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130t/h中温中压循环流化床锅炉的开发和技术特点
发布时间：2013-08-18 08:34 来源：未知
1、上海锅炉厂有限公司循环流化床锅炉研究开发的历程
上海锅炉厂有限公司是我国最早的大型锅炉制造企业，也是国内最早研制流化床燃烧锅炉的企业之一。上海锅炉厂有限公司的循环流化床
锅炉研究开发大致可分为3个阶段。
1.1第1阶段（70年代初期一90年代初期）自行研制阶段
(1)上海锅炉厂有限公司1970~1971年为上海杨浦发电厂35t/h旧锅炉改造成鼓泡床锅炉，开始了流化床锅炉早期试验研究，进行了多种煤的燃烧试验及传热特性的试验。
(2) 1971年在福建漳平电厂改造的10t/h鼓泡床锅炉上进行无烟煤燃烧试验和埋管（工质为水或蒸汽）传热系数测定。
(3) 1972年又在广东江门甘蔗化工厂改造的50t/h鼓泡床锅炉上做了分床点火及水循环试验，进一步掌握了燃烧及锅内技术。
(4)在厂内试验台上做了不少冷态试验，加深了对流化床流体动力学特性的理解，掌握了大面积床配风装置的关键设计技术。
(5) 1976年为广东韶关电厂设计制造了130t/h鼓泡床锅炉。
(6) 1976年以后为湖南省设计制造了4台35 t/h鼓泡床锅炉：其中益阳泥江口电厂1台，燃烧1090kcal/kg煤矸石，获得1985年国家科技进步二等奖；冷水江氮肥厂一中，燃烧2000kcal/kg炉渣；资兴矿务局2台，燃烧1000kcal／kg煤矸石。
(7) 1978年为黑龙江鸡西滴道煤矿又设计制造了2台130t/h鼓泡床锅炉，燃烧1500~2000kcal/kg煤矸石，达到设计要求，获得1985年上海市科技进步一等奖。
(8) 1992年为广东阳山电厂第2台130t/h鼓泡床锅炉在尾部转向烟室处装置百叶窗分离器，通过回料器将分离器分离下来的物料回送入炉膛。这台锅炉成功投运，表明上海锅炉厂有限公司在技术上完成了由鼓泡床向循环流化床的过渡，富通新能源销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧木屑颗粒机压制的木屑生物质颗粒燃料。
在此期间上海锅炉厂有限公司解决了许多难题，摸索出了许多经验，研究了燃烧特性、传热问题、磨损问题、膨胀问题、密封问题、材料选择，摸清了工艺流程，为开发循环流化床锅炉提供了十分宝贵的技术经验。
1.2第2阶段（90年代初期一90年中后期）吸收消化阶段
90年代起，上海锅炉厂有限公司与日本石川岛播磨重工(IHI)、三井造船(MES)、美国FOS-TER WHEELER、芬兰AHLSTROM、瑞典KVAERNER等大公司合作，分包设计制造了各种容量（30一432t/h）的近20台循环流化床锅炉。通过制造这些产品，我们掌握了许多循环流化床锅炉的设计原理和关键结构、工艺流程，获得了大量制造经验，增添了大量制造设备，为循环流化床锅炉的自行开发打下了良好的基础。1.3第3阶段（90年代中期至现在）中外合作开发自主知识产权的循环流化床锅炉
90年代中期开始，上海锅炉厂有限公司与中国科学院工程热物理研究所和日本三井造船株式会社3方合作，实行强强联合。以中国科学院工程热物理所长期开发的经验，日本三井造船株式会社先进的技术和上海锅炉厂有限公司先进的制造技术、可靠的质量及完善的售后服务，共同开发了适合国内用户需要的循环流化床锅炉。在开发过程中，上海锅炉厂有限公司做了许多方面的研究工作，如炉膛传热特性、布风板和风帽结构、旋风分离器效率与结构、受热面的积灰特性、煤种适应性等等，并培养了大量的技术人员。目前，上海锅炉厂有限公司已经形成了自主知识产权的开发大型循环流化床锅炉的设计、制造和运行体系，积累和制订了设计循环流化床锅炉的技术规范。
目前，为望亭电厂设计制造的75t/h循环流化床锅炉已经通过性能试验，各项性能指标均达到设计值，得到了用户的好评。同时，还分别为甘肃窑街矿务局、山西天石电力有限公司（原山西灵石热电厂）、湖北松源发电有限责任公司（原湖北松木坪发电厂）和安徽丰原生物化学集团公司先后设计制造了10台130t/h中温中压循环流化床锅炉，其中，甘肃窑街矿务局的130t/h循环流化床锅炉被国家经贸委立为节能示范项目。
2、130t/h循环流化床锅炉的性能参数
2.1设计参数
额定蒸发量 130t／h
额定蒸汽压力 3.82MPa
额定蒸汽温度 450℃
给水温度 170℃
冷风温度 20℃
2.2燃料
4．家电厂的燃料分析数据见表1：
2.3性能参数
4家电厂的性能数据见表2。
3、锅炉整体概述
130t/h中温中压循环流化床锅炉为单锅筒自然循环、露天布置。锅炉采用汽冷式旋风分离器进行气固分离，高温回灰，全钢架支吊结构。
锅炉采用膜式水冷壁炉膛，炉膛内不布置任何屏式蒸发受热面。
锅炉共设有2个给煤点，2台气力给煤装置置于炉前，在前墙水冷壁下部收缩段沿宽度方向均匀布置。炉膛底部是由水冷壁管制成的水冷布风板，风室后部出口与风道点火器相连；风道点火器一共有2台，每台各布置有1个高能点火燃烧器，用于锅炉启动点火。
炉膛与尾部竖井之间，布置有2台汽冷式旋风分离器，其下部各布置1台U型回料器。
在尾部竖井中从上到下依次布置高温过热器、低温过热器、省煤器和空气预热器。过热器系统中设有一级喷水减温器。
锅炉整体呈左右对称布置，支吊在锅炉钢架上。
锅炉基本尺寸：
锅筒中心标高 34.5m
锅炉运转层标高 8.Om
锅炉左、右柱中心宽度 9.4m
锅炉前、后柱中心深度 19.2m
炉顶大板梁标高 37.4m
4、系统概述
4.1汽水系统
锅炉给水首先进入省煤器进口集箱，经过水平布置的省煤器管组，汇集到省煤器出口集箱，由引出管接到锅筒。在启动阶段，省煤器再循环系统可以将炉水从锅筒引至省煤器进口集箱，防止省煤器因静滞的水汽化而烧坏管子。
锅炉采用自然循环，锅水由大直径下降管分配到膜式水冷壁下部集箱，经炉膛膜式水冷壁加热后成为汽水混合物，随后经水冷壁上部集箱出口，通过汽水引出管引入锅简进行汽水分离。被分离出来的水重新进入锅筒水空间，再进行循环。
分离出来的饱和蒸汽从锅筒顶部的蒸汽连接管引至汽冷旋风分离器，然后依次经过汽冷包墙、低温过热器、喷水减温器，高温过热器，最后将过热蒸汽引向汽机。
4.2烟风系统
锅炉采用平衡通风，空气系统采用两级送风，一次风经空气预热器升温后一路由风道引入炉底水冷风室，经过风帽进入炉膛的燃烧室，作为流化空气；另一路引至炉前落煤管作为播煤风。二次风经空气预热器升温后由二次风风道引到炉前。再从二次风风道引出若干个支管，经二次风喷口，从密相区上部进入燃烧室。一、二次风风量比为60：40，运行中可以调节一、二次风风量来控制燃烧温度，实现分级燃烧，以达到最佳燃烧工况，并有效控制NOx的生成与排放。回料器回料风采用一次风冷风。
经炉膛燃烧后产生的高温烟气和飞灰离开高温旋风分离器后流经尾部高、低温过热器和省煤器，然后经过空气预热器，至除尘系统并通过引风机由烟囱排放。
4.3煤和石灰石系统
原煤采用两级破碎，进行筛选后进入炉前大煤斗，经（刮板或皮带）给煤机将煤送至各给煤点上方，然后进入落煤管。在每一条燃料传送带上对燃料进行计量。燃料传送带配有带自控装置的可变速电动机。
石灰石采用两级破碎，经过一级破碎后的石灰石被贮存在粗石灰石仓里，然后送入二级破碎，破碎后粒度合格的石灰石由仓泵送人炉前石灰石仓，然后以气力输送的方式送入炉内。
4.4炉内物料的循环燃烧过程
锅炉冷态启动时，在流化床内加装启动物料后，首先启动风道点火器，在点火风道中将燃烧空气加热到870℃后，通过水冷式布风板送人流化床，启动物料被加热至600℃并维持稳定后，被破碎成0—10mm的煤粒开始分别由给煤装置送人炉膛下部的密相区内，脱硫用石灰石也由给料口同时送入炉膛。
在880℃左右的床温下，空气与燃料、石灰石在密相区炉膛充分混合，煤粒着火燃烧释放出部分热量，石灰石锻烧生成C02和Ca0,未燃尽的煤粒被烟气携带进入炉膛上部稀相区内进一步燃烧，这一区域也是主要的脱硫反应区，在这里，Ca0与燃烧生成的S02反应生成CaS04。
燃烧产生的烟气携带大量床料经炉顶转向，通过位于后墙水冷壁上部的两个烟气出口，分别进入两个汽冷式旋风分离器进行气固分离。分离后含少量飞灰的烟气由分离器中心筒引出，进入尾部竖井，对布置在其中的高、低温过热器、省煤器及空气预热器放热，到锅炉尾部出口时，烟温已降至140℃左右。被分离器捕集下来的灰，经返料器返回炉膛，实现循环燃烧。
通过排渣量大小的控制，使床层压降维持在合理范围以内，以保证锅炉良好的运行状态。
5、技术特点
5.1燃料适应性广
本锅炉具有非常良好的燃料适应性，适应的燃料热值变化范围为8400一24300kj/kg(2000一5 800kcal/kg)，并可燃烧各种挥发分的燃料。这是因为我们在设计中采取了以下措施：
(1)燃烧室设计的余量大，能满足各种燃料在燃烧室内充分燃烧和炉膛吸热。
(2)充分考虑低挥发分燃料着火和吸热的要求。
(3)喷水减温器设计余量大，各种燃料下均能满足汽温要求。
(4)充分考虑高灰分燃料下的防磨要求。
(5)给煤、出渣设备留有足够余量，满足低热值燃料的要求。
5.2汽冷旋风分离器
旋风分离器是循环流化床的关键部件，其性能的优劣将直接影响循环倍率、设计系统布置、锅炉的运行性能和效率等。由于旋风分离器的工作效率对循环流化床锅炉的稳定运行至关重要，我们采用性能优良的汽冷式旋风分离器，它具有分离效率高，防磨层薄，吸热性强和防结焦的功能，
汽冷旋风分离器由上、下环形集箱和膜式壁管组成，作为受热面的一部分。根据对旋风分离器的试验结果我们发现，采用汽冷旋风分离器具有如下优点：
(1)内壁耐火防磨层薄，外侧保温可采用轻型保温结构，所以它的热惯性小，锅炉启停和变负荷速度快。
(2)内壁采用很薄的高性能耐火防磨材料，且具有良好的导热性能，所以不易开裂和脱落。
(3)旋风分离器内烟气速度高，气固混合强烈，后燃现象不可避免，汽冷旋风分离器的吸热可有效控制旋风分离器内温度水平，降低循环回路温度，避免结焦。
(4)汽冷旋风分离器与炉膛的热膨胀差小。
(5)汽冷旋风分离器的体积小、分离效率高，并可有效减轻人口段的磨损。
(6)分离效率高，本汽冷旋风分离器的分离效率可达99.5%。从循环流化床的性能看，提高旋风分离器的分离效率，将有利于提高循环倍率。旋风分离器的分离效率增加，能增加循环倍率，而循环倍率的增加，也使燃尽程度增加。
5.3可靠的膨胀密封设计
锅炉设有膨胀中心。锅炉深度和宽度方向上的膨胀零点设置在炉膛深度和宽度中心线上，通过与水冷壁管相连的刚性梁上的承剪件与钢架的导向装置相配合形成膨胀零点；垂直方向上的膨胀零点设在炉顶顶部。所有受压件吊杆的位移量均相对于膨胀零点而言，对位移量大的吊杆设置了予进量，以改善锅炉运行时的吊杆应力状态。解决热应力，使密封设计更为合理，保证了炉体的密封性。
分离器与炉膛之间、分离器与尾部烟道之间、分离器与炉膛之间、分离器与回料器之间，采用非金属膨胀节，既可消除膨胀差产生的应力，又能保证严格密封。
水冷壁、分离器和尾部烟道包墙过热器均为膜式壁结构，具有良好的密封性能。
水冷壁四周外侧沿高度方向设置刚性梁，以增加水冷壁刚度和承受炉内压力的波动。为了防止水冷壁晃动，沿炉膛高度方向设置3层止推和导向装置。
5.4防磨措施
循环流化燃烧方式燃烧系统存在大量物料流动和循环，因此燃烧系统及尾部受热面的防磨至关重要。根据其工作特点与实际经验，其磨损具有局部磨损严重（特别是在流动转向或流动受到阻碍的区域），大面积磨损轻微的特点。因此防磨的原则是采取安全可靠的防磨措施，预知明显磨损部位，采取主动防磨手段。
为了保证锅炉工作可靠，设计中特别注意了防磨问题，带抓钉的耐磨耐火浇注料被设置在一些极易发生磨损的部位；在磨损量不大的部位采用了加防磨罩、热喷涂和堆焊等防磨措施。
(1)在炉膛内不布置埋管受热面，炉膛底部易磨损区采用加厚防磨材料的办法来防磨，水冷布风板上敷设耐火防磨材料使得布风板免受磨损。风帽采用高抗磨性的耐温铸铁浇注成形。
炉膛下部四周的密相区和炉膛出口区域的磨损严重的区域内表面敷以高温耐火防磨可塑料，并采用销钉固定的方式。防磨浇注部分与膜式水冷壁的交接处（如密相区与稀相区的界面），为防止局部磨损，将上部水冷壁管子向外让管，消除交接台阶，保证整个炉膛四壁无突出部位（包括孔洞处的水冷壁管子要向炉膛外让）。同时在交接区域采用硬质金属喷涂或堆焊，以增加交接区的抗磨性；
炉膛水冷壁的交接角处（如前墙水冷壁与侧墙水冷壁），采用切角的形式对接，避免直角造成局部物料浓度过高而引起的局部磨损。
(2)高温旋风分离器的内侧面及入口通道是磨损较为严重的区域。采用防磨浇注料，既要保证耐磨、又要保证其内部光滑，施工时要进行严格的养护。
在保证分离性能的前提下，选择较低的分离器进口速度。本产品选择的进口速度为18—20m/s。由于磨损与烟气流速的3.5—4.0次方成正比，因此，降低进口速度是减轻磨损的最有效手段。
(3)由于在旋风分离器下部的返料立管、返料器及其连接管路内，有固体物料的流动或冲涮，这些区域都采用砌砖结构。内壁是防磨砖，中间耐火砖，外墙是保温砖，配有外护板结构，且进行满焊。
(4)在尾部竖井内的受热面全部采用顺列布置，在两边弯头处设置阻流板，防止形成烟气走廊，以免磨损。处于吹灰器有效范围内的受热面管束设有防磨护板。过热器管束的防磨护板能耐高温。
(5)采用比较低的烟气流速。
(6)过热器搁置在前后包复壁上，无悬吊管，从而避免了常见的悬吊管磨损。
6、结束语
循环流化床锅炉以其高效率和优越的环保性能越来越得到全社会的重视。上海锅炉厂有限公司在循环流化床锅炉研究和产品开发上将不断进取，再攀高峰。目前，甘肃窑街矿务局、山西天石电力有限公司、湖北松源发电有限责任公司130t／h中温中压循环流化床锅炉已投运近一年，运行情况良好，用户非常满意。安徽丰原生物化学集团公司130t/h中温中压循环流化床锅炉即将安装完毕。13 0t/h循环流化床锅炉已完成了中温中压、中温次高压、次高温次高压、高温高压的系列产品设计，并在220t/h、410t/h大容量循环流化床锅炉的产品开发上取得突破性进展。上海锅炉厂有限公司将一如既往，努力开发循环流化床锅炉新技术，为循环流化床锅炉的发展作出自己的贡献。
