大型煤炭清洁利用深加工项目-热工专业总结

热工专业总结项目简介大型煤炭清洁利用深加工项目。热电装置是煤基多联产综合项目重要的公用工程之一，主要承担工厂高压蒸汽生产、蒸汽系统运行调节、主蒸汽发电、余热发电、高压除氧水供给等重要职能，年运行8000小时。热电装置确定的装机规模如下：锅炉发电系统（主项号：31100）：4×480t/h高压高温流化床锅炉＋1×CB20-9.2/4.3/1.3抽汽背压式汽轮发电机组。余热发电系统（主项号：31200）：1台N12中压蒸汽凝汽式空冷汽轮发电机组+3台CN25中压饱和蒸汽抽汽凝汽式空冷汽轮发电机组+1台N15低低压饱和蒸汽凝汽式空冷汽轮发电机组。锅炉灰渣系统（主项号：31300）：输渣采用机械输渣系统、飞灰采用正压浓相气力输送系统。锅炉脱硝系统（主项号：31400）：SNCR脱硝。锅炉脱硫系统（主项号：31500）：氨法脱硫。锅炉点火油系统（主项号：31600）：厂内设200m3轻油罐1座，油泵房1座。本工程一次建成，不考虑分期建设。设计范围本项目全厂蒸汽动力平衡、全厂蒸汽系统的调节控制及安全设置方案等均属于中科合成油工程有限公司设计范围，但具体的实施还是由五环公司负责。五环公司还负责热电装置的设计，包括锅炉发电系统、余热发电系统及所必须的生产及辅助系统的详细工程设计工作。其中，脱硝系统由江苏亿金环保科技股份有限公司负责，脱硫系统由江苏新世纪江南环保股份有限公司负责，脱硝和脱硫系统的工程建设均采用“EPC总承包”模式。技术方案锅炉发电系统锅炉发电系统包含4x480t/h循环流化床锅炉、20MW抽背式汽轮发电机组、以及配套的辅机设计。锅炉本项目属五环公司首次承接的最大容量锅炉的设计项目。最初业主对我们的设计能力持有怀疑的态度，希望我们请电力院专家把关，我们确实在做大型锅炉设计方面没有经验，为了能使项目顺利的进行，也让为了让我们能学到一些知识，因此我们请湖北电力院的专家对我们的设计方案及文件进行审查。锅炉炉型的选择是根据可研及总体设计的方案而定，锅炉采用高温高压循环流化床锅炉，锅炉厂家为上海锅炉厂。循环流化床锅炉其技术特点如下：循环流化床锅炉采用低温燃烧可以降低NOX的排放。循环流化床锅炉的飞灰循环燃烧过程可以降低SO2的排放。循环流化床锅炉负荷调节范围大（40%-110%），负荷调节快。循环流化床锅炉气固混合良好，具有流化态、分级燃烧、循环强化燃烧等特点，燃烧效率高。循环流化床锅炉低温燃烧具有燃尽特点，使得灰渣含炭量低，易于实现灰渣综合利用。循环流化床锅炉給煤系统简单，其给煤制备破碎系统相比较煤粉锅炉大为简化。锅炉烟风系统由于锅炉容量大，燃烧系统中主要设备一次风机、二次风机、引风机均采用双系列的配置。烟气除尘及排放系统本项目锅炉烟气除尘采用布袋除尘器，具有高效率、低钢耗、易维护、耗电少等特点。4台锅炉共用1座双套筒的钢筋混凝土烟囱，考虑到烟气腐蚀情况，烟囱内的两根内筒采用碳钢内衬钛合金薄板型式。化工装置中的CO2混合气也送入热电装置的烟囱直接排放。烟囱内筒直径均为5.5m，高180m。本项目的双套筒烟囱也是我们公司首次设计，也是通过和电力院交流、沟通才最终确定设计方案。点火及助燃燃料系统锅炉设置床下风道燃烧器和床上点火燃烧器，不仅可以减少锅炉启动时的耗油量，还可以实现锅炉低负荷投油助燃，稳定锅炉运行。系统内蒸汽管网作为一个大型项目蒸汽管网的设计非常复杂，蒸汽用量非常大，全厂运行工况多而复杂，不仅需要核算各管径/流速/流向，还要在设计中充分考虑业主实际运行的要求。按全厂蒸汽平衡，本项目锅炉发电系统运行工况比较复杂，高压蒸汽母管单元制设置无法满足各工况的运行，因此高压蒸汽采用分段母管制设计方案，运行时可根据实际生产要求进行分段切换和调节。当主汽母管某一段故障切除时，对外供主蒸汽的影响相对较小，锅炉故障时主蒸汽系统也能够灵活、快速响应，可以满足锅炉发电系统开车/正常/事故等各种运行工况的要求，高压主蒸汽管道材质采用P91，即可以保证高强度材质，还可以减少管道壁厚，减轻管道重量，对高压蒸汽管网的应力计算有很大的帮助。除氧给水等辅助设备为保证锅炉系统在各工况下运行时的安全可靠，给水泵出力与锅炉容量匹配设计，高压给水母管和低压给水母管均采用分段母管制设计方案，运行时可根据实际生产要求进行分段切换和调节。高压主给水系统设置大旁路和小旁路保护方式，当高加故障时，给水可以旁路掉高压加热器直接进入锅炉。除氧器型式采用无头式除氧器，除氧效果好，运行平稳可靠，由于采用蒸汽与水直接接触，不会出现蒸汽跑漏现象，在排除非凝结气体时伴随排放的蒸汽量少，热效率高。余热发电系统本项目化工装置副产了大量的中低压蒸汽，由余热发电系统内3种不同型式（共5台）汽轮发电机组回收利用这些热量。为节省全厂冷却水的消耗，所有凝汽式汽轮机排汽均采用直接空气冷却设计方案。其中，25MW中压饱和抽凝式汽轮发电机组的中间再热系统的相关设计，对于设计院和供货商均属于首次设计，设计方案多次进行修改。通过与杭汽中能专家多次沟通交流，充分讨论各种方案的安全性及可行性，满足工艺、布置、土建等相关专业的设计要求，最终在汽轮机厂的配合下确定了设计方案。（为提高汽轮机效率，降低汽轮机内蒸汽湿度，避免汽轮机运行事故，CN25汽轮机设置了中间再热系统，由中压缸排出的抽汽除一部分送至低低压蒸汽管网，其余抽汽经汽水分离器送至中间再热器，由2.8MPa(g)等级蒸汽将其加热至微过热，再送回低压缸继续膨胀做功。）锅炉灰渣系统锅炉排出的渣经滚筒式冷渣机冷却后，排入链斗输送机输送，经斗式提升机送至渣仓，由汽车外送。每2台锅炉设置1套除渣系统，且除渣系统采用双系列，正常工况时1开1备，以增强锅炉运行的稳定性。布袋除尘器下灰斗收集的灰通过采用正压气力输送系统送至灰库。灰库设有加湿搅拌机和干式散装机，业主根据灰的利用要求，可选择干排或湿排。脱硫系统本工程采用炉后氨法脱硫工艺系统，可以满足火力发电厂污染物排放标准（GB13223-2011）中要求SO2减排到100mg/Nm3的要求。脱硫系统按1炉1塔设计，不设置烟气旁路。脱硝系统锅炉设有SNCR烟气脱硝系统，可以满足火力发电厂污染物排放标准（GB13223-2011）中要求NOX减排到100mg/Nm3的要求。点火油系统点火油罐区设置1台200m3的轻柴油罐及1座油泵房。全厂正常运行后，点火油罐的补充油来自油品合成罐区的成品油。点火油系统考虑大旁路和小旁路设计方案。大旁路用于点火油泵调试回油使用。小旁路设计在最远端锅炉端部，可以满足每台炉的OFT试验。本项目点火油泵为螺杆泵，小旁路阀门按气动开关阀设计。技术特点本项目热电站的锅炉为五环公司目前所有项目中最大规模的锅炉，因此有一些系统与以往设计中存在很大的不同。主要有如下几点：高压主蒸汽系统采用切换双母管制由于外供高压蒸汽量大，且用户不同，因此外供高压蒸汽的管道分成了2根，1根直接供空分装置；1根直接供其它化工装置。在热电站内的高压蒸汽母管采用双母管，分别对应外供的高压蒸汽管道，且每根母管的容量只按2台锅炉的量来考虑，这样可以减少热电站内高压蒸汽的母管管径。2个分段母管之间也设置全容量的旁路，以方便母管之间的切换。高压锅炉给水母管采用切换双母管制4台锅炉每2台炉设置1个母管，中间设置1个全容量的旁路，以方便母管之间的切换。高压锅炉给水泵的配置为4台电动给水泵和1台汽动给水泵，正常运行时，1台汽动泵和2台电动泵运行。因此泵与分段母管之间的匹配非常重要，始终要保证1台汽动泵都处于运行工况。我们通过仔细研究以及开会讨论，最终确定了方案。 以上为锅炉给水的系统图，从图中可以看出，2个切断阀组布置在汽动给水泵出口的两端，压力控制信号设置在这之间，当需要分别操作其中一个母管的时候，可以相应关闭切断阀，而不影响汽动泵的运行。项目设计的节能环保措施余热利用设置余热发电机组，充分利用本项目工艺装置副产的中低压蒸汽进行发电，并回收冷凝液。根据中压蒸汽和低压蒸汽负荷需求，设置1x20CB高温高压汽轮发电机组，以热定电，热电联产。高压给水加热器加热蒸汽采用工艺装置费托副产中压饱和蒸汽。连续排污扩容器闪蒸蒸汽、高压汽轮机阀杆漏气、高压给水加热器疏水、锅炉冷渣机冷却水回水均送回除氧器作为补水。汽驱锅炉给水泵透平背压排汽供除氧器加热蒸汽用。节电措施：按照设计规范及国内其他类似规模热电厂运行经验，合理选择辅机出力裕量；合理匹配驱动装置及工艺设备的功率；避免大马拉小车的浪费现象。为减少用电负荷，二次风机、引风机、锅炉给水泵的流量均采用液力耦合器进行调节。采用汽驱锅炉给水泵代替电驱锅炉给水泵。节水措施换热器等的冷却水均采用闭式循环冷却水。热电装置设置凝结水回收装置，将装置内无压疏/放水收集回收利用。所有凝汽式汽轮机排汽均采用直接空气冷却设计方案。定期排污水经开式循环冷却水冷却后送至开式循环冷却水站回收利用。节省燃料措施锅炉给水设置高压给水加热器，提高给水温度，节省煤耗。锅炉设置床下风道燃烧器，可以减少锅炉启动时的耗油量。采用无头除氧器除氧效果好，运行平稳可靠，热效率高。污染物排放采用高烟囱（180m）排放烟气，满足烟尘排放要求。NOX、SO2排放均符合最新（按当时）排放标准要求。为减少废气排放点，优化NOX、SO2等排放浓度，本项目化工装置中的CO2混合气也送入锅炉发电装置烟囱直接排放。噪声治理措施为减少噪音效果，风机入口、放空阀/安全阀出口等均设置消音器。主要设备选型时，均要求制造商供货设备运行噪音在85dBA以下。其他节能措施在满足下游用户需求前提下，按经济流速选取管道规格。锅炉房紧身封闭布置，防冻的同时也减少了散热损失。布袋除尘器下部紧身封闭布置，降低了各灰斗的散热量。设计中存在的问题在项目实施和建设阶段，碰到了一些设计中的问题，总结如下：锅炉烟道积灰问题3#、4#锅炉停炉后业主发现锅炉空预器出口烟道内转角处积灰严重。经多方分析，初步认为烟道截面积较大烟气流速偏低是造成积灰的主要原因，烟道内部构件设计偏多造成流场紊乱也在一定程度上加重了积灰。为不影响开车，积灰处的烟道采取了临时改造措施，即在烟道弯曲死角处开2排小孔，外界空气在负压作用下吸入烟道，破坏灰堆的生长。通过改造证明该临时方案有效。同时提出采用引入松动风方案进行改造：从一次风或二次风引入风源，并设调节阀控制风量，在容易积灰的烟道内弯曲死角处装设松动风管，吹动并破坏堆积的飞灰。五环公司同时准备了采用减小烟道截面积方法来提高烟气流速的方案，该方案可略微增大烟气流速，提高烟气携带飞灰的能力，从而减少烟道内积灰，但同时需要注意烟道内部构件的改造情况。锅炉给水泵试车时振动过大的问题在4#电动给水泵试车阶段，当泵转速较低时，运行情况良好；而当转速提升到2500转（额定转速为为2985r/min）时，轴承座振动达到9mm/s，超过报警值（7.1mm/s），最终为保证安全停泵检查。该问题涉及到材控应力、管道布置、机泵、工艺等相关专业，同时还与供货商、施工单位均有很大关系。经五环公司相关专业反复核查设计文件，确认设计无误。供货商最终拆泵检查，后返厂更换。后期其他几台给水泵试车时未出现振动较大的情况，可以认为是泵供货商生产制造的问题。输煤皮带层煤尘治理输煤皮带层没有设置冲洗水和排水设施，导致输煤皮带层环境恶劣，后来根据业主要求，增加了输煤皮带层冲洗设施，并对冲洗水进行收集，再由渣浆泵提升至上层栈桥，顺栈桥两边的冲洗沟下流至华电重工的渣浆池。技术规格书/技术协议中存在的问题以锅炉技术规格书为例，锅炉紧身封闭的设计界限未进行详细划分，设计协调工作量较大。脱硫装置技术协议中，引风机出口烟气挡板属于制造商供货范围，但补充的会议纪要中，该挡板取消，引发了引风机试车调试时或正常运行时另一台引风机倒流的情况。对于引风机、汽轮机等转轴需要大量润滑油冷却的设备，需要考虑后期增设高位油箱的方案。需要在技术规格书中要求制造商提供增设高位油箱的设计方案（含容量、布置高度、转轴惰走时间等参数），并在设备上留有相应的接口。如增设高位油箱对主油箱容积有变化的也应提出。技术规格书/技术协议中应让制造商提供设备开车/运行的润滑油/润滑脂消耗量，以便业主统计。供货商设计资料的问题以引风机为例，液力耦合器油泵出口的逆止阀后没有设计切断阀，影响调试和检修；引风机润滑油泵出口没有设计泄压措施，润滑油母管油压连锁没有按3取2