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今天是:2018年11月13日 星期二

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450 t/h CFB锅炉技术经济综合分析

摘要:保定热电厂技改工程2×450t/hCFB锅炉是全国最大的循环流化床锅炉,为全国首例。8#机组从第一次锅炉点火整套启动到机组完成72+24小时试运移交,也开创了电力建设史上的先河。8#机组的成功经验告诉我们,CFB锅炉无论从设计、订货、安装,到安装费用都存在着需要进一步改进的地方。与煤粉炉相比增添了许多新型设备,造成了安装费用的增加,对于相同的设备,由于结构方式与施工工艺的不同也造成了实际施工费用的增加。
关键词:结构;系统;内衬;试验;热控
1、概论
    循环流化床锅炉是从鼓泡床沸腾炉发展起来的一种新型燃煤锅炉技术。它的工作原理是:将煤破碎成10mm以下的颗粒后送入炉膛,同时炉内存有大量床料(炉渣或石英砂),由炉膛下部配风,使燃料在床料中呈“流态化”燃烧,并在炉膛出口安装旋风分离器,将分离下来的固体颗粒通过飞灰送回装置再次送入炉膛燃烧。循环流化床锅炉的运行特点是燃料随床料在炉内多次循环,有足够的时间烧尽,使飞灰含硫量下降,燃烧效率提高。
保定热电厂技改工程安装两台DG450/9.81-1型流化床锅炉,该锅炉为单汽包、自然循环、循环流化床燃烧方式,半露天布置。该炉由一个膜式水冷壁炉墙,两台汽冷式旋风分离器和以一个由汽冷包墙包覆的尾部竖井(HRA)三部分组成。该炉最大连续蒸发量为450t/h,蒸汽压力为9.81Mpa,蒸汽温度为540℃,给水温度为220℃,锅炉热效率为91.2%,锅炉脱硫效率>90%,NOX排放值<200mg/Nm3,最低不投油稳燃负荷为30%。该炉安装工期为18个月25天,实际施工工期15个月25天。从第一次锅炉点火整套启动到机组完成72+24小时试运移交,开创了电业史上的先河。8#炉主要进度形象为:
1. 2001.3.1—7.17锅炉钢架吊装;
2. 2001.9.20汽包吊装就位;
3. 2001.10.20—12.30本体设备开始地面组合至本体大件组合吊装完,开始抢水压;
4. 2002.3.16水压一次成功,通过省电力公司质检中心站验收合格;
5. 2002.6.15—6.26点火风道烘烤;
6. 2002.6.27—7.8冷渣器烘烤;
7. 2002.7.20—7.23锅炉酸洗;
8. 2002.8.3—8.13整体烘炉;
9. 2002.8.20—8.25锅炉风量标定;
10. 2002.9.18—9.22锅炉点火吹管;
11. 2002.10.15锅炉点火整套启动;
12. 2002.10.19机组并网发电;
13. 2002.10.25机组完成72+24小时试运。
2、CFB锅炉与煤粉炉在锅炉本体安装方面的异同分析
2.1从锅炉结构设计方面分析
2.1.1锅炉炉膛部分
CFB锅炉炉膛与煤粉炉基本相同,均由四侧膜式水冷壁组成,但炉膛截面尺寸比煤粉炉大,同时增加了水冷风室,其中风室水冷壁28.976t,风室底部钢性梁6.483t,合计35.459t增加预算造价12.6万元。
2.1.2汽冷式旋风分离器部分
CFB锅炉与煤粉炉相比CFB锅炉在炉膛与HRA之间布置有两台旋风分离器。旋风分离器从烟气中分离出粗颗粒后,烟气将细颗粒从顶部送出而后进入尾部竖井烟道,并让粗颗粒进入非机械性J阀回料装置返回炉膛参加再循环。
旋风分离器每台总重60156.5Kg,上半部分为圆柱形,下半部分为锥形,为膜式包墙过热器结构,其顶部与底部均与环形集箱相连,墙壁管子在顶部向内弯曲,使得在旋风分离器管子和烟气出口圆筒之间形成密封结构。烟气出口为圆筒形钢板件,形成一个端部敞开的圆柱体,长度几乎伸至旋风分离器圆柱体一半位置。细颗粒和烟气先旋转下流至圆柱体的底部,而后向上流动离开旋风分离器。粗颗粒落入直接与J型回料器相连接的立管。
旋风分离器由旋风分离器进口烟道、旋风分离器直段管屏、旋风分离器锥段管屏三部分组成。旋风分离器进口烟道与旋风分离器间为鳍片连接,并单独供货,每一个旋风分离器上一件,每件重2.52吨。分离器直段管屏与锥段管屏均为按圆弧划分为六片供货,其中,分离器环形下集箱分两个半圆单独到货,而上集箱随直段管屏被分割为六片一体供货。
施工工序为先将下集箱在20米平台上用临时支撑就位,将分离器直段管屏与锥段管屏按照供货所分的自然段,分别将所对应的直段管屏与锥段管屏组合到一起,使每个旋风分离器形成六个组件,在地面分别拼焊两道竖焊缝,形成两个半圆状,然后分别吊装并吊挂,将所吊挂的两组管屏与下集箱对口焊接,同时拼焊所剩的两道竖焊缝,并找正。按设备的作用来划分,汽冷式旋风分离器应当划分为汽水系统中的过热系统,但它无论是组合还是安装在施工难度上都要比相应的水冷系统组件困难,因此汽冷式旋风分离器虽然应划分为汽水系统中的过热系统,但是计算预算费用时应按水冷系统对待,因此增加两台旋风分离器及非机械性J阀回料装置造成施工图预算费用增加68.5万元。另外,由于要在地面拼装半圆形组件,需要制作相应的特殊临时支架来满足施工的需要,这无疑增加了制作临时支架所需要的实际成本。这样致使与同样重量的水冷系统组件组合、安装相比,实际成本增加了15.8万元。
在今后的旋风分离器施工中应该尽量减少临时支架的投入成本,加强材料的重复使用率和再利用率,强化设备保管意识,杜绝设备在二次搬倒过程中的变形,努力探索新的施工工艺,提高热校管的效率,减少旋风分离器对口的实际投入成本。
2.1.3尾部竖井(HRA)部分
CFB锅炉与煤粉炉相比CFB锅炉在尾部竖井布置有高过、低过、省煤器、空预器,煤粉炉的尾部竖井中只布置了省煤器和空预器,煤粉炉的二过、一过(即高、低过)布置在炉膛折焰角处。由于布置的不同造成实际施工工艺也不相同,煤粉炉的二过、一过为立式,联箱吊挂在顶棚之上,可在地面组合对口,与联箱整体吊装。CFB锅炉的高、低过为卧式,联箱布置在炉后43.95米标高、39.14米标高、37.43米标高,只能地面组合成片,高空穿管,穿过包墙与联箱对口安装。CFB锅炉的高、低过与煤粉炉相比增添了高空作业,增加了施工难度,加大了施工实际成本20%左右。
另外CFB锅炉的高过增加了T91焊接工艺,按到货设备T91焊口应为高空对口,但所处位置无法满足T91焊接的特殊要求,为满足T91焊接工艺的特殊要求,先割开792根管子在地面进行T91焊接,然后再在高空对口,这样增加了792道焊口,实际增加成本21.98万元。
再是CFB锅炉与煤粉炉相比,为防止烟气冲刷,CFB锅炉的过热器、省煤器在每组管组的第一排管子迎风面上增加了防磨盖板,共计22476件,增加施工预算费用27.2万元。
CFB锅炉与煤粉炉相比空预器在布置上相同,但煤粉炉的空预器为立式,烟气在管内流动,空气在管外流动,而CFB锅炉的空预器为卧式,空气在管内流动,烟气在管外流动。致使CFB锅炉的空预器密封焊缝增加,造成实际施工成本增加15%左右。
2.2从锅炉几大系统上分析
2.2.1锅炉汽水系统
CFB锅炉的汽水系统回路包括冷渣器内水冷管束、混合器、尾部省煤器、锅筒、水冷系统、汽冷式旋风分离器进口烟道、汽冷式旋风分离器、HRA包墙过热器、低温过热器、屏式过热器、高温过热器及连接管道。
CFB锅炉与煤粉炉相比从锅炉汽水系统上CFB锅炉水冷壁系统增加了四组水冷蒸发屏总重24640 Kg ,上集箱穿过顶棚布置在42.54米标高,下集箱穿过水冷壁布置在炉前17.82米标高处,地面组合焊口216道,空中对口108道,共计增加施工预算造价8.7万元。
CFB锅炉与煤粉炉相比从锅炉汽水系统上CFB锅炉省煤器系统增加了四套冷渣器内水冷管束总重19795Kg,其组合、安装需等到冷渣器内部砌筑完成后方可进行,按其作用划分应划为锅炉汽水系统中的省煤器系统,但由于施工空间相对比较狭小,组件比较零散,施工比较困难,计算预算费用时应按水冷系统对待。共计增加预算造价 4.9万元,实际成本却增加了6.5万元左右。
CFB锅炉与煤粉炉相比都有屏式过热器,煤粉炉的屏式过热器可地面组合,整体吊装,而CFB锅炉的屏式过热器上集箱穿过顶棚布置在43.14米标高,下集箱穿过水冷壁布置在炉前25.51米标高处,地面组合焊口300道,空中对口150道,由于空中对口增加了高空作业,造成实际施工成本增加25%左右。
CFB锅炉汽水系统中过热器系统的气冷式旋风分离器、高、低过热器已包含在前面锅炉结构设计方面的分析中。
2.2.2锅炉本体燃烧系统
CFB锅炉与煤粉炉从锅炉本体燃烧系统相比,CFB锅炉取消了四角切喷燃器,取消了送粉、制粉系统,但在燃烧室根据循环流化床锅炉的燃烧特点,在燃烧室底部水冷风室增加了布风板,布风板由φ82.55的内螺纹管加扁钢焊接而成,扁钢上设置有密度很大的定向风帽,其用途是让一次风均匀流化床料,同时把较大颗粒计入炉杂物排向出渣口。在水冷风室下部风室前一次风道内增加两台床下风道点火器,床下风道点火器由点火风道和高能点火装置组成,其作用是床下风道点火器在点火时,能迅速将床温加热至550℃左右,再启动床上油枪,进一步将床温加热至600℃后投煤可确保点火的可靠性。同时为保证CFB锅炉实现850~950℃左右的低温燃烧、脱硫性能和燃烧更充分以及提高飞灰的燃尽率,增加了飞灰再循环系统、石灰石粉系统、启动物料系统。但总体上CFB锅炉与煤粉炉本体燃烧系统实际安装费用基本相当,略大于煤粉炉。
2.2.3锅炉本体烟风系统
CFB锅炉与煤粉炉从锅炉本体烟风系统相比,在具有相同的冷风、热风、原煤、烟道的同时,减少了制粉、送粉管道,增加了播煤增压风道、点火增压风道、J阀流化风道、冷渣器冷却风道、给煤机密封风道、钢梁冷却风道。但与煤粉炉相比CFB锅炉的烟风系统无论从管径还是从工程量上,都比煤粉炉少,虽然增加了几种管道,但预算费用却减少了近200万,然而由于CFB锅炉的烟风系统的管径小、工程量少,接头短节多,总的长度却没有减少,因此实际安装成本要比同等情况下的煤粉炉大20%左右。
在今后的施工中应该在施工前认真翻阅图纸,掌握整个系统的连贯性,排除图纸的设计遗漏,合理安排施工生产,减少重复施工的投入,降低施工成本。
2.2.4锅炉本体除渣系统
CFB锅炉与煤粉炉从锅炉本体除渣系统相比CFB锅炉取消了排渣槽、捞渣机、碎渣机,采用了干除渣方式,增加了四台选择性排灰冷渣器和四套双联D泵。选择性排灰冷渣器能在将炉灰送至除灰系统之前筛选出灰中的部分细颗粒,将它们送回炉膛并冷却剩余的粗颗粒灰,选择性排灰冷渣器分为四个仓室,沿渣走向分别为选择室和三个冷却室,并配有各自独立的布风装置。每台选择性排灰冷渣器内部结构比较复杂,实际施工难度也比较大,总重82870Kg,分布有1376Kg的1千多个小件。CFB锅炉与煤粉炉的锅炉本体除渣系统相比增加了安装预算费用15.4万元。
2.2.5锅炉本体吹灰系统
CFB锅炉与煤粉炉从锅炉本体吹灰系统相比CFB锅炉由于炉膛温度低于灰熔点,只有对流区需要吹灰器,因此,取消了传统的蒸汽吹灰系统,采用了具有国际先进水平的声波吹灰器,声波吹灰系统既能满足程控自动吹灰的需要,又可切换为手动就地操作。而且降低施工费用尽10万元。
2.3从锅炉内衬炉墙砌筑方面
CFB锅炉与煤粉炉相比炉墙保温基本相同,其砌筑内衬工作有了本质的区别。煤粉炉仅卫燃带有部分砌筑工作,而CFB锅炉内衬砌筑部位有炉膛下部密相区、炉膛出口区域、水冷蒸发屏、屏式过热器、顶棚、旋风分离器、旋风分离器入口烟道、旋风分离器出口烟道、点火预燃室、点火风道、水冷风室、回料器、前后包墙上集箱、冷渣器、顶棚管与后水密封盒等。CFB锅炉施工总工程量不定型耐磨、耐火材料为354.1m3 ,定型材料为29.52 m3,而且施工难度增大、施工方法比较复杂,下面以耐磨可塑料的施工为例,简单说明。
耐磨可塑料的施工,采用纯人工捣打施工,其配料、施工、整形到验收都非常严谨。耐磨可塑料的配制、搅拌,设有专人、专职负责称重配制,机械计时搅拌。耐磨可塑料搅拌前和搅拌后应确保搅拌机筒的清洁。搅拌合格的耐磨可塑料应是:表面色泽一致、无团球、手捏成团松手不散。
耐磨可塑料捣打施工应从上向下顺序进行,采用一次铺料一次成型的捣打方法。每一水平层铺料时,应先在相应的底部垂直插一镀锌铁皮,并铺一层塑料布以便回收掉下来的散料。铺料时首先将搅拌合格的耐磨可塑料用手捏成团,用劲将其挤压进管壁销钉间,如此像鱼鳞一般铺置开来。铺料时注意:先进行鳍片处铺料,再铺管壁处。铺料厚度以管壁凸面为底点40~50mm厚为宜,一次铺料面积不宜过大,以便于捣打为宜。耐磨可塑料捣打采用人工木锤捣打,捣打时锤面应与墙面垂直,锤头沿炉墙长度方向行走。捣打时须先轻后重,先使木锤轻打一遍,每锤压前锤一半,然后再捣打第二遍、第三遍,逐渐加劲 。当捣打到敷设层微微出汗时,即认为捣打密实。耐磨可塑料捣打层边缘均应做成45度倒角。炉墙的厚度尺寸应控制在不高出管壁销钉端头5mm左右为宜。施工中应避免将料捣打成橡皮泥状,如果出现这种现象应立即扒掉,铺上新料重新进行捣打。
切割耐磨可塑料衬体膨胀缝、扎排汽孔时,将捣打密实的耐磨可塑料表面多余部分用抹子削除,并进行表面修整。在修整好的耐磨可塑料墙面上放出水平线、垂直线,用3mm厚切缝刀切割膨胀缝,膨胀缝宽3mm,深度为捣打层厚度的1/2,纵横方向间距均为500mm~600mm左右。膨胀缝内填塞3mm厚三合板一层,三合板镶填应尽量使向火面保持横平竖直、表面平整。衬体膨胀缝为不贯通型,水平缝水平交汇,垂直缝错列布置。同时用φ4mm扎孔针在耐磨可塑料墙体表面刺排汽孔,排汽孔纵横方向间距均为150mm~250mm左右,错列布置,孔深为墙体厚度的1/2或1/3左右。
综上所述,由于在施工工程量和施工难度增加的情况下,CFB锅炉与煤粉炉相比增加了安装预算费用345.2万元。
3、从各阶段试验来分析
CFB锅炉与煤粉炉相比各阶段试验基本相同,但CFB锅炉的烘炉工作与煤粉炉有很大区别,CFB锅炉根据其耐磨浇注料施工和自身结构的特点,为节省施工时间,一般将烘炉工作分为点火风道、冷渣器烘烤和锅炉整体烘烤,所需工期较长,投入费用较大,从实际完成形象进度可看出整个烘炉试验共进行了35天,投入人工1800个工日,实际消耗10#柴油450t、阻隔断及排烟管道用板材4.7t、耗电693360度、除盐水42000t、开孔及密封13250个孔洞、胶管66米、敷设临时管道150米、阻隔断用砖12000块,共计实际消耗成本2264756元。
4、从热工控制方面
CFB锅炉与煤粉炉相比首先从汽包水位控制方面,CFB锅炉汽包水位控制关系到锅炉的安全运行,汽包是静设备组合,如卧式分离器、百叶窗分离器等,靠调节给水泵或给水调节阀,控制汽包水位来影响锅炉运行。正常水位在汽包中心线下76mm处,高于或低于此水位的长期运行将影响汽包分离器的性能,进一步影响把干蒸汽送到过热器,蒸汽夹带的水份会导致固体杂质沉积在过热器管壁和汽轮机叶片上,对工厂的安全经济运行产生重大影响。高水位引起卧式分离器内水泛滥,降低汽水分离能力。如果汽包水位高于正常水位的125mm,DCS发出警报,高于200mm,锅炉自动停炉。低水位时卧式分离器无法工作,湿蒸汽离开汽包进入过热器系统。如果汽包水位低于正常水位的200mm,DCS发出警报,低于280mm,锅炉自动停炉。汽包水位由三个单室平衡容器测量,而煤粉炉多为双室平衡容器测量,但对其安装费用影响不大。
其次J阀回料装置的特殊作用导致了热控费用的增加。J阀回料装置使再循环床料从旋风分离器连续稳定地回到炉膛,提供旋风分离器的负压和下燃烧室正压之间的密封。分离器的静压非常接近大气压,而燃烧室回料点由于一次风和二次风,压力非常高,故必须提供实现它们之间的密封,否则,燃烧室烟气将回流到分离器。J阀通过分离器底部出口的物料在立管中建立的料位,来实现这个目的。物料返送的动能源于回料器上升断和下降断的不同配风,使上升断和下降断物料呈现不同的流态化。回料器用风由单独的高压J阀风机负责,J阀风通过底部风箱及立管上的四层充气口进入J阀,每层充气管路都有自己的风量测点,给出准确流量,并由手动和电动调节阀分配风量,实现定量送风。在立管上设有压力测点,实现对压差的监控。
再是冷渣器为非机械式的,为了实现灵活可靠的控制,系统设置了一些测点。冷渣器床温测点每个冷渣器五个,选择室、前两个冷却室各一个,最末一个冷却室两个,布置在炉膛排渣口附近。冷渣器根据冷却仓平均床温来控制事故喷水。当冷渣器平均床温高于480℃时,控制系统将自动投入喷水。炉膛排渣管风量风温测点通过排渣管风的启停,风量的调节,开启关闭炉膛排渣,粗调炉膛排渣量,冷渣器出口设有旋转阀,精确控制排渣量,保持炉膛床压和冷渣器床压稳定。选择室、冷却室排气及炉膛排渣管进渣温度都有相应的测温元件。这样同样增加了热控系统的安装费用。
5、从设备到货时间、顺序方面
汽包就位前工作CFB锅炉与煤粉炉基本相同,但为了以后施工方便有些设备要预存,象冷渣器壳体、回料装置、点火风道等。受热面设备的组合、安装有些区别,由于CFB锅炉增加了旋风分离器和水冷风室,受其结构的限制,无法与水冷壁和包墙同时施工。旋风分离器受包墙和水冷壁的影响,只有在包墙就位后才可能进行吊装,只有在后水找正后才能进行安装。水冷风室受水冷壁的影响,只有在水冷壁安装、找正后才能进行。因此CFB锅炉与煤粉炉相比CFB锅炉要求设备到货时间和顺序更为强烈。从8#机组形象进度来看由于设备到货时间的原因,导致延误工期三个月之久,无疑加大了工程的施工成本。
另外,随着市场经济的不断深入,一些设备制造厂在利益的驱使下,钻合同的空子,节省了一些本应在设备制造厂完成的制作工序,供货比较零散,加大了现场制作工作量,本应厂家负担的费用转嫁到了我们身上,导致施工成本的增加。
6、结论
通过以上CFB锅炉与煤粉炉的对比,我们不难看出CFB锅炉的施工难度要比煤粉炉大的多,安装预算费用也要比煤粉炉高,而且实际投入成本也比煤粉炉投入的多。在今后的施工中应该以探索新的施工工艺为重点,优化施工方案,按照甲方施工进度要求合理安排施工资源;加强设备保管意识,确保设备二次搬倒质量,减少设备变形;加强施工过程成本控制,增加摊销材料的重复使用率和再利用率,以最大限度的降低施工投入成本。
本文通过对保定技改工程450t/hCFB锅炉的几点浅析,意于为今后CFB锅炉的施工工艺和降低施工费用提供帮助。
  • 作者:韩洪军
  • 日期:12-07-21
  • 来源:河北电力建设第二工程公司

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