降低CFB锅炉电厂厂用电率的措施和建议

1、降低CFB 锅炉电厂厂用电率的措施和建议1CFB 锅炉电厂厂用电率较高的原因分析循环流化床燃烧技术1是在上世纪80年代发展起来的一种洁净燃烧技术,它的最大特点是燃料在炉内通过物料循环系统循环反复燃烧,使燃料颗粒在炉内滞留时间大大增加直至燃尽,燃烧效率显著提高。不仅如此,CFB 锅炉还具有燃料适应性强、负荷调节性能好、氮氧化物排放低、低成本石灰石炉内脱硫、灰渣便于综合利用等一般常规锅炉所不具备的优点,在福建省得到较广泛的应用和推广。循环流化床低成本实现了严格的污染排放指标,同时燃用劣质燃料,在负荷适应性和灰渣综合利用等方面具有综合优势,成为燃烧福建无烟煤的首选炉型。目前福建省已有60多台CFB

2、锅炉在运行中,其中最大容量为440t /h ,容量300MW 的CFB 锅炉发电机组已在筹建中。由于CFB 锅炉独特的流态化、循环燃烧特点1,其风机数量多、压头高,导致辅机电流大、功率大,厂用电率居高不下。440t /hCFB 锅炉所用风机多达16台,配套电动机额定功率共计9300kW ,是同容量煤粉炉机组的1.52倍,正常运行厂用电率高达11%12%左右,甚至更高2。随着我国CFB 锅炉大型化的快速发展,循环流化床机组厂用电率高的问题越来越突出,如果不尽快解决这一问题,则成为制约CFB 锅炉大型化发展的瓶颈。与同容量的常规煤粉炉电厂相比,CFB 锅炉使煤炭洁净燃烧,环保效益显著,因此CFB

3、锅炉与常规煤粉炉加烟气脱硫装置相比厂用电水平才合理。135MW 容量CFB 锅炉在燃料破碎送入系统、灰渣系统、烟风系统等方面与常规煤粉锅炉有所不同,CFB 锅炉实际厂用电率为4.43%,较煤粉炉高出0.794个百分点3,主要有以下几个因素:由于CFB 锅炉脱硫加入了大量石灰石,以及循环流化床灰渣比例与煤粉炉差别较大,使总灰渣量大幅度增加,造成了除渣系统电耗的增加。另外,由于除渣系统采用风冷,2台冷却风机的电耗也较大。与常规煤粉锅炉相比较,CFB 锅炉烟气系统阻力主要增加在分离器和管式空气预热器上(经计算约增加了1500Pa ,增大了引风机的电耗。由于加石灰石后灰的比电阻增大,电除尘器的电耗水平

4、较煤粉炉大。在风系统上,CFB 锅炉一次风系统阻力主要由床压、布风板阻力、空预器阻力和风道阻力构成,二次风系统阻力主要由炉膛压力、环形风箱阻力、空预器阻力和风道阻力构成,压头高,风机耗电大。由于燃烧方式和燃烧机理的不同,CFB 锅炉燃料制备系统只有筛分机、破碎机等设备,常规煤粉炉的那套复杂的制粉系统包括磨煤机、粗细粉分离器、粉仓、输粉机等均被省去。本文结合石狮热电有限责任公司2台DG75/3.82-11型CFB 锅炉的运行情况和技改效果,通过强化运行管理和技术改造等措施降低厂用电率,并提出一些在设计初期可采取的节能建议,使CFB 锅炉发电机组的厂用电率降到接近同容量煤粉炉发电机组的程度,对循环

5、流化床洁净煤发电技术的推广应用具有一定的借鉴意义。2降低CFB 锅炉电厂厂用电率的措施及效果2.1加强运行管理,降低CFB 锅炉厂用电耗2.1.1控制合适的料层厚度控制合适的料层厚度,炉床蓄热量大,床温稳定,煤粒和回料灰中的炭能迅速加热和燃烧,对CFB 锅炉运行稳定、燃烧效率以及燃烧控制有非常重要的意义。应避免料层厚度过低使燃烧不稳定,也要控制料层厚度不要过高。料层厚度过高不仅影响流化效果和降低燃烧效率,还会导致风室压力、床层压力、料层差压等参数过高,导致一次风机、二次风机出口风压过高,风机电流增大,厂用电率增加。监控料层厚度的主要参数有风室压力、床层压力、料层差压等。一般控制床层折算静止厚度

6、控制在500750mm ,风室压摘要分析CFB 锅炉厂用电率较高的原因,结合石狮热电公司2台DG75/3.82-11型CFB 锅炉的运行情况和技改效果,阐述在加强运行管理和技术改造等方面降低厂用电耗的措施及效果,并提出一些在CFB 锅炉设计初期可采取的风机容量合理选择、系统优化配置、运用变频装置等建议,可使CFB 锅炉发电机组的厂用电率降到接近同类型煤粉炉发电机组的程度。关键词CFB 锅炉厂用电率节能变频改造中图分类号:TK229.66文献标识码:A文章编号:1672-9064(200803-0065-04作者简介:吴剑恒(1975,男,工程师,河南省西华县人,1997年毕业于中国矿业大学机电

7、学院,获工学学士学位,现任福建省石狮热电有限责任公司生产技术部主任,长期从事电厂生产运行和技术管理工作。吴剑恒洪方明(福建省石狮热电有限责任公司福建石狮362700力812kPa,床面压力68kPa,床层差压46kPa,这样保持合适的一次风压头,起到降低一次风机电流的作用,同时二次风机电流在一定程度上也会降低。在低负荷时控制参数在以上范围的下限,在高负荷时反之。义马锦江能源综合利用有限公司DG440/13.7-2型CFB锅炉的床层压力每降低1.1kPa(折算料层静止厚度降低100mm,2台一次风机6kV电动机电流共降低68A,2台二次风机6kV电动机电流共降低24A,每小时节约风机耗电34.2

8、51.3kWh,在一定程度上降低了厂用电率2。而石狮热电有限责任公司2台DG75/3.82-11型CFB 锅炉的多年运行实践证明,一次风压控制在1011kPa时效果最为理想4。2.1.2合理的煤炭粒度燃料粒径对锅炉的正常燃烧及其经济性极其重要,每种燃煤锅炉对所用燃料的粒径及其筛分特性都有明确的要求, CFB锅炉也不例外。煤的粒径大小对传热系数影响很大,对燃烧的温度场分布也有很大的影响,CFB锅炉稳定高效的燃烧需要不同粒径的煤炭合理配比。石狮热电有限责任公司的2台DG75/3.82-11型CFB锅炉根据福建无烟煤的特点,设计燃煤推荐粒度范围为08mm,其中99%6mm,50%1.5mm, 30%

9、1mm4。床料粒度偏大,同等厚度的物料需要增加一次风压头才能保证流化良好,增大了一次风电耗和排渣电耗。床料粒度太细,运行过程中床压容易造成波动,所以在运行调整中应控制煤的粒度及配比满足设计要求,煤中灰份高时煤的粒径可以适当细一些,挥发份高时粒径可以适当大些,这样既保证了燃烧,又降低了厂用电率。2.1.3风机优化运行一般情况下,220t/h及其以上容量的CFB锅炉引风机、一次风机、二次风机、冷渣器流化风机都采用2台,有联络门和联络母管相连。可以对联络风道等进行适当的改造,尽可能满足较高负荷下的单台风机运行,可大幅度降低厂用电率。义马锦江能源综合利用有限公司将440t/hCFB锅炉联络风道截面扩大

10、为原来的2倍,扩容后在90MW(扩容前为40MW以下负荷采取单台引风机、单台一次风机、单台二次风机、单台冷渣器流化风机运行,6kV电动机电流分别减少30A、30A、20A、15A,每小时节约风机耗电406kWh2,在很大程度上降低了厂用电率。石狮热电有限责任公司2台DG75/3.82-11型CFB锅炉在正常情况下停用播煤增压风机,直接由一次热风供播煤风用。增压风机处于联锁热备用状态,仅在锅炉点火启动时及异常情况下投入运行,完全可以满足锅炉运行需要,节电效果明显,年节约厂用电量达1040MWh5。2.1.4合理分配一、二次风配比一次风的主要作用是保证物料处于良好的流化状态,同时为燃料燃烧提供部分

11、氧气。床料的流化状态受温度影响很大,热态运行时的流化远比冷态时好1。所以,在保证不小于最低流化风量时,根椐床温来调整一次风量至合适值,使一次风机电耗得到优化。二次风量主要根据烟气含氧量调整,补充燃烧所需空气,起到扰动作用,加强了气固2相混合,二次风分上、下两段送入,下层二次风压约高于上层二次风压2kPa。一、二次风从不同位置分别送入流化床,通过优化、合理的配风(一次风的阻力大,同等风量下的一次风机耗电量大,可以降低电耗。石狮热电有限责任公司多年的运行实践证明,一次风率控制在50%60%,上、下层二次风比为5.5:4.56:4,保持省煤器出口的烟气含氧量在4%5%之间,既可保证燃烧充分,又可降低

12、风机电耗4。2.1.5尽可能减少漏风率在减小漏风系数方面,各风道调节挡扳,炉膛各处人孔门、排渣系统各排渣门严密不漏风,各处保温完整。在机组停运时检查空气预热器管束是否有漏风,发现泄漏点及时修补;检查烟道内是否有积灰,若存在积灰应及时清理,可以有效降低一次风机、二次风机、引风机电流。石狮热电有限责任公司的2台75t/h锅炉采用全膜式水冷壁,燃烧系统具有良好的密闭性。在空气预热器前测得的烟气中空气过量系数为1.251.36,与设计值相符4。2.1.6锅炉启停次数和负荷率由于CFB锅炉在启动和停运时,需要消耗很大的电量,所以保证机组长周期连续运行,减少启停次数能有效的降低厂用电率。提升设备健康水平是

13、确保安全、经济、高效运行的重要保证,在加强日常维护和设备消缺的基础上,加大设备治理力度,合理安排设备的消缺或检修时间,尽量避免因为消缺而降负荷运行,杜绝因缺陷扩大造成机组的非计划停运,并且保证消缺质量,降低重复消缺率。同时,高负荷运行可以降低厂用电量在发电量之中的比例,因为就是再低的负荷,CFB锅炉也要保证流化和燃烧正常,而负荷的增加与辅机的出力并非成正比增加,这样高负荷所耗电能相应减少。并且高负荷时物料循环增强,床温较高,燃烧更充分,燃烧用电会有所下降,这样就起到了降低厂用电率目的。2.1.7开展小指标竞赛活动开展运行班组之间进行经济指标竞赛活动,对表现突出的员工进行奖励,激励员工的主观能动

14、性,积极参与节能降耗活动。同时,通过加强技术培训,开展技术竞赛、岗位练兵等活动,鼓励职工力争上游、勇做表率,形成比、学、赶、帮的浓厚氛围,从而全面提高员工的业务素质。通过宣传和培训,使员工了解当前形势和企业所面临的困局,提高思想觉悟,增强忧患意识、成本意识和效率意识,激发起自觉开展节能降耗工作的责任感和紧迫感。2.2对现有设备进行技术改造及其效果2.2.1对现有低效的风机设备进行节能改造由于锅炉厂、设计院在风机设计选型时较保守,加上风机厂家产品型号有限,在选用不到合适的风机型号时往大机号上靠,致使CFB锅炉风机的风量、风压富裕度达到15%50%,出现系统“大马拉小车”欠载运行的不合理匹配状况,

15、风机实际运行工况点与设计的最佳工况点相差甚远。并且,采用落后的风门挡板节流调节,锅炉正常运行时风门挡板开度较小,增加了管网阻力,节流和涡流损失大,风机系统浪费电能严重。石狮热电有限责任公司组织对75t/hCFB锅炉风机进行热态试验,掌握不同锅炉负荷下的风机运行参数及其实际风道阻力。根据测试结果计算出额定负荷下的风机参数并留有合适的富裕量,为避免选用风机厂所生产的有限的型号时可能再次出现不合理匹配状况,量体定做出与锅炉运行状况相匹配的高效节能型风机。同时,采用弯曲型导叶轴向导向器取代原直板型风门挡板,将挡板节流损失降至最低,并对进出口风道进行技术改造,保留和利用原来的电动机和联轴器。运行实践和测

16、试结果均表明,技改后的风机运行效率得到了显著的提高(见表1,4号炉引风机单机效率从32.0%提高到47.7%,节电率超过40%。2.2.2运用变速装置,减少节流损耗CFB 锅炉重要辅机应避免采用风门挡板或阀门节流调节,适当采用双速电机调节、液力偶合器调节,尽可能采用高效的变频调速技术、斩波内反馈调速电机技术6,不仅避免大量的能源浪费和设备损耗,而且还提高了控制精度,降低了生产成本。大量的运行实践证明,CFB 锅炉风机采用变频技术改造后,节电率在30%以上。石狮热电公司2台75t /hCFB 锅炉风机采用低压变频技术改造,大大降低了风门挡板的节流损失,获得显著的经济效益(见表2;更为可贵的是使燃

17、烧系统的流量调节成为线性调节,反应时间加快,动态性能提高,大幅度提高控制精度。同时方便运行操作,减少维护工作量和检修费用,降低电机启动对电网的冲击,延长设备的使用寿命,减小噪声污染,改善工作环境。2.2.3有效利用低品质的蒸汽,降低厂用电耗在火力发电厂,低品质的蒸汽转化为高品质的电能,转化效率较低,如果在使用电能的地方用蒸汽来代替电能,不仅可以提高能量的利用率,还可以降低厂用电耗。石狮热电公司将3台电除尘灰斗加热方式由电加热改为蒸汽加热,年节约厂用电985MWh ;运用“热功联产”方式,采用1台BN0.5-0.88/0.15型背压式汽轮机驱动DG150-100×8给水泵代替2台250

18、kW 电动给水泵,年节约电能4440MWh ,具有显著的效益。同时,尽可能回收蒸汽的余热,做到物尽其用。3在CFB 锅炉系统设计方面降低厂用电耗的建议在设计初期应仔细考虑降低厂用电耗方面的工作,CFB锅炉发电机组的厂用电水平就可接近煤粉锅炉发电机组。在电厂设计初期设计单位应与锅炉厂、辅机制造厂以及兄弟设计院进行广泛交流,讨论诸如辅机容量选择、系统配置、阻力计算等若干方面的问题,为厂用电的降低打好良好的技术基础。3.1风帽、布风板特性CFB 锅炉的风帽和布风板要求能均匀密集地分配气流,使床料与空气产生强烈扰动和混合。石狮热电有限责任公司75t /hCFB 锅炉在设计时根据煤种特点,采用了“7”字

19、型定向风帽,额定负荷时布风板阻力约为5kPa 左右,经过运行后存在风室漏渣现象,增大了阻力,影响一次风量,增加了一次风机出力与电耗。锅炉厂可以对其进行改进,将定向风帽更换为大直径迂回型钟罩风帽或者定向风帽和钟罩风帽配合使用,保持布风板阻力基本不变,从而避免风室漏渣,这样既保证了运行稳定又降低了一次风机能耗。3.2风机的优化选型CFB 锅炉的流态化燃烧特点决定了其风机压头远比煤粉锅炉来得高,因此空气的阻力计算尤为重要。目前正在建设的多台440t /h 等级CFB 锅炉的风机大都由锅炉厂成套供应,经核算,其流量及压头裕量的选取远大于火力发电厂设计技术规程(DL5000-20007的规定,额外增加了

20、厂用电水平。另外,DL5000中CFB 锅炉风机的流量及压头裕量规定的远比常规煤粉炉送、引风机的裕量大的多,建议在多台大型CFB 锅炉投运后,在进行广泛的调查和试验的基础上,调整该裕量至合理范围,以便使风机在高效区运行。决定一、二次风机及引风机的阻力计算的主要因素是布风板阻力、床层的阻力、炉膛压力、分离器阻力以及循环倍率等。通过与锅炉厂设计人员的交流,了解布风板的风帽形式、数量、出口流速,床料的粒度组成,终端流速的选取,床层高度,炉膛截面大小,循环倍率等关键技术数据,讨论阻力的计算方法,由锅炉厂提出了一个较准确的阻力计算值(不含任何裕量,风机厂、设计院统一按DL5000考虑其裕量,避免了重复计

21、算裕量后带来的风机、电机及偶合器等不在高效区运行的状况发生,有效降低电耗。同时,在风道设计时风机名称变频器型号变频器容量/kVA 改造前耗用功率/kW改造后耗用功率/kW每小时节电/kWh节电率/%3号炉引风机4号炉引风机3号炉二次风机4号炉二次风机3号炉罗茨风机4号炉罗茨风机FRN200P11S-4CX FRN200P11S-4CX FRN160P11S-4CX FRN160P11S-4CX FRN22P11S-4CX FRN22P11S-4CX 2872872312313333176.6156.599.2108.818.617.8152.2108.853.478.812.211.624.4

22、47.745.830.06.46.213.8230.4846.1727.5734.4134.83表2石狮热电公司2台75t/hCFB 锅炉风机变频改造节能效果一览表风机名称每小时节电/kWh节电率/%改造前风机参数改造后风机参数额定风压/Pa额定风量/(m 3/h 叶轮直径/m 耗用功率/kW 额定风压/Pa 额定风量/(m 3/h 叶轮直径/m 耗用功率/kW 3号炉引风机4号炉引风机3号炉送风机4号炉送风机3号炉二次风机4号炉二次风机62726272179031790387458745166867166867587205872035078350782.22.21.71.71.251.252

23、97.8261.0392.4338.253.478.836303630132001320083918391141861141861600006000030340303401.801.801.8251.8251.441.44176.6156.5195.7203.045.966.6121.2104.5196.7135.27.512.240.7040.0450.1339.9814.0415.48表1石狮热电公司2台75t/hCFB 锅炉风机本体改造前后技术参数和节能效果一览表备注:以上数据均为折算到锅炉额定负荷运行工况下的加权平均值,其中二次风机为先实施变频改造后进行本体改造。备注:以上数据均为折算

24、到锅炉额定负荷运行工况下的平均值。选用合适的通流截面,保持经济的流速,风道弯头、变径部位尽量减少,从而降低管道压力损失,减小辅机电耗。3.3煤制备系统针对福建无烟煤的特点、来煤细度和CFB锅炉对燃料的粒度要求,石狮热电有限责任公司CFB锅炉在煤制备系统采用一级筛分加一级破碎系统,而某厂同样的锅炉却采用两级破碎系统。运行实践证明,石狮热电有限责任公司的选择是正确的。设计部门应根据燃煤特点和来煤细度决定是否需要粗级破碎,最好设计一级筛分系统,既保证了锅炉的粒度要求,又有效防止了过破碎,还在一定程度上降低了厂用电。3.4采用合适的出渣方式目前国内3大CFB锅炉制造商推荐配置的冷渣器均为风水联合冷渣器

25、,从结构及工作原理上看就是小型流化床,在流化过程中完成了物料冷却和输送,并将冷却风送入炉膛,这就要求流化风机的压头足以克服流化床的阻力和炉膛的运行压力以及管道阻力,且流化风量要求较大。如果将锅炉厂135MWCFB锅炉习惯配套的风水联合流化床冷渣器改为滚筒式冷渣器或钢带式冷渣器,渣系统电耗可从330400kW降至100200kW,节能效果显著2。3.5充分采取节能措施设计院在电厂总体布置上采取下列措施来降低厂用电率3,6:在炉侧就近布置渣库,在2炉之间布置石灰石粉库,这样出渣和石灰石粉输送距离最短,降低了机械出渣系统及石灰石给料系统的电耗;一、二次风机靠近空气预热器布置,降低了风道阻力;除氧煤仓

26、间方向与栈桥方向一致,缩短了栈桥距离,降低了输煤皮带的电耗;灰库布置在厂区内且距电除尘较近,大大降低气力除灰系统的电耗;给水管路上取消了主调节阀,采用汽动给水泵或液力偶合器调节给水流量,降低给水泵电耗;利用变频器调节二次风机和引风机的流量,降低能耗;选用导热系数低、物理性能好、价格合理的保温材料,降低能耗。同时,锅炉制造厂的锅炉本体设计对厂用电的影响较大,设备招议标时应对比风量、风速等各种参数的差异。4结论在CFB锅炉本体设计、系统配置、辅机选型、运行管理等方面采取有效措施后,CFB锅炉的厂用电率是完全可以降低的。由于CFB锅炉的反复循环、流态燃烧的特点,使CFB 锅炉在燃料破碎送入系统、灰渣

27、系统、烟风系统等方面与常规煤粉锅炉有所不同,燃煤CFB锅炉的厂用电率是比同样容量等级的煤粉炉高出0.8%1.3%,与采用湿法烟气脱硫装置的常规煤粉炉的厂用电水平相当。一些电厂的运行情况证明,可以采取控制合适的料层厚度、合理的煤炭粒度、合理分配一二次风配比、风机优化运行、减少漏风率、高负荷率运行、减少锅炉启停次数、开展小指标竞赛活动等方面加强运行管理,降低CFB锅炉厂用电耗。结合石狮热电有限责任公司2台DG75/3.82-11型CFB锅炉的运行情况和技改效果,对低效的风机设备进行节能改造,将电动给水泵更换为汽动给水泵、运用变频装置减少节流损耗等,可使厂用电率大大降低。在锅炉设计时,应仔细考虑降低厂用电耗方面的工作,讨