞍山第二热电厂
锦西热电厂
浙江嵊县发电厂
锦州第二热电厂
3
第一台炉投运日期
1991年11月
1991年10月
1991年11月
1992年2月
预计1993年10月
4
主汽参数(MPA0C)
5.3,450
5.3,450
5.29,450
3.82,450
5.29,450
5
给水温度0C
150
150
150
150
150
6
排烟温度0C
149
150
150
150
150
7
锅炉热效率%
84
89.75
85.09
85-89
92
8
一次风份额%
85-90
70
50-60
50-60
50-60
9
二次风份额%
10-15
30
40-50
40-50
40-50
10
一次风温0C
160
160
150
150
202
11
二次风温0C
160
30
150
150
202
12
送风机马达功率KW
560
400一次风75二次风
260一次风220二次风
13
锅炉负荷率范围%
70-100
40-100
35-100
30-100
40-100
14
点火启动方式
床上木柴点火
床下油点火
床上油点火
床上油点火
床下油点火
15
分离器特点
槽形惯性分离器
档板+S型平面流惯性分离器
烟道惯性沉降十旋分离器
百叶窗分级分离循环
旋风分离器
16
分离器工作温度
中温
高温
高温
低温
中温
17
汽包中心线标高M
+24.30
+24.70
+27.72
+24.83
+28.40
18
炉膛截面尺寸MM
5810×5810
3570×5490
3340×5100
4140×5420
5400×5580
19
布风板面积M
-25
-14.5
-10
-10
20
本体钢耗量吨
460
360
504
-390
560
21
燃用煤种
铁法、阜新混煤
铁法煤
大同烟、无烟煤、小窑煤
烟煤
劣质烟煤
22
入炉煤粒度范围MM
0-10
1-10
0-10
0-13
0-10
国产循环流化床锅炉的大型化工作,也在有计划地进行。列为国家“八.五”科技攻关项目的“220T/H循环流化床锅炉的研制”任务,由国家计委科技司、国家科委委托节能分司具体组织,分别由清华大学一四川锅炉厂和中科院工程热物理所一武汉锅炉厂承担。研制出的两种不同型式的国产220T/H循环流化床锅炉分别安装在大连北海头热电厂和黑龙江佳木斯热电厂。这两种锅炉的有关主要技术指标见表四。目前,这两家的方案设计均已完成。武汉锅炉厂已开始下料制造,预计94年4月可全部交货,1994年8-9月点火试运。表四国产220T/H循环流化床锅炉指标 研制单位用户技术指标
清华大学四川锅炉厂
中科院工程热物理所武汉锅炉厂
大连北海头热电厂
黑龙江佳木斯热电厂
蒸发量(T/H)
220
220
压力(MPa)
10
10
温度(℃)
540
540
热效率()
90
89-90
脱硫率()
70(对含硫量<1%的煤)
>85(对含硫量为2-4%的煤)
NOx(PPm)
<60
<250
负荷调节范围()
50-100
50-100
分离器型式
S平面流惯性分离器
百叶窗分级分离循环
目前,我国生产循环流化床锅炉的制造厂家已有10余个。经初步统计,各制造厂正在设计制造(已同用户签订合同)和已经安装投运的循环流化床锅炉数已达236台(只统计35T/H及以上容量的),总计11,315蒸吨。详见表五。表五有关锅炉厂正在设计制造和已经安装投运的电站循环流化床锅炉统计表 规格台厂家数
35T/H
50T/H
65T/H
75T/H
130T/H
220T/H
合计
次中压
中压
次高
次高压
中压
次高压
中压
次高压
次高压
高压
四川锅炉厂
18
4
3
8
20
1
64
济南锅炉厂
1
32
8
11
52
杭州锅炉
3
22
25
北京巴威公司
1
2
1
3
6
13
无锡锅炉厂
14
2
13
29
北京锅炉厂
12
2
14
东方锅炉厂
3
3
梧州锅炉厂
1
1
江西锅炉厂
33
鞍山锅炉厂
1
1
武汉锅炉厂
1
1
合计
236
回顾我国循环流化床锅炉的发展历程,与我国热电事业的发展密切相关。以四川锅炉厂为例,其正在设计制造安装和已经投运的64台循环流化床锅炉中,有48台应用在热电工程上,占总量的75%。可以说,以节约能源,改善环境发展地方经济,提高人民生活水平为目的发展热电事业,提出了研制循环流化床锅炉的必要性,同时也为循环流化床锅炉的开发应用提供了广阔的地,而循环流化床锅炉的发展与完善,也将促进热电事业的兴旺发达。由于循环流化床锅炉燃烧技术能够有效地解决燃煤的节能和环保两方面的问题,近年在我国得到迅速发展,目前有近百台35-75T/H的循环流化床锅炉在一些中小热电厂已经或即将投运。这些锅炉在在实际运行中,一方面显示出该型锅炉独特的优越性,同时由于设计,制造,运行管理方面还不完善也暴露出一些问题。仅以辽宁省三个热电厂的三种不同型式的75T/H次高压循环流化床锅炉为例,经调查研究,提出了如下一些看法和年冬到一国产7.5T/H次高压循环流化床锅炉为例,经调查研究提出如下一些看法和建议,一国产7.5T/H次高压CFBB在各运行厂和研制单位的共努力下,经历了1991年冬到1993年春的一年半的运行,已经渡过或即将渡过“幼儿病”期,还逐渐成熟起来。目前,这几个热电厂的CFBB在煤质及煤粒度保证的条件下,均能达到或接近额定出力,相信在经过讲一步的测试和完善后,各炉达到75T/H额定出力并稳运行是不成问题的,总的看来,CFBB燃烧技术是我国燃烧煤技术的发展方向,国家有关部门有利用限资金重点支持发展烧劣质燃料的CFBB并大力促进在热是联产发应用,既使资源得到综合利用,节约能源,又能减少环境污染,发展地方经济,有显著的社会效益,环境效益和经济效益。二、各厂的运行实践表明:国产CFBB在热电厂中应用,体现出了一系列独到的优点。第一`较好地燃用劣质燃料,目前,地方中小热电厂燃用的煤种大多为当地产的劣燃料,使地方资源得到充分利用。例如,鞍山第二热电厂和锦西热是厂燃用的煤种中,相当一部分是地方小窑煤,其低位发量一般在12000-14000KG/KG煤的应用基灰份为40-56%。这种煤对链条炉或煤粉,就较难燃用。第二,煤种应性较强,地方中小热电厂的煤源一般很杂,煤质不稳定,从几个热电厂运行一年多的情况来看,循环流化床锅炉体理出了较好的煤种适应性,如锦西热电厂曾烧过高热值的大同煤,无烟煤,也烧过低热值,主灰份的小窑煤,煤种不下二、三十种,其锅炉均能在一定的出力范围内稳定运行。第三、燃烧效率较高,节约能源,过去我国一般采用沸腾炉,(鼓泡床锅炉来看)燃烧劣质煤。这种锅炉的热效率较低,一般只能达到75%,而循环流化床锅炉的热效率一般都在85%以上。第四、可以有效地控制对环境的污染,循环流化床锅炉燃烧技术的特点,是可以实现炉内分级循环低温燃烧。该燃烧方式有利于添加石灰石脱硫,并易于达到较高的脱硫效率,NOX的生成及排放量较低。以烟台华鲁热电有限公司的75T/H循环流化床锅炉(与锦西热电厂的锅炉型号相同)),为例,1992年10月由浙江省环境监测中心站对其煤尘排放、排气污染,脱硫试验等进行了测试。在燃用烟煤满负荷运行时,烟尘排放量为546锅炉尾部装的高丘里水膜除尘器ROS排放量为4.98KG/H排放量为130KG/H,均明显低于国家允许的排放标准。由于热电厂一般靠近城市,城市环境要求的日益提高热电厂的三废排放也受到日益严格的限制,而循环化床锅炉则能较好地达到有关要求极大改善城市的环境污染问题。第五、负荷多化适应性强,调解性能较好。热电厂的运行原则是以热定电由,大小决定机组出力。有的执厂冬夏负荷、昼夜负荷变化较大,要求锅炉必须有较好的负荷变化适应及调节性。鞍山第二热电厂及锦西热电厂的过行实践表明,其75T/H锅炉均可在低达25-30T/H的负荷下保证额定参定运行即负荷调节范围为30-100%这特别有利于热电机组实现以定电的运行原则。第六,有利于灰渣综合利用,地方热电厂一般同时兼顾供工业用热和冬季民用采暖的任务由于技术经济上的缘故,一般不宜远距离供热。通常是就近选址,并使热电厂尽量位于负荷的中心。因此热电厂一般都建在城镇附近。但由于城镇附近地皮紧张、价格昂贵、且环保要求委难以选择的灰场,灰渣的处理就成了一个十分棘手的问题。循环流化床生成的灰渣活性较好,有利于综合利用,目前国内采用循环流化床锅炉的中小热电厂一般都没有设计专用灰场,灰渣可以完全综合利用,这一特点对地方热电厂来说意义十分重大,它既解决了城市附近建厂难于选择灰场的难题,减少了土地占豕面积节省了基建投资;也避免了因建灰场而导致的对周围环境的粉尘污染,,叶出;示;加了员厂的经济的效益。例如鞍山第二热电厂和锦西热电厂,其锅炉大渣都是良好的水泥、砖的添加料而飞杰则全部和来制造加气混凝土块,销路都比较好。由于以上特点,相信循环化床锅炉技术成熟完善后,会在热电联产中起到愈来愈重要的作用。三、据调查,目前投运的较大容量的国产循环流化床锅炉,由于设计、制造、安装及埽行管理等方面的原因,相当一部分还不能达么安全、稳定、经济、文明生产的程度。分析主要原因,有如下几方面的问题:第一、煤质问题,地方小热电厂,多数没有稳定的煤源,煤质得不到保证,偏离设计煤种较严的情况时有发生一是煤种变化大,二是煤中含水份大影响煤制备正常工作,从项影响锅炉的正常运行。第二、入炉煤的粒度问题。目前投运行国产CFBB要求入炕煤的粒,一般都在0-10MM左右有的要求更为严格具体,但由于地方中小热电厂目前采用的破碎设备一般为一级反击机难以保证再加之有时煤质水份增大,更影响其性能入炉煤的粒度范围实际在0-30MM或更大,严重影响了锅炉的正常运行。目前,大连金州区热电厂及鞍山二热已着手对煤的破碎系统进行改造。第三、设计上的问题:1.锅炉某些部件设计结构不合理,膨胀补偿考虑不周,造成运行中烟、灰、风泄漏,致使运行环境较差,或导致循环回灰道结焦堵塞,影响锅炉正常运行;2.有的锅炉分离器效率偏低,循环回灰量难以保证,使锅炉的煤种适应性较差,对燃料度的要求较为严格;3.锅炉的热工仪表及测试元件不完善。有的热电厂连最起码的一次风风量表及密相床风压表都没有,故运行人员操作盲目,导致点火启动困难、不易达到额定出力和炉膛结焦等问题。第四、磨损问题,各热电厂运行实践表明,循环流化床锅炉普遍存在局部部件磨损严重,影响锅炉安全、经济运行。针对这一问题,各运行单位相应采取了一系列措施,在一定程度上得到了改善。尚需锅炉研制单位进一步分析研究从设计角度完善受热面的防磨措施,从根本上解决磨损问题。第五、除灰、渣装置均不够完善。目前国内投运的循环流化床锅炉循环化床锅炉,几乎都没有冷渣器有的直接排入冲渣沟,有的采用人工推车方式除渣除渣工作的劳动环境较恶劣,渣中的热量也得不到利用,导致了一定的热损失。第六、运行管理水平有待提高。目前国内运行的较大容量的循环流化床锅炉,几乎均为各制造厂生产的第一批炉,投运时人员无处培训,只好自己摸索,且地方热电厂人员中,除部分从电力系统调来外,一般没有经地专业水平较差。因此,对这些热电厂运行的人员来说,要熟练掌握这种新型锅炉的特征和运行操作方法,还需要相当一段过程。以上问题所述,下一步尚需设计,制造、运行单位共同研究解决,以确保国产循环流化床锅炉能得到健康发展,同时,也才能使装备的循环流化床锅炉的热电厂的经济效益和社会效益得到充分的体现和发挥。最后,针对目前国内循环流化床锅炉的现状及其发展,我们认为:第一、对目前国产循环流化床锅炉存在的问题要有一个正确的认识。该型锅炉在我国尚属新生物事物,有一个发展过程国外的循环流化床民仍在继续完善发展。目前,国内运行的不同型式的75T/H循环流化床锅炉,大多为有关锅炉厂生产的第一批产品无论是从设计,制造安装及运行操作上,都没有太多的经验借鉴,都需要在实际运行中不断总结经验,去完善发展。第二、在国产循环流化床锅炉的发展过程中,各科研、制造、工程设计及运行单位的同志,团结一致,忘我工作。在他们共同努力下,国产循环流化床锅炉的热核水平,还在不断得到提高。比如鞍山委寺热电厂通过运行实践,对炉膛受热损问题,已找到了有效的防治措施并且对分离器进么更新改造,以提高分离效率效果良好。大连金州也在运行实践中,改进了锅炉点火方式。提高分离效率,并在有关单位协助下,准备对门及煤的制备系统进行改造等等。预计这些工作完成后,国产循环流化床锅炉的技术水平将会上一新台阶。第三、国产循环流化床锅炉的投运,在设计、制造、安装及运行等方面都积累了大量宝贵的经验。这些经验在有关单位的生产制造及运行操作中起到了良好的作用。比如烟台华鲁热电有限公司1992年2月投运的,济锅生产的第二批75T/H循环流化床锅炉,其运行状况就比锦西热电厂的第一批产品较大的改观,并且已经通过了有关部门的鉴定。第四,从一些热电厂的实际运行情况来看,循环流化床锅炉的煤种适应性较煤粉炉、链条炉都强,便并不是能烧“百家煤”的万能炉。因此,运行单位必须重视加强对燃料来源进行把关,确保煤质的相对稳定,为锅炉稳定经济运行创造良好的条件。第五,有关锅炉研制单位,应在现有运行实践经验的基础上,抓紧进行产品的完善工作,以确保国产循环流化床锅炉的健康发展,并为研制开发大型化的循环流化床锅炉打好基础。建议目前具体抓好如下几个方面的问题:进一步完善受热面的防磨措施;完善锅炉的密封结构;完善必要的工监测仪表和锅炉本体的自装置;完善锅炉的除渣设施;改进煤的制备系统,确保入炉煤的粒度符合要求。随着环保要求日益严格,对燃用高硫煤的循环流化床锅炉,加钙脱硫措施必须付诸实施;
7.在逐渐完善的基础上进行全面的热工测试,不断总结经验。随着我国热电事业的蓬勃发展,随着节能、环保要求的日益提高,不断完善的循环流化锅炉必将在热电联产中发挥更大的作用。
来源:中国电站集控运行技术网