1  概述

福建無煙煤屬世界上最難燃用的無煙煤之一，其“兩難兩低”的燃燒特性（即著火難，燃燼難，揮發(fā)份低，灰熔點(diǎn)低），使得在鍋爐選型上存在較大困難。該煤種揮發(fā)份極低，可燃基揮發(fā)份Vdaf一般在3～6％左右；灰熔點(diǎn)低，灰的變形溫度(t1)一般在1100℃左右，低的只有1040℃；著火難，一般著火溫度要在900～950℃，由此可見，從著火溫度至灰熔點(diǎn)的溫度空間僅150℃，這給鍋爐選型帶來很大困難；燃燼難，由于該煤質(zhì)密實(shí)度較高，燃燼較為困難，也導(dǎo)致燃煤有較強(qiáng)的后燃性。

福建永安火電廠2×100MW機(jī)組和漳平電廠4×100MW機(jī)組采用四角切圓煤粉爐燃燒本省無煙煤，經(jīng)過“六五”科技攻關(guān)也僅能做到在80%負(fù)荷以上不投油穩(wěn)定燃燒，電廠重油系統(tǒng)始終處在熱備用狀態(tài)。進(jìn)入上個世紀(jì)90年代以來，循環(huán)流化床鍋爐引進(jìn)到福建燃燒本地?zé)o煙煤，經(jīng)歷了痛苦的探索階段，福建省電力勘測設(shè)計(jì)院與電廠用戶及時總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，終于在98、99年相繼投產(chǎn)的福建石獅熱電廠35t/h、75t/h循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組上取得成功。2006年竣工投產(chǎn)的龍巖坑口火電廠一期工程采用440t/h循環(huán)流化床鍋爐燃用本省無煙煤取得成功，為大型循環(huán)流化床鍋爐燃用本省無煙煤打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

近幾年福建省電力勘測設(shè)計(jì)院接連承接了福建省能源集團(tuán)有限責(zé)任公司龍巖坑口火電廠二期工程、福建華電永安發(fā)電有限公司2×300MW“上大壓小”工程、福建華電漳平火電有限公司2×300MW工程，以上三個工程均采用東方鍋爐股份有限公司自主開發(fā)型300MW循環(huán)流化床鍋爐。其中龍巖二期工程于2009年12月投產(chǎn)發(fā)電；永安、漳平兩個工程預(yù)計(jì)2010年年底投產(chǎn)發(fā)電。以上三個工程福建省電力勘測設(shè)計(jì)院在設(shè)計(jì)優(yōu)化及節(jié)能減排方面投入大量人力，積累了一定設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和體會，現(xiàn)介紹如下：

2  三個工程采取的設(shè)計(jì)優(yōu)化及節(jié)能減排措施

2.1 采用啟動煙煤倉

由于福建無煙煤極難著火，即使到650℃也很難穩(wěn)定著火，床溫必須控制在900℃以上，一般930℃～1000℃，因此，以上三個工程均吸取龍巖坑口火電廠一期工程440t/h循環(huán)流化床的成功經(jīng)驗(yàn)，設(shè)置了啟動煙煤倉，采用油、煙煤、無煙煤三級啟動系統(tǒng)。啟動時投入煙煤可加快鍋爐啟動時間，防止鍋爐啟動滅火，減少啟動燃油。增設(shè)煙煤點(diǎn)火系統(tǒng)，每點(diǎn)火一次啟用煙煤系統(tǒng)比直接點(diǎn)燃無煙煤節(jié)省費(fèi)用10.22萬元。

300MW循環(huán)流化床兩種啟動方式每次啟動節(jié)省費(fèi)用計(jì)算如下：

(1) 投油到投無煙煤(650℃時投煤)點(diǎn)火實(shí)際耗油量約50噸。燃油耗費(fèi)：0.62×50= 31(萬元)

(2) 投油到450℃時投煙煤，650℃時投無煙煤，實(shí)際耗油量約30噸，煙煤約40噸。

a. 燃油耗費(fèi)：0.62×30 ＝18.6(萬元)

b. 煙煤耗費(fèi)：

假定點(diǎn)火煙煤低位發(fā)熱量為21300kJ/kg，

標(biāo)煤價格暫按750元/噸估列；

燃煤消耗：40噸(一臺爐)；

折算到標(biāo)煤：40×21300/(4.1868×7000)＝29.07t

標(biāo)煤耗費(fèi)：29.07×750＝21803元

總點(diǎn)火耗費(fèi)：18.6＋2.18＝20.78萬元

（3）每點(diǎn)火一次啟用煙煤系統(tǒng)比直接點(diǎn)燃無煙煤節(jié)省費(fèi)用：

31－20.78＝10.22萬元。

而增設(shè)一套啟動煙煤系統(tǒng)需增加100 m3煙煤倉一座(9萬元)、電子稱重式給煤機(jī)一臺(22萬元)，埋刮板給煤機(jī)一臺(21萬元)，增加設(shè)備初投資約52萬元，即增加的初投資費(fèi)用大概點(diǎn)火5次即可收回成本。假定300MW機(jī)組第一年冷爐點(diǎn)火5次以上，則第一年即可收回成本，第二年起每點(diǎn)火一次可節(jié)約燃油費(fèi)10.22萬元。

2.2 煤斗優(yōu)化

循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組由于流化工藝和燃燒的需要，破碎后的煤粒較細(xì)，燃用福建無煙煤粒徑一般要求小于8.5mm，而福建無煙煤粘性大，特別是雨季煤濕，粘性更大。大量經(jīng)驗(yàn)表明，采用傳統(tǒng)的煤斗設(shè)計(jì)技術(shù)，極易發(fā)生堵煤現(xiàn)象，影響鍋爐的穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

龍巖坑口火電廠二期工程煤斗上部為鋼結(jié)構(gòu)方形煤斗（根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況， 1#、4#、5#、8#上部為對稱方煤斗，2#、3#、6#、7#上部則為不對稱方煤斗），且煤斗壁與水平面的夾角大于70度，下部為雙曲線金屬煤斗，中間用金屬方圓節(jié)過渡，雙曲線金屬煤斗出口為Φ900，經(jīng)電動煤閘門進(jìn)入給煤機(jī)，給煤機(jī)入口Φ576×8，在電動煤閘門前安裝一定數(shù)量的捅煤孔，在雙曲線金屬煤斗上設(shè)置三層壓縮空氣管，對原煤進(jìn)行干燥，增加原煤流動性，有效防止堵煤，同時在雙曲線煤斗上還安裝了煤斗疏松機(jī)，特殊堵煤情況下，作疏松用。采用以上幾項(xiàng)措施后，實(shí)際運(yùn)行基本不堵煤，壓縮空氣和煤斗疏松機(jī)基本不用，運(yùn)行效果良好。

永安、漳平工程煤斗上部也為鋼結(jié)構(gòu)方形煤斗，借鑒云南開遠(yuǎn)電廠經(jīng)驗(yàn)采用不對稱及大尺寸出口方煤斗方案，使煤在煤斗內(nèi)不易搭橋，保持煤的流暢性，且煤斗壁與水平面的夾角大于70度。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況， 1#、4#、5#、8#煤斗出口為800×1500mm，2#、3#、6#、7#煤斗出口為800×2000mm，同時將進(jìn)口電動閘板門改為手動插棒并取消疏通機(jī)，并在煤斗下部易堵煤段安裝一定數(shù)量的捅煤孔及設(shè)置三層壓縮空氣管，對原煤進(jìn)行干燥，增加原煤流動性，有效防止堵煤。

2.3 一次風(fēng)機(jī)優(yōu)化

龍巖二期、永安、漳平2×300MW工程原設(shè)計(jì)二次風(fēng)機(jī)和吸風(fēng)機(jī)采用液力藕合器調(diào)節(jié)，一次風(fēng)機(jī)采用定速擋板調(diào)節(jié)。目前國內(nèi)已投運(yùn)的300MW機(jī)組循環(huán)流化床鍋爐一次風(fēng)機(jī)選型裕量普遍偏大，如廣東寶麗華電廠、大唐紅河發(fā)電廠、江西分宜電廠、秦皇島熱電廠等鍋爐一次風(fēng)機(jī)在滿負(fù)荷工況下風(fēng)門開度僅25～30%，選型裕量大，節(jié)流損失大，運(yùn)行效率非常低，同時由于風(fēng)門開度過小容易產(chǎn)生渦流和葉輪飛車，存在極大的安全隱患。其主要原因是鍋爐廠一次風(fēng)壓提的偏大，一、二次風(fēng)比例和實(shí)際運(yùn)行存在偏差，造成一次風(fēng)機(jī)選型偏大。

龍巖二期工程由于風(fēng)機(jī)已經(jīng)到貨，且電廠2007年開始在135MW機(jī)組上采用清華大學(xué)“基于流態(tài)重構(gòu)的循環(huán)流化床鍋爐節(jié)能運(yùn)行技術(shù)”取得成功，床壓從鍋爐廠設(shè)計(jì)值10kPa降低為5kPa，一、二次風(fēng)機(jī)的運(yùn)行壓頭相應(yīng)下降，300MW機(jī)組擬也采用“基于流態(tài)重構(gòu)的循環(huán)流化床鍋爐節(jié)能運(yùn)行技術(shù)”，未來一、二次風(fēng)機(jī)的運(yùn)行壓頭在鍋爐廠設(shè)計(jì)值基礎(chǔ)上還可下降，經(jīng)與業(yè)主協(xié)商采用一次風(fēng)機(jī)加裝變頻器調(diào)節(jié)，二次風(fēng)機(jī)應(yīng)業(yè)主要求由液力藕合器調(diào)節(jié)改為變頻器調(diào)節(jié)，吸風(fēng)機(jī)仍采用液力藕合器調(diào)節(jié)。

永安、漳平2×300MW工程經(jīng)與鍋爐廠重新配合后，一次風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)選型參數(shù)重新進(jìn)行優(yōu)化，經(jīng)優(yōu)化后，一次風(fēng)機(jī)流量減小1236 Nm3/h，風(fēng)壓減小2.796kPa，電機(jī)功率減少500kW，風(fēng)機(jī)葉輪直徑減小50mm。

2.4 取消播煤增壓風(fēng)機(jī)，直接用一次風(fēng)進(jìn)行播煤

東方鍋爐股份有限公司自主開發(fā)型300MW循環(huán)流化床鍋爐原要求設(shè)置播煤增壓風(fēng)機(jī)，經(jīng)調(diào)研廣東寶麗華電廠投運(yùn)后不運(yùn)行播煤增壓風(fēng)機(jī)僅采用一次風(fēng)也能滿足播煤要求。經(jīng)與鍋爐廠協(xié)商，龍巖二期工程由于播煤增壓風(fēng)機(jī)已經(jīng)到貨并安裝好，采取實(shí)際不運(yùn)行方式；永安、漳平兩個工程直接取消了播煤增壓風(fēng)機(jī)，每臺爐節(jié)省設(shè)備及土建費(fèi)用50萬元，取消后每臺爐年節(jié)約電費(fèi)50萬元以上。

2.5 冷渣器冷卻水優(yōu)化

三個工程冷渣器均采用滾筒冷渣器，冷渣器冷卻水采用凝結(jié)水。冷渣器冷卻水如采用工業(yè)水，水質(zhì)不能滿足冷渣器的要求。如采用閉式水，需增加閉式冷卻水系統(tǒng)，增加初投資，同時系統(tǒng)復(fù)雜，不能回收鍋爐底渣余熱。冷渣器冷卻水采用凝結(jié)水，按汽機(jī)廠提供的熱平衡圖進(jìn)行計(jì)算，可降低發(fā)電標(biāo)煤耗約0.3%，年利用小時按5000小時，可節(jié)約標(biāo)煤30×105×299×0.3%×5000×10-6=1345噸，標(biāo)煤價按750元/噸，每年每臺爐可節(jié)約燃煤費(fèi)約100.9萬元。同時，采用滾筒冷渣器比采用流化床冷渣器節(jié)電約90%。

2.6 除塵設(shè)備優(yōu)化

循環(huán)流化床鍋爐由于飛灰循環(huán)燃燒和為了爐內(nèi)脫硫添加了大量石灰石，尾部煙氣SOx含量很低，鍋爐飛灰很細(xì)而且粉塵比電阻較大，采用靜電除塵器無法保證煙塵的排放濃度小于50mg/Nm3環(huán)保要求，電袋除塵器及布袋除塵器均能滿足不斷提高的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，且兩電場+布袋電袋除塵器的綜合年費(fèi)用低于布袋除塵器，因此三個工程除塵設(shè)備均采用“靜電+布袋”復(fù)合除塵方式，除塵能力按電區(qū)80%與布袋區(qū)20%除塵能力設(shè)計(jì)，實(shí)踐證明除塵效果良好。

2.7 油罐容量優(yōu)化

常規(guī)300MW機(jī)組點(diǎn)火油系統(tǒng)需設(shè)置2×1000 m3油罐，鑒于三個工程均采用煙煤點(diǎn)火，可大大減少啟動點(diǎn)火用油量，且最低穩(wěn)燃負(fù)荷在30％，正常運(yùn)行時的發(fā)電油耗接近0，因此，龍巖二期工程利用一期工程已有2座500m3立式拱頂油罐，僅增加一臺供油泵；永安工程設(shè)置2座500m3立式拱頂油罐；漳平工程利用電廠已有重油罐改造成輕油罐。

2.8 鍋爐本體防磨措施優(yōu)化

根據(jù)對廣東寶麗華電廠收資了解，其鍋爐水冷壁管在運(yùn)行約3個月后就發(fā)現(xiàn)整體磨損現(xiàn)象嚴(yán)重，給煤口保溫磨損及脫落造成該部位水冷壁磨損爆管。近年內(nèi)，國內(nèi)外投運(yùn)了上百臺大型循環(huán)流化床鍋爐，普遍存在水冷壁受熱面磨損嚴(yán)重的問題，如不采取措施或措施采用不當(dāng)，往往會在鍋爐投運(yùn)幾個月后逐漸暴露出來，鍋爐頻繁爆管，如圖1、圖2所示，尤其是鍋爐燃用劣質(zhì)煤時問題更加突出，給電廠帶來很大的經(jīng)濟(jì)損失，成為電廠最為棘手的問題之一。爐內(nèi)受熱面磨損嚴(yán)重影響電廠的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，每年給電廠造成的直接損失達(dá)上百萬元，甚至是數(shù)百萬元。此外“停爐-檢修-防磨處理-啟爐”這一過程不但需要很長一段時間，而且會耗費(fèi)大量的人力和物力，給電廠造成很大的間接經(jīng)濟(jì)損失。

結(jié)合廣東寶麗華電廠經(jīng)驗(yàn)，三個工程施工時即采用西安熱工院研發(fā)的主動多階式爐內(nèi)防磨裝置技術(shù)對水冷壁進(jìn)行改造，提高了機(jī)組運(yùn)行可靠性。通過在于沿爐膛水冷壁或雙面水冷壁高度方向以一定間距水平或傾斜布置防磨凸臺，凸臺通過耐熱銷釘（以及其他固定裝置）將耐火耐磨澆注料固定在水冷壁上，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

l        多級防磨凸臺顯著降低了爐膛貼壁流的速度和顆粒濃度，使邊壁層內(nèi)顆粒下降流速始終維持在～2m/s左右，從根本上消除了造成水冷壁磨損的根源，防磨效果明顯；

l        安裝簡單方便，成本低，不需對爐膛水冷壁進(jìn)行大量改造；

l        運(yùn)行可靠，檢修簡單方便。

2.9 篩碎系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化

循環(huán)流化床鍋爐對入爐煤粒度要求嚴(yán)格，顆粒過大會造成磨損面積擴(kuò)大、磨損速度加快等問題；燃煤過細(xì)將導(dǎo)致循環(huán)效果不好，燃燼不良，影響鍋爐效率。但目前對循環(huán)流化床鍋爐電廠的設(shè)計(jì)，尤其運(yùn)煤系統(tǒng)篩碎設(shè)備的選型、設(shè)備布置要求等，尚未有統(tǒng)一的規(guī)定。由于循環(huán)流化床鍋爐燃燒的是煤粒而不是煤粉，減少了磨煤過程、制粉系統(tǒng)，就要求燃煤通過破碎機(jī)后，能夠得到滿足要求的粒度，且粒度等級分布要滿足鍋爐燃燒的要求。因此破碎系統(tǒng)在輸煤系統(tǒng)運(yùn)行中的可靠性將直接影響到鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

福建無煙煤屬于低揮發(fā)份劣質(zhì)無煙煤，其物理特性是粘度大、硬度高、機(jī)械磨損強(qiáng)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，入廠煤的粒度小，其中粒度≤10mm的占60%；將入廠煤直接進(jìn)行錘擊式破碎，其破碎后粒度≤0.5mm的占50%，粒度≤1mm的占71.4%。其粒度級配不能滿足鍋爐要求，存在嚴(yán)重過破碎問題，因此需設(shè)置細(xì)篩煤機(jī)，以解決細(xì)粒來煤進(jìn)入破碎機(jī)再破碎。

經(jīng)調(diào)研細(xì)篩機(jī)使用情況較好的廣東寶麗華電廠、江西景德鎮(zhèn)發(fā)電廠、江西分宜發(fā)電廠，根據(jù)調(diào)研成果，在細(xì)碎機(jī)前增加一級雙轉(zhuǎn)式細(xì)篩機(jī)，可有效防止入爐煤過破碎，從而控制了入爐煤細(xì)粉含量，降低飛灰含碳量，提高燃燒效率。假設(shè)鍋爐飛灰含碳量每降低1％，2臺300MW機(jī)組年節(jié)約標(biāo)煤約3000噸。因此，減少入爐煤過破碎、降低飛灰含碳量，其經(jīng)濟(jì)效益顯著，節(jié)能潛力巨大。加設(shè)一級細(xì)篩機(jī)，增加總投資約246萬。永安、漳平兩個工程在細(xì)碎機(jī)前增加一級雙轉(zhuǎn)式細(xì)篩機(jī)。

3  運(yùn)行實(shí)績

龍巖坑口火電廠二期工程5號機(jī)組于2009年12月22日通過168小時滿負(fù)荷運(yùn)行，6號機(jī)組于2010年2月11日通過168小時滿負(fù)荷運(yùn)行。5號機(jī)組試運(yùn)期間每次啟動點(diǎn)火用油控制在30t左右，試運(yùn)期間總用油270t，機(jī)組首次并網(wǎng)發(fā)電至通過168h試運(yùn)行僅用19天時間，創(chuàng)300MW循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組調(diào)試記錄。

2010年3月26日5號機(jī)組進(jìn)行滿負(fù)荷性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，5號機(jī)組在額定負(fù)荷工況下廠用電率為4.5%；鍋爐效率為89.8%；Ca/S=2.3時SO2排放濃度穩(wěn)定在100～200mg/NM3區(qū)間，最高排放300mg/NM3；NOx排放濃度穩(wěn)定在30～60mg/NM3區(qū)間，最高不超過70mg/ NM3，實(shí)現(xiàn)了NOx低排放；采用電袋除塵器，粉塵排放濃度穩(wěn)定在30mg/NM3左右。

5號機(jī)組在額定負(fù)荷工況下廠用電率為4.5%，遠(yuǎn)低于同類型電廠7%廠用電率，主要是一、二次風(fēng)機(jī)采用變頻技術(shù)彌補(bǔ)設(shè)計(jì)偏差、播煤增壓風(fēng)機(jī)不運(yùn)行以及采用“基于流態(tài)重構(gòu)的循環(huán)流化床鍋爐節(jié)能運(yùn)行技術(shù)”的結(jié)果。鍋爐效率為89.8%低于設(shè)計(jì)效率91%，主要原因是鍋爐排煙溫度155℃大大高于設(shè)計(jì)的排煙溫度126℃，排煙損失達(dá)到5.83%。

永安、漳平兩個工程正在施工預(yù)計(jì)在今年年底投產(chǎn)發(fā)電。

作者簡介：汪楓，男，1969年6月生，福建省電力勘測設(shè)計(jì)院發(fā)電工藝部主任，高級工程師，1991年7月畢業(yè)于華中科技大學(xué)動力系電廠熱能動力專業(yè)。

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福建省電力勘測設(shè)計(jì)院 汪楓