生物质颗粒燃烧机沸腾燃烧技术及其在电力工业的应用

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生物质颗粒燃烧机沸腾燃烧技术及其在电力工业的应用
电站130MW常压沸腾燃烧锅炉是目前美国运行中大的AFBC型锅炉，位于明尼苏达州的Minneapolis,是美国能源部FB C技术示范应用的三个工程之一。
该工程的重要意义在于将一台已运行了32年的煤粉炉改造成为采用新的沸腾燃烧技术的AFBC锅炉，在大幅度降低污染物的同时获得十分明显的经济效益，因此，它为现有电站的技术改造树立了一个榜样。美国电力科学研究院指出：美国现有2∞多座建于1945～1965年的老厂，其总装机容量超过20000MW,它们都有可能效仿黑狗电站的经验，作类似的技术改造，使电厂在环保和经济性方面，获得双重的效益。这项工程改造后出力增加45MW,延长设备寿命25年，煤种适应范围的扩大，能燃用多种燃料，大幅度减少污染物的排放，每千瓦投资额较低。
该工程19 83年完成技术经济可行性研究，83年11月项目批准，1985年初动工，1986年2月开始试运行，1986年7月正式运行，19 86年三、四季度连续运行，至1987年一季度因汽机增容(从100M W增至130 MW)，停妒待役。在汽机增容工程结束后，美国电力科学研究院( Electric Pow er Research Institute)和美国北部电力公司,(Northern States Power Company)已计划对该炉进行全面试验，包括扩大煤种试验，燃用东部煤、Dakota祸煤和油渣。
(1)设备概况 黑狗电站2号炉，原为美国Foster Wheeler制造的39 0t]h煤粉炉，于1954年投产，汽温5 4 0℃，汽压125.4kgflcmz。原设计燃用天然气和高硫分的依利诺烟煤，70年代后由于实施严格的环保法，以及天然气价格提高，电厂改燃含硫较低的混合煤种，并增加了一座烟囱和二级除尘器，出力于是从100MW降为85MW。的时间只需10秒钟， “水封”开启关闭时间各为15秒钟。
兰、电气主结线
地下厂房内的8台机组同地面厂房内的4台常规机组，采用扩大单元，6台400kV主变压器。变电站设在地面厂房的下游测。400kV侧双母线采用SF6全封闭电器，有两回路出线。
四、可逆机组的运行、起动方式
四圾转轮、无转动导叶的机组，作为水轮机工况起动时靠工作球阀阕节入流量。正常情况下从静态到满载负荷历时2分钟；如作为水泵工况起动【用一台常规水轮发电机作为电源，从静止状态到满载运行需历时3～14分钟（视常规机组发电工况而异）。任何一台常规机组都能起动压何一台蓄能机组。因此，只能同时起动4台蓄能机组。
五、工程投资及投产年份
大屋电站于1982年开工，1987年建成投产。全部工程的投资为,13. 17亿法朗。其中土建占51%,机电占29%,其他占20%。工程竣工决算的投资额基本上与原设计文件悃 -致．黑狗电站2号炉改造工程，由原制造厂F os-ter Wheeler没计。改造后出力为471. 29t／h，汽温540℃，汽压125。4kgf/cmz。该炉采用常压沸腾床燃烧，水平布置的床内埋管和床上部给料系统。
原锅炉的下半部盼，改成了分成三个单元的沸腾床。每个单元( Cell)由蒸发管束和过热器组成，四周围有水冷壁。床主单元7.3米深，12.8米宽I二翼侧单元7.3米深，5.2米宽。沸腾炉底部水冷布风板上，装有定向的空气喷嘴（气帽），以产生一股水平方向的循环空气流，吹过整个床的底部，把过大的不易流态化的床料，移至床料排出管。
床主单元有144根，侧单元各有3 9根错列排列的床内水平蒸发管，支承在前后墙上。蒸汽回路穿过布风板底层进入床中央。这样布置只要改变床的速度而不改变床料总量，就能迅速满足负荷变动的需要。
末级过热器位于床主单元的后部，在埋管以下的位置，这样布置可在低负荷(额定出力的20%)时，仍可获得足够的汽温。末级过热器从后墙进入主单元，并由主单元中央的蒸发管束所支承。原2号炉布置在前墙的辐射式过热器，仅切除其在原燃烧器上部的一段，以尽量利用原锅炉管。
由于主单元和二翼侧单元的水平埋管，均霈作强迫循环，因此新装了锅炉循环泵，正常运行时,3台运行,1台热备。
该炉使用再生式空气预热器( rege n-eratj\re reheater)，装有防漏控制系统，能自，动跟踪，凋整间隙，防止漏风。正常运行时，漏风率小于10%。排烟温度约115℃。
原一、二级除尘器均新装了振动子和控制装置，以提高其性能。另新装1台多管式旋风分离器( Mechanical Dust Collec-tor)分离细灰，原计划可再循环进入锅炉，但因受场地限制，暂缓安装再循玎管路，现细灰全部输至灰场。
该工程新装=台带变速装置的送风机，原引风机也改造增容，并加装了变速装置。
为了使床制的温度，数量维持在一定水平，该工程主单元和各侧单元都装有二套床料排出系统，由排出管道和螺旋冷却器组成。排出管的入口装有鼓风装置，调节风量，即可对床料尺寸进行控制，排出管出口直径为15cm（通常将大于0.3cm的颗粒排出床外）。这样设计，可使在任何工况下流态化的均匀稳定，并提高吸附剂的利用率。
石灰石或白云石从外堆场气力输送至锅炉房旁的料斗，料斗底部装有回转式给料机以控制进料量。煤经原输煤系统运至二煤斗，煤斗下装有4台带计量装置的给煤机，每台给煤机再侠给3台播煤机，总供12台播煤机，均布置于前墙，主单元6台，侧单元各3台。播煤机控制煤量，并将煤均匀地播散在整个床面上。播煤机速度分为二档，低速档时，播煤距离为2.lm，播至床面的起动区，高速档时，播煤距离为7.3m，播及整个床面。
该工程应用二套除灰系统。负压系统将烟气分离器和除尘器分离出来的细灰输至细灰池；压力系统将螺旋冷却器出口的床料及时排出，这二路出灰，后均排至贮灰场。
该锅炉的上半部份和沸腾床的下半部份采取分离支承结构，因此需要在锅炉四周水封( Waterseal)，以调节上下二部分联结时的不同膨胀。该炉采用机械滑动联结和水封设计，使在大膨胀差为12.7cm时仍运行良好。
、(2)初期运行情况 起动之前，与该工程有关的设计、制造、研究单位和建设单全部到现场组织并参加了整个起动过程。于1986年3月作起动准备，1986年4月点火洗炉和冲管，在起动时，填砂作为起动床料。1986年6月26日投煤燃烧，用产于当地的白云石制备后用作床料，但因风机失常，未能作持续运行，同时因白云石颗粒过细，
- 5'1 -不能使沸腾床升至理想的高度，致使床温过高，形成焦渣，因此停炉清焦。锅炉于1987年7月28日再次起动，床的主单元和侧单元均填装了在田纳西州TVAS20MW试验电站中使用过的床料。这种床料在低速空气下，仍能形成流态，同时向炉内加入比白云石颗粒尺寸分布更为理想的石灰石作为床料，使床的高度升至76cm，锅炉投入主单元和一翼侧单元，结果床的流态化非常均匀，主单元床温均一，负荷成功地达到82MW，高达到95MW。
锅炉正式投运后，为解决运行中出现的问题，曾先后几次停炉。①烟囱黑度超标。这是静电除尘器应用于AFBC锅炉，在投产初期，除尘效果较差，起动和稳定运行时，黑度均超过NSPS标准(N ew Sou r--ce Performance Standards)，后经调整控制系统，并对静电除尘器线板喷砂，当以石灰石作为床料时，黑度下降至小于10%，但停炉后再次起动时，黑度仍超出NSPS标准。对积聚在线板上的灰样分析结果显示，电阻已超出l014Qlcm。接着第二次对线板喷砂，并将床料换为已使用过的床料，起动后当负荷为40～50MW,只投主单元时，黑度降为6～8%。为除S02，低负荷时再向床内加石灰石，黑度乜未见明显变化。②投产初期以及负荷变动时，风机失常现象一直存在。后通过采用适当的床料尺寸，减少空气流量，并投入自动控制，已使正常运行时，风机震动减至小。③过热器回路受热不均匀。经修改起动程序，以限制煤在主单元后部区域燃烧，已运行正常。④床料结块。在不正常情况下，床料会产生结块，堵塞床料排出管，影响螺旋冷却器的正常运行。后对运行操作作若干修改，并加装了通渣孔，已减轻这一现象。今后拟作进一步试验。⑤叶轮回转机内结块。特别在低速时，在叶片之间和机壳内部均发生结块现象，后对叶轮作了改进，情况有所改善。⑥螺旋冷却器和排出管道入口堵塞。
当床向外排出15cm大小渣块时，常会发堵塞。因此，在现场安装了一台渣块分离器，将大于3.8cm的渣块，排至一根直径为20cm的管道。目前正计划再制造一台渣块碾碎机，以解决这一问题。
1986年11月，锅炉重新起动时，主单元填装了在French Island试验电站使用过的床料，锅炉带50MW负荷，黑度控制在NSPS标准范围之内，运行中加入少量石灰石，黑度未见明显变化。从1986年11月16日开始，锅炉投入自动控制运行，只需对床料排出系统进行监视，以防阻塞。
从1986隼12月9日开始，锅炉作典型的日间循环起停运行，进行热态起动。经过这一阶段后，进一步掌握了锅炉的性能，提高了运行经验。
1987年1月，锅炉恢复正常运行，准备将沸腾床三个单元全部投入，带足汽机全负荷100MW。1月8日，主单元和一翼侧单元投入，负荷升至60MW,自动控制全部投入。1月9日，一根床内蒸发管发生泄漏，床料排出系统很快将全部床料排出。经检查发现，一根管子破裂，并吹破邻近几根管子。经进一步检查发现，这根管子为底排管束上的一根鳍片管，因传热强度过高，在管内上部产生汽泡，引起苛性腐蚀。检修工作一直进行到2月底，更换了破损的管子，并在主单元144根，一翼侧单元39根管子上加装了扰流片( Turbulators)，以影响气流，使汽泡消除。采取这项措施，连同加强水质监督，将可防止类似问题的发生。
从1987年3月9日起，按照预定计划，将进行汽机增容工程，汽机出力从100 M W增至130MW。待汽机增容工程结束后，有关的单位即将开始对该炉作全面的试验。
黑狗电站2号炉常压沸腾燃烧工程从起动到初期运行经历了8，个月。在此期间，已对发电的主要系统进行了试验，并已达到接国外大型抽水蓄能电站
国外近10～15年中投产或兴建的一些大型地下式地面式抽水蓄能电站的总装机容量大都是1000～2000MW，水头是200—500m。是电力系统里削峰填谷有效的措施，起着平衡日，周凋节负荷曲线的作用。也就是说，它们是现代大容量电力系统中有功和无功电力灵活的“耗电一发电器”。同时，大容量抽水蓄能电站在电力系统里是可靠的，能快速投入的事故备用电源。
80年代初期，全世界已投运的抽水蓄能电站约有250座、总装机容量约45000MW,占当时世界已投运水电站总装机容量的10%以上，正在施工的抽水蓄能电站的总装机容量约有35000MW。
在目前的抽水蓄能电站中，总装机容量美国居位——已投运i2000MW，在建13000MW；日本第二——已投运的大、中型抽水蓄能电站有30多座，总装机约10000MW，在建的大型抽水蓄能电站有10座，总装机约6000MW,西欧的一些工业发达的资本主义国家和东欧、亚洲、澳洲的一些国家对兴建抽水蓄能电站也已予以重视，已投运或正在规划兴建一些大型抽水蓄能电站．
现代国外抽水蓄能电站大都装备大型双机式水泵水轮机组，通常称为可逆机组，其单机容量常是200—500MW,永头范围大多在100—650m。
现介绍英国的狄诺维克地下式抽水蓄能电站，总共装备6台可逆机组，单机容量300MW在1984年全部投运。每台机组都与容量是360MVA、电压是400/18kV的主变压器组成单元接线接入电网。可以预料，在今后40～80年内，狄诺维克电站——西欧装机容量大的抽水蓄能电站(1800MW)-在英国（包括英格兰和威尔士）电力系统中对每天的负荷曲线都能起到削峰填谷的作用。在水轮机（发电机）工况下，如果净水头是536.8m，该电站每台机组可发功率317MW,效率是92。5%；在水泵（电动机）工况下，如果扬程是523m，单机大消耗功率是318MW,这时的流量是50ffl3]S，效率是91.7%。在上述两种工况下机组的转动方向相反，但转速相同，都是500r／min。该电站机组在电力系统里交流频率的允许偏差范围是49～51Hz。
该电站机组都是单级水泵水轮机，转轮直径D．= 37a6mm,重25t,由镍铬不锈钢制作。水泵水轮机主轴轴承是自动油润滑式。
该电站水泵水轮机的导叶轴颈采用了世界上的特殊形式密封结构，它由内外两个圆环组成，用两个楔形环把它们松开，用寺用螺栓把它们拉紧。
机组的蜗壳前面设有一个球阀，直径250cm,球阀由两个直缸接‘力器以油压驱近汽机全负荷运行。随着汽机增容之后将开始的锅炉全面试验，可望进一步完善各项性能．
美国电力科学研究院( EPRI)和参加这项工程的所有单位一致认为，黑狗电站的尝试和成功，将对整个电力工业作出重要的贡献。其它老厂都可作相似的改造，在满足电力负荷需求的同时，对环境保护和燃用低质煤方面，将发挥更好的作用。