生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)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(yùn)行中最大的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(gè)重點(diǎn)工程之一。
    該工程的重要意義在于將一臺(tái)已運(yùn)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(shí)獲得十分明顯的經(jīng)濟(jì)效益，因此，它為現(xiàn)有電站的技術(shù)改造樹立了一個(gè)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(jī)容量超過20000MW,它們都有可能效仿黑狗電站的經(jīng)驗(yàn)，作類似的技術(shù)改造，使電廠在環(huán)保和經(jīng)濟(jì)性方面，獲得雙重的效益。這項(xiàng)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(kuò)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(jì)可行性研究，83年11月項(xiàng)目批準(zhǔn)，1985年初動(dòng)工，1986年2月開始試運(yùn)行，1986年7月正式運(yùn)行，19 86年三、四季度連續(xù)運(yùn)行，至1987年一季度因汽機(jī)增容(從100M W增至130 MW)，停妒待役。在汽機(jī)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(jì)劃對該爐進(jìn)行全面試驗(yàn)，包括擴(kuò)大煤種試驗(yàn)，燃用東部煤、Dakota禍煤和油渣。
    (1)設(shè)備概況    黑狗電站2號(hào)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(jì)燃用天然氣和高硫分的依利諾煙煤，70年代后由于實(shí)施嚴(yán)格的環(huán)保法，以及天然氣價(jià)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(jí)除塵器，出力于是從100MW降為85MW。的時(shí)間只需10秒鐘，  “水封”開啟關(guān)閉時(shí)間各為15秒鐘。
    蘭、電氣主結(jié)線
    地下廠房內(nèi)的8臺(tái)機(jī)組同地面廠房內(nèi)的4臺(tái)常規(guī)機(jī)組，采用擴(kuò)大單元，6臺(tái)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(jī)組的運(yùn)行、起動(dòng)方式
    四圾轉(zhuǎn)輪、無轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)葉的機(jī)組，作為水輪機(jī)工況起動(dòng)時(shí)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(shí)2分鐘；如作為水泵工況起動(dòng)【用一臺(tái)常規(guī)水輪發(fā)電機(jī)作為電源，從靜止?fàn)顟B(tài)到滿載運(yùn)行需歷時(shí)3～14分鐘（視常規(guī)機(jī)組發(fā)電工況而異）。任何一臺(tái)常規(guī)機(jī)組都能起動(dòng)壓何一臺(tái)蓄能機(jī)組。因此，只能同時(shí)起動(dòng)4臺(tái)蓄能機(jī)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(jī)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(jì)文件悃 -致．黑狗電站2號(hào)爐改造工程，由原制造廠F os-ter Wheeler沒計(jì)。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(gè)單元的沸騰床。每個(gè)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(gè)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(cuò)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(dòng)的需要。
    末級(jí)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(shí)，仍可獲得足夠的汽溫。末級(jí)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(hào)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(qiáng)迫循環(huán)，因此新裝了鍋爐循環(huán)泵，正常運(yùn)行時(shí),3臺(tái)運(yùn)行,1臺(tái)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(dòng)跟蹤，凋整間隙，防止漏風(fēng)。正常運(yùn)行時(shí)，漏風(fēng)率小于10%。排煙溫度約115℃。
    原一、二級(jí)除塵器均新裝了振動(dòng)子和控制裝置，以提高其性能。另新裝1臺(tái)多管式旋風(fēng)分離器( Mechanical Dust Collec-tor)分離細(xì)灰，原計(jì)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(tái)帶變速裝置的送風(fēng)機(jī)，原引風(fēng)機(jī)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(jì)，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(jī)以控制進(jìn)料量。煤經(jīng)原輸煤系統(tǒng)運(yùn)至二煤斗，煤斗下裝有4臺(tái)帶計(jì)量裝置的給煤機(jī)，每臺(tái)給煤機(jī)再俠給3臺(tái)播煤機(jī)，總供12臺(tái)播煤機(jī)，均布置于前墻，主單元6臺(tái)，側(cè)單元各3臺(tái)。播煤機(jī)控制煤量，并將煤均勻地播散在整個(gè)床面上。播煤機(jī)速度分為二檔，低速檔時(shí)，播煤距離為2.lm，播至床面的起動(dòng)區(qū)，高速檔時(shí)，播煤距離為7.3m，播及整個(gè)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(shí)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(shí)的不同膨脹。該爐采用機(jī)械滑動(dòng)聯(lián)結(jié)和水封設(shè)計(jì)，使在最大膨脹差為12.7cm時(shí)仍運(yùn)行良好。
  、(2)初期運(yùn)行情況    起動(dòng)之前，與該工程有關(guān)的設(shè)計(jì)、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(gè)起動(dòng)過程。于1986年3月作起動(dòng)準(zhǔn)備，1986年4月點(diǎn)火洗爐和沖管，在起動(dòng)時(shí)，填砂作為起動(dòng)床料。1986年6月26日首次投煤燃燒，用產(chǎn)于當(dāng)?shù)氐陌自剖苽浜笥米鞔擦希蝻L(fēng)機(jī)失常，未能作持續(xù)運(yùn)行，同時(shí)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(dòng)，床的主單元和側(cè)單元均填裝了在田納西州TVAS20MW試驗(yàn)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(shí)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，最高達(dá)到95MW。
    鍋爐正式投運(yùn)后，為解決運(yùn)行中出現(xiàn)的問題，曾先后幾次停爐。①煙囪黑度超標(biāo)。這是靜電除塵器首次應(yīng)用于AFBC鍋爐，在投產(chǎn)初期，除塵效果較差，起動(dòng)和穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，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(shí)，黑度下降至小于10%，但停爐后再次起動(dòng)時(shí)，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。接著第二次對線板噴砂，并將床料換為已使用過的床料，起動(dòng)后當(dāng)負(fù)荷為40～50MW,只投主單元時(shí)，黑度降為6～8%。為除S02，低負(fù)荷時(shí)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(dòng)時(shí)，風(fēng)機(jī)失?，F(xiàn)象一直存在。后通過采用適當(dāng)?shù)拇擦铣叽?，減少空氣流量，并投入自動(dòng)控制，已使正常運(yùn)行時(shí)，風(fēng)機(jī)震動(dòng)減至最小。③過熱器回路受熱不均勻。經(jīng)修改起動(dòng)程序，以限制煤在主單元后部區(qū)域燃燒，已運(yùn)行正常。④床料結(jié)塊。在不正常情況下，床料會(huì)產(chǎn)生結(jié)塊，堵塞床料排出管，影響螺旋冷卻器的正常運(yùn)行。后對運(yùn)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(yàn)。⑤葉輪回轉(zhuǎn)機(jī)內(nèi)結(jié)塊。特別在低速時(shí)，在葉片之間和機(jī)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(shí)，常會(huì)發(fā)堵塞。因此，在現(xiàn)場安裝了一臺(tái)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(jì)劃再制造一臺(tái)渣塊碾碎機(jī)，以解決這一問題。
    1986年11月，鍋爐重新起動(dòng)時(shí)，主單元填裝了在French Island試驗(yàn)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(yùn)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(dòng)控制運(yùn)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(yùn)行，進(jìn)行熱態(tài)起動(dòng)。經(jīng)過這一階段后，進(jìn)一步掌握了鍋爐的性能，提高了運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。
    1987年1月，鍋爐恢復(fù)正常運(yùn)行，準(zhǔn)備將沸騰床三個(gè)單元全部投入，帶足汽機(jī)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(dòng)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(qiáng)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(xiàng)措施，連同加強(qiáng)水質(zhì)監(jiān)督，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(jì)劃，將進(jìn)行汽機(jī)增容工程，汽機(jī)出力從100 M W增至130MW。待汽機(jī)增容工程結(jié)束后，有關(guān)的單位即將開始對該爐作全面的試驗(yàn)。
    黑狗電站2號(hào)爐常壓沸騰燃燒工程從起動(dòng)到初期運(yùn)行經(jīng)歷了8，個(gè)月。在此期間，已對發(fā)電的主要系統(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn)，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(jī)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(shí)，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(yùn)的抽水蓄能電站約有250座、總裝機(jī)容量約45000MW,占當(dāng)時(shí)世界已投運(yùn)水電站總裝機(jī)容量的10%以上，正在施工的抽水蓄能電站的總裝機(jī)容量約有35000MW。
    在目前的抽水蓄能電站中，總裝機(jī)容量美國居第一位——已投運(yùn)i2000MW，在建13000MW；日本第二——已投運(yùn)的大、中型抽水蓄能電站有30多座，總裝機(jī)約10000MW，在建的大型抽水蓄能電站有10座，總裝機(jī)約6000MW,西歐的一些工業(yè)發(fā)達(dá)的資本主義國家和東歐、亞洲、澳洲的一些國家對興建抽水蓄能電站也已予以重視，已投運(yùn)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(jī)式水泵水輪機(jī)組，通常稱為可逆機(jī)組，其單機(jī)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(tái)可逆機(jī)組，單機(jī)容量300MW在1984年全部投運(yùn)。每臺(tái)機(jī)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)?？梢灶A(yù)料，在今后40～80年內(nèi)，狄諾維克電站——西歐裝機(jī)容量最大的抽水蓄能電站(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(jī)（發(fā)電機(jī)）工況下，如果凈水頭是536.8m，該電站每臺(tái)機(jī)組可發(fā)功率317MW,效率是92。5%；在水泵（電動(dòng)機(jī)）工況下，如果揚(yáng)程是523m，單機(jī)最大消耗功率是318MW,這時(shí)的流量是50ffl3]S，效率是91.7%。在上述兩種工況下機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，但轉(zhuǎn)速相同，都是500r／min。該電站機(jī)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(jī)組都是單級(jí)水泵水輪機(jī)，轉(zhuǎn)輪直徑D．= 37a6mm,重25t,由鎳鉻不銹鋼制作。水泵水輪機(jī)主軸軸承是自動(dòng)油潤滑式。
    該電站水泵水輪機(jī)的導(dǎo)葉軸頸采用了世界上獨(dú)一無二的特殊形式密封結(jié)構(gòu)，它由內(nèi)外兩個(gè)圓環(huán)組成，用兩個(gè)楔形環(huán)把它們松開，用寺用螺栓把它們拉緊。
    機(jī)組的蝸殼前面設(shè)有一個(gè)球閥，直徑250cm,球閥由兩個(gè)直缸接‘力器以油壓驅(qū)近汽機(jī)全負(fù)荷運(yùn)行。隨著汽機(jī)增容之后將開始的鍋爐全面試驗(yàn)，可望進(jìn)一步完善各項(xiàng)性能．    

    美國電力科學(xué)研究院( EPRI)和參加這項(xiàng)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(gè)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(shí)，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。

生物質(zhì)氣化站，http://www.598jx.com