BWB-75／5．3－M（F）低倍率循环流化床锅.doc

BWB-75／5.3－M（F）低倍率循环流化床锅炉
北京巴布科克.威尔科克斯有限公司工程部 张利群
众所周知，流化床燃烧技术由于它独特的优点而受到世界各国的普遍重视，为此开展了大量的理论研究和工业性试验，并且已进入商业化应用阶段。我国研究流化床锅炉起步较早，至今已有二十多年的历史，已从小容量工业庆锅炉向大容量电站锅炉发展，在劣质燃料的利用、设计、运行、点火、防磨等方面形成了自己的特色。
随着改革开放的深入，工农业生产的迅速增长，我国的能源供应状况日趋紧张，而我国的低热值燃料较为丰富，如煤矸石、泥煤、石煤等，单是全国统配煤矿已积存十多亿吨矸石，且每年还要增加一亿多吨，如不妥善使用将侵占农田并污染环境。
面对着我国锅炉燃料的来源，种类和质量多变的情况以及环境的保护日益严格的要求，流化床锅炉的强化燃烧、强化传热、 炉内脱硫效果好，排烟中NOx的含量少等优点，使得流化床燃烧技术得到很大发展，它是电站锅炉和工业锅炉一种很有前途的燃烧方式。为此我们公司决定发展循环流化床锅炉，为我国利用低热值燃料做出贡献。
本公司在循环流化床锅炉方面的起步较晚，但我们总结了合资以来的宝贵经验，坚持了“外引内联”的技术发展方针，在两年时间里设计和制造了35T／H、50T／H、75T／H流化床锅炉。总共是七家用户，十三台锅炉。目前这些锅炉都已投入运行，35T／H锅炉已作过鉴定。实践表明我公司生产的循环流化床锅炉是比较成功的，表1为我公司的产品情况。
北京巴.威公司低倍率循环流化床锅炉实绩 表1
蒸发量
压力
安装地点
设计制造年月
投入运行年月
数量
35T／H
2.45MPa
内蒙临河糖厂
1990年4月
1991年10月
1
35T／H
3.82MPa
黑龙江带岭林业局
1992年5月

1
35T／H
5.3MPa
浙江余姚化纤厂
1992年5月

1
35T／H
3.82MPa
河北承德化工总厂
1992年8月

1
50T／H
5.3MPa
北京通县西南区域热电站
1990年10月
1993年1月
3
75T／H
5.3MPa
辽宁大连金州热电厂
1990年11月
1991年10月
3
75T／H
5.3MPa
内蒙包头电力修厂
1991年6月
1993年5月
1
75T／H
5.3MPa
内蒙包头电力修厂
1993年5月

2
一、 设计指导原则
1、走低倍率循环流化床锅炉的发展道路
锅炉型式的选用要从国情出发，目前我国的流化锅炉绝大多数燃用劣质燃料，筛分宽，项目投资有限，自控程度不高，运行经验不足，在这种情况下对中小容量的流化床锅炉采用低循环倍率较为稳妥可靠。因为当前的重点是要解决劣质燃料的利用和环境污染问题，对于用户来说锅炉以能长期全经济满发是放在首位的事情。
 2、  锅炉设计尽是采是采用我公司产品的原有成熟的经验
  合资前我们已生产了数百台中压和次高压锅炉，产品已形成了较具特色的风格，如前吊后支，集中下降管，敷管式炉墙，自冷凝喷水减温，栅格平台等，这些特色在流化床锅炉中都予保持。
 3、  采用业已成熟的技术，采用哈尔滨工业大学的燃烧技术和吸收借鉴美国B&W公司的技术。锅炉的炉膛采用膜式水壁保证炉膛密封性，减少漏风，同时又可防止结渣，减少炉膛蓄热量，加快流化床锅炉启动速度。飞灰回送装置采用槽形分离器和非机械式的H型阀则是吸收和借鉴哈工大和美国B&W公司技术，目的是为了锅炉布置紧凑提高锅炉可用率。
   4、  吸取兄弟厂和用户的经验，尊重用户和安装公司，设计院的意见和要求，精心设计和制造。
二、锅炉设计中某些技术问题的处理
我公司首批低倍率循环流化床锅炉是由哈工大热能工程专业负责方案设计，我公司进行技术设计和施工设计。
1、  受热面的磨损
循环流化床锅炉的磨损问题一直为人们所关注，因为这直接影响到锅炉能否长期安全运行，据说有的锅炉号称“月炉”，就是因为磨损而引起暴管十分频繁而得名的。为此，我们在设计上采取很多措施，如在易磨损部位都加装了鳍片、防磨瓦、防磨板、防磨套管等，所有门孔部分的管子都弯向炉外侧，各部分受热面管子的规格选用时也作了适当的考虑。
实践证明，上述措施是有效的。1992年6月，临河糖厂和我公司联合对35T/H锅炉各部分受热面管子作了详细的测量，测量结果表明锅炉经过一个制糖期的运行后，除极个别的管子外，绝大部分管子磨损轻微，可以放心地使用数年。
          2、锅炉的密封
循环流化床锅炉的烟气中含尘浓度(指分离器前)远远高于层燃炉和煤粉炉，如果密封问题处理不好，大量烟灰外漏，会造成锅炉房的严重污染，这在过去是不乏先例的。同时流化床锅炉的送风压头较高，如果在空气预热器管箱和连通罩以及风道上不采取些特殊的措施，就难免会大量漏风，造成损失和影响锅炉运行，为此在设计时我们大量采用了B&W公司的炉顶密封技术。
对于空气予热器管箱我们要求在出厂前做煤油渗漏试验,而以往只有在高压锅炉上才有这种要求。对于空气予热器的连通罩，则采用加厚钢板和框架用角钢加密。
通过热工试验和运行,我们认为锅炉各部位的密封基本上是成功的.
    3、减温方式
我公司生产的数百台中压锅炉绝大部分采用自冷凝喷水减温，是一项成熟的先进技术,是我公司产品的一大特色。流化床锅炉是新型锅炉，对它的认识还是有个过程,同时流化床锅炉启动速度快，所以采用的减温方式应该是调温幅度大，调节灵敏，从这个角度讲选用自冷凝喷水减温是最合适的。运行表明这对保证锅炉过热器安全运行和锅炉变负荷时蒸汽参数的稳定起了良好的作用.
    4、采用分级燃烧
吸取了煤粉锅炉的特点,部分热风从稀相区作为二次风由炉膛四角送入炉内组成切园燃烧。由于加强了混合，使进入稀相区的细煤粒及可燃气体得以继续燃烧，不但提高燃烧效率，且可降低NOx和飞灰排放量。
5、采用槽型分离器，是本公司CFB 锅炉的特点, 这是基于B&W公司大量的试验研究和实际运行经验设计而成的。它的优点是:
1) 锅炉设计紧凑，可以大量采用以往锅炉制造的成熟经验。
2) 可提高锅炉启运速度，便于分离器维修，且降低了分离器的热损失。
3) 进入槽形分离器的烟速低而且均匀，把分离器磨损问题降到最低点。
4) 配合灰斗，H阀可进行物料控制。
三、75T/H锅炉设计和结构介绍
我公司在1990年10月接受了大连金州热电厂3台75T／H流化床锅炉的设计，制造任务。在总结了我公司流化床锅炉的设计和运行经验基础上和哈工大共同设计了这台低倍率循环流化床锅炉。锅炉采用单锅筒，π型布置，前吊后支，膜式水冷壁，在密相区布置了埋管，过热器分两级，中间设自冷凝喷水减温装置，尾部设备单级省煤器和空气予热器，采用集中下降管，负压给煤，槽形分离器和飞灰回燃装置等技术。在1991年3月投入生产，6月份产成发往工地，使得金州热电厂第一台锅炉在91年11月15日能够正式点火。 这样就完成了我们订下的目标，即在1年内完成设计，生产、安装，点火的任务。基本上保证了金州区人民的供暖问题的顺利解决。
1、  锅炉基本性能
1）  锅炉参数
额定蒸发量 75T／H
过热蒸汽压力 5.3MPa
过热蒸汽温度 4500C
给水温度 1500C
2）  燃料特征
锅炉按劣质烟煤设计，特性如表2，颗粒度要求0－0.5mm细粒不大于15％，0－1mm不大于30％，最大颗粒不大于10mm。
燃料特征 表2
名称
CY
KY
OY
NY
SY
WY
AY
VR
QYDW
设计煤种
41.18
2.76
6.77
0.61
0.98
19.24
28.46
36.35
125244KJ／KG
T1
T2
T3
KKM

11700C  
12400C
13100C
600C
3）  主要热力计算数据
锅炉在额定负荷下各级受热面的烟气出口温度及烟气的平均速度见表3。在设计时，锅炉所选取的各项热损失见表4。
受热面出口烟温及平均烟度 表3

出口烟温(0C)
平均烟速M／S
密相区
976.3
4.39
稀相区
845
－
高温过热器
717
7.45
低温过热器
538
8.07
上级省煤器
390
9.17
下级省煤器
250
7.58
空气预热器
149
11.32

各项热损失的选取值 表4
名称
设计值
排烟热损失Q2
6.719
化学不完全燃烧热损失Q3
0.5
机械不完全燃烧热损失Q4
7.073
散热损失Q5
0.8
砂渣物理热损失Q6
0.891
总的热, 损失Q
15.983
锅炉机组效率η
84.017
4）  主要的空气动力计算数据
锅炉本体烟道阻力 1668PA
锅炉本体风道阻力 8781PA
锅炉的排烟量 143005M3／H
锅炉的送风量 83139M3／H
锅炉总体设计
锅炉的结构如图1。 锅炉米要界限于尺寸见表5，炉膛及各受热面积如表6。，
表5
名称
数值MM
锅炉标高
24300
最高点标高
27800
炉膛宽度
5810
炉膛深度
5810
锅炉宽度
8560
锅炉深度
14200
锅炉最大宽度
17800
锅炉最大深度
17500
运转层标高
7000
锅炉本体金属总重
460

表6
名称
数值M2
密相区
108.9
布风板
19.148
稀相区
172.4
稀相区容积M
379.4
高温过热器
177.16
低温过热器
348.08
上级省煤器
406.82
下级省煤器
749.68
空气预热器
1778.73
3、设计要点
（1）采用双级燃烧，床内燃烧份额常规鼓泡床锅炉低，11％的热风自稀相区以二次风送入炉内，组成成切园，加强混合使进入稀相区的细煤粒及可燃气体得以继续燃烧，不但可提高燃烧效率，且可降低飞灰和NOx排放量。
（2）采用置于烟气低温区的飞灰分离器，将飞灰在5400C范围内分离并经H型阀送回炉内，大大简化分离器的结构，由于分离器置于5400C的烟温区内，分离器材料也易于解决，使分离器检修及维修方便。
（3）合理选择飞灰分离器的捕集效率。常规鼓泡床锅炉运行时，长期测试资料表明，0.1mm以下的飞灰含碳量很少，而0.15～0.35mm飞灰含碳量大于全倍飞灰含碳量的50％从提高燃烧效率的角度出发，希望能将0.15～0.35mm以上粒径的飞灰回收，根据常规鼓泡床锅炉飞灰粒度组成，分离器捕灰效率约为60％即可满足要求。另一方面，飞灰分离器效率直接影响飞灰粒循环倍率，本炉飞灰分离器的总捕集效率约75％，即可使燃烧效率足够高又可使飞灰回送装置简化，分离器本身的结构也不复杂。
    （4）锅炉降负荷率按常规锅炉选取。一般认为流化床锅炉有极好的降负荷性能，有些报告提出可降至正常负荷的10％以下，这是从燃烧的角度考虑的。如结合到锅炉的运行工况，如过热汽温，高温段省煤器出口水的沸腾度，锅筒内气水分离条件及水循环情况等，流化床锅炉最低负荷也是有限制的，对于一般煤粉炉，负荷过低将使燃烧难于稳定，即由燃烧工况决定降负荷程度。而流化床锅炉虽然从燃烧角度来看，可以在更低的负荷下运行，但受热面与常规锅炉变化并不大，从锅炉输出合格蒸汽的条件看，仍不宜选用过低的负荷。本炉在70％负荷时尚能保证过热汽温。
    （5）锅炉横断面尺寸与同容量煤粉炉相似，以使锅炉房结构不致产生太大的变化，利用流化床锅炉传热系数高的特点，尽量使锅炉高度降低，以降低电厂厂房建筑投资。
    （6）各种设计参数的选取偏于安全。
4、锅炉基本结构
1）  水循环系统
锅炉汽水系统示于图2。
锅水由四根φ273×16的集中下降管引到炉膛底部，再由24根φ108×6和12根φ159×12的供水管分别引入水冷壁和埋管的各个下集箱，整个水冷系统分成18个循环回路，前后侧水冷壁各3个回路，埋管左右各为3个回路。
2）  过热器系统
过热器系统包括顶棚，一级过热器和二级过热器。二级间设有自冷凝喷水减温器，从锅筒出来的饱和蒸汽由4根 φ 108×16mm的管子引入一级过热器入口集箱，再经由61根φ38×3.5的管子构成顶棚过热器和一级过热器，蒸汽经一级过热器出口集箱引入减温器，减温后进入由60根φ38×3.5及φ38×4.5的二级过热器。过热蒸汽经4根φ133×6的管了引入集汽集箱。
3）  炉膛
  炉膛分为稀相区和密相区，稀相区高约12m，气流平均停留时间大于2秒，密相区布置有埋管共29排，每排4根，顺列布置，布风板为风帽式。全炉分为六个床，每个床的燃烧量相当于10T／H常规流化床锅炉，每床装有风帽628个，并设有一个冷灰口及溢流口，采用负压自流给煤，使细粉进入稀相区燃烧，大粒子落入床内燃烧，每床一个给煤口，配有占总风量3％的播煤风，各床以短墙隔开，中间有中隔墙，各床可分别启动及运行，每个床下设有单独风箱。它是承重刚性结构。
4）省煤器和空气预热器
  省煤器及空气预热器系常规单级布置，为防止空气预热器运行中振动，加装了防振隔板，并装有防磨套管。
四、锅炉冷热态试验介绍
  在91年11月份我公司和哈工大及金州热电厂对5＃炉做了冷态试验。主要目的是想摸清锅炉在设计和安装中存在的毛病并加以解决，为顺利的点火启动和运行创造必要的条件。
1）  检查送引风机的主要技术规范以判断满足锅炉满负荷下运行的要求，同时检查送引风系统的漏风大小, 操作控制系统的灵活性，正确性,以及调节特性，同时检查二次议表的精度。
2）  检查各空床的布风板阻力，并绘制布风板阻力与一次风量关系图。
3）  确定不同料层厚度时床阻力，并绘制其与一次风量关系图，并确定最小流化风量和相应的一次风压。
4）  检查所有风门挡板的开度，指示数是否与控制室表盘指示数相符合，并调整一致。
5）  检查二次风量的大小，判断是否符合设计要求。
6）  进行二次风空气动力场试验，检查切园是否符合要求，并作必要的调整。
  通过冷态试验对锅炉及辅机的安装提出了一些建议，并为起启动运行提供了必要的对比数据。
92年3月16日，三方对锅炉进行了热态调整试验工作，希望找到过热器超温的原因和解决办法。试验发现锅炉运行时，风箱风压一般在3100－4900Pa，一次风压在4500－5500Pa左右，而临河糖厂的风压一般在7000Pa左右，说明运行的床内料层太薄（300－350mm）而临河35T／H炉料层厚度在500mm以上，由此可见金州75T／H炉处在薄料层大风量的状态下运行，使锅炉各部位的烟气温度低于设计值较多（见附表）。由于炉内过剩空气系数较大，就引起过热器的超温，我们认为就锅炉而言过热器超温主要是由薄料层运行造成的，一般沸腾层中埋管的吸热量可按下式计算。
Q=H.K.△t/Bj
Q：埋管在沸腾床内所吸收的热量 kcal/kg
H：沉浸受热面积 m2
K：传热系数 Kcal/ m2.h.℃
△t：床温与工质温差 ℃
Bj：计算燃料消耗量 kg/h
由上式可见 ，埋管的吸热量Q与受面积H成正比，而后者与料层高度成正比，增加料层高度可提高埋管的吸热量，使埋管中的汽水混合物流速加快，这是提高锅炉负荷，使过热器温恢复正常的唯一方法。另外提高料层厚度就增加料层阻力，从风机的风量和风压特性可以看到当风压提高时风量下降，这对提高床温，减少对流过热 器吸收热量也有很大的好处。
另外，就送风机而言，试验时风机挡板开度已达90％以上，一次风档板开度均超过90％，风机电流已达62A（极限65A），即使这样，一 次风压从来未超过5500Pa，说明风机的风压只能维持薄料层工作。这说明锅炉 行不正常在每种程度上是由风机造成的风量，风压奥氏分折仪测量锅炉各部位的过剩空气系数，用微压计和比托管来检查风机的风量，风压特性，结果表明在空气预热器尾部和入口所测得空气过剩系数分别为1.5和1.67为了确认风机风压不中比，我们将两个应压火，用4个床运行来提高风机的压头，这样料层厚度就可以增到500mm左右，在压火的两个床内把床料放光，待温后加入冷炉料。于92年3月20日进行4床运行试验（1.4床压火2、3、5、6床运行）。这样把埋管下沸腾层温度稳定在950－980℃左右，风箱风压增加1000PA左右一次风压从平时5500Pa（右）增加到5500Pa（左）6500Pa。各部位的烟气温度逐步接近于设计值,在特别是二次风区烟温升到10200C ，使细煤在炉膛内充分燃烧，真正起到二次燃烧的作用，在设计汽压下，4床运行的过热蒸汽流量达53－55T/H减温水从10T／H以上降到6T／H如折算成6床高料层运行，锅炉额定出力75T／H是有保证的，这是参试人员一致同意的，所以就超温而言,实际是风机问题和破碎机后煤颗粒太大的问题，试验数所见附表。
金州热电厂5＃炉于91年11月点火以来，除各种原因停炉以外，至今共运行了5500小时左右，运行期间锅炉负荷在50－60吨左右，汽压在40KG／CM2左右，也可以这样说，锅炉性能设计没有什么大问题。经过两个冬季运行，锅炉也未发现有严重磨损的地方，埋管减薄量只有0.2MM左右，防磨方面还是比较成功的。但本锅炉门布置不合理，影响操作这的确是一个问题。
二、 存在问题及解决方案
通过两个冬季的运行，现在大连金州电厂5＃炉存在问题主要是两个。
1）超温问题，在些同志还有一些不同的看法，我们希望在把外部的一些问题解决之后，再进行一次热态调整试验，以便能够拿到更多的数据，这就需要双方都做一些工作，如果全面测试后锅炉是超温，北京巴，威公司将对此提供解决办法。
2）炉门问题，炉门位置较低，运行操作不便，对此我们提出了一些修改方案，现在我们拟采用新设计的大门套小门的结构，在观察时只打开小炉门，只有在打焦时才把大炉门打开。
今年4月份我我们和包头第三热电厂签订两台75T／H流化床锅炉上，做了如下的一些设计改进工作。
1）  增加有配风和雾化的固定式点火装置。
2）  使用新设计的炉门。
3）  取消渗铝播风板，换成小的铸铁板。
4）  修改在金州电厂安装时发现的一些不周的问题。
六、今后的发展
目前CFB锅炉在国内发展较快，无论对于锅炉空量及硫都提出了新的要求，这就使我公司加快了这方面的技术开发T 和技术引进工作，根据市场需要公司目前正在组建试验台架，以便对一些引进技术进行签定，并在此基础上加以发展。与此同时，为满足市场需要，我们正在全面引进BW公司的CFB技术至今，针们认为设计和制造一台50MWCVB锅炉，并达到排放要求是没有问题的，一个类似的方案建议可见图3。
该炉特点是快速床，采用二级槽形分离器多管除尘器收集物料，经可控L阀进行物料循环和锅炉控制。
锅炉为单汽包自然循环，炉内布置有屏式过热器和部分双面水冷壁，参考锅炉的设计和运行情况可参见表7、8、。
煤质参数（重量百分比） 表7
元素分折

灰分A
32－49
水分W
7.5－13
碳C
50.1－31.4
氢H
2.4－1.5
氮N
0.8－0.5
硫S
1.1－0.7
氧O
6.15－3.9
固定／挥发份
2.8－4.5
高位发热值 MJ ／Kg
14.2－18.8

CFB 锅炉性能数据 表8
名     称
  预  测  值
实  际  值
蒸汽流量
58.59 kg/s
58.69 kg/s
蒸汽温度
513℃
510℃
蒸汽压力
10.69 MPa
10.55 MPa
烟气含尘量
< 37 mg /nm3
< 37 mg /nm3
一氧化碳排放量
< 306 mg /nm3
< 221 mg /nm3
氧化氮排放量
< 738 mg /nm3
< 74 mg /nm3
二氧化碳排放量
  < 738 mg /nm3
 < 540 mg /nm3

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