内蒙古准能矸电二期2×330mw工程设计特点.docx

内蒙古准能矸电二期 2330MW工程设计特 点 (内蒙古电力勘测设计院，内蒙古 呼和浩特 010020) 摘 要：文章以内蒙古准能矸电二期 2330MW 工程为 依托 ，结合东锅自主开发型循环流化床锅炉自身的特点， 对该工程的锅炉本体设计、辅机系统的 设置及主厂房的布 置特点进行了介绍。 关键词：自主开发型；300MW；CFB 锅炉本体；辅机系 统；主厂房布置 中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号： 10076921(XX)03022403 随着国家对节能环保力度的加大，作为一种具有洁净 燃烧技术的炉型，循环流化床锅炉机组 在火力发电厂中的 比重也日益加大。利用循环流化床锅炉对燃料适用性广的 特点，能够燃用 贫煤、煤矸石及煤泥等劣质燃料，利用燃 烧产生的热值发电，可节约优质资源，改善生态， 实现循 环经济和可持续发展。 1 工程概述 内蒙古准能矸电有限公司成立于 XX 年 10 月，厂址位 于内蒙古鄂尔多斯市准格尔旗薛家湾镇 友谊工业园区内， 距薛家湾镇中心约 5km。一期工程建设 2150MW 循环流化 床锅炉机组，分 别于 XX 年 10 月和 XX 年 1 月并网发电。 二期工程在原有厂址扩建 2330MW 循环流化床燃煤 直接 空冷凝汽式机组。锅炉燃用黑岱沟露天矿的洗中煤和煤矸 石，机组以带基本负荷为主， 同时具有一定的调峰能力。 2 锅炉型式及特点 锅炉为亚临界、单汽包自然循环、一次中间再热循环 流化床(CFB)锅炉；单布风板炉膛结 构，平衡通风、全钢 悬吊、紧身封闭；高效汽冷式旋风分离器，锅炉前墙十点 给煤，管式空 预器；每炉配备 6 台滚筒式冷渣器。 锅炉以定滑定方式运行，要技术参数(BMCR 工况)： 锅炉制造商：东方锅炉(集团)股份有限公司； 过热蒸汽流量： 1177t/h； 过热蒸汽出口压力： 17.4 MPag； 过热蒸汽出口温度： 540 ； 再热蒸汽出口温度： 540 ； 省煤器进口给水温度： 282.2； 排烟温度： 130 ； 锅炉保证热效率(按低位发热量)： 90 %； 锅炉不投油最低稳燃负荷： 30% BMCR。 2.1 单炉膛结构 作为循环流化床主回路的关键部件，炉膛型式的选择 在锅炉设计过程中极为重要。目前，循 环流化床的炉膛结 构型式主要有：圆形炉膛、上圆下方形炉膛、立式方形炉 膛等，而其中犹 以立式方形炉膛更为常见。在本工程中， 东锅采用了单布风板式炉膛，不设外置换热器。整 个炉膛 从结构上分为上、下两个部分，其下部密相区的纵剖面为 梯形，上部稀相区的纵剖面 为矩形。锅炉的燃烧过程主要 在下部密相区中完成，在这里，床料最密集且运动也最为 激烈 。一次风由布风板进入燃烧室，二次风从前后墙水冷 壁上布置的成排的二次风口中送入，实 现分级燃烧。如果 锅炉负荷发生变化时，可通过调节上、下两层二次风风量 来满足不同负荷 的要求。取消了外置换热器，使得锅炉本 体及辅助系统均变得较为简单，也使得锅炉的布置 更为紧 凑。 2.2 管式空预器 在常规的 300MW 级煤粉锅炉中，绝大部分采用了回转 式空预器。但无论式三分仓还是四分仓 回转式空预器，漏 风率较大是其无法回避的事实。而对于循环流化床锅炉来 说，锅炉风机的 风压要比常规煤粉炉高出许多；为了进一 步降低空预器的漏风，降低电耗，节省运行成本， 工程采 用了管式空气预热器。相对于回转式空预器而言，管式空 预器具有结构简单、制造安 装方便、运行安全可靠性高的 优点。但是，在同等条件下，管式空预器体积更加庞大、 布置 更加困难，钢材耗量也更多，这也是制约流化床锅炉 进一步大型化的突出难题。 2.3 炉前给煤 循环流化床锅炉的给煤方式，按给煤位置分为床上给 煤和床下给煤；按给煤点处的压力分有 正压给煤和负压给 煤。床下给煤是利用喷管将较细的物料穿过布风板向上喷 洒，这种给煤方 式只在小型锅炉上采用；床上给煤点可以 根据需要布置在循环流化床锅炉的不同高度上。采 用正压 给煤还是负压给煤，是由炉内气固两相流的动力特性决定 的。对于炉内呈湍流床和快 速床的中高物料循环倍率的锅 炉而言，炉内负压点很高或基本处于正压状态，因此只能 采用 正压给煤。而负压给煤一般应用于物料循环倍率较低、 有比较明显的料层界面、负压点相对 较低的锅炉上。对于 负压给煤方式，因给煤口处于负压状态，燃煤靠自身的重 力进入炉膛， 工艺系统简单，运行环境较好。但这种给煤 方式一般给煤点位置较高，细小颗粒往往未燃尽 就被烟气 吹走而落不到床内，另外只靠重力给煤容易造成落煤不均 的问题出现。正压给煤的 燃煤一般是从炉膛下部的密相区 进入炉膛，通过播煤风量的调节，可以避免堵煤和落煤不 均 的问题。从目前国内已经运行的流化床锅炉来看，无论 是 ALSTOM 引进型锅炉还是自主开发型 的 300MW 级锅炉， 都采用了床上正压给煤的方式，其不同点只是体现在给煤 口的位置和给煤 口的数量上。 ALSTOM 引进型锅炉给煤点通常布置在锅炉两侧回料器 至炉膛的返料腿上，给煤距离较长，通 常需要设置二级给 煤机，给煤系统较为复杂，故障点多。因为给煤点较少， 如果给煤机发生 故障，两侧分体炉膛的给料量无法保证均 匀性，两侧床压波动较大，对锅炉负荷的影响较大 。本工 程炉前给煤系统与 ALSTOM 引进型锅炉有着较大的区别：在 整个炉膛宽度上，均匀布置 了 10 个给煤口，给煤流量按 照 10 点均分，燃煤通过给煤机直接进入炉膛，不需二级给 煤。因 为给煤点多，即使其中一台给煤机发生故障，对锅 炉的负荷也不会造成太大的影响。锅炉给 煤口与布风板之 间的距离为 1.0m，采用炉前气力播煤，使得堵煤发生的频 率大大降低，从理 论上讲，本工程锅炉的给煤系统要比 ALSTOM 引进型锅炉简单得多，也可靠得多。 2.4 滚筒冷渣器 在循环流化床锅炉燃烧过程中，床料一部分飞出炉膛 参与循环或进入尾部烟道，一部分在炉 内循环。为保证锅 炉的正常运行，当炉床底部存在较大粒径的颗粒或者炉内 料层较厚时，一 部分床料需要以底渣的形式排除。炉渣的 输送方式和输送设备的选择主要取决于灰渣的温度 。循环 流化床锅炉炉渣在排出之前与床温比较接近，此时炉渣具 有大量的物理显热。为了满 足出渣设备的使用要求，同时 为回收热量、进一步提高锅炉的效率，对于中等容量以上 的循 环流化床锅炉，一般均布置有冷渣器。冷渣器是循环 流化床锅炉除渣系统中的关键部件，冷 渣器能否正常工作 是锅炉能否满足满负荷运行的主要原因之一。 目前，国内用于流化床锅炉的冷渣器主要分为机械式 和非机械式两大类。如何合理选择冷渣 器，其关键在于： 适合电厂的实际情况。实践证明，流化床锅炉对入炉煤 质的要求较高， 而其中犹以燃煤粒度和水分的影响更为明 显。针对国内目前的实际情况，燃煤的破碎系统设 备的设 计选型还较为困难，入炉煤质较难保证，因此，要选用对 煤质粒度不敏感的冷渣器类 型。适应煤质特性，主要是 灰分的影响。在燃用高灰分煤时，飞灰份额下降，为维护 主循 环回路的循环灰量，必须加大底渣的排放；而对于低 灰分煤，飞灰份额增加，主回路需要靠 添加启动床料或石 灰石维持。 对于非机械式冷渣器来说，对底渣中细灰的排放能力 相对较弱，使主回路的会量逐渐增加， 从而引起床压波动 频繁、床温维持困难、磨损加剧等一系列问题，因此本工 程采用滚筒式冷 渣器。 2.5 汽冷式分离器 物料循环系统为循环流化床锅炉独有，主要由循环灰 分离器和飞灰回送装置等组成，其作用 是将大量高温固体 物料从烟气中分离出来并返回炉膛内，以维持炉内的快速 流化状态，使得 燃料和脱硫剂能够多次循环燃烧和反应。 作为循环流化床锅炉的标志性设备，必须满足以下 要求： 能够在高温下正常工作；能够满足极高浓度载粒气流 的分离；具有低阻力特性 ；具有较高的分离效率； 与锅炉整体上适应，使得锅炉的布置紧凑。 在本工程中，锅炉采用 3 个内径 8 500 的汽冷式高 效旋风分离器，其主要特点是分离效率高 和采用蒸汽冷却。 2.5.1 分离效率高。为了保证分离器的分离效果，东 锅采取了以下措施：合理的分离器 切向进口烟速。实践 证明，进口烟速过高将使固体颗粒的反弹加剧，造成二次 夹带严重，使 分离效率降低。因此，选择合理的流速，是 保证分离效率和降低阻力的有效手段之一；渐 缩型分离 器入口烟道形状。这种结构可以使烟气更加平稳地进入到 分离器，减少了由于入口 烟道形状突变对连续流动烟气流 所造成的扰动，提高了分离器的分离效率；合理的旋风 分 离器中心筒直径及插入深度。 2.5.2 蒸汽冷却。汽冷式高效分离器的基本特点是作 为连接锅筒和包墙过热器之间的一级 过热受热面，主要有 以下特点：增加了锅炉过热受热面，有利于循环流化床 锅炉大型化后 受热面的布置；吸收分离器内未燃尽燃料 二次燃烧产生的热量，防止结焦；提高锅炉启 停和变负 荷的速度；减少分离器外表面温度，降低表面的散热损 失，提高锅炉效；合理 的吊挂布置，减少了系统的膨胀 差；采用薄型耐火耐磨材料，大大减少了材料用量，减 轻 了施工和维护的工作量；结构相对复杂，制造技术要 求较高。 综上所述，本工程的分离器具有对细颗粒捕捉能力强、 高效可靠的特点，保证了炉内高循环 灰浓度和高传热效率， 同时减小了尾部的飞灰量，为降低尾部对流受热面磨损创 造了有利条 件。 3 辅助设备型式及特点 3.1 给煤系统 3.1.1 原煤仓。根据本工程主厂房的布置特点，每台 锅炉设置 4 个矩形斜锥式原煤仓，其中 2 个原煤仓对应 4 台给煤机，另外 2 个原煤仓对应其余 6 台给煤机。原煤仓 的总容量能够满足锅 炉最大连续蒸发量时 8.8h 的燃煤量。 根据 DL/T5145-XX 第 8.1.2 条的要求“煤仓的形状和 表面应有利于煤流排出，不易堵煤。大 容量锅炉的原煤仓 宜采用钢结构的圆筒仓型，下接圆锥形或双曲线型出口段， 其内壁应光滑 耐磨。”针对本工程原煤仓及给煤机设置特 点：每个原煤仓要对应分别对应不同数量的给煤 机，为了 简化原煤仓的设计结构，采用矩形金属原煤仓，原煤仓下 部棱锥段壁面倾角为 70 。为了防止原煤仓堵煤，在煤斗 的棱锥部分内衬 3mm 厚的不锈钢，并在下部设有煤仓疏松 装 置。 3.1.2 给煤机。根据 DL 5000-XX火力发电厂设计技 术规程中 D.0.1 的要求，“装有循 环流化床(CFB)的电 厂，设计应符合以下规定：锅炉应采用对称给煤，给煤设 备不少于两 套，其总容量应能满足锅炉最大连续蒸发量时 耗煤量 200%的需要”。 对应锅炉 10 个给煤口，每台锅炉设置 10 台皮带称重 式给煤机，给煤机的额定出力为：1060 t/h，给煤距离 为 17.084m。给煤机不设备用，由沈阳施道克电力设备有限 公司供货。 3.1.3 播煤风机。根据锅炉厂系统的设置要求，每台 锅炉设置 1 台播煤风机，播煤风机不设 备用。播煤风源来 自一次热风，经风机升压后通过给煤管进入炉膛。给煤采 用高压气力播煤 ，既解决了锅炉微正压燃烧时给煤口的密 封难题，同时又能将高水分的煤有效播散开，保证 给煤均 匀，减少因落煤管内煤流搭桥引起的堵煤问题。 3.2 冷渣器的冷却水系统 滚筒冷渣器主要由进、出料室、转子、驱动装置及机 架组成。工作时，转子在驱动装置的带 动下低速运转，同 时通入冷却水(水质为除盐水或凝结水)，将高温底渣冷却 到合适的温度 排出。为了进一步回收工质，提高锅炉效率， 冷渣器冷却介质采用凝结水。 凝结水泵出口的的凝结水管道分成两路，一路接往#7 低加，另一路作为冷渣器的冷却水，经 过换热后回到#6 低 加入口。 3.3 紧急补水系统 根据 ALSTOM 公司的设计思想，引进型 300MW 亚临界循 环流化床在 MFT 或锅炉给水全部失去的情 况下，为了防止 锅炉受热面干烧或由于灰和耐火材料的蓄热引起外置式换 热器的损坏，需要 在设计过程中增设柴油机驱动的紧急补 水系统。东锅在引进 ALSTOM 公司技术基础上，经过周 密 计算、分析，并结合近两年流化床锅炉的发展趋势，取消 了紧急补水系统。同时，东锅也 给出了上述工况发生时锅 炉的保护措施：保证 MFT 各项措施在全厂失电的情况下 要能准确 到位；为维持炉膛压力不超标，所有鼓风机挡 板在失电后应关闭，并保持炉膛烟气通道的 通畅。如有可 能，引风机尽量保证运行；保证减温器、定排和连排阀 门在失电后保持关闭 ，减少锅内的水耗；在保证汽水系 统不超压的前提下，尽量减少锅筒、分离器、过热器对 空 排汽阀门开启，减少锅内蒸汽损耗；在出现全厂失电的 情况后，需要对锅炉进行全面的 检查，待损坏部分修复或 更换后才能重新投入运行。 4 主厂房布置及特点 工程主厂房采用钢筋混凝土结构、三列式布置，配置 顺序依次为汽机房煤仓间锅炉房； 炉后依次布置：除 尘器引风机间烟囱。主厂房扩建方向为左扩建(从汽机 房向锅炉房看 )，汽轮机为纵向顺列布置，汽轮机发电机 组中心线与汽机房 A 列的距离为 13.00m，机头朝 向扩建端。 输煤栈桥布置在扩建端。 汽机房跨度 30.00 m，两台机组汽机房共占 15 个柱距， 主厂房采用 900m 柱距，每台机组占 7 个 900m 柱距， 另一个 9.00m 柱距作为公共的检修场地，两台机组之间设 有一个 1.80m 的伸 缩 缝，汽机房纵向总长度为 136.8m； 煤仓间跨度 12m，与汽机房等柱距布置，纵向总长与汽机 房相同，不设单独的除氧间，除氧器布置在汽机房运转层； 风机采用集中布置，高压流化风 机、播煤风机等均布置在 风机房内，风机房与锅炉房之间设置隔断，大大降低了锅 炉房内的 噪音；空冷平台布置在汽机房 A 例外；汽机房 A 列至烟囱中心线距离为 168.00m。 4.1 给煤层标高的确定 根据输煤皮带及楼梯间的布置要求，煤仓间跨度定为 12.00m。既然跨度已定，那么影响煤仓 间建筑体积的就是 煤仓间的高度，而给煤层标高是决定煤仓间屋面高度的关 键。因此，能否 合理确定给煤层的标高，是煤仓间建筑指 标优劣的决定因素。 就本工程而言，锅炉给煤口为 18.938m，除考虑给煤机 出口管道及出口煤闸门的安装