生物質(zhì)顆粒燃燒機沸騰燃燒技術(shù)及其在電力工業(yè)的應(yīng)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(dá)州的Minneapolis,是美國能源部FB C技術(shù)示范應(yīng)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(shù)的AFBC鍋爐，在大幅度降低污染物的同時獲得十分明顯的經(jīng)濟效益，因此，它為現(xiàn)有電站的技術(shù)改造樹立了一個榜樣。美國電力科學(xué)研究院指出：美國現(xiàn)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(jīng)驗，作類似的技術(shù)改造，使電廠在環(huán)保和經(jīng)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(shè)備壽命25年，煤種適應(yīng)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(shù)經(jīng)濟可行性研究，83年11月項目批準(zhǔn)，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(xù)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(jié)束后，美國電力科學(xué)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(jìn)行試驗，包括擴大煤種試驗，燃用東部煤、Dakota禍煤和油渣。
(1)設(shè)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(chǎn)，汽溫5 4 0℃，汽壓125.4kgflcmz。原設(shè)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(yán)格的環(huán)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(guān)閉時間各為15秒鐘。
蘭、電氣主結(jié)線
地下廠房內(nèi)的8臺機組同地面廠房內(nèi)的4臺常規(guī)機組，采用擴大單元，6臺400kV主變壓器。變電站設(shè)在地面廠房的下游測。400kV側(cè)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(zhuǎn)輪、無轉(zhuǎn)動導(dǎo)葉的機組，作為水輪機工況起動時靠工作球閥闋節(jié)入流量。正常情況下從靜態(tài)到滿載負(fù)荷歷時2分鐘；如作為水泵工況起動【用一臺常規(guī)水輪發(fā)電機作為電源，從靜止?fàn)顟B(tài)到滿載運行需歷時3～14分鐘（視常規(guī)機組發(fā)電工況而異）。任何一臺常規(guī)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(chǎn)年份
大屋電站于1982年開工，1987年建成投產(chǎn)。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(shè)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(nèi)埋管和床上部給料系統(tǒng)。
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(fā)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(cè)單元7.3米深，5.2米寬。沸騰爐底部水冷布風(fēng)板上，裝有定向的空氣噴嘴（氣帽），以產(chǎn)生一股水平方向的循環(huán)空氣流，吹過整個床的底部，把過大的不易流態(tài)化的床料，移至床料排出管。
床主單元有144根，側(cè)單元各有3 9根錯列排列的床內(nèi)水平蒸發(fā)管，支承在前后墻上。蒸汽回路穿過布風(fēng)板底層進(jìn)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(fù)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(fù)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(jìn)入主單元，并由主單元中央的蒸發(fā)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(cè)單元的水平埋管，均霈作強迫循環(huán)，因此新裝了鍋爐循環(huán)泵，正常運行時,3臺運行,1臺熱備。
該爐使用再生式空氣預(yù)熱器( rege n-eratj\re reheater)，裝有防漏控制系統(tǒng)，能自，動跟蹤，凋整間隙，防止漏風(fēng)。正常運行時，漏風(fēng)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(fēng)分離器( Mechanical Dust Collec-tor)分離細(xì)灰，原計劃可再循環(huán)進(jìn)入鍋爐，但因受場地限制，暫緩安裝再循玎管路，現(xiàn)細(xì)灰全部輸至灰場。
該工程新裝=臺帶變速裝置的送風(fēng)機，原引風(fēng)機也改造增容，并加裝了變速裝置。
為了使床制的溫度，數(shù)量維持在一定水平，該工程主單元和各側(cè)單元都裝有二套床料排出系統(tǒng)，由排出管道和螺旋冷卻器組成。排出管的入口裝有鼓風(fēng)裝置，調(diào)節(jié)風(fēng)量，即可對床料尺寸進(jìn)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(shè)計，可使在任何工況下流態(tài)化的均勻穩(wěn)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(zhuǎn)式給料機以控制進(jìn)料量。煤經(jīng)原輸煤系統(tǒng)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(cè)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(qū)，高速檔時，播煤距離為7.3m，播及整個床面。
該工程應(yīng)用二套除灰系統(tǒng)。負(fù)壓系統(tǒng)將煙氣分離器和除塵器分離出來的細(xì)灰輸至細(xì)灰池；壓力系統(tǒng)將螺旋冷卻器出口的床料及時排出，這二路出灰，最后均排至貯灰場。
該鍋爐的上半部份和沸騰床的下半部份采取分離支承結(jié)構(gòu)，因此需要在鍋爐四周水封( Waterseal)，以調(diào)節(jié)上下二部分聯(lián)結(jié)時的不同膨脹。該爐采用機械滑動聯(lián)結(jié)和水封設(shè)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(guān)的設(shè)計、制造、研究單位和建設(shè)單全部到現(xiàn)場組織并參加了整個起動過程。于1986年3月作起動準(zhǔn)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日投煤燃燒，用產(chǎn)于當(dāng)?shù)氐陌自剖苽浜笥米鞔擦希蝻L(fēng)機失常，未能作持續(xù)運行，同時因白云石顆粒過細(xì)，
- 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(cè)單元均填裝了在田納西州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(tài)，同時向爐內(nèi)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(cè)單元，結(jié)果床的流態(tài)化非常均勻，主單元床溫均一，負(fù)荷成功地達(dá)到82MW，達(dá)到95MW。
鍋爐正式投運后，為解決運行中出現(xiàn)的問題，曾先后幾次停爐。①煙囪黑度超標(biāo)。這是靜電除塵器應(yīng)用于AFBC鍋爐，在投產(chǎn)初期，除塵效果較差，起動和穩(wěn)定運行時，黑度均超過NSPS標(biāo)準(zhǔn)(N ew Sou r--ce Performance Standards)，后經(jīng)調(diào)整控制系統(tǒng)，并對靜電除塵器線板噴砂，當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)。對積聚在線板上的灰樣分析結(jié)果顯示，電阻已超出l014Qlcm。接著次對線板噴砂，并將床料換為已使用過的床料，起動后當(dāng)負(fù)荷為40～50MW,只投主單元時，黑度降為6～8%。為除S02，低負(fù)荷時再向床內(nèi)加石灰石，黑度乜未見明顯變化。②投產(chǎn)初期以及負(fù)荷變動時，風(fēng)機失常現(xiàn)象一直存在。后通過采用適當(dāng)?shù)拇擦铣叽纾瑴p少空氣流量，并投入自動控制，已使正常運行時，風(fēng)機震動減至最小。③過熱器回路受熱不均勻。經(jīng)修改起動程序，以限制煤在主單元后部區(qū)域燃燒，已運行正常。④床料結(jié)塊。在不正常情況下，床料會產(chǎn)生結(jié)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(xiàn)象。今后擬作進(jìn)一步試驗。⑤葉輪回轉(zhuǎn)機內(nèi)結(jié)塊。特別在低速時，在葉片之間和機殼內(nèi)部均發(fā)生結(jié)塊現(xiàn)象，后對葉輪作了改進(jìn)，情況有所改善。⑥螺旋冷卻器和排出管道入口堵塞。
當(dāng)床向外排出15cm大小渣塊時，常會發(fā)堵塞。因此，在現(xiàn)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(fù)荷，黑度控制在NSPS標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，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(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視，以防阻塞。
從1986隼12月9日開始，鍋爐作典型的日間循環(huán)起停運行，進(jìn)行熱態(tài)起動。經(jīng)過這一階段后，進(jìn)一步掌握了鍋爐的性能，提高了運行經(jīng)驗。
1987年1月，鍋爐恢復(fù)正常運行，準(zhǔn)備將沸騰床三個單元全部投入，帶足汽機全負(fù)荷100MW。1月8日，主單元和一翼側(cè)單元投入，負(fù)荷升至60MW,自動控制全部投入。1月9日，一根床內(nèi)蒸發(fā)管發(fā)生泄漏，床料排出系統(tǒng)很快將全部床料排出。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，一根管子破裂，并吹破鄰近幾根管子。經(jīng)進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，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(nèi)上部產(chǎn)生汽泡，引起苛性腐蝕。檢修工作一直進(jìn)行到2月底，更換了破損的管子，并在主單元144根，一翼側(cè)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(zhì)，將可防止類似問題的發(fā)生。
從1987年3月9日起，按照預(yù)定計劃，將進(jìn)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(jié)束后，有關(guān)的單位即將開始對該爐作的試驗。
黑狗電站2號爐常壓沸騰燃燒工程從起動到初期運行經(jīng)歷了8，個月。在此期間，已對發(fā)電的主要系統(tǒng)進(jìn)行了試驗，并已達(dá)到接國外大型抽水蓄能電站
國外最近10～15年中投產(chǎn)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(tǒng)里削峰填谷最有效的措施，起著平衡日，周凋節(jié)負(fù)荷曲線的作用。也就是說，它們是現(xiàn)代大容量電力系統(tǒng)中有功和無功電力靈活的“耗電一發(fā)電器”。同時，大容量抽水蓄能電站在電力系統(tǒng)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(dāng)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，總裝機容量美國居位——已投運i2000MW，在建13000MW；日本——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(yè)發(fā)達(dá)的資本主義和東歐、亞洲、澳洲的一些對興建抽水蓄能電站也已予以重視，已投運或正在規(guī)劃興建一些大型抽水蓄能電站．
現(xiàn)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(xiàn)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(wǎng)。可以預(yù)料，在今后40～80年內(nèi)，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(tǒng)中對每天的負(fù)荷曲線都能保證起到削峰填谷的作用。在水輪機（發(fā)電機）工況下，如果凈水頭是536.8m，該電站每臺機組可發(fā)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(zhuǎn)動方向相反，但轉(zhuǎn)速相同，都是500r／min。該電站機組在電力系統(tǒng)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(zhuǎn)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(dǎo)葉軸頸采用了世界上的特殊形式密封結(jié)構(gòu)，它由內(nèi)外兩個圓環(huán)組成，用兩個楔形環(huán)把它們松開，用寺用螺栓把它們拉緊。
機組的蝸殼前面設(shè)有一個球閥，直徑250cm,球閥由兩個直缸接‘力器以油壓驅(qū)近汽機全負(fù)荷運行。隨著汽機增容之后將開始的鍋爐試驗，可望進(jìn)一步完善各項性能．
美國電力科學(xué)研究院( EPRI)和參加這項工程的所有單位一致認(rèn)為，黑狗電站的嘗試和成功，將對整個電力工業(yè)作出重要的貢獻(xiàn)。其它老廠都可作相似的改造，在滿足電力負(fù)荷需求的同時，對環(huán)境保護(hù)和燃用低質(zhì)煤方面，將發(fā)揮更好的作用。
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