籌建大型自備電廠工藝與設備選擇情況之分析

王 偉，張寶文，徐青芳，張維軍，張國宗

（青海鹽湖鎂業有限公司，青海格爾木 457000）

其 他

籌建大型自備電廠工藝與設備選擇情況之分析

王 偉，張寶文，徐青芳，張維軍，張國宗

（青海鹽湖鎂業有限公司，青海格爾木 457000）

介紹籌建大型自備電廠各配套裝置的選擇情況，通過對各種工藝的優缺點以及關鍵設備選型的調查、考察、比較，從不同專業角度及投資、運行費用、操作等方面進行綜合分析、估算，最終選擇適合本地區、本企業的最佳工藝和設備，從而使企業經濟效益、環境效益最大化。

自備電廠；鍋爐；汽輪機；除塵器；輸灰系統；煙氣脫硫；輔機；選型

0 前 言

近幾年中國中西部經濟發展迅速，出現了眾多少則幾十億多則幾百億甚至上千億大規模投資發展煤化工及其深加工項目。新疆、內蒙古、貴州、陜西、青海、寧夏等省區煤炭資源豐富且不便遠距離運輸，就地深加工延伸產業鏈，發展循環經濟，以彌補中國石油資源貧乏的不足。然而，在興建大型煤化工項目時建設配套電廠項目是煤礦、化工、冶金等行業接觸的新領域。筆者經歷過四個自備電廠項目的建設，以及對數十家正在運行的自備電廠進行過考察，現對如何根據實際情況正確合理地選擇自備電廠工藝與設備作一簡要分析。

1 鍋爐選型

鍋爐是電廠的關鍵設備，目前國內電廠燃煤鍋爐絕大部分使用爐型有：①煤粉爐；②循環流化床鍋爐；③水煤漿鍋爐（未推廣開）。前兩種類型鍋爐得到普及使用。煤粉爐和循環流化床鍋爐的對比如表1。

綜上所述，循環流化床鍋爐在運行中的問題要較煤粉鍋爐多，連續運行小時數要比煤粉爐短，在規模大的電廠或化工行業自備電廠鍋爐選型中，如果燃料煤質穩定、供應可靠，燃料煤含硫量低，可考慮煤粉鍋爐，它具有燃燒穩定，輔機技術成熟，自動化程度高，易于操作，運行周期長，維修量相對較小的優點，適合化工系統長周期安全穩定運行的特點。反之，若燃燒劣質煤，供煤質量不穩定，且燃料煤含硫量高，環境排放要求苛刻，屬于供熱、調峰、熱電聯產類的供熱形式，因循環流化床鍋爐較低的脫硫成本，對各種煤適應性良好，負荷變化大情況下，可低成本經濟運行，則循環流化床鍋爐是較好的選擇。

表1 煤粉爐與循環流化床鍋爐的對比

2 汽輪機的選型

汽輪機按照熱力特征分類有：①凝汽式汽輪機；②抽汽凝汽式汽輪機；③背壓式汽輪機；④抽汽背壓式汽輪機；⑤中間再熱式汽輪機。其對比如表2。

表2 各類汽輪機的特征及適用環境

綜上所述，應根據有無下游蒸汽用戶以及對蒸汽壓力等級的要求，滿足主裝置熱力管網蒸汽平衡和發電兼顧的低成本運行的需要，合理選擇汽輪機型式。

3 除塵器的選型

新頒布的環境保護法規定，火力發電企業自2012年1月1日起執行國家煙氣排放新標準，煙氣中灰塵排放濃度≤30 mg／m3。目前國內主要使用的除塵設備有以下三種：靜電除塵器、靜態清灰袋式除塵器、電袋復合除塵器。通過調查考察，以600 MW燃煤機組為例，靜態清灰袋式除塵器與靜電除塵器、電袋復合除塵器的綜合對比如表3。

表3 靜態清灰袋式除塵器、靜電除塵器、電袋復合除塵器的綜合對比

綜上所述，除塵器的選擇應根據當地環保標準，結合企業自身的實際情況，以及對投資和運行費用進行比對。袋式和電袋除塵兩種除塵工藝都能滿足日益嚴格的環保要求。一般而言，中小型企業宜選用袋式除塵器；新興大型企業宜選用電袋除塵器。

4 輸灰系統的選擇

根據《火力發電廠除灰設計技術規程（DL／T5142－2002）》的要求，正壓氣力輸灰系統分為稀相輸灰技術、濃相輸灰技術兩大類型。結合筆者十多年來參與氣力輸送項目的實踐經驗，宜以“切實可行，節省投資，確保系統長期穩定、可靠運行”為原則。

4.1 稀相輸送

4.1.1 稀相輸送概念與特征

稀相輸送 當氣流中顆粒濃度在0．05 m3／m3以下，固氣混合系統的空隙率ε＞0．95時，稱為稀相輸送，管內高速氣體將粉狀物料彼此分散、懸浮在氣流中進行輸送。其輸送距離不長。

在流體-顆粒的流動系統中，具有以下基本特征的為稀相輸送：①較高的空隙率，一般總是超過90%；②顆粒對容器壁顯出凈的移動，在這一系統中流體的速度大于顆粒的帶出速度，流向相同。

稀相輸送系統主要由壓力泵或羅茨風機與輸送管道組成，輸送距離一般不大于400 m，采用0．6～0．8 MPa的壓縮空氣作為動力源，通過倉式泵直接從儲倉將細顆粒物料壓送到下一個系統的高位儲倉內。壓縮空氣作為驅動力直接作用于細顆?；业膯我活w粒上，即壓縮空氣的動能傳遞給被輸送的物料，使物料以懸浮或集團懸浮的狀態向前流動，在垂直輸送管和水平輸送管中，物料流動分別呈現下列特征。

（1）在垂直輸送管內，氣流阻力與物料顆粒的重力處于同一直線上，兩者只在輸送流向上對物料發生作用。但實際垂直輸送管中顆粒群運動較為復雜，還會受到垂直方向其他力的作用，因此，物料就會形成不規則的相互交錯的蛇形運動，形成均勻分布的定常流。

（2）在水平輸送管內，一般輸送氣流速度越大，物料就越接近于均勻分布。但輸送氣流不足時流動狀態會有顯著變化。在輸送管的起始段，是按管底流大致均勻地輸送，物料接近管底，分布較密，但沒有出現停滯，物料一面做不規則的滾動、碰撞，一面被輸送。越到后段越接近疏密流，物料在水平管中呈疏密不均的流動狀態，部分顆粒在管底滑動，但沒有停滯。最終形成脈動流或停滯流，水平管越長，這一現象越明顯。

4.1.2 稀相輸送優缺點分析

由于稀相輸送靠動能轉換傳遞能量，以及懸浮態輸送要求風速較高（物料在輸送管中流速很快，可達30 m／s左右），在能量傳遞過程中也會損失部分能量，加上懸浮顆粒間及顆粒與管壁間的摩擦損失，因此，能耗高，固氣比很低（質量比一般為5～10）；同時，管道的磨損嚴重，物料粉化嚴重，輸送管道材質防磨要求高。

稀相輸送不宜用于卸料站至儲倉或儲倉至儲倉的輸送過程。雖然稀相輸送設備簡單，占地面積小，密閉性好，配置靈活，但由于上述諸多缺陷，它將逐漸被濃相輸送和超濃相輸送取代。

4.2 濃相輸送

4.2.1 濃相輸送概念與特點

濃相（也稱密相）輸送 當氣流中顆粒濃度在0．2以上，固氣混合系統的空隙率ε＜0．8時，稱為濃相輸送。用高壓氣體壓送物料，輸送能力大，輸送距離長，可達100～1 000 m。密相輸送的特點是低風量和高固氣比，物料在管內呈流化態或柱塞狀運動；該裝置具有結構簡單，運行可靠，節省能耗，節省經營費用等特點。

（1）濃相輸送由于采用靜壓輸送，壓縮空氣用量比普通氣力輸送少。輸送等量的氧化鋁時動力消耗少2／3以上。

（2）固氣比高達60∶1，而普通氣力輸送的固氣比均在30∶1以下。管徑可相應縮小，以降低輸送壓力；排出廢氣少，過濾面積減少，過濾器相應減小。

（3）輸送速度低，僅2～3 m／s，對管道磨損小，可使用普通鋼管，且運行噪音小。

（4）輸送高度達30～40 m，輸送距離可達450 m；主管直徑可達150～200 mm，最大能力為30 t／h。

（5）物料在輸送中破損小，并且在管子彎道處也不結垢，輸送管道在轉彎處也無需特種保護。

（6）卸料靈活，設備布置方便。

（7）易于實現全自動控制，操作人員少。

（8）設備簡單，維修工程量很小。

4.2.2 上引式倉泵密相輸送工藝特點

密相輸送分為上引式倉泵密相輸送和下引式倉泵密相輸送兩種工藝。上引式倉泵密相輸送技術的代表公司有澳大利亞ABB、無錫某廠家等，廣泛用于135 MW以下機組的鍋爐；下引式倉泵密相輸送技術的代表公司有北京克萊德、鎮江紐普蘭、江蘇揚州電力修造廠、上海隆麥等，廣泛用于300 MW以上機組的鍋爐。

上引式倉泵密相輸送系統的主要特點是，發送器采用上引式流態化倉泵，相對于下引式發送器輸送管道數量較多，初始段灰氣比較高，輸送距離越長，灰氣比越低；輸送管路需外附加吹堵管路，以防堵管，增加了維護工作量和事故點。從工作機理角度講，該氣力輸送系統屬懸浮輸送類型，即在整條輸送管道中，輸送介質必須達到足夠高的流速以克服散粒狀物料的沉降速度，才能將飛灰帶走，初速度一般達10～12 m／s以上，末速度可達17 m／s以上；系統的流速高于下引式正壓密相氣力輸送系統，相應地，磨損程度也較大。由于磨損速度正比于流速的三次方，若以下引式正壓密相輸送系統作為基準，則該系統的磨損較嚴重，故其日常維護工作量、備品備件的成本略高些。其對比如表4。

表4 兩類密相輸送系統的異同點及表象

總之，目前市場上稀相輸灰用戶較少，可以不去考慮；而對于密相輸灰，下引式方案比上引式方案更為合理、經濟。我們可根據煤質（灰分含量）和裝置規模來選擇具體的濃相輸灰型式，大灰量、短距離輸送宜選下引式，小灰量、長距離輸送宜選上引式。

5 煙氣脫硫工藝的選擇

目前，國際最新的五種濕法煙氣脫硫工藝技術，分別是：①石灰石-石膏法；②鎂法；③鈉法；④氨法；⑤海水法。以濕法脫硫為主的國家有日本（約占98%）、美國（約占92%）和德國（約占90%）等。各種工藝投資、運行費用的比較如圖1所示。

圖1 各種煙氣脫硫工藝投資及運行費用的對比

石灰石-石膏法脫硫工藝流程石灰石經過破碎、研磨，制成漿液后輸送到吸收塔。吸收塔內漿液經循環泵送到噴淋裝置；煙氣從煙道引出后經增壓風機增壓，進入GGH煙氣加熱器冷卻后進入吸收塔；煙氣在吸收塔中與噴淋的石灰石漿液接觸，除掉煙氣中的SO2，潔凈煙氣從吸收塔排出后經GGH煙氣加熱器加熱后排入煙道。吸收塔內漿液吸收SO2后生成的亞硫酸鈣，經氧化處理生成硫酸鈣；從吸收塔內排出的硫酸鈣經旋流分離（濃縮）、真空脫水后回收利用。

海水法煙氣脫硫受地域條件限制，且有氯化物嚴重腐蝕設備的問題；脫硫殘液p H值很低，必須配置參數合理的水質恢復系統，才能達標排放。

處理煙氣量為600 000 m3／h石灰石-石膏法與氨法脫硫裝置的綜合對比如表5。

綜合比較一次性投資、裝置的安全穩定運行成本及風險等因素，對于需要外購脫硫劑的企業來說，爐外煙氣石灰石-石膏法脫硫優于氨法脫硫；而對于合成氨、鹽化工、煤化工等化工企業，副產氨水或其他脫硫劑（純堿或燒堿）的，可利用自身副產品（廢堿液）進行脫硫，降低運行費用，可選氨法、雙堿法、鈉堿法脫硫工藝。總之，目前電廠爐外煙氣脫硫石灰石-石膏法脫硫工藝占80%以上（據市場調查）。

表5 石灰石-石膏法與氨法脫硫綜合對比

6 輔機的選型

（1）給煤機。循環流化床鍋爐給煤機目前一般使用正壓密封皮帶輸送機，少數絞龍式螺旋給煤機逐漸被其取代。

（2）冷渣機。循環流化床鍋爐配套為多管式滾筒冷渣機，冷卻水走殼程，灰渣走管程。

表6 鏈斗輸渣機與皮帶輸渣機的對比

（3）一次風機、二次風機、引風機。大中型鍋爐配套變頻風機，具有降耗節能、便于控制、減少噪音等優點；小型鍋爐配套普通風機。

（4）鍋爐輸渣機。有兩種常見型號：①鏈斗輸渣機；②皮帶輸渣機。其對比見表6。目前，皮帶輸渣機得到推廣、普及。電廠鍋爐配套輸渣設備宜選擇皮帶輸渣機。

7 結 語

電廠籌建配套裝置工藝及設備選擇的優劣，直接決定電廠能否長周期安全穩定運行。而關鍵輔機如風機、給煤機、冷渣機等，應選擇質量好、型號可靠的知名品牌廠家的產品，盡可能降低動設備故障率；盡可能選擇先進的、合適的、滿足當地環保要求的、符合企業自身經濟條件的除塵、輸灰、脫硫、脫硝等配套裝置。上述介紹可供電廠籌建人員參考或借鑒，具體實施則需要綜合投資、運行成本、安全環保、經濟效益等方面的要求——希望本文能起到拋磚引玉的效果，為電廠籌建選擇最佳的工藝、設備有所助益。

Selection of Technology and Equipment in Preparing to Construct the Large Captive Power Plant

WANG Wei,ZHANG Bao-wen,XU Qing-fang,ZHANG Wei-jun,ZHANG Guo-zong
（Qinghai Salt Lake Magnesium Co．，Ltd．，Golmud Qinghai 816000，China）

Describe selection of configuration devices in constructing large captive power plant．After investigating and analyzing the advantages and disadvantages of the various processes and the key equipment，comprehensive analysis and estimation from these aspects：different professional perspectives，investment，operating cost，operation，etc．，ultimately select the best process and the equipment which suiting for the local region and the local enterprise，so the economic and environmental benefits of the enterprise are maximized．

captive power plant；boiler；turbine；dust collector；FGD（flue gas desulfurization）；ash removal system；auxiliary engine；equipment selection

TM621

B

1003-6490（2014）01-0088-06

2013-06-22

王 偉（1976－），男，河南武陟人，工程師，一直從事一線生產管理，熱電項目經理，四個熱電項目籌建、安裝、調試、運行管理經驗。