国产200mw_cfb锅炉设计研究

国产 300MW 循环流化床锅炉的设计研究 国产 200MW 级循环流化床锅炉设计研究 孙献斌 1 于 龙 2 时正海 1 张彦军 2 姜孝国 2 李志伟 1 蒋敏华 1 （1西安热工研究院，西安 710032；2.哈尔滨锅炉厂有限责任公司，哈尔滨 150040） 【摘 要】 在总结国产 100MWCFB 锅炉设计制造与运行经验的基础上，研究设计了具有自主知识产权的 国产 200MW 级 循环流化床（CFB）锅炉。对其炉型特点、关键部件及锅炉岛系统的设计进行了详细分析讨论， 并结合分流式回灰换热器的设计提出了复合炉型的设计思想和技术方案，以期为发展我国大型 CFB 锅炉技术及工 程应用提供全面的技术支持。 【关键词】 循环流化床锅炉；大型化 中图分类号：Tk229.66 文献标识码：A Design and Research of Domestically 200MW CFB boiler Sun Xianbin Yu Long Shi Zhenghai Zhang Yanjun Jiang Xiaoguo Li zhiwei Jiang Minhua 【Abstract】Based on summarizing design and manufacture ,operating experience of Domestically 100MW CFB boiler, a technical scheme having self-owned intellectual property right of designing domestic 300MW CFB boilers has been developed. The technical features of furnace type, The design of important parts and auxiliary equipments on boiler island have been analyzed and discussed in detail. Based on design and research of Compact ash-flow splitting and heat exchanger(CHE)，the design ideas and scheme of combined boiler constrction and plan also have been put forward. 【Keywords】 circulating fluidized bed boiler；scaling up. 1. 概述 在跟踪国外先进技术基础上，西安热工研究院（TPRI）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，获得 2004 年中国电力科学技术一等奖。 鉴于国内目前尚无成熟的 200MW 级 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 级 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 级 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210MW CFB锅炉工程 煤种，研究设计了国产H型210MW CFB锅炉。210MW CFB锅炉主要设计性能参数见表1。 表 1 200MW CFB 锅炉设计性能参数 项 目 符号 单位 数 据 11 额定蒸发量 D t/h 670 主蒸汽压力 pgr MPa 13.73 主蒸汽温度 tgr 540 再热蒸汽流量 Dzr t/h 584 再热蒸汽进出口压力 Pzr MPa 2.566/2.383 再热蒸汽进出口温度 tzr 312.12/540 给水压力 pgs MPa 16.68 给水温度 tgs 249 锅炉保证热效率 gl % 90 排烟温度 py 135 钙硫比 Ca/S - 2.4 一次风温 trk1 240 二次风温 trk2 240 连续排污率 Dpw % 2 NOx 排放值 XNOx mg/mn3 250 SO2 排放值 XSO2 mg/mn3 400 3. 锅炉炉型特点 3.1. 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 级 CFB 锅炉为 H 型整体布置（俯视） 3.2. 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（EHE-External Heat Exchanger） ，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。 12 根据大型 CFB 锅炉的设计需要，西安热工研究院开发了紧凑式分流式回灰换热器(CHE)专利技 术，并在 4MWthCFBC 热态试验台上进行了深入的试验研究。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。 国产 210MW 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 3.3. 采用迴流式风帽 国产 210MW 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 风板面积为 81.8m2，布风板上采用迴流式风帽专利技术，在分宜 100MWCFB 锅炉上的运行结果表 明，该型风帽具有以下显著优点： 防止灰渣落入风室。 避免风帽小孔堵塞。 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。 来自分离器的循环灰 13 图 3 国产 210MW CFB 锅炉前视图 在上述炉型设计过程中，经过充分研究和技术经济比较，TPRI 提出了“复合炉型”的概念和 设计思想，即在炉内布置适量的屏式过热器，其余部分受热面布置在分流回灰换热器内。该炉型方 案较国外大型 CFB 锅炉在充分利用炉内辐射空间，保证锅炉变负荷时的汽温特性，降低锅炉电耗 等方面具有综合优势，并将成为国产大型 CFB 锅炉的主导炉型。 4.1. 炉膛 锅炉炉膛为单炉膛结构，四周由膜式水冷壁构成。炉膛水冷壁管规格为 606.5，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 （钢纤维浇注料） 。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 40 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 81.8m2。布风板的鳍片上装有迴流式风帽。布风 板上部空塔流速设计值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 210MW CFB 锅炉，炉膛的设计床温为 890。 4.2. 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 1.23 倍，基本没有放大风险。 为有效提高分离器分离效率，采用了长入口加速段结构。 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（45000Pa）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。 4.3. 过热器及再热器 国产 210MW 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 514，材料为 15CrMoG，II 级再热器管径 575。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。 4.4. 省煤器 省煤器采用 324 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 14 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 428（低温再热器区域）和 518（高温过热器区域） 。 4.5. 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 210MW 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 602.75，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。 4.6. 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。 4.7. 给煤系统 210MW 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 2.5%到 25%（调节比 10:1） 。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。 4.8. 石灰石制备及给料系统 国产 210MW 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。 4.9. 床料给料系统 国产 210MW 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。 4.10. 风机配置 表 4 国产 210 MW CFB 锅炉风机配置 风机用途 型 式 台数及出力 一次风机 离心式 250% 二次风机 离心式 250% 换热器风机 罗茨风机 2100% 石灰石输送风机 罗茨风机 2100% 回料风机 罗茨风机 2100% 床料给料风机 罗茨风机 1100% 引风机 离心式 250% 15 4.11. 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 100%的备用余量。冷 渣器采用滚筒式冷渣器，滚筒式冷渣器通过转速的调节可实现床压的自动控制，在冷渣器内，灰渣 流过水冷却受热面再从排渣管排出滚筒式冷渣器，再进入灰渣输送机。冷渣器的冷却水为冷凝水。 4.12. 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 43% BMCR，床上设置 6 个油枪作为辅助点火装置，热功率为 63% BMCR，布置在距布风板 2000mm 处的前后墙及两侧墙上。 5. 结语 国产 210MW 循环流化床锅炉安装在江西分宜发电厂，已于 2006 年 7 月 7 日建成并投入运行， 锅炉最大出力达到 224MW，各项性能参数达到设计参数，该台 CFB 锅炉的经验可为中国进一步 研制国产 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 outlookC.Proceedings of the 16th international conference on fluidized bed combustion . May 13-16,2001,Reno,Nevada.USA. 2 Robert A. Dyr, Jerry Hebb, Scott.