筹建大型自备电厂工艺与设备选择情况之分析

王 伟，张宝文，徐青芳，张维军，张国宗

（青海盐湖镁业有限公司，青海格尔木 457000）

其 他

筹建大型自备电厂工艺与设备选择情况之分析

王 伟，张宝文，徐青芳，张维军，张国宗

（青海盐湖镁业有限公司，青海格尔木 457000）

介绍筹建大型自备电厂各配套装置的选择情况，通过对各种工艺的优缺点以及关键设备选型的调查、考察、比较，从不同专业角度及投资、运行费用、操作等方面进行综合分析、估算，最终选择适合本地区、本企业的最佳工艺和设备，从而使企业经济效益、环境效益最大化。

自备电厂；锅炉；汽轮机；除尘器；输灰系统；烟气脱硫；辅机；选型

0 前 言

近几年中国中西部经济发展迅速，出现了众多少则几十亿多则几百亿甚至上千亿大规模投资发展煤化工及其深加工项目。新疆、内蒙古、贵州、陕西、青海、宁夏等省区煤炭资源丰富且不便远距离运输，就地深加工延伸产业链，发展循环经济，以弥补中国石油资源贫乏的不足。然而，在兴建大型煤化工项目时建设配套电厂项目是煤矿、化工、冶金等行业接触的新领域。笔者经历过四个自备电厂项目的建设，以及对数十家正在运行的自备电厂进行过考察，现对如何根据实际情况正确合理地选择自备电厂工艺与设备作一简要分析。

1 锅炉选型

锅炉是电厂的关键设备，目前国内电厂燃煤锅炉绝大部分使用炉型有：①煤粉炉；②循环流化床锅炉；③水煤浆锅炉（未推广开）。前两种类型锅炉得到普及使用。煤粉炉和循环流化床锅炉的对比如表1。

综上所述，循环流化床锅炉在运行中的问题要较煤粉锅炉多，连续运行小时数要比煤粉炉短，在规模大的电厂或化工行业自备电厂锅炉选型中，如果燃料煤质稳定、供应可靠，燃料煤含硫量低，可考虑煤粉锅炉，它具有燃烧稳定，辅机技术成熟，自动化程度高，易于操作，运行周期长，维修量相对较小的优点，适合化工系统长周期安全稳定运行的特点。反之，若燃烧劣质煤，供煤质量不稳定，且燃料煤含硫量高，环境排放要求苛刻，属于供热、调峰、热电联产类的供热形式，因循环流化床锅炉较低的脱硫成本，对各种煤适应性良好，负荷变化大情况下，可低成本经济运行，则循环流化床锅炉是较好的选择。

表1 煤粉炉与循环流化床锅炉的对比

2 汽轮机的选型

汽轮机按照热力特征分类有：①凝汽式汽轮机；②抽汽凝汽式汽轮机；③背压式汽轮机；④抽汽背压式汽轮机；⑤中间再热式汽轮机。其对比如表2。

表2 各类汽轮机的特征及适用环境

综上所述，应根据有无下游蒸汽用户以及对蒸汽压力等级的要求，满足主装置热力管网蒸汽平衡和发电兼顾的低成本运行的需要，合理选择汽轮机型式。

3 除尘器的选型

新颁布的环境保护法规定，火力发电企业自2012年1月1日起执行国家烟气排放新标准，烟气中灰尘排放浓度≤30 mg／m3。目前国内主要使用的除尘设备有以下三种：静电除尘器、静态清灰袋式除尘器、电袋复合除尘器。通过调查考察，以600 MW燃煤机组为例，静态清灰袋式除尘器与静电除尘器、电袋复合除尘器的综合对比如表3。

表3 静态清灰袋式除尘器、静电除尘器、电袋复合除尘器的综合对比

综上所述，除尘器的选择应根据当地环保标准，结合企业自身的实际情况，以及对投资和运行费用进行比对。袋式和电袋除尘两种除尘工艺都能满足日益严格的环保要求。一般而言，中小型企业宜选用袋式除尘器；新兴大型企业宜选用电袋除尘器。

4 输灰系统的选择

根据《火力发电厂除灰设计技术规程（DL／T5142－2002）》的要求，正压气力输灰系统分为稀相输灰技术、浓相输灰技术两大类型。结合笔者十多年来参与气力输送项目的实践经验，宜以“切实可行，节省投资，确保系统长期稳定、可靠运行”为原则。

4.1 稀相输送

4.1.1 稀相输送概念与特征

稀相输送 当气流中颗粒浓度在0．05 m3／m3以下，固气混合系统的空隙率ε＞0．95时，称为稀相输送，管内高速气体将粉状物料彼此分散、悬浮在气流中进行输送。其输送距离不长。

在流体-颗粒的流动系统中，具有以下基本特征的为稀相输送：①较高的空隙率，一般总是超过90%；②颗粒对容器壁显出净的移动，在这一系统中流体的速度大于颗粒的带出速度，流向相同。

稀相输送系统主要由压力泵或罗茨风机与输送管道组成，输送距离一般不大于400 m，采用0．6～0．8 MPa的压缩空气作为动力源，通过仓式泵直接从储仓将细颗粒物料压送到下一个系统的高位储仓内。压缩空气作为驱动力直接作用于细颗粒灰的单一颗粒上，即压缩空气的动能传递给被输送的物料，使物料以悬浮或集团悬浮的状态向前流动，在垂直输送管和水平输送管中，物料流动分别呈现下列特征。

（1）在垂直输送管内，气流阻力与物料颗粒的重力处于同一直线上，两者只在输送流向上对物料发生作用。但实际垂直输送管中颗粒群运动较为复杂，还会受到垂直方向其他力的作用，因此，物料就会形成不规则的相互交错的蛇形运动，形成均匀分布的定常流。

（2）在水平输送管内，一般输送气流速度越大，物料就越接近于均匀分布。但输送气流不足时流动状态会有显著变化。在输送管的起始段，是按管底流大致均匀地输送，物料接近管底，分布较密，但没有出现停滞，物料一面做不规则的滚动、碰撞，一面被输送。越到后段越接近疏密流，物料在水平管中呈疏密不均的流动状态，部分颗粒在管底滑动，但没有停滞。最终形成脉动流或停滞流，水平管越长，这一现象越明显。

4.1.2 稀相输送优缺点分析

由于稀相输送靠动能转换传递能量，以及悬浮态输送要求风速较高（物料在输送管中流速很快，可达30 m／s左右），在能量传递过程中也会损失部分能量，加上悬浮颗粒间及颗粒与管壁间的摩擦损失，因此，能耗高，固气比很低（质量比一般为5～10）；同时，管道的磨损严重，物料粉化严重，输送管道材质防磨要求高。

稀相输送不宜用于卸料站至储仓或储仓至储仓的输送过程。虽然稀相输送设备简单，占地面积小，密闭性好，配置灵活，但由于上述诸多缺陷，它将逐渐被浓相输送和超浓相输送取代。

4.2 浓相输送

4.2.1 浓相输送概念与特点

浓相（也称密相）输送 当气流中颗粒浓度在0．2以上，固气混合系统的空隙率ε＜0．8时，称为浓相输送。用高压气体压送物料，输送能力大，输送距离长，可达100～1 000 m。密相输送的特点是低风量和高固气比，物料在管内呈流化态或柱塞状运动；该装置具有结构简单，运行可靠，节省能耗，节省经营费用等特点。

（1）浓相输送由于采用静压输送，压缩空气用量比普通气力输送少。输送等量的氧化铝时动力消耗少2／3以上。

（2）固气比高达60∶1，而普通气力输送的固气比均在30∶1以下。管径可相应缩小，以降低输送压力；排出废气少，过滤面积减少，过滤器相应减小。

（3）输送速度低，仅2～3 m／s，对管道磨损小，可使用普通钢管，且运行噪音小。

（4）输送高度达30～40 m，输送距离可达450 m；主管直径可达150～200 mm，最大能力为30 t／h。

（5）物料在输送中破损小，并且在管子弯道处也不结垢，输送管道在转弯处也无需特种保护。

（6）卸料灵活，设备布置方便。

（7）易于实现全自动控制，操作人员少。

（8）设备简单，维修工程量很小。

4.2.2 上引式仓泵密相输送工艺特点

密相输送分为上引式仓泵密相输送和下引式仓泵密相输送两种工艺。上引式仓泵密相输送技术的代表公司有澳大利亚ABB、无锡某厂家等，广泛用于135 MW以下机组的锅炉；下引式仓泵密相输送技术的代表公司有北京克莱德、镇江纽普兰、江苏扬州电力修造厂、上海隆麦等，广泛用于300 MW以上机组的锅炉。

上引式仓泵密相输送系统的主要特点是，发送器采用上引式流态化仓泵，相对于下引式发送器输送管道数量较多，初始段灰气比较高，输送距离越长，灰气比越低；输送管路需外附加吹堵管路，以防堵管，增加了维护工作量和事故点。从工作机理角度讲，该气力输送系统属悬浮输送类型，即在整条输送管道中，输送介质必须达到足够高的流速以克服散粒状物料的沉降速度，才能将飞灰带走，初速度一般达10～12 m／s以上，末速度可达17 m／s以上；系统的流速高于下引式正压密相气力输送系统，相应地，磨损程度也较大。由于磨损速度正比于流速的三次方，若以下引式正压密相输送系统作为基准，则该系统的磨损较严重，故其日常维护工作量、备品备件的成本略高些。其对比如表4。

表4 两类密相输送系统的异同点及表象

总之，目前市场上稀相输灰用户较少，可以不去考虑；而对于密相输灰，下引式方案比上引式方案更为合理、经济。我们可根据煤质（灰分含量）和装置规模来选择具体的浓相输灰型式，大灰量、短距离输送宜选下引式，小灰量、长距离输送宜选上引式。

5 烟气脱硫工艺的选择

目前，国际最新的五种湿法烟气脱硫工艺技术，分别是：①石灰石-石膏法；②镁法；③钠法；④氨法；⑤海水法。以湿法脱硫为主的国家有日本（约占98%）、美国（约占92%）和德国（约占90%）等。各种工艺投资、运行费用的比较如图1所示。

图1 各种烟气脱硫工艺投资及运行费用的对比

石灰石-石膏法脱硫工艺流程石灰石经过破碎、研磨，制成浆液后输送到吸收塔。吸收塔内浆液经循环泵送到喷淋装置；烟气从烟道引出后经增压风机增压，进入GGH烟气加热器冷却后进入吸收塔；烟气在吸收塔中与喷淋的石灰石浆液接触，除掉烟气中的SO2，洁净烟气从吸收塔排出后经GGH烟气加热器加热后排入烟道。吸收塔内浆液吸收SO2后生成的亚硫酸钙，经氧化处理生成硫酸钙；从吸收塔内排出的硫酸钙经旋流分离（浓缩）、真空脱水后回收利用。

海水法烟气脱硫受地域条件限制，且有氯化物严重腐蚀设备的问题；脱硫残液p H值很低，必须配置参数合理的水质恢复系统，才能达标排放。

处理烟气量为600 000 m3／h石灰石-石膏法与氨法脱硫装置的综合对比如表5。

综合比较一次性投资、装置的安全稳定运行成本及风险等因素，对于需要外购脱硫剂的企业来说，炉外烟气石灰石-石膏法脱硫优于氨法脱硫；而对于合成氨、盐化工、煤化工等化工企业，副产氨水或其他脱硫剂（纯碱或烧碱）的，可利用自身副产品（废碱液）进行脱硫，降低运行费用，可选氨法、双碱法、钠碱法脱硫工艺。总之，目前电厂炉外烟气脱硫石灰石-石膏法脱硫工艺占80%以上（据市场调查）。

表5 石灰石-石膏法与氨法脱硫综合对比

6 辅机的选型

（1）给煤机。循环流化床锅炉给煤机目前一般使用正压密封皮带输送机，少数绞龙式螺旋给煤机逐渐被其取代。

（2）冷渣机。循环流化床锅炉配套为多管式滚筒冷渣机，冷却水走壳程，灰渣走管程。

表6 链斗输渣机与皮带输渣机的对比

（3）一次风机、二次风机、引风机。大中型锅炉配套变频风机，具有降耗节能、便于控制、减少噪音等优点；小型锅炉配套普通风机。

（4）锅炉输渣机。有两种常见型号：①链斗输渣机；②皮带输渣机。其对比见表6。目前，皮带输渣机得到推广、普及。电厂锅炉配套输渣设备宜选择皮带输渣机。

7 结 语

电厂筹建配套装置工艺及设备选择的优劣，直接决定电厂能否长周期安全稳定运行。而关键辅机如风机、给煤机、冷渣机等，应选择质量好、型号可靠的知名品牌厂家的产品，尽可能降低动设备故障率；尽可能选择先进的、合适的、满足当地环保要求的、符合企业自身经济条件的除尘、输灰、脱硫、脱硝等配套装置。上述介绍可供电厂筹建人员参考或借鉴，具体实施则需要综合投资、运行成本、安全环保、经济效益等方面的要求——希望本文能起到抛砖引玉的效果，为电厂筹建选择最佳的工艺、设备有所助益。

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 伟（1976－），男，河南武陟人，工程师，一直从事一线生产管理，热电项目经理，四个热电项目筹建、安装、调试、运行管理经验。