1  前言

鍋爐是燃煤電廠三大主機之一，鍋爐選擇的正確與否，直接影響電廠運行的經(jīng)濟性和穩(wěn)定性。近期，福建永安火電廠2×300MW擴建、福建華電漳平電廠改擴建2×300MW機組和龍巖坑口火電廠二期等工程都在做前期可行性研究，本文針對福建無煙煤的燃燒特性及燃用本地?zé)o煙煤電廠的運行情況，提出燃用福建無煙煤300MW鍋爐選型意見，作為工程參考。

2  300MW循環(huán)流化床鍋爐選型

2.1  鍋爐選型

福建無煙煤煤質(zhì)干燥無灰基揮發(fā)份（Vdaf）低，難著火、難穩(wěn)燃、難燃燼，灰熔點低，屬典型的劣質(zhì)無煙煤。對于四角切圓煤粉爐或W火焰煤粉鍋爐，由于燃料在爐內(nèi)的停留時間很短，燃料難以著火、穩(wěn)燃和燃盡；爐內(nèi)溫度高，極易結(jié)焦，NOx排放較高。而循環(huán)流化床鍋爐由于燃料在爐內(nèi)循環(huán)，燃料在爐內(nèi)的停留時間長，同時，大量床料及耐火耐磨材料的使用，使得鍋爐的熱容積很大，有利于燃料的著火、穩(wěn)燃和燃盡；爐內(nèi)溫度相對較低，爐內(nèi)不易結(jié)焦，由于低溫燃燒的原因，NOx的排放也相對較低。因此，從煤質(zhì)特性及灰份特性方面考慮，煤粉鍋爐是不適宜的，而選用循環(huán)流化床鍋爐是合適的，可行的。

2.2  國內(nèi)外大型CFB鍋爐發(fā)展概況

2.2.1  概述

循環(huán)流化床（CFB）燃燒技術(shù)是最近二十多年來迅速發(fā)展起來的清潔煤燃燒技術(shù)，也是目前商業(yè)化程度最好的清潔煤燃燒技術(shù)。特別是燃用高灰份低揮發(fā)份或高硫份等其他燃燒設(shè)備難以適應(yīng)的劣質(zhì)燃料方面以及低負荷要求較高的調(diào)峰電廠和負荷波動較大的自備電站中，循環(huán)流化床鍋爐是最佳選擇，是當(dāng)前公認(rèn)的燃煤技術(shù)的重大創(chuàng)新，受到世界各國普遍重視。

2.2.2  國際CFB鍋爐發(fā)展現(xiàn)狀

目前CFB鍋爐的單機容量正由100MW逐漸向200MW～300MW過渡。波蘭的Turow建成了3臺225MWe和3臺266MWe循環(huán)流化床鍋爐，法國PROVENCE電站250MW機組的順利投運后，白馬電廠采用ALSTOM循環(huán)流化床鍋爐1×300MWCFB鍋爐已進入正式商業(yè)運行，美國FW公司也有300MWCFB鍋爐運行業(yè)績。

2.2.3  國內(nèi)CFB鍋爐技術(shù)現(xiàn)狀

由于進口300MW循環(huán)流化床鍋爐價格高，且不符合國家產(chǎn)業(yè)政策。在國家有關(guān)政策支持下，特別是國家發(fā)改委和經(jīng)貿(mào)委均在組織具有自主技術(shù)的大型循環(huán)流化床的示范工程，三個主要鍋爐制造廠（哈爾濱、上海、東方）同時引進了法國ALSTOM公司200～350MW循環(huán)流化床鍋爐整套設(shè)計、制造技術(shù)。并且利用引進技術(shù)已有十多臺300MW等級CFB鍋爐訂貨合同，積累了相當(dāng)?shù)慕?jīng)驗。

東方鍋爐（集團）股份有限公司在消化、吸收美國福斯特?惠勒公司和法國ALSTOM公司的循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的基礎(chǔ)上，已開發(fā)出了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵技術(shù)和核心技術(shù)300MW 循環(huán)流化床鍋爐并有了廣東梅縣荷樹園電廠300MW 循環(huán)流化床鍋爐訂單。

因此，國產(chǎn)CFB鍋爐主要有引進型和自主開發(fā)型兩種。下面對國產(chǎn)引進型和東鍋自主開發(fā)型進行比較。

2.3  引進型CFB300MW循環(huán)流化床鍋爐特點

2.3.1  300MW CFB鍋爐主要組成部分：

引進型CFB鍋爐主要包括爐膛、物料循環(huán)回路（如分離器、回料閥和外置床等）、尾部煙道、空預(yù)器和冷渣器等

2.3.2  引進型CFB鍋爐特點：

1）爐膛（燃燒室）

爐膛全部采用膜式水冷壁，懸吊結(jié)構(gòu)。

下部分成褲衩腿形式，包括兩個風(fēng)室和兩個布風(fēng)板（通過風(fēng)帽來保證燃燒室內(nèi)一次風(fēng)的均勻分布）。風(fēng)帽的設(shè)計充分考慮防止循環(huán)物料顆粒反竄入風(fēng)室。

燃燒室的下部內(nèi)襯耐磨耐火材料。燃燒室錐段耐磨耐火材料能夠避免水冷壁的高溫腐蝕。

2）分離器

4個高溫絕熱分離器布置在爐膛的兩側(cè)，由碳鋼板制成，內(nèi)襯耐磨耐火材料。分離器上部為圓柱段（用來分離物料），下部為錐段（用來捕獲顆粒并送到回料閥）

為了提高分離器效率、降低對中心筒的磨損，中心筒采用偏心布置，經(jīng)過分離器凈化的煙氣進入尾部對流煙道。

3）回料閥

4個回料閥分別布置在4個分離器的下部，由碳鋼板制成，內(nèi)襯耐磨耐火材料。循環(huán)物料被流經(jīng)回料閥布風(fēng)板的高壓風(fēng)流化。

每個回料閥配備一個錐型閥，通過它把一定比例的循環(huán)物料送到外置床。

4）外置床

4個外置床（EHE）接受通過錐型閥分流來的循環(huán)物料。

每個外置床有三個室，他們被隔墻分開。外置床的護板和隔墻由碳鋼板制成，內(nèi)襯耐磨耐火材料。循環(huán)物料被流經(jīng)外置床布風(fēng)板的高壓風(fēng)流化。循環(huán)物料依次流經(jīng)每個倉室，最后送回爐膛。每個外置床內(nèi)布置兩級受熱面。兩個外置床內(nèi)布置一級中溫過熱器（ITS1）和二級中溫過熱器（ITS2），通過控制流經(jīng)其循環(huán)物料的流量來控制床溫。另外兩個外置床內(nèi)布置高溫再熱器（HTR）和低溫過熱器（LTS）。通過控制流經(jīng)其循環(huán)物料的流量來控制再熱蒸汽溫度。

2.3.3  輔助系統(tǒng)

1）給煤系統(tǒng)

給煤系統(tǒng)是用來把破碎合格的煤輸送到爐膛。煤斗里的煤首先通過皮帶計量式給煤機，然后再通過鏈條給煤機輸送到回料閥回料腿上的給煤點。給煤通過和回料腿中大量的循環(huán)物料有效地混合以達到燃料的均勻分布。

四條獨立的給煤線分別給煤到回料閥的回料腿。

在給煤機落料管和給煤點之間，用二次風(fēng)做正壓密封風(fēng)，避免煙氣反串至給煤系統(tǒng)。

2）石灰石添加系統(tǒng)

從石灰石粉倉到爐膛的石灰石添加系統(tǒng)由兩個氣力輸送回路組成，每個回路配有4個給料點，位于回料閥回料腿中的噴嘴能實現(xiàn)高速噴入石灰石，以達到石灰石和循環(huán)物料的均勻混合。

3）啟動床料添加系統(tǒng)

在鍋爐的冷態(tài)啟動，或運行過程中，添加床料到燃燒室或外置床。儲藏在底灰倉的床料（沙或底渣）被以氣力輸送方式送入。

4）輔助燃料系統(tǒng)

輔助燃料系統(tǒng)的作用是在啟動初期燃燒啟動用油。

在啟動或低負荷穩(wěn)燃時，通過兩只風(fēng)道燃燒器和十二只床槍燃用輕柴油，。

5）汽水系統(tǒng)

水循環(huán)采用自然循環(huán)系統(tǒng)。汽水系統(tǒng)主要包括省煤器、汽包、蒸發(fā)受熱面、過熱器和再熱器等。其中中溫、低溫過熱器和高溫再熱器布置在外置床內(nèi)。

6）供風(fēng)系統(tǒng)

CFB鍋爐需要有個相對較高的氣壓來使循環(huán)物料流化。供風(fēng)分為一次風(fēng)、二次風(fēng)、外置床、回料閥和冷渣器的高壓流化風(fēng)以及石灰石輸送風(fēng)等。

鍋爐設(shè)置有兩臺一次風(fēng)機、兩臺二次風(fēng)機、五臺高壓流化風(fēng)機、兩臺石灰石風(fēng)機和引風(fēng)機等。

由于CFB鍋爐一次風(fēng)與二次風(fēng)的壓差大，空預(yù)器采用先進的四分倉空預(yù)器。一次風(fēng)和二次風(fēng)分別在四分倉回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器中被加熱。

7）除渣系統(tǒng)

本系統(tǒng)是排放爐膛里的灰渣，并使之得到有效冷卻。底渣通過錐型閥排放到位于燃燒室下面的4個風(fēng)水聯(lián)合內(nèi)冷式冷渣器內(nèi)冷卻，使渣溫在冷渣器出口處能達到150℃以下。

2.3.7  300MW引進型CFB鍋爐業(yè)績

三大鍋爐制造廠采用ALSTOM公司引進技術(shù)，陸續(xù)獲得各自1025t/h循環(huán)流化床鍋爐訂貨合同，主要匯總?cè)缦拢?/p>

2.4  自主開發(fā)型CFB鍋爐特點

東方鍋爐廠結(jié)合引進技術(shù)，自行開發(fā)了300MW等級的循環(huán)流化床鍋爐，下面以東鍋自主開發(fā)的鍋爐為例，簡要介紹自主開發(fā)型的主要特點。

2.4.1  自主開發(fā)型300MW循環(huán)流化床鍋爐

1 －爐膛 2 －分離器 3－回料器 4－ 尾部受熱面

5 －一次風(fēng) 6 － 二次風(fēng) 7－氣力播煤裝置 8－ 屏式過熱器

9 －屏式再熱器 10－水冷蒸發(fā)屏 11－管式空預(yù)器 12－ 石灰石

東方自主開發(fā)型300MW CFB鍋爐工藝

高效旋風(fēng)分離器（2）將離開爐膛的固體粒子捕獲下來，通過回料器（3）直接送入下爐膛以維持主循環(huán)回路固體粒子平衡。分離后含少量飛灰的干凈煙氣進入尾部豎井（4），經(jīng)管式空氣預(yù)熱器（11）和飛灰收集系統(tǒng)，最后由煙囪排入大氣。

2.4.2  自主開發(fā)型300MW循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計特點

（1）單爐膛結(jié)構(gòu)

（2）不采用外置式換熱器或INTREX結(jié)構(gòu)

外置式換熱器還有以下缺點：

高難度的承壓件、煙風(fēng)、汽水管道和膨脹節(jié)的設(shè)計降低了鍋爐的可靠性；

① 外置式換熱器在有效調(diào)節(jié)床溫的同時，卻犧牲了過熱器的汽溫特性。即：在低負荷時，為保證較高的燃燒效率和脫硫效率，需要保持較高的床溫。為此，通過外置式換熱器的循環(huán)物料量應(yīng)減少，以此來提高返回爐膛的循環(huán)物料的平均溫度。可是，這使得在低負荷時本來就難以保持的過熱蒸汽溫度更難保證。

② 采用外置式熱器調(diào)節(jié)汽溫靈敏度差，灰量變化引起汽溫變化有延遲（根據(jù)運行經(jīng)驗這個延遲大約5～8分鐘）。

③ 外置式換熱器采用機械的方法（錐形閥）控制灰流量從而導(dǎo)致了有可能存在的機械故障，由于錐形閥工作的條件極為惡劣，更換周期較短（約2年），增加了鍋爐的維護成本，降低了鍋爐的可用性；

④ 鍋爐控制系統(tǒng)都極為復(fù)雜，對其正常的操作及運行需付出較高的成本；

⑤ 在鍋爐MFT或DCS調(diào)電、全廠失電等工況下，由于灰和耐火材料的蓄熱，外置式換熱器中布置的受熱面保護困難，可能需要增設(shè)柴油機驅(qū)動的緊急補水系統(tǒng)，初投資增加可達上千萬元。

由于300MW亞臨界CFB在熱量分配等各方面與135MW超高壓爐并沒有本質(zhì)的區(qū)別，外置式換熱器并不是唯一選擇。因此，鍋爐方案的整體布置形式完全可采用成熟的135～150MW級別循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)，即爐內(nèi)布置屏式受熱面，通過一、二次風(fēng)的合理匹配在一定范圍內(nèi)控制床溫。

（3）采用汽冷高效旋風(fēng)分離器

（4）采用一分為二的回料器

（5）尾部采用成熟的雙煙道結(jié)構(gòu)

（6）采用前墻給料方式

在爐前下部還預(yù)留有石灰石入口，通過此口可將粉狀石灰石注入燃燒室。

鍋爐采用滾筒冷渣器從鍋爐后墻進行排渣。

2.4.3  300MW自主開發(fā)型CFB鍋爐業(yè)績

目前，300MW自主開發(fā)型CFB鍋爐有2臺訂貨業(yè)績。

2.5  兩種爐型燃福建無煙煤的適應(yīng)性

2.5.1  絕熱式高效旋風(fēng)分離器和汽冷高效旋風(fēng)分離器

從燃用福建無煙煤循環(huán)流化床鍋爐的經(jīng)驗來看，引進型300MW循環(huán)流化床鍋爐采用高溫絕熱分離器，為了鍋爐穩(wěn)定燃燒和提高燃燒效率，鍋爐床溫和爐膛出口煙溫在960℃左右（龍巖坑口一期爐床設(shè)計溫度960℃，實際運行930℃），在回料腿二次燃燒而結(jié)焦的可能性較大，對此已有經(jīng)驗教訓(xùn)，因此，采用汽冷高效旋風(fēng)分離器更能適應(yīng)燃用福建無煙煤循環(huán)流化床鍋爐。

2.5.2  采用滾筒冷渣器

由于福建無煙煤的煤層較薄，煤礦較小，礦點多，來煤煤質(zhì)具有多樣性且參有石塊和矸石，輸煤破碎系統(tǒng)運行困難，入爐煤粒度難以保證，來煤多樣性使煤質(zhì)灰分變化較大。

引進ALSTOM技術(shù)300MW循環(huán)流化床鍋爐的冷渣器采用風(fēng)水聯(lián)合內(nèi)冷冷渣器，由于煤的破碎并不很均勻，有些顆粒較大，排渣存在堵死、易結(jié)焦的問題，影響鍋爐的連續(xù)運行。由運行實踐證實采用滾筒冷渣器不存在結(jié)焦的現(xiàn)象，對燃燒具有較強后燃性的福建無煙煤的循環(huán)流化床鍋爐是一個較好的選擇，因此，采用滾筒冷渣器更能適應(yīng)燃用福建無煙煤循環(huán)流化床鍋爐。

3  結(jié)論

綜上所述，四川白馬1×300MW循環(huán)流化床示范電站工程已進入商業(yè)運行，國產(chǎn)引進型300MW循環(huán)流化床鍋爐全部采用同白馬相同的法國ALSTOM循環(huán)流化床技術(shù)，在運行和訂貨業(yè)績上具有一定優(yōu)勢。

東鍋自主開發(fā)型300MW循環(huán)流化床鍋爐是在消化、吸收美國福斯特?惠勒公司和法國ALSTOM公司的循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵技術(shù)和核心技術(shù)300MW 循環(huán)流化床鍋爐，具有結(jié)構(gòu)簡單，造價低，采用管式空氣預(yù)熱器后，占地少和漏風(fēng)率低等優(yōu)點，采用汽冷分離和滾筒冷渣器更適合燃用福建無煙煤，已有2臺訂貨業(yè)績，因此，推薦燃用福建無煙煤采用自主型300MW循環(huán)流化床鍋爐。

文章作者：福建省電力勘測設(shè)計院 楊成達