关于CFB燃煤锅炉炉底排渣逻辑优化设计

科学发展观坚持切实走新型工业化道路, 坚持发展循环经济, 坚持节能减排和提高资源能源利用效率建设资源节约型、环境友好型社会。

我国是少数几个以煤炭为主要能源的国家之一, 2010年一次能源消费总量将达到27亿t标准煤, 其中煤炭消费将占到66.1%。由于我国的原煤以劣质煤居多, 目前由于煤炭消费而引起的酸雨等环境问题已严重捆扰和制约着我国的进一步发展。为缓解环境压力, 中央十分重视火力发电行业的平均耗煤量, 并已于十一五规划中提出火电供电标准煤耗将由2005年的每千瓦时370g下降到355g这一约束性指标, 同期减少排放二氧化硫840万t、二氧化碳 (碳计) 3.6亿t。为提高煤炭能源综合利用效率, 国家鼓励推进热电联产、热电冷联产和热电煤气多联供, 在中小城市建设以循环流化床技术为主的热电煤气三联供。由此可见, 不管是中小型以供热为主的新建机组还是新建的大型发电机组, 就目前发展趋势来讲, CFB技术都将成为首选。

虽然国内几大锅炉厂家均在研发60万甚至100万的CFB技术, 但实际上目前30万千瓦以上的CFB锅炉制造工艺还是从国外引进的居多。不过对于中小炉型比如220t/h、130t/h、65t/h等的CFB锅炉制造工艺, 国内的锅炉厂家象杭锅, 无锡锅炉等均已能成熟制造。

循环流化床炉型的主要优势在于一般情况下炉内燃烧的温度利于直接脱硫和脱NOX, 其中脱硫效率可达到90%~97%, 烟气中的NOX浓度可低于150mg/Nm3为提高锅炉热效率, 减少炉水热量损失, 目前CFB锅炉炉底排渣系统大多倾向于使用冷渣机, 主要是利用排出的底渣尚具有一定的余热可以加热化学补充水从而起到既充分利用了渣的余热能预热新进化水又利用了新进化水冷却了热渣从而使“热渣”变为“冷渣”。这样既便于炉渣的收集装运又减少了冷却装置, 综合考虑并从三个环节节省了投资和运行成本:首先是方便炉渣收集装运节约的人工和用具费;其次是免去的冷却装置的设备费投资以及最后是化水炉渣预热节省的燃料 (煤碳) 费。

举例说明:假设一台冷渣机的主要技术指标如下。

软化水最大流量:3.5t/h, 凝结水最大流量为5t/h, 进水温度≤45°C, 出水温度≤90°C, 进渣温度≤1000°C, 排渣温度≤100°C, 进水压力≤1.6MPa。

则可通过上述技术参数计算技术经济指标, 每小时1t炉渣回收余热为:1000kg×0.32千卡/kg℃×850℃=272000千卡, 相当于54.4kg发热值为5000千卡原煤的发热量;每台炉每年可节约原煤 (54.4kg/小时×7200小时) 约391t, 直接经济效益9.77万元, 节能效益显著。

冷渣机采用表面换热方式, 冷却后的炉渣为干燥炉渣, 可做水泥熟料用, 价格按15元/t, 每台炉每小时排渣量按1t计算, 每年获得的经济效益约为10.8万元 (1T/H×7200H×15元/t) 。

另外, 如果算上减少用煤量而引起的酸性气体, 温室气体减少排放而增加的环境效益 (实际上为环境费用减少, 通过有无对比的增量分析, 相当于增加了环境效益。) 和周围居民生活条件改善带来的效益, 则一台最大流量仅5t/h的冷渣机就可带来不下于50万/年的经济效益 (包括直接和间接效益。) 小型的CFB锅炉一般至少配2台配套的冷渣机, 如工艺安排合适且两台机均稳定连续运行的话, 则总经济效益约为100万/年。而对于300MW的CFB锅炉, 如果技术成熟的话, 根据指标类比估算的方法可以得出这个数字至少达到1000万/年。当然, 想要完全达到上述分析的经济效益, 除了设备本身的质量和安装没有出现问题外, 必须确保系统的控制逻辑优化和高效, 最大程度上保证冷渣机以及排渣系统连续平稳和无故障运行。

在炉底排渣成套设备中, 冷渣机进口一般接炉底排渣口, 出口接刮板等输送系统。因暂存炉渣的渣仓具有一定的高度, 因此输送机的出口还不能直接到达渣仓的入口, 中间还需加一个提升机以便达到一定高度并将炉渣放入渣仓。因此对于使用冷渣机的CFB锅炉炉底排渣流程一般为:

炉膛炉底排渣口→进渣电动门→冷渣机进渣口→冷渣机筒体→冷渣机出口→输渣刮板机入口→输渣刮板机出口→渣仓斗式提升机入口→渣仓斗式提升机出口→渣仓→胶带式放渣机→卡车装运至场外。

在实际应用中, 由于排渣相关设备的逻辑关系没有设计好而发生的排渣事故时有发生, 从而影响了正常的生产严重情况下甚至将导致直接停炉而引起较大的生产事故。

下面举例说明炉底排渣流程的较优逻辑。冷渣机的主要技术参数仍如前所述。

假设某项目为一自备电厂的循环流化床锅炉, 炉底排渣采用上述参数的两台冷渣机, 每台各设一进渣电动阀, 同时各自带一冷渣机筒体转动电机并此电机为变频启动以控制筒体转速。冷却水进口和出口均使用手动阀门, 但在进口处设冷却水流量测点 (带远程信号) 并在冷渣机回水口加一温度测点 (带远程信号) 。

为安全考虑, 对于前述的锅炉炉底排渣流程需设置一定程度的连锁或者说顺序逻辑, 顺序逻辑分为顺序启动逻辑和顺序关停逻辑。顺序关停逻辑和前述的排渣流程相同, 但顺序启动逻辑和前述的排渣流程刚好相反。

1顺序关停逻辑

顺序关停逻辑较为简单, 本着不关冷渣机不能关闭输渣机, 不关输渣机不能关闭输渣斗提机的原则, 很容易设计出关停逻辑。具体见图1。

图1中:

M1为输渣 (渣仓) 斗提机电机

M2为输渣刮板机电机

M3为#1冷渣机筒体转动电机 (变频启动)

M4为#2冷渣机筒体转动电机 (变频启动)

2顺序启动逻辑

对于顺序启动逻辑, 最容易出问题的是进渣电动阀和筒体转动电机的连锁问题。如果按照顺序启动逻辑刚好同排污流程相反的原则, 则在开启进渣电动阀前必须先启动筒体转动电机。换句话讲, 在筒体转动电机开启前, 进渣电动门应是关闭的。但这样容易引起一些问题:如第一次需排渣的时候由于冷渣机是空的, 不管开没开筒体转动电机, 只要一打开进渣电动阀, 由于炉内强大的压力 (一般CFB锅炉的炉底属于密相区因此为正压, 而炉内上部由于引风机的抽吸因此为负压) 遭突然释放必然会引起一定量的泄压, 小则会造成冷渣机非正常震荡大则会发生事故。因次建议将进渣电动阀在正常运行时保持常开, 只有当检修或停炉时或是故障情况下才关闭进渣电动阀。这样的话必须在锅炉启动后首次排渣前先慢慢让冷炉渣充满冷渣机, 然后一直保持进渣电动阀常开即可了。

顺序启动逻辑图 (限于篇幅, 略) 。

3结语

通过对CFB锅炉炉底排渣系统的优化设计, 可以最大程度上节约原煤资源, 减少排渣事故并保持锅炉机组的连续稳定运行, 从而为相关的项目乃至整个社会创造最大的经济和社会效益。

摘要：本文从科学发展观的高度论述先进适用的新型燃煤发电技术对节能减排及保护环境等的重要性。作为比较而言具有相对环保优势的循环流化床技术 (即CFB) 更应受到人们的重视和推广。本文试图通过技术经济计算的方法来说明正确设计炉底排渣系统的重要性。炉底排渣系统的设计是否能使锅炉高效、无故障和“有价值”地排渣, 排渣逻辑的优化设计是关键。本文最后给出了炉底排渣的启动和关停逻辑, 并附上了相关设计图, 以供相关单位参考。

关键词：节能减排,炉底排渣流程,顺序关停逻辑