探讨300MW循环流化床锅炉机组的节能降耗

探讨300MW循环流化床锅炉机组的节能降耗

摘要：近年来循环流化床锅炉因其煤种适应范围广、经济、环保而得到快速的发展，但是循环流化床锅炉机组的厂用电率、供电煤耗等经济指标高于一般煤粉炉。如何保证机组安全、环保、经济运行，将机组深度调峰成果固化将作为企业长期探索目标。本文将以某电厂300MW机组深度调峰为例，对机组深度调峰所产生的各种影响及预期事故进行分析浅谈，确保锅炉的安全、环保、经济运行。

关键词：循环流化床锅炉、300MW、深度调峰、双碳、安全、环保

引言

随着节能环保意识不断增强，诸多新能源（如风电、太阳能、水电等）技术的快速发展应用，能源结构比例发生很大的改变，加之“双碳”概念的提出，到力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的重大战略决策，逐步压缩了火电企业的生存空间[1]。为适应电力市场发展需求,快速推动了火电企业参与深度调峰的进程，机组深度调峰的运维已经成为发电企业常态化管理的重要内容之一。

1、设备概述

新疆圣雄能源自备电厂位于新疆维吾尔自治区吐鲁番市托克逊县阿拉沟新疆圣雄工业园区内， 电厂总规模 600MW，2×300MW 循环流化床资源综合利用发电机组工程系新建工程，为工业园区的自 备热电厂。两台 300MW 机组，2011 年

4 月开工建设，第一台机组 2012 年 12 月投产，第二台机组 2013 年 7 月投产。 电厂机组带基本负荷，并具备调峰运行能力，年利用小时数为 6000 小时。汽轮发电机组选用哈 尔滨汽轮机厂有限责任公司制造的亚临界、一次中间再热、单轴、双缸双排汽、直接空冷汽轮机发 电机组。发电机为哈尔滨电机厂有限责任公司制造的三相隐极式同步发电机，冷却方式为水-氢-氢。

锅炉采用东方电气集团东方锅炉股份有限公司自主开发的单炉膛循环流化床锅炉，采用炉内脱硫。 机组热力系统为单元制系统，配置 35%容量的高低压串联二级旁路。热力循环采用七级回热抽汽系 统，设置三台高压加热器、一台除氧器、三台低压加热器。热力系统的设计拟定及主要辅助设备的 选择以哈尔滨汽轮机厂有限责任公司的主机技术条件以及热平衡作为计算及设计依据。燃烧系统的 设计拟定及主要辅机设备的选择以东方锅炉厂有限公司的循环流化床锅的技术条件及热力计算及物 料平衡计算为依据，每炉配两台一次风机、两台二次风机，并配有三台高压流化风机作为回料阀返 料用，石灰石采用仓泵输送通过

A 返料器 B 腿，B 返料器 A、B 腿，C 返料器 A 腿，共 4 路进入炉膛， 满足炉内脱硫要求。启动床料系统一级，二级给料机通过炉前#2、#4、#5、#7 给煤机加入炉膛，引 风机采用两台双级动叶可调轴流风机。

主厂房内布置有热机专业的设备、锅炉烟风系统、锅炉给煤系统、启动床料系统、燃油系统、 热力系统、工业冷却水系统、压缩空气系统及其管道和相关附属设施。主厂房采用汽机房、除氧间、 煤仓间、锅炉房顺列布置。主厂房采用钢筋混凝土结构。锅炉为全钢架结构，全炉紧身封闭布置。 汽机房中间层和运转层采用大平台布置，两机之间设中间检修场地，汽轮发电机组采取纵向顺列布 置，汽轮机头部朝扩建端。

1.1锅炉设备概述： 本锅炉采用 DG1065/17.44-II18 型锅炉与 300MW 等级汽轮发电机组相匹配，可配合汽轮机定压(滑 压)启动和运行。锅炉型式:亚临界、自然循环、单汽包、一次中间再热、单炉体、平衡通风、汽冷 式旋风分离器、水冷滚筒式冷渣器、全炉紧身封闭布置、全钢构架的循环流化床锅炉。

1.1.1锅炉整体布置 锅炉主要由一个膜式水冷壁炉膛，三台汽冷式旋风分离器和一个由汽冷包墙包覆的尾部竖井(HRA) 三部分组成。炉膛内前墙布置有六片高温过热器管屏、六片中温过热器管屏、（悬吊方式）六片屏 式再热器管屏，尾部烟道后墙布置四组低温过热器、前墙布置三组低温再热器，锅炉共布置有八个 给煤口，全部布置于炉前，在前墙水冷壁下部收缩段沿宽度方向均匀布置。炉膛底部是由水冷壁管 弯制围成的水冷风室，水冷风室两侧布置有一次热风道，进风型式为平行于布风板从风室两侧进风， 由于空预器一二次风出口均在两侧，一次热风道布置较为简单。一次风道内布置有四台点火燃烧器， 炉膛密相区水冷壁前后墙上还分别设置了四支床上点火油枪。（原设计每台炉 4 个）#1 炉 5 个、#2 炉 6 个排渣口布置在炉膛后水冷壁下部，分别对应滚筒式冷渣器。炉膛与尾部竖井之间，布置三台 汽冷式旋风分离器，其下部各布置一台“U”阀回料器，回料器为一分为二结构，尾部采用双烟道结 构，前烟道布置三组低温再热器，后烟道从上到下依次布置四组低温过热器，向下前后烟道合成一 个，在其中布置两组螺旋鳍片管式省煤器和卧式空气预热器，空气预热器采用光管式，一二次风道 分开布置，前墙布置二次风，后墙布置一次风，沿炉宽方向双进双出。过热器系统中布置两级喷水 减温器，再热器系统中布置事故喷水减温器和微量喷水减温器。锅炉整体支吊在锅炉钢架上。

1.1.2汽水流程 锅炉汽水系统回路包括尾部省煤器、汽包、水冷壁、汽冷式旋风分离器进口烟道、汽冷式旋风 分离器、尾部竖井包墙过热器、低温过热器、中温过热器、高温过热器及连接管道、低温再热器、 屏式再热器及连接管道。锅炉给水首先被引至尾部烟道省煤器进口右侧集箱，逆流向上经过水平布置的螺旋鳍片管式省煤器管组进入省煤器出口集箱，通过省煤器引出管从汽包上部进入汽包。在启 动阶段没有建立足够量的连续给水流入汽包时，省煤器再循环管路可以将锅水从汽包引至省煤器进 口集箱，防止省煤器管子内的水汽化。DG1065/17.44-II18 型锅炉为自然循环锅炉。锅炉的水循环 采用集中供水，分散引入、引出的方式。给水引入汽包水空间，并通过集中下降管和与之相连的下

水连接管及分散下降管分别引入水冷壁下集箱和水冷蒸发屏进口集箱。锅水在向上流经炉膛水冷 壁、水冷蒸发屏的过程中被加热成为汽水混合物，经各自的上部出口集箱通过汽水引出管引入汽包 进行汽水分离。被分离出来的水重新进入汽包水空间，并进行再循环，被分离出来的饱和蒸汽从汽 包顶部的蒸汽连接管引出。饱和蒸汽从汽包引出后，由饱和蒸汽连接管引入汽冷式旋风分离器入口

烟道的上集箱，下行冷却烟道后由连接管引入汽冷式旋风分离器下部环形集箱，上行冷却分离器筒 体之后，由连接管从分离器上部环形集箱引至尾部竖井左右侧包墙上集箱，下行冷却左右侧包墙后 进入左右侧包墙下集箱，由包墙连接管引入前、后包墙下集箱，上行进入中间包墙上集箱汇合，向 下进入中间包墙下集箱，即低温过热器进口集箱，逆流向上对后烟道低温过热器管组进行冷却后，

从锅炉两侧连接管引至炉前中温过热器进口集箱，流经中温过热器受热面后，自中温过热器出口集 箱至高温过热器进口集箱，最后合格的过热蒸汽由高过出口集箱两侧引出。从汽机高压缸排汽引入 尾部竖井前烟道低温再热器进口集箱，流经三组低温再热器，由低温再热器出口集箱引出，经锅炉 两侧连接管引至炉前屏式再热器进口集箱，逆流向上冷却布置在炉膛内的屏式再热器后，合格的再

热蒸汽从炉膛上部屏式再热器出口集箱两侧引至汽机中压缸。过热器系统采取调节灵活的喷水减温 作为汽温调节和保护各级受热面管子的手段，整个过热器系统共布置有两级喷水。一级减温器（左 右各一台）布置在低温过热器出口至中温过热器入口管道上，作为粗调；二级减温器（左右各一台） 位于中温过热器与高温过热器之间的连接管道上，作为细调。再热汽温采用尾部双烟道挡板调温作 为主要调节手段，通过调节尾部过热器和再热器平行烟道内烟气调节挡板，利用烟气流量和再热蒸 汽出口温度的关系来调节挡板开度，从而控制流经再热器侧和过热器侧的烟气量，达到调节再热汽 温的目的。同时，为增加再热蒸汽汽温调节的灵敏度，再热系统也布置了两级减温器，第一级布置 在低温再热器进口前的管道上（左右各一台），作为事故喷水减温器，第二级布置在低温再热器至 屏式再热器的连接管道上（左右各一台），作为微量喷水减温器。以上两级喷水减温器均可通过调 节左右侧的喷水量，以达到消除左右两侧汽温偏差的目的。

1.1.3烟风系统 循环流化床锅炉内物料的循环是依靠一次风机和引风机提供的动能来启动和维持的。从一次风 机出来的空气分成五路送入炉膛：第一路，经一次风空气预热器加热后的热风从两侧墙进入炉膛底 部的水冷风室，通过布置在布风板上的风帽使床料流化，并形成向上通过炉膛的气固两相流；第二 路，热风用于炉前气力播煤；第三路，经一次风空气预热器加热后的热风作为床上助燃油枪用风， 第四路，部分未经预热的冷一次风作为给煤机皮带的密封用风；第五路，部分未经空预器加热的冷 一次风通过联络管进入空预器冷却钢梁，冷却完之后的热风进入热二次风箱（右侧热二次风管道出 口），经二次风空气预热器加热后的二次风直接经炉膛下部前后墙的二次风箱分二层送入炉膛。 烟气及其携带的固体粒子离开炉膛，通过布置在水冷壁后墙上的分离器进口烟道进入旋风分离 器，在分离器里绝大部分物料颗粒从烟气流中分离出来，另一部分烟气流则通过旋风分离器中心筒 上部引出，由分离器出口烟道引至尾部竖井烟道，从前包墙及中间包墙上部的烟窗进入前后烟道并 向下流动，冲刷布置其中的水平对流受热面管组，将热量传递给受热面，而后烟气流经管式空气预 热器再进入电袋除尘器，除尘完的烟气由引风机送入脱硫的增压风机，经过烟气脱硫后排入大气。 “U”阀回料器共配备有三台高压头多级离心式风机，正常运行时，两台运行、一台备用；流化风机 送出的流化风除了流化“U”阀回料器中的物料外，另有一路作为床上油枪的冷却风、火检用风、电 除尘灰斗气化风板流化风，脱销系统用风。锅炉采用平衡通风，压力平衡点位于炉膛出口；在整个 烟风系统中均设有调节挡板，运行时便于控制、调节。

1.1.4 物料循环过程 锅炉冷态启动时，在流化床内加装启动物料后，首先启动风道点火器，在点火风道中将燃烧空 气加热至 870℃-1200℃后，通过水冷式布风板送入流化床，启动物料被加热。床温上升到约 600℃ 并维持稳定后，被破碎成 0～10mm 的煤粒分别由八个给煤口从前墙送入炉膛下部的密相区内。脱硫用石灰石也由同时送入炉膛。燃烧空气分为一、二次风，分别由炉底和前后墙送入。B-MCR 工况下 正常运行时，约占总风量 40％的一次风，经床底水冷风室，作为一次燃烧用风和床内物料的流化介 质送入燃烧室，二次风在前后墙沿炉高方向上分两层布置，以保证提供给煤粒足够的燃烧用空气并 参与燃烧调整；同时，分级布置的二次风在炉内能够营造出局部的还原性气氛，从而抑制燃料中的 氮氧化物，降低氮氧化物的生成。在 850℃-920℃左右的床温下，空气与燃料、石灰石在炉膛密相 区充分混合，煤粒着火燃烧释放出部分热量，石灰石煅烧生成二氧化碳和氧化钙；未燃尽的煤粒被 烟气携带进入炉膛上部稀相区内进一步燃烧，这一区域也是主要的脱硫反应区，在这里，氧化钙与 燃烧生成的二氧化硫反应生成硫酸钙。燃烧产生的烟气携带大量床料经炉顶转向，通过位于后墙水 冷壁上部的三个烟气出口，分别进入三个汽冷式旋风分离器进行气—固分离。分离后含少量飞灰的 干净烟气由分离器中心筒引出通过前包墙拉稀管进入尾部竖井，对布置在其中的低温过热器、低温 再热器、省煤器及空气预热器放热，到锅炉尾部出口时，烟温已降至 143℃左右。被分离器捕集下 来的灰，通过分离器下部的立管和“U”阀回料器送回炉膛实现循环燃烧。炉膛后墙设有排渣口，通 过排渣量大小的控制，使床层压降维持在合理范围以内，以保证锅炉良好的运行状态。