某大型集中供热热源厂锅炉的选型

2021-11-27齐玲

中国科技纵横 2021年7期

齐玲

（沈阳市热力工程设计研究院，辽宁沈阳 110000）

1.热源厂规模及供热介质的确定

某市现有供热面积180万m2，规划供热面积340万m2，总供热面积520万m2，用地性质以民用建筑为主，经统计计算总热负荷约250MW。现有供热面积的供热为该区域内已有热电厂，目前该热电厂现有供热能力有限，已不能满足规划的热负荷需要，急需设置大型集中供热热源厂来满足热负荷的需求。

目前大型热源厂建设规模的确定主要基于几点因素：（1）热源厂的性质：规划供热范围内的主要热源。（2）热源厂是保证供热要求必需建设的供暖设施。（3）该规划区域为城区向外发展重点，开发建设的规模、速度会比较快。（4）该规划区域内热负荷需求较大，应尽可能采用大容量锅炉。目前≥70MW大型热水锅炉已是比较成熟的炉型，有着广泛的应用。供热区域内均为冬季采暖负荷，热负荷用热性质单一，故在供热介质的选择上采用高温热水。

基于以上因素，热源厂建设3台85MW锅炉，供热能力255MW，可以满足250MW的供暖需要。

2.锅炉选型

对于大容量热水锅炉，目前常用的有层燃锅炉和循环流化床锅炉，其中层燃锅炉包括链条炉排锅炉、往复炉排锅炉等。在全国供热行业上，普遍采用的是链条炉排的热水锅炉，但是随着煤炭价格不断提高，近些年循环流化床锅炉、往复炉排锅炉的应用也越来越多。

2.1 循环流化床锅炉（CFB）

循环流化床锅炉（CFB）作为一种清洁、高效、煤种适应性广的燃烧技术，越来越受到各国的重视。在我国，近年来由于环保政策的要求大大加强，采用大容量CFB锅炉作为热源的供热项目逐渐增多。尽管循环流化床锅炉具有热效率高、适应煤种能力强、可以炉内部分脱硫、低温燃烧等优势，但该炉型在运行中存在的缺点也很明显。

（1）循环流化床锅炉炉底渣的排放与冷却。CFB锅炉炉底冷渣器是保证CFB锅炉安全高效运行的重要部件，冷渣器在运行中故障较高，从而引起排渣困难导致被迫停炉和减负荷运行。（2）炉壁和受热面的磨损。CFB锅炉受热面管子磨损严重，容易造成爆管，被迫停炉接近事故停炉总数的50%。（3）煤的制备。CFB锅炉原煤粒径分布不均匀，如果煤粒过大，还容易发生大块沉积、流化不畅、出力下降、局部结焦、炉渣可燃物含量增加、排渣困难而引起事故，所以入炉煤粒度能否控制好对锅炉的稳定运行影响很大。

以上影响锅炉安全稳定运行的三大顽疾约占CFB锅炉运行发生安全事故量和锅炉检修量的60%。同时CFB锅炉还存在耗电量较大、锅炉烟尘排放浓度较大、维修费用较高等缺点。

2.2 链条炉排锅炉

链条炉排是一种结构比较完善的燃烧设备。由于制造工艺成熟，设备机械化程度高，运行安全可靠，可实现人工拨火使燃料燃烧更充分，故燃烧效率相对较高，该炉排被广泛适用于大、中、小型工业锅炉。目前国产链条炉排按结构型式可以分为链带式链条炉排、横梁式链条炉排和鳞片式链条炉排。其中横梁式链条炉排具有一组刚性很强的横梁，各横梁用锻制的或用钢板和型钢制成的链节连接起来。炉排片被安装在横梁上，炉排本身并不受力，主要靠主动轴上的链轮通过链条带动横梁运动。这种炉排的通风截面比较小（10%以下），漏煤量不大，运行中更换炉排片方便，炉排面也较平整，经久耐用。此外，它的宽度和长度可做得较大，炉排有效面积可达50m2左右，是三种链条式炉排中最大者。目前国内较大容量链条炉排锅炉多使用该种炉排结构。链条炉排锅炉应用较多，优点是：工作稳定，可靠性高；在煤种适宜时，锅炉效率较高；且除尘效果好；使用过程中劳动强度小，是一种较好的燃烧设备。缺点是：炉排金属耗量大，加工量大；不适用于强结焦性煤和灰分、水分过大（Ag＞30%，Wy＞20%）、发热量很低（＜3500kcal/kg）的劣质煤。链条炉排锅炉燃烧的煤种主要为Ⅱ类烟煤，现在的煤炭市场Ⅱ类烟煤煤炭价格比较高，故该种锅炉运行成本过大[1]。

2.3 往复炉排锅炉

往复炉排锅炉，目前也是一种比较成熟的炉型，该炉型虽与链条炉排锅炉同属于层燃锅炉，但它却克服了链条炉排锅炉出力不足、热效率偏低的问题。同时它还克服了循环流化床锅炉设备磨损严重、耗电量大、烟尘排尘浓度大等缺点。该锅炉对煤种适应能力强，锅炉燃烧效率较高[2]。

（1）出力足，运行热效率高。斜推往复锅炉由于燃料层燃烧时，燃料中氧扩散速度快，并采用了受热面整体吊挂，重型炉墙保温及封闭和尾部铸铁省煤器受热面等技术措施，减少漏风，排烟温度可降至140℃左右，锅炉在燃用各种适用煤种时，运行中均可完全达到铭牌出力，实际运行热效率可达到81%（在采用特殊的热回收技术后，锅炉的热效率可达84%～85%）以上（而国内平均水平为70%～75%）。（2）节约电能。锅炉由于设计先进、合理，使锅炉在燃烧过程中，可以控制过量空气系数在较低的水平，使实际烟气量少于其他锅炉的烟气量。同时，锅炉不采用空气预热器，因此锅炉的风道及烟道的阻力均较低，采取的鼓、引风机的电机功率可较其他锅炉的平均水平低。锅炉采用大容量（≥14MW）自然循环热水锅炉新型专利技术，水阻力低，锅炉运行时锅炉本体的水侧阻力可小于5m水柱，即小于0.05MPa，因此减小了热网循环泵的扬程与功率，可大量减少运行费用。（3）燃烧设备的设计取得了实质性的突破。该锅炉的燃烧设备，采用自主创新研发的双（多）构架整体倾斜往复炉排，该炉排为了达到最佳的燃烧状态，整个锅炉炉排分为多种类型炉排片，以适应在不同的燃烧区调风的需要，同时炉排采用优质中高硅耐热球墨铸铁和特殊配方的合金钢，抗烧损、抗氧化能力强、运行寿命较长，其中特殊材质和特殊工艺的合金钢炉排片，可以保证锅炉炉排片在使用5～7年内不用更换。该锅炉的炉排片，不仅解决了斜推往复炉排片的烧损问题，同时将推斜往复炉排的漏煤，减少到了最低的限度。（4）适用煤种广。该锅炉可以燃用“焦渣特征”在5以下、发热量在12.56GJ/kg（折合3000kcal/kg）以上、挥发份在20%以上的任何煤种，即可以燃用褐煤等劣质煤，而且在燃用劣质煤时，完全能够保证锅炉的额定效率和出力。这样可以与热电厂燃烧同一煤种。

2.4 方案比较

三种锅炉综合比较，往复炉排锅炉具有几点优点：（1）往复炉排锅炉对燃料适应性较强，对多种煤质燃料均能稳定燃烧。燃烧煤种包括烟煤，劣质烟煤、无烟煤、褐煤等，同时在煤种有较大变化的情况下，锅炉也能正常运行。（2）往复炉排锅炉热效率高，出力大。在通常情况下，往复炉排锅炉与链条炉排相比，热效率高1%～2%，出力可以达到100%以上。（3）往复炉排锅炉环保效果好。炉内不存在结渣问题，灰渣有较好的疏松性，有利于燃料层透风，保证燃料的燃尽，同时便于综合利用。该类型锅炉是固定床燃烧，锅炉尾部烟气飞灰份额约为0.2，而循环流化床锅炉约为0.6～0.7，环保效果显著。（4）往复炉排锅炉运行比较灵活，热负荷的调节范围较广。在热负荷较低的情况下运行时锅炉仍可达到额定出力和压力，在无需增加其他辅助燃料的情况下，燃烧从压火停炉到重新升温即快速又方便。（5）锅炉运行耗电量省。往复炉排锅炉的耗电与链条炉排相差不多，但是与循环流化床锅炉相比，往复炉排锅炉将节电30%以上。（6）从综合运行成本上看，供热成本最大的一项就是燃料费用，循环流化床锅炉比往复炉排节约燃料费用10%以上，而往复炉排锅炉比链条锅炉节约燃料费用30%以上。

综上所述，且考虑到本工程厂址设置在热电厂院内，承建方为该热电厂，现有锅炉为5台75t/h及一台130t/h循环流化床锅炉。为了降低投资运行成本，且燃烧的煤种能与现有锅炉的煤种匹配，本次设计采用往复炉排锅炉。目前该热源厂已建设完成，且运行三个采暖季，经设计回访，往复炉排锅炉与电厂现有循环流化床锅炉燃烧同一煤种，运行热效率比较高，从运行成本看，可以节约40%左右的燃料费用，同时，检修费用低，维护简单。