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生物質顆粒燃燒機沸騰燃燒技術及其在電力工業

作者:鄭州達冠節能環保設備有限公司 ?????來源:http://www.071773.live/news/819.html?????發布時間:2019-12-08 11:13
導讀:生物質顆粒燃燒機沸騰燃燒技術及其在電力工業的應用 電站130MW常壓沸騰燃燒鍋爐是目前美國運行中的AFBC型鍋爐,位于明尼蘇達州的Minneapolis,是美國能源部FB C技術示范應用的三個重點

生物質顆粒燃燒機沸騰燃燒技術及其在電力工業的應用
電站130MW常壓沸騰燃燒鍋爐是目前美國運行中的AFBC型鍋爐,位于明尼蘇達州的Minneapolis,是美國能源部FB C技術示范應用的三個重點工程之一。
    該工程的重要意義在于將一臺已運行了32年的煤粉爐改造成為采用新的沸騰燃燒技術的AFBC鍋爐,在大幅度降低污染物的同時獲得十分明顯的經濟效益,因此,它為現有電站的技術改造樹立了一個榜樣。美國電力科學研究院指出:美國現有2∞多座建于1945~1965年的老廠,其總裝機容量超過20000MW,它們都有可能效仿黑狗電站的經驗,作類似的技術改造,使電廠在環保和經濟性方面,獲得雙重的效益。這項工程改造后出力增加45MW,延長設備壽命25年,煤種適應范圍的擴大,能燃用多種燃料,大幅度減少污染物的排放,每千瓦投資額較低。
    該工程19 83年完成技術經濟可行性研究,83年11月項目批準,1985年初動工,1986年2月開始試運行,1986年7月正式運行,19 86年三、四季度連續運行,至1987年一季度因汽機增容(從100M W增至130 MW),停妒待役。在汽機增容工程結束后,美國電力科學研究院( Electric Pow er Research Institute)和美國北部電力公司,(Northern States Power Company)已計劃對該爐進行全面試驗,包括擴大煤種試驗,燃用東部煤、Dakota禍煤和油渣。
    (1)設備概況    黑狗電站2號爐,原為美國Foster Wheeler制造的39 0t]h煤粉爐,于1954年投產,汽溫5 4 0℃,汽壓125.4kgflcmz。原設計燃用天然氣和高硫分的依利諾煙煤,70年代后由于實施嚴格的環保法,以及天然氣價格提高,電廠改燃含硫較低的混合煤種,并增加了一座煙囪和二級除塵器,出力于是從100MW降為85MW。的時間只需10秒鐘,  “水封”開啟關閉時間各為15秒鐘。
    蘭、電氣主結線
    地下廠房內的8臺機組同地面廠房內的4臺常規機組,采用擴大單元,6臺400kV主變壓器。變電站設在地面廠房的下游測。400kV側雙母線采用SF6全封閉電器,有兩回路出線。
    四、可逆機組的運行、起動方式
    四圾轉輪、無轉動導葉的機組,作為水輪機工況起動時靠工作球閥闋節入流量。正常情況下從靜態到滿載負荷歷時2分鐘;如作為水泵工況起動【用一臺常規水輪發電機作為電源,從靜止狀態到滿載運行需歷時3~14分鐘(視常規機組發電工況而異)。任何一臺常規機組都能起動壓何一臺蓄能機組。因此,只能同時起動4臺蓄能機組。
    五、工程投資及投產年份
    大屋電站于1982年開工,1987年建成投產。全部工程的投資為,13. 17億法朗。其中土建占51%,機電占29%,其他占20%。工程竣工決算的投資額基本上與原設計文件悃 -致.黑狗電站2號爐改造工程,由原制造廠F os-ter Wheeler沒計。改造后出力為471. 29t/h,汽溫540℃,汽壓125。4kgf/cmz。該爐采用常壓沸騰床燃燒,水平布置的床內埋管和床上部給料系統。
    原鍋爐的下半部盼,改成了分成三個單元的沸騰床。每個單元( Cell)由蒸發管束和過熱器組成,四周圍有水冷壁。床主單元7.3米深,12.8米寬I二翼側單元7.3米深,5.2米寬。沸騰爐底部水冷布風板上,裝有定向的空氣噴嘴(氣帽),以產生一股水平方向的循環空氣流,吹過整個床的底部,把過大的不易流態化的床料,移至床料排出管。
    床主單元有144根,側單元各有3 9根錯列排列的床內水平蒸發管,支承在前后墻上。蒸汽回路穿過布風板底層進入床中央。這樣布置只要改變床的速度而不改變床料總量,就能迅速滿足負荷變動的需要。
    末級過熱器位于床主單元的后部,在埋管以下的位置,這樣布置可保證在低負荷(額定出力的20%)時,仍可獲得足夠的汽溫。末級過熱器從后墻進入主單元,并由主單元中央的蒸發管束所支承。原2號爐布置在前墻的輻射式過熱器,僅切除其在原燃燒器上部的一段,以盡量利用原鍋爐管。
    由于主單元和二翼側單元的水平埋管,均霈作強迫循環,因此新裝了鍋爐循環泵,正常運行時,3臺運行,1臺熱備。
    該爐使用再生式空氣預熱器( rege n-eratj\re reheater),裝有防漏控制系統,能自,動跟蹤,凋整間隙,防止漏風。正常運行時,漏風率小于10%。排煙溫度約115℃。
    原一、二級除塵器均新裝了振動子和控制裝置,以提高其性能。另新裝1臺多管式旋風分離器( Mechanical Dust Collec-tor)分離細灰,原計劃可再循環進入鍋爐,但因受場地限制,暫緩安裝再循玎管路,現細灰全部輸至灰場。
    該工程新裝=臺帶變速裝置的送風機,原引風機也改造增容,并加裝了變速裝置。
    為了使床制的溫度,數量維持在一定水平,該工程主單元和各側單元都裝有二套床料排出系統,由排出管道和螺旋冷卻器組成。排出管的入口裝有鼓風裝置,調節風量,即可對床料尺寸進行控制,排出管出口直徑為15cm(通常將大于0.3cm的顆粒排出床外)。這樣設計,可使在任何工況下流態化的均勻穩定,并提高吸附劑的利用率。
    石灰石或白云石從外堆場氣力輸送至鍋爐房旁的料斗,料斗底部裝有回轉式給料機以控制進料量。煤經原輸煤系統運至二煤斗,煤斗下裝有4臺帶計量裝置的給煤機,每臺給煤機再俠給3臺播煤機,總供12臺播煤機,均布置于前墻,主單元6臺,側單元各3臺。播煤機控制煤量,并將煤均勻地播散在整個床面上。播煤機速度分為二檔,低速檔時,播煤距離為2.lm,播至床面的起動區,高速檔時,播煤距離為7.3m,播及整個床面。
    該工程應用二套除灰系統。負壓系統將煙氣分離器和除塵器分離出來的細灰輸至細灰池;壓力系統將螺旋冷卻器出口的床料及時排出,這二路出灰,均排至貯灰場。
    該鍋爐的上半部份和沸騰床的下半部份采取分離支承結構,因此需要在鍋爐四周水封( Waterseal),以調節上下二部分聯結時的不同膨脹。該爐采用機械滑動聯結和水封設計,使在膨脹差為12.7cm時仍運行良好。
  、(2)初期運行情況    起動之前,與該工程有關的設計、制造、研究單位和建設單全部到現場組織并參加了整個起動過程。于1986年3月作起動準備,1986年4月點火洗爐和沖管,在起動時,填砂作為起動床料。1986年6月26日首次投煤燃燒,用產于當地的白云石制備后用作床料,但因風機失常,未能作持續運行,同時因白云石顆粒過細,
    - 5'1 -不能使沸騰床升至理想的高度,致使床溫過高,形成焦渣,因此停爐清焦。鍋爐于1987年7月28日再次起動,床的主單元和側單元均裝了在田納西州TVAS20MW試驗電站中使用過的床料。這種床料在低速空氣下,仍能形成流態,同時向爐內加入比白云石顆粒尺寸分布更為理想的石灰石作為床料,使床的高度升至76cm,鍋爐投入主單元和一翼側單元,結果床的流態化非常均勻,主單元床溫均一,負荷成功地達到82MW,達到95MW。
    鍋爐正式投運后,為解決運行中出現的問題,曾先后幾次停爐。①煙囪黑度超標。這是靜電除塵器首次應用于AFBC鍋爐,在投產初期,除塵效果較差,起動和穩定運行時,黑度均超過NSPS標準(N ew Sou r--ce Performance Standards),后經調整控制系統,并對靜電除塵器線板噴砂,當以石灰石作為床料時,黑度下降至小于10%,但停爐后再次起動時,黑度仍超出NSPS標準。對積聚在線板上的灰樣分析結果顯示,電阻已超出l014Qlcm。接著第二次對線板噴砂,并將床料換為已使用過的床料,起動后當負荷為40~50MW,只投主單元時,黑度降為6~8%。為除S02,低負荷時再向床內加石灰石,黑度乜未見明顯變化。②投產初期以及負荷變動時,風機失?,F象一直存在。后通過采用適當的床料尺寸,減少空氣流量,并投入自動控制,已使正常運行時,風機震動減至。③過熱器回路受熱不均勻。經修改起動程序,以限制煤在主單元后部區域燃燒,已運行正常。④床料結塊。在不正常情況下,床料會產生結塊,堵塞床料排出管,影響螺旋冷卻器的正常運行。后對運行操作作若干修改,并加裝了通渣孔,已減輕這一現象。今后擬作進一步試驗。⑤葉輪回轉機內結塊。特別在低速時,在葉片之間和機殼內部均發生結塊現象,后對葉輪作了改進,情況有所改善。⑥螺旋冷卻器和排出管道入口堵塞。
    當床向外排出15cm大小渣塊時,常會發堵塞。因此,在現場安裝了一臺渣塊分離器,將大于3.8cm的渣塊,排至一根直徑為20cm的管道。目前正計劃再制造一臺渣塊碾碎機,以解決這一問題。
    1986年11月,鍋爐重新起動時,主單元填裝了在French Island試驗電站使用過的床料,鍋爐帶50MW負荷,黑度控制在NSPS標準范圍之內,運行中加入少量石灰石,黑度未見明顯變化。從1986年11月16日開始,鍋爐投入自動控制運行,只需對床料排出系統進行監視,以防阻塞。
    從1986隼12月9日開始,鍋爐作典型的日間循環起停運行,進行熱態起動。經過這一階段后,進一步掌握了鍋爐的性能,提高了運行經驗。
    1987年1月,鍋爐恢復正常運行,準備將沸騰床三個單元全部投入,帶足汽機全負荷100MW。1月8日,主單元和一翼側單元投入,負荷升至60MW,自動控制全部投入。1月9日,一根床內蒸發管發生泄漏,床料排出系統很快將全部床料排出。經檢查發現,一根管子破裂,并吹破鄰近幾根管子。經進一步檢查發現,這根管子為底排管束上的一根鰭片管,因傳熱強度過高,在管內上部產生汽泡,引起苛性腐蝕。檢修工作一直進行到2月底,更換了破損的管子,并在主單元144根,一翼側單元39根管子上加裝了擾流片( Turbulators),以影響氣流,使汽泡消除。采取這項措施,連同加強水質監督,將可防止類似問題的發生。
    從1987年3月9日起,按照預定計劃,將進行汽機增容工程,汽機出力從100 M W增至130MW。待汽機增容工程結束后,有關的單位即將開始對該爐作全面的試驗。
    黑狗電站2號爐常壓沸騰燃燒工程從起動到初期運行經歷了8,個月。在此期間,已對發電的主要系統進行了試驗,并已達到接國外大型抽水蓄能電站
    國外近10~15年中投產或興建的一些大型地下式地面式抽水蓄能電站的總裝機容量大都是1000~2000MW,水頭是200—500m。是電力系統里削峰填谷有效的措施,起著平衡日,周凋節負荷曲線的作用。也就是說,它們是現代大容量電力系統中有功和無功電力靈活的“耗電一發電器”。同時,大容量抽水蓄能電站在電力系統里是可靠的,能快速投入的事故備用電源。
    80年代初期,全世界已投運的抽水蓄能電站約有250座、總裝機容量約45000MW,占當時世界已投運水電站總裝機容量的10%以上,正在施工的抽水蓄能電站的總裝機容量約有35000MW。
    在目前的抽水蓄能電站中,總裝機容量美國居第一位——已投運i2000MW,在建13000MW;日本第二——已投運的大、中型抽水蓄能電站有30多座,總裝機約10000MW,在建的大型抽水蓄能電站有10座,總裝機約6000MW,西歐的一些工業發達的資本主義國家和東歐、亞洲、澳洲的一些國家對興建抽水蓄能電站也已予以重視,已投運或正在規劃興建一些大型抽水蓄能電站.
    現代國外抽水蓄能電站大都裝備大型雙機式水泵水輪機組,通常稱為可逆機組,其單機容量常是200—500MW,永頭范圍大多在100—650m。
    現介紹英國的狄諾維克地下式抽水蓄能電站,總共裝備6臺可逆機組,單機容量300MW在1984年全部投運。每臺機組都與容量是360MVA、電壓是400/18kV的主變壓器組成單元接線接入電網??梢灶A料,在今后40~80年內,狄諾維克電站——西歐裝機容量的抽水蓄能電站(1800MW)-在英國(包括英格蘭和威爾士)電力系統中對每天的負荷曲線都能保證起到削峰填谷的作用。在水輪機(發電機)工況下,如果凈水頭是536.8m,該電站每臺機組可發功率317MW,效率是92。5%;在水泵(電動機)工況下,如果揚程是523m,單機消耗功率是318MW,這時的流量是50ffl3]S,效率是91.7%。在上述兩種工況下機組的轉動方向相反,但轉速相同,都是500r/min。該電站機組在電力系統里交流頻率的允許偏差范圍是49~51Hz。
    該電站機組都是單級水泵水輪機,轉輪直徑D.= 37a6mm,重25t,由鎳鉻不銹鋼制作。水泵水輪機主軸軸承是自動油潤滑式。
    該電站水泵水輪機的導葉軸頸采用了世界上獨一無二的特殊形式密封結構,它由內外兩個圓環組成,用兩個楔形環把它們松開,用寺用螺栓把它們拉緊。
    機組的蝸殼前面設有一個球閥,直徑250cm,球閥由兩個直缸接‘力器以油壓驅近汽機全負荷運行。隨著汽機增容之后將開始的鍋爐全面試驗,可望進一步完善各項性能.    
    美國電力科學研究院( EPRI)和參加這項工程的所有單位一致認為,黑狗電站的嘗試和成功,將對整個電力工業作出重要的貢獻。其它老廠都可作相似的改造,在滿足電力負荷需求的同時,對環境保護和燃用低質煤方面,將發揮更好的作用。

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