国产200MWCFB锅炉的设计与运行经验.docx

国产200MWCFB锅炉的设计与运行经验

　　1　概述
在跟踪国外先进技术基础上，西安热工研究院和哈尔滨锅炉厂有限责任公司合作研制了国产100MW CFB锅炉，安装在江西分宜发电厂，于2003年6月19日成功投入商业运行，并取得了良好的运行性能。
鉴于国内目前尚无成熟的200MW CFB锅炉技术，着眼于我国大型CFB锅炉的发展和目前200MW ~300MW CFB锅炉的市场需求，研制具有自主知识产权的200MW CFB锅炉具有重要意义，以减少对国外技术的依赖，增强国内CFB锅炉的设计与制造技术实力，加速国产CFB锅炉的大型化发展。
2　国产200MW CFB锅炉性能参数及设计思想

西安热工研究院根据CFB锅炉大型化的基本原则，针对江西分宜发电厂200MW CFB锅炉工程煤种，研究设计了国产H型200MW CFB锅炉。煤种煤质分析数据见表1，石灰石化学成分分析见表2，200MW CFB锅炉主要设计性能参数见表3。
表1　设计煤种和校核煤种煤质特性
表2 分宜石灰石化学成分分析
表3 200MW CFB锅炉设计性能参数

国产200MW CFB锅炉的主要设计原则为：
(1) 以已取得运行经验的分宜发电厂100MWCFB锅炉为基础进行放大设计；
(2) 锅炉整体布置和主要结构继续采用西安热工研究院和哈尔滨锅炉厂有限责任公司联合开发的100MW CFB锅炉结构为基础的H型炉型，注重结构的优化设计；
(3) 采用分流式回灰换热器专利技术；
(4) 炉膛及关键部件的放大力求将其主要参数保持在西安热工研究院已有的工程经验范围内；
(5) 上升颗粒在炉内的计算停留时间不小于6秒，可保证分离器不能捕集到的细颗粒在一次通过炉膛后基本燃尽；
(6) 对设计煤种在1MWth CFBC半工业试验台上进行了试烧，确定工程设计所需要的技术参数；
(7) 针对煤质特性选取合理的炉膛高度和炉膛温度，以保证锅炉燃烧效率；
(8) 炉膛空床速度小于/s，并且在结构上采取成熟可靠的防磨技术措施。
3　锅炉炉型特点
　锅炉采用H型整体布置
4个旋风分离器分两组布置在炉膛两侧，每侧各布置2个，锅炉布置结构如图1。
图1　200MW CFB锅炉为H型整体布置
　分流式回灰换热器
国外大型CFB锅炉为解决炉内受热面布置空间不足或虽可布置但磨损倾向严重等问题，广泛采用外置换热器，即在CFB锅炉的灰循环回路上布置外置换热器，将循环灰载有的一部分热量传递给一组或数组受热面。在外置换热器内，一般布置有高温再热器和高温过热器。其中外置换热器采用机械阀控制循环物料的分流量，从而控制过热器/再热器汽温和炉膛温度。该类型外置换热器及其配套使用的循环灰回送及分流装置结构复杂，布置困难，机械阀需要定期更换。
热工研究院根据已有的研究成果，开发了紧凑式分流式回灰换热器(CHE)专利技术。该换热器采用空气动力控制循环物料的分流量，同时兼有循环灰的分流、冷却和回送功能，在结构上易实现整体化。
分流回灰换热器的工作原理是灰分配室利用合理的结构和配风将来自分离器的循环灰分流成两部分，一部分流向高温回灰管作为高温循环灰返回炉膛，另一部分则流向布置有受热面的高温换热床，在其内循环灰受热面管束进行热交换，然后流入低温回料室，被冷却至600～750℃的灰颗粒通过低温回灰管返回炉膛。
国产200MW CFB锅炉共布置4台分流回灰换热器，在分流回灰换热器内布置有部分过热器和再热器，CHE结构如图2所示。
图2　分流回灰换热器简图
　采用?流式风帽
国产200MW CFB锅炉约有50%燃烧所需的空气通过燃烧室底部的水冷布风板进入炉内，布风板上采用?流式风帽，在分宜100MWCFB锅炉上的运行结果表明，该型风帽具有以下显着优点：
①防止灰渣落入风室。
②避免风帽小孔堵塞。
③减少风帽顶部结焦。
4　锅炉基本结构概述
本锅炉为单汽包、自然循环、采用高温绝热型旋风分离器的CFB锅炉，锅炉的结构如图3和图4。
图3　国产200MW CFB锅炉侧视图
图4 国产200MW 前视图
　　　炉膛
锅炉炉膛为单炉膛结构，四周由膜式水冷壁构成。炉膛截面积。炉膛水冷壁管规格为Ф60×，下部锥段为密相区和过渡区，上部直段为稀相区。炉膛内与后墙垂直布置屏式过热器。整个炉膛为全悬吊结构，其重量由水冷壁上集箱通过支吊装置传递给顶板梁。
两侧墙水冷壁在炉膛下部距布风板7500mm高处开始收缩，形成锥段结构。锥段四周水冷壁上打防磨销钉，并敷设耐磨耐火材料。耐火防磨层与水冷壁交接面处的水冷壁采用特殊弯管结构，以避免贴壁回流物料在转向时对水冷壁的磨损。锥段四周开有许多孔，主要有以下几种：
二次风口，二层共44个；
回料口，两侧墙共8个；
排渣口，左侧墙4个；
点火孔，两侧墙各3个；
检修人孔，两侧墙各1个；
温度和压力测孔及看火孔等若干个。
炉底为水冷布风板和风室，布风板有效面积为。布风板的鳍片上装有?流式风帽。布风板上部空塔速设计值＞5m/s，以保证较大颗粒亦能处于良好流化状态。
燃用劣质烟煤的200MW CFB锅炉，炉膛的设计床温为890℃。
　分离器和循环回路
4个高温旋风分离器是CFB锅炉实现气固分离的关键部件。旋风筒内径6400mm，是现有已运行的100MW CFB锅炉分离器内径的倍，基本没有放大风险。
分离器出灰口下部为立管，立管下部直接与风控式分流回灰换热器相连。为了确保回料正常，装置专用高压风机用来提供回料控制风。
分离器进口烟道与炉膛连接处设置可吸收热胀差的密封装置，分离器出口烟道水平段及回料管直段均装有膨胀节。分离器入口烟道，烟气入口处的筒体均为局部高磨损区，故选用超高强度耐磨耐火材料。
分离器采用支承方式，将所有重量通过支架传递给锅炉钢架。
　过热器及再热器
国产200MW CFB锅炉方案设计布置有三级过热器。II级过热器布置在炉膛内，III级过热器布置在尾部烟道， I级过热器布置在CHE内。过热器系统设有三级喷水减温器。
两级再热器分别布置在分流回灰换热器内和尾部烟道内，I级再热器管径Ф51×4，材料为15CrMoG，II级再热器管径Ф57×5。再热器系统设有一级喷水减温器。
III级过热器、I再热器通过省煤器连接管将其重量传递给顶板梁上。III级过热器和I再热器每组管束上两排及靠炉墙面的两排管子上均应设有防磨盖板。
　省煤器
省煤器采用Ф32×4的蛇形钢管，顺列逆流布置。烟道内有三个出口联箱，从联箱上各引出71根出水管，作为III级过热器和I再热器的吊挂管，垂直向上穿出烟道外，出水管子规格为Ф42×8和Ф51×8。
　空气预热器
虽然在大型CFB锅炉中采用管式空气预热器其体积及占地面积都比回转式空预器大，但由于CFB锅炉烟风侧压差是常规煤粉炉的几倍，为降低漏风，提高锅炉运行经济性，国产200MW CFB锅炉选用管式空气预热器。
空气预热器为管式2级4流程卧式结构，管子规格为Ф60×，在各个流程之间有连通箱连接。预热器风道间均装有胀缩接头，用以补偿热态下的相对膨胀。
整个预热器的重量通过横梁传递到构架柱子上。
　吹灰装置
为了能及时清除受热面的积灰，以保证锅炉的效率和出力，各组受热面管束间应装设相应的吹灰装置。
　给煤系统
200MW CFB锅炉布置了4套给煤系统。每套系统包括2台刮板式给煤机，每套系统设计传送25%的燃料量。
在给煤系统的上游有两个煤仓。在100%的锅炉出力下，每个煤仓容量能提供8小时的给煤。
每个刮板式给煤机可变速调节，能通过锅炉最大负荷时总燃料流的%到25%。锅炉在正常的满负荷运行工况下4台刮板式给煤机同时工作。
燃料从刮板式给煤机，经过落煤管，采用气力播煤方式送入炉膛。
由于配备了4套给煤系统，就能保证在不同的工况下实现最最佳的锅炉运行方式。即使在一套给煤系统发生故障时，锅炉负荷也能得到保证。
　石灰石制备及给料系统
国产200MW CFB锅炉配备了一套石灰石给料系统。一个石灰石仓、一台螺旋给料机和2台鼓风机和相应的气力输送管道。
石灰石仓容量为100%锅炉负荷8小时的石灰石需求量。每台可调速石灰石给料机有10:1的调节能力。
　床料给料系统
国产200MW CFB锅炉给料配备了床料给料系统，用来为最初起动或燃烧低灰分燃料运行时给入床料。当燃用高灰分的劣质煤时，该系统无需运行。
床料给料系统包括一个床料仓、管道系统、气力输送风机、两个进料口和隔离阀。
　风机配置表4　国产200 MW CFB锅炉风机配置　底渣冷却系统
4台冷渣器以及与之配套的排渣设备保证了最佳的系统可靠性，并留有50的备用余量。冷渣器采用西安热工研究院研制的排渣控制冷却器，灰渣从炉膛经过排渣控制器进入冷渣器。在冷渣器内，灰渣流过水冷却受热面再从排渣管以及灰渣旋转阀排出冷渣器，再进入灰渣输送机。冷渣器的冷却水为冷凝水。
　点火启动系统
点火系统采用床上及床下联合点火启动方式，其总的热功率为30% BMCR。床下设置4台热烟气发生炉，热功率为4×3% BMCR，床上设置6个油枪作为辅助点火装置，热功率为6×3% BMCR，布置在距布风板2000mm处的前后墙及两侧墙上。
5　结语
国产200MW 循环流化床锅炉将安装在江西分宜发电厂，预计2006年初投入运行，该台CFB锅炉将为中国进一步研制300MWCFB锅炉提供技术基础和示范作用。参考文献：
[1]　W.-Fr. Stab, V. adamec. Difficult to burn fuels in mid-size to large CFB applications latest experience and outlook[C].Proceedings of the 16th international conference on fluidized bed combustion . May 13-16,2001,Reno,
　Robert A. Dyr, Jerry Hebb,　Darling. The JEA CFB Demonstration Project: An update[R]. PowerGen--Europe,Helsinki,Finland,June20-22,2000.
　Jong-Min Lee, Jae-sung Kim.　Status of the 200MWe Tonghae CFB boiler after cyclone modification.
　Steve Goidich. Integration of the BENSON vertical OTU technology and the compact CFB boiler[C].powerGen international Orlando,Florida November 2000.