大型油页岩锅炉给料破碎系统配置的设计优化

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摘要：油页岩的开发和应用有近２００年历史。燃用油页岩的循环流化床锅炉由前苏联首次开发，该炉型突出特点是减少了炉膛结焦的可能性，烟气中ＮＯ及ＮＯ２含量小，油页岩在燃烧过程中可以吸收大量硫，锅炉实际输出功率较高，锅炉的效率在８０％以上，这些突出的优点给油页岩燃烧发电技术注入了新的活力，带来了新的机遇。但随着循环流化床锅炉技术的发展，锅炉的蒸发量越来越大，锅炉燃料的消耗量也越来越多，因油页岩发热量低、灰分大、含水量高、可磨性系数较低导致锅炉燃料供给设备出力不足、频繁故障的问题频频出现，现已开始引起设计单位的高度重视。目前世界上现有的５０－２００ＭＷ油页岩ＣＦＢ锅炉机组的给料系统，大部分都采用类似于燃煤机组的输煤系统配置，即炉前二级破碎加炉前仓储的方式。但当锅炉机组规模达到３００ＭＷ等级时，过高的燃料需求量，导致给料破碎系统的单台设备出力太大，已超出所有制造商现有生产能力，造成无法采购的情况，如此再采用常规配置显然已经不能适用于大型油页岩锅炉机组，因此找出既能满足锅炉出力，又能提高系统可靠性，同时兼顾常用电率的新型给料方式，则是本文重点要阐述的内容。

关键词：油页岩；给料破碎系统；配置；出力

中图分类号： TK223 文献标识码： A

绪论

本文主要分析和解决因油页岩锅炉大型化所导致，出现锅炉给料破碎系统出力无法满足给料要求时，如何调整与优化给料破碎系统的配置，并以约旦Attarat目实际工程为例，阐述说明大型油页岩锅炉给料料系统与普通CFB机组的不同之处，为以后同类电站设计和运行人员提供参考。

一、工程概况

1、工程简介

以约旦Attarat电站项目实际工程为例，该工程装机规模为2X300MW直接空冷机组，锅炉采用美国FW公司生产的300MW等级超临界大型油页岩用循环流化（CFB）锅炉，锅炉出力为910T/H、主蒸汽参数为172bar,561℃，再热蒸汽参数为36.9bar,541℃。汽轮机配置为SIMENSE生产的超临界空冷汽轮发电机组，锅炉燃料为约旦Attarat南部露天油页岩矿区开采的油页岩，因该项目为坑口电站所以锅炉燃用油页岩直接经矿区初步破碎后，由皮带输送机直接送入电厂燃料堆场贮存。堆场贮存量按业主要求为满足锅炉BMCR工况的12天燃料消耗量，根据技术协议内容要求，锅炉入炉燃料粒度为8mm，燃料供给系统初步方案为，由燃料堆场至锅炉炉前储仓采用双路平行给料，燃料经两级破碎处理达到入炉粒径规格，系统配置为一用一备，给料系统出力设计容量冗余不低于35%。根据FW锅炉的设计图纸显示，锅炉给料为前后墙同时给料， 前墙为二级给料，后墙为三级给料，炉前设置五个燃料储仓，储仓容量为8小时BMCR工况燃料消耗量，每个料仓下对应两台一级螺旋称重给料机。

二、燃料消耗量计算

1、燃料分析

Attarat电站项目燃用油页岩热值数据和元素分析如表2-1及2-2所示。

表2-1 油页岩热值分析

表2 -2油页岩元素分析

2、燃料消耗量计算

该项目燃料消耗量计算数据如表2-3所示：

表2-3 燃料消耗量计算结果

三、给料破碎系统配置分析

1、设备选型

从表3的计算中我们不难看出因油页岩的发热量较低，致使设计燃料和校核燃料的消耗量要远远大于同类300MW CFB机组。根据技术协议要求给料系统出力的设计冗余不低于35%的原则，并按照双路并行设计，一用一备运行的设计配置，则破碎机的出力计算如下:

破碎机出力（Q）= 锅炉台数（G）*计算燃料消耗量（Bj）*滚筒筛下物比例（a1）*设计冗余（1+a2）――― （3-1）

将表3中的数值带入式（3-1）,a通常取值为0.8则

燃用设计燃料时破碎机出力Q1=2*736.4*0.8*(1+0.35)=1590( t/h)

燃用校核燃料时破碎机出力Q2=2*886.1*0.8*(1+0.35)=1914( t/h)

2、配置分析

由以上计算得出，即使考虑到在破碎机之前增加滚筒筛以减小破碎出力的因素，破碎机的出力也均在1500t/h以上，如燃用校核煤种则破碎机出力将接近2000t/h。根据调研的结果显示单机破碎出力1000t/h已经达到国内外制造商的技术极限，单台设备出力已无法满足工程需要，为满足锅炉的给料量要求，一二级破碎系统均只能同时采用2台1000t/h的设备并同时运行，加之备用一路输送系统的因素，一二级破碎楼内将同时安装4套破碎设备。如此配置最直接的影响是破碎楼的尺寸过大，导致投资增加。从运行稳定方面来讲，只要有一台破碎机故障，系统的出力将减少一半，只能投运备用系统才能回复产能。另外从燃料成分上来看，小颗粒且含水量较大的燃料极易导致炉前燃料仓的堵塞，影响锅炉正常运行。因此，针对工程实际情况，优化系统设计，并在提高系统稳定的同时降低造价已成为一种必然。

四、系统配置的设计优化

根据以上对工程的具体分析，以“实现最优化设计”为原则，我方遂将设计方案调整为，在保证双路系统供给配置的前提下，取消二级破碎楼，将造价较高，电功率较大的二次破碎机移至锅炉燃料储仓之后的系统位置，同时把二次破碎机由两台1000t/h的出力，调整为每炉10台100t/h出力的小型破碎机安装在炉前框架。优化后的配置即能保证输送系统运行的稳定，又能有效、合理地降低工程总投资。由于二级破碎楼的取消，燃料输送栈桥的爬升距离大大缩短，物料输送系统节约的占地可用于加大燃料堆场的有效贮存面积，也可由业主自行支配，系统的布置更加紧凑。尤其在锅炉炉前给料系统的防堵方面，由于储仓的颗粒为一次破碎后的较大粒径，虽然在一定程度上减少了贮存的时间，但有效减小了因颗粒小水分大导致板结或起拱搭桥的概率，锅炉给料的持续性得到了充分的保证。从电气方面来看，因大型设备的减少，电气设备的投资也将随之下调。另一方面，大功率设备的变小，将大幅降低设备的启动电流，为电气系统的运行安全，增加了积极的因素。设计优化一经上报业主方审核，便收到业主及第三方设计审核单位的一致认可。优化前后所带来的具体优势详见下表4-1所示。

表4 -1系统优化效果对比

五、结论

根据上面的分析对比，我们不难看出优化后的系统，从节能、安全以及降低工程造价等方面体现出诸多优势。系统见下图1-1所示：

图1-1 单个炉前储仓给料系统图

以上是我在本项目工作中的经验总结，希望为以后从事有关大型油页岩电站设计和运行的人员提供参考和借鉴。

参考文献

[1] 郑体宽． 热力发电厂[M]．北京: 电力出版社，1995．

[2] 火力发电厂运煤设计技术规程 第1部分(DLT5187.1-2004 )

[3] 林万超． 火电厂热系统节能理论[M]．西安：西安交通大学出版社科技咨询导报，1994.

[4] 中华人名共和国国家标准. 大中型火力发电厂设计规范(GB 50660-2011 )