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循环流化床(CFB)锅炉技术是近30年发展起来的,目前实现商业化运营比较成熟且向大型化发展的高效清洁燃烧技术,具有污染物排放量低、燃料适应范围广、燃烧效率高、调峰能力强、灰渣综合利用率高等优点,在我国低热值煤发电以及综合利用上得到迅速的发展和广泛的应用。 自2006年我国首台引进型300MW CFB 锅炉机组投入运行后,数十台国产化300MW等级CFB锅炉机组也相继 投运,表明我国大型CFB锅炉机组在设计和运行上技术日趋成熟,但CFB机组在实际运行中仍存在一次风机选型裕量偏大、运行经济性较差等问题,这不仅降低了风机的运行效率,并且给机组的安全运行也带来了隐患。目前,我国正在建设350MW及以上等级超临界循环流化床锅炉机组,为了降低一次风机设备投入、提高机组运行经济性和安全性,应对一次风机选型参数及运行方式进行分析和优化,同时可为大型CFB机组一次风机的选型及运行优化提供一定的参考。
1 风机选型参数分析
1.1 常规风机选型裕量
由于CFB锅炉机组的一次风机风量较大、风压较高、 风机比转速较低,需采用离心式风机才能满足机组的运行需要。一次风机主要提供床料流化以及燃烧初期着火用风。CFB锅炉炉内的气固流动及燃烧特性,决定了其与同容量的煤粉锅炉相比,一次风机耗电量更大,机组厂用电率更高。
为了保证机组的安全经济稳定运行,需合理选择一次风机参数。选型参数偏大,不仅会使风机长期偏离高效区运行,而且会降低风机运行的安全性;风机选型参数偏小则不能满足机组负荷变化的需要。
图1为2005年4台开工建设的300MW等级CFB锅炉一次风机选型裕量。由表中数据可以看出,4台锅炉一次风机风量裕量都相差不多,大致在 22%左右;而风压裕量差别较大,风压裕量在 25%~47.5%范围内,其中引进型锅炉一次风机风压裕量较小,另外 3 台国产一次风机风压裕量较大,这是由于国内锅炉制造厂家均为首次制造 300MW CFB够的床料锅炉,为了保证一次风机在负荷变化时能够提供足用风,风压裕量选取较为保守。
图2为2010年后部分已投运的300MW等级CFB锅炉机组一次风机选型裕量。由表中数据可知,3台锅炉一次机的风量裕量都相差不多,大致在 22%左右。由于F和G电厂把入炉前的空预器出口风量作一次风机选型的BMCR工况参数,而E电厂将空预器前的风量作为一次风机选型的BMCR工况参数(包含了空预器设计漏风量),E电厂风量裕量是电厂F和电厂G的 1.15~1.17倍,但3台锅炉一次风压裕量都比较大,在 36.6%~47.5%范围内.以上数据表明,已投CFB锅炉一次风机的风量及风压裕量仍比较, 这对风机的经济安全运行会产生较大影响。
1.2 风机选型原则
根据《大中型火力发电厂设计规范》(GB50660-2011), 风机基本风量应按照设计煤种计算,包括锅炉在BMCR工况下所需一次风量、空预器运行一年后一次风侧的漏风量; 风机基本风压按照设计煤种计算,包括锅炉在 BMCR工况下一次风机设备和管道的各项阻力。按照上述规范,风机选型应先计算风机在设计煤种 BMCR 工况下的流量和压头, 再乘上裕量系数,得到风机TB点出力,再按TB点选择风机。
综合CFB锅炉一次风机选型经验,在考虑煤质变化等因素对风机参数影响的前提下,一次风机的流量裕量可取20%,则风机TB点流量为
式中, QTB为风机在TB工况下的设计风量;QBMCR为BMCR工况下一次风机所需风量。根据风机相似定律,压头与流量平方呈正比,当一次风机的流量裕量取20%时,风机的压头裕量取44%,则TB点压头为
式中,PTB为风机在TB工况下的设计压头;∑Pi为 BMCR工况下一次风流经各设备的阻力之和,主要包括冷热风管道 阻力、空气预热器阻力、风室及布风板阻力、风帽阻力、挡板阻力、床层阻力。
CFB锅炉设计过程中,管道阻力系数为定值,且阻力 只受流体动压头影响,这部分设备阻力应随流量二次方关系增加,而占一次风系统阻力超过 50%床层阻力,在设计上是一个定值,其只与设计床层厚度有关。因此,在确定床层阻力时,选取较为合理的定值即可,并不需要再增加床压选型裕量。通过分析表明,不考虑床层阻力的选型裕量,一次风机阻力选型裕量可降至22%左右。
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