循環(huán)流化床鍋爐緊急補(bǔ)水系統(tǒng)研究

薛立民

（中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)山西省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030001）

循環(huán)流化床鍋爐緊急補(bǔ)水系統(tǒng)研究

薛立民

（中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)山西省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030001）

循環(huán)流化床鍋爐不同于煤粉鍋爐，蓄熱量非常大。在全廠非正常失電情況下，蓄熱會(huì)造成爐內(nèi)的汽水混合物及水被不斷加熱，通過(guò)對(duì)空排汽或汽機(jī)旁路蒸發(fā)。如不及時(shí)向鍋爐補(bǔ)充給水，隨著時(shí)間的增加，爐內(nèi)存水將不斷減少，造成鍋爐受熱面超溫?fù)p壞。結(jié)合循環(huán)流化床鍋爐的特點(diǎn)，分析了常規(guī)緊急補(bǔ)水系統(tǒng)的利弊，提出了一種新型的緊急補(bǔ)水系統(tǒng)。

循環(huán)流化床鍋爐；緊急補(bǔ)水系統(tǒng)；高壓給水系統(tǒng)

0 引言

循環(huán)流化床鍋爐 CFB（Circulating Fluidized bed Boiler），具有燃料適應(yīng)性廣、燃燒效率高、高效脫硫、氮氧化物 (NOx)排放低、易于實(shí)現(xiàn)灰渣綜合利用等優(yōu)點(diǎn)，是國(guó)際上公認(rèn)的商業(yè)化程度最好的潔凈煤技術(shù)之一。

循環(huán)流化床鍋爐不同于煤粉鍋爐，爐內(nèi)布置有大量的床料和耐火耐磨材料，其蓄熱量非常大。在全廠非正常失電情況下，蓄熱會(huì)造成爐內(nèi)的汽水混合物及水被不斷加熱，通過(guò)對(duì)空排汽或汽機(jī)旁路蒸發(fā)。如不及時(shí)向鍋爐補(bǔ)充給水，隨著時(shí)間的增加，爐內(nèi)存水（包括汽水混合物）將不斷減少，造成鍋爐受熱面超溫?fù)p壞。

國(guó)內(nèi)早期引進(jìn)型循環(huán)流化床鍋爐均設(shè)置了緊急補(bǔ)水系統(tǒng)，但因其系統(tǒng)復(fù)雜、使用頻率低、維護(hù)費(fèi)用高等問(wèn)題，在后期自主研發(fā)的循環(huán)流化床鍋爐一般不再設(shè)置緊急補(bǔ)水系統(tǒng)。

1 循環(huán)流化床鍋爐常規(guī)緊急補(bǔ)水系統(tǒng)

國(guó)內(nèi)引進(jìn)型循環(huán)流化床鍋爐均設(shè)置了緊急補(bǔ)水系統(tǒng)，設(shè)置此系統(tǒng)的初衷是循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)及熱回路內(nèi)有大量的物料。當(dāng)電廠失電時(shí)，這些高溫物料將熱量傳遞給水冷壁、尾部包墻、外置式換熱器等受熱面。而此時(shí)無(wú)法給鍋爐補(bǔ)水，尤其在外置床內(nèi)，由于床內(nèi)存在大量的熱物料，蓄熱量大，受熱面管子完全浸泡在熱物料中，即使受熱面內(nèi)通過(guò)一定量的蒸汽也難以使受熱面冷卻到安全的壁溫，有可能造成受熱面超溫爆管。為了保護(hù)外置式換熱器內(nèi)的受熱面，在裝有外置床的循環(huán)流化床鍋爐上，都設(shè)置了緊急補(bǔ)水系統(tǒng)，如云南巡檢司電廠、云南紅河電廠等。

國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的300 MW循環(huán)流化床鍋爐，如廣東寶麗華300 MW機(jī)組、淮北臨渙煤泥矸石電廠一期300 MW機(jī)組等工程參照引進(jìn)技術(shù)也設(shè)置了同樣的緊急補(bǔ)水系統(tǒng)。常規(guī)緊急補(bǔ)水系統(tǒng)流程見(jiàn)圖1。

圖1 循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組常規(guī)緊急補(bǔ)水系統(tǒng)流程圖

2臺(tái)機(jī)組公用1套緊急補(bǔ)水系統(tǒng)，配置1臺(tái)大功率的柴油機(jī)，1套高壓頭低流量的水泵，1個(gè)1 000 m3的緊急補(bǔ)水箱等。當(dāng)全廠失電，鍋爐主給水泵不能工作時(shí)，將主廠房外緊急補(bǔ)水箱中的除鹽水通過(guò)緊急補(bǔ)水泵補(bǔ)入鍋爐。常規(guī)緊急補(bǔ)水系統(tǒng)設(shè)備配置見(jiàn)表1。

表1 常規(guī)緊急補(bǔ)水系統(tǒng)設(shè)備配置表（2×300 MW）

據(jù)電廠反應(yīng)，為保證在事故情況下緊急補(bǔ)水泵能夠及時(shí)可靠投運(yùn)，要求泵組每周至少檢測(cè)1次，測(cè)試時(shí)間不少于1 h，每月的測(cè)試時(shí)間不得少于12 h，運(yùn)行成本非常高。即使出現(xiàn)全廠失電情況，啟動(dòng)鍋爐緊急補(bǔ)水系統(tǒng)，也因補(bǔ)水溫度（水溫20℃）太低還是會(huì)造成受熱面損害。因此，近年來(lái)循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組已不再設(shè)置緊急補(bǔ)水系統(tǒng)[1]。

2 循環(huán)流化床鍋爐新型緊急補(bǔ)水系統(tǒng)

超臨界流化床鍋爐，由于沒(méi)有汽包，鍋爐的水容積較亞臨界循環(huán)流化床鍋爐小，如不設(shè)置緊急補(bǔ)水系統(tǒng)，出現(xiàn)全廠非正常失電，造成的受熱面損失較亞臨界機(jī)組大很多，預(yù)計(jì)修復(fù)時(shí)間在20天以上，費(fèi)用在300萬(wàn)元左右，同時(shí)因停機(jī)造成發(fā)電的損失在千萬(wàn)元以上。如采用常規(guī)緊急補(bǔ)水系統(tǒng)，不僅投資增加很多，同樣還會(huì)因水溫太低造成鍋爐受熱面損壞。

作者經(jīng)過(guò)深入研究，提出了一種適合循環(huán)流化床鍋爐的新型緊急補(bǔ)水系統(tǒng)，系統(tǒng)流程見(jiàn)圖2。

圖2 新型緊急補(bǔ)水系統(tǒng)流程圖

新型緊急補(bǔ)水系統(tǒng)，是利用電廠已有的給水系統(tǒng)設(shè)備及其管道，實(shí)現(xiàn)全廠非正常失電情況下的緊急補(bǔ)水功能。

電廠給水系統(tǒng)配置汽動(dòng)給水泵和電動(dòng)給水泵，汽動(dòng)給水泵為運(yùn)行泵，容量為1×100%或2×50%；電動(dòng)給水泵1臺(tái)機(jī)組公用1臺(tái)，容量為30%的啟動(dòng)備用電動(dòng)泵。

機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，除氧器內(nèi)180℃左右的熱水經(jīng)汽動(dòng)給水泵、給水三通閥、主給水管道、3臺(tái)高壓加熱器、給水操作臺(tái)進(jìn)入鍋爐省煤器。

全廠失電時(shí)，啟動(dòng)電動(dòng)給水泵（由柴油發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)），將除氧器內(nèi)的熱水經(jīng)給水三通閥、給水旁路管道、給水操作臺(tái)進(jìn)入鍋爐。泵的進(jìn)出口電動(dòng)關(guān)斷閥、給水三通閥、給水操作臺(tái)電動(dòng)關(guān)斷閥等均帶有保安電源，能夠保證及時(shí)打開(kāi)。除氧器內(nèi)的熱水在1 h內(nèi)送至鍋爐，保證鍋爐受熱面及時(shí)冷卻不超溫，同時(shí)因進(jìn)入鍋爐的是180℃左右的熱水，鍋爐受熱面不會(huì)因水溫過(guò)低而損壞。

新型緊急補(bǔ)水系統(tǒng)，不需另外設(shè)置緊急補(bǔ)水箱、緊急補(bǔ)水泵及其管道系統(tǒng)等，僅利用廠內(nèi)現(xiàn)有的給水系統(tǒng)設(shè)備及管道系統(tǒng)，在電氣、控制等方面做一些改動(dòng)，就可實(shí)現(xiàn)與常規(guī)緊急補(bǔ)水系統(tǒng)相同的功能。新型緊急補(bǔ)水系統(tǒng)設(shè)備配置見(jiàn)表2。

表2 新型緊急補(bǔ)水系統(tǒng)設(shè)備配置表（2×350 MW）

3 兩種緊急補(bǔ)水系統(tǒng)的比較

新型緊急補(bǔ)水系統(tǒng)與常規(guī)緊急補(bǔ)水系統(tǒng)比較，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，檢修維護(hù)工作量小，應(yīng)用效果良好，具體對(duì)比見(jiàn)表3。

表3 兩種緊急補(bǔ)水系統(tǒng)的比較表

4 結(jié)論

循環(huán)流化床常規(guī)緊急補(bǔ)水系統(tǒng)初投資2 000萬(wàn)元，但實(shí)際設(shè)備管道系統(tǒng)僅是一種擺設(shè)，真正啟用時(shí)無(wú)法起到緊急補(bǔ)水的作用，依然會(huì)損壞鍋爐的受熱面，還需修復(fù)費(fèi)用及每個(gè)月的測(cè)試費(fèi)用，所以很多循環(huán)流化床機(jī)組的電廠不設(shè)置緊急補(bǔ)水系統(tǒng)。但是，對(duì)于超臨界流化床鍋爐，由于沒(méi)有汽包，鍋爐的水容積小，在全廠失電情況下，大量的床料和耐火耐磨材料的蓄熱會(huì)造成爐內(nèi)的汽水混合物及水被不斷加熱蒸發(fā)，如受熱面不能及時(shí)冷卻，將造成鍋爐受熱面超溫?fù)p壞。對(duì)于350 MW超臨界機(jī)組，一次全廠失電事故預(yù)計(jì)的修理費(fèi)用及電量損失費(fèi)用在1 000萬(wàn)元以上。新型緊急補(bǔ)水系統(tǒng)，不需另外設(shè)置緊急補(bǔ)水箱、緊急補(bǔ)水泵及其管道系統(tǒng)等，僅利用廠內(nèi)現(xiàn)有的給水系統(tǒng)設(shè)備及管道系統(tǒng)，在電氣、控制等方面做一些改動(dòng)，就可實(shí)現(xiàn)與常規(guī)緊急補(bǔ)水系統(tǒng)相同的功能。

綜上所述，對(duì)于超臨界循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組，建議采用新型的緊急補(bǔ)水系統(tǒng)，雖然初投資較常規(guī)緊急補(bǔ)水系統(tǒng)增加2 000多萬(wàn)元，但遇到全廠失電的情況下，可以真正起到緊急補(bǔ)水的作用，避免不必要的損失。

[1] 電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院.火電工程限額設(shè)計(jì)參考造價(jià)指標(biāo)（2013年水平） [M].北京：中國(guó)電力出版社，2014：9-15.

EmergentW ater-feeding System of Circulating Fluidized Bed Boiler

XUE Lim in

（China Energy Engineering Group Shanxi Electric Power Exp loring and Design Institute Co.,Ltd., Taiyuan,Shanxi 030001,China)

Compared with pulverized coal boiler,circulating fluidized bed boiler has huge thermal energy storage.Under the situation ofabnormalpower loss in the plant,thermalstoragewillcause steam watermixtureand water to be heated constantly.Therefore,if water can'tbe fed in time,water in the boilerwillbe reduced continuously so that the boiler's heating surfacewill suffer overheating and then get damaged.Combined with the characteristics of the CFB boiler,the advantages and disadvantages of the conventional water-feeding system are analyzed,and anew system isput forward.

circulating fluidized bed boiler;emergentwatermake-up system;high-pressurewater-feeding system

TK229

B

1671-0320（2016）05-0051-03

2016-05-23，

2016-07-20

薛立民(1966)，男，山西萬(wàn)榮人，1988年畢業(yè)于西安交通大學(xué)電廠熱能動(dòng)力專業(yè)，高級(jí)工程師，國(guó)家級(jí)監(jiān)理工程師，從事發(fā)電工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和項(xiàng)目管理工作。