热电厂循环流化床锅炉的选型

热电厂循环流化床锅炉的选型热电厂循环流化床锅炉的选型 绍兴马山热电厂始建于 1987 年，经过 4 次扩建，已形成有一定 规模的中型热电厂，稳定供热在 675 th 以上。随着绍兴经济的 增长，印染等用热行业的不断扩大，热负荷也将不断增加，截止 2002 年底前，袍江工业区的用热将达到 110 th，2003 年底前达到 180 th，2004 年底前达到 320th，现有的装机容量无法满足日益 增长的热负荷需要，为此，必须扩建绍兴马山热电厂。 根据上述热负荷的需求，需扩建 1 台 12 MW 的抽汽凝汽式机组 和 2 台 6 MW 的背压式汽轮发电机组。为满足汽机进汽的需要，需 要对锅炉进行选择。 1 锅炉的炉型选择 目前国内生产并可以与之配套的电站锅炉有链条炉排炉、煤粉 炉和循环流化床锅炉 3 种。其中循环流化床锅炉有以下特点：煤种 适应性强，燃烧效率较高，负荷调节灵敏，并能在低负荷下稳定燃 烧。加石灰石可实现炉内脱硫，脱硫效率可达 80以上；且因低温 燃烧，NOX 生成量低，一般可以控制在 200300 mgm3。炉后一 般均配用静电除尘器，满足环保对烟尘的排放要求。而煤粉炉由于 系统复杂，SO2 低排放浓度的难度大，而烟气脱硫目前尽管方法很 多，如炉内喷钙尾部烟道增湿脱硫法、干法烟气脱硫、湿法烟气脱 硫和电子束烟气脱硫等，采用全进口的设备及技术，其价格非常昂 贵；在小容量的锅炉中应用不多。煤粉炉、链条炉排炉在脱硫的方 面目前难以满足环保对大气污染防治的要求。循环流化锅炉由于可 以炉内加钙脱硫的独特优势，在一定的钙硫比下，脱硫效率可达 80及以上，满足环境保护的要求。根据上述分析对比，采用循环 流化床锅炉是比较合适的。 2 循环流化床锅炉 21 循环流化床锅炉特点 循环流化床锅炉（CFB）是 20 世纪 80 年代发展起来的新一代 燃煤流化床锅炉，具有高效率和低污染的特点。由于循环流化床具 有热容量很大的物料与之良好的混合，所以对燃料的适应性强，包 括劣质燃料也能运行。同时循环流化床床内强烈的湍流和物料循环， 增加了燃烧的停留时间，因而其燃烧效率高。通常运行操作温度在 850950，这是一个理想的脱硫温度区间，在床内加入石灰石或 脱硫剂，可以使 SO2 排放量大大降低。循环流化床锅炉采用低温分 级送风燃烧，使燃烧始终在低过量空气下进行，从而大大降低了 NOX 的生成，低温燃烧可使 NOX 控制在 200 mgm3 之下。 循环流化床的物料浓度大，一般每公斤烟气可携带若干公斤的 物料，这些循环物料带来了高传热系数，使锅炉负荷调节范围广， 且循环量与锅炉负荷变化一致，在 4050负荷时锅炉仍能达到 额定汽温和压力，在更低负荷下也能稳定运行而无需增加辅助燃料， 在无助燃燃料时最低负荷可达 3025，负荷变化可达每分钟 5负荷。正因为如此，循环流化床锅炉在我国从 20 世纪 90 年代初 得到迅速的发展。 22 国内 75 th 和 130 th CFB 锅炉应用情况 国内目前已生产的循环流化床锅炉的容量主要有 75、130、220 和 410 th。75 th CFB 锅炉国内生产的厂家较多，运行的业绩也 多，目前在全国内运行的有几百台。但最初国内 75 th CFB 在运 行中锅炉绝大多数可以脱硫但没有采用脱硫。随着环境保护意识的 增强，未采用脱硫的 CFB 炉纷纷加以改造，完善脱硫措施。目前 75 th CFB 炉已经趋于成熟，脱硫措施完善，设备比较可靠。在本省 及外省选用的 75 th CFB 炉有萧山经济开发区热电厂、绍兴市第 一热电厂、上海青浦工业园区热电厂等多家热电厂。 130 th 的 CFB 锅炉国内目前已投运用户较少，近年来国内众 多厂家开发研制 130 th CFB 锅炉，如东方锅炉厂、上海锅炉厂等。 但大多数用户的运行实践经验尚不足，尚待有完善的过程。目前已 开发研制的 130 th CFB 炉有次高压、次高温（53 MPa、485） 锅炉、次高压、中温（53MPa、450）锅炉和中温中压（382 MPa、450）锅炉 3 种。我们于 2001 年 5 月份分别去湖北松木坪 电厂（上海锅炉厂生产）和石家庄热电三厂（无锡锅炉厂生产）已 投运的 130 th CFB 锅炉进行调研，总体情况如下： （1）锅炉出力均能达到额定负荷，运行调节性能较好。 （2）连续运行时间较长，可达半年以上。 （3）锅炉效率比较高，达到 8990（松木坪电厂）石家 庄热电三厂由于燃煤采用含碳量高达 7173非设计煤种，飞灰 含碳量较高为 15左右，厂方认为，如采用设计煤种，飞灰含碳量 可下降至 10以下： （4）经加石灰石脱硫试验，脱硫效率可达 90以上。 （5）锅炉结构和热膨胀方面设计合理，流化状况较理想，磨损 方面情况也较好。 （6）石家庄热电三厂返料风采用一次风供，其风压与炉前给煤 风互相牵制，运行状况不大理想。 （7）锅炉连续运行时间很大程度上取决于辅助设施，如给水调 节阀，高压风机、流化风机等质量及可靠程度。 （8）松木坪电厂锅炉采用 DCS 控制系统，现场简单，操作方 便，可靠。 （9）重要附机的厂家型号选择也很关键，如冷渣机、一、二次 风机、返料风机、给煤机等，可直接影响锅炉安全经济运行。 130 th CFB 锅炉从本体上看没有大的缺陷，运行稳定可靠。 能满足电厂的正常运行、负荷调节稳定、可靠、灵活，其运行参数 达到设计要求，符合电厂运行条件。制造厂家对循环流化床在浓稀 相分界面布置均采取一定的措施，以减小水冷壁管的磨损，在分离 器的设计上，多数采用方型和圆型分离器，据用户反映，均能达到 较好的分离效果。脱硫采用加入适量的石灰石粉，其脱硫效率可达 90以上。因此，只要辅机选型配置得当，风、烟、煤系统设计合 理，精心安装施工，加强运行管理，130 th CFB 锅炉运行的安全 性、可靠性均优于链条炉和煤粉炉，且还有易于负荷调节、低污染 等优点。 3 130 th 循环流化床锅炉设计和建设时应注意的问题 从国产的 75 th 和 130 th 循环流化床锅炉可以看出，2 种炉 型都是可以接受的，关键是马山热电厂所处的袍江工业区的热负荷 的增长，到 2004 年热负荷达到 320 th，为满足该热负荷的需要， 如采用 75th 循环流化床锅炉则需 5 台，考虑到热负荷的发展有可 能会出现小炉群的现象，从这一点讲无论是锅炉的燃烧效率、节约 能源、环境保护还是节约用地等都较 130 th 要稍逊一点。据此， 马山热电厂扩建工程采用 130 th 循环流化床锅炉。 从对 130 th 循环流化床锅炉的运行调研看，造成循环流化床 锅炉本体不能长期连续运行的因素主要是：飞灰的含碳量高、磨损 和超温结渣等。 31 降低锅炉的飞灰含碳量 （1）选用较高的炉内燃烧温度，提高煤的燃烧强度。通常设计 床温为 915，炉膛出口温度为 905左右，整个炉膛温度分布均匀。 （2）采用合理的流化速度。炉内下部风速为 48 ms 左右， 上部流化风速为 44 ms，使用这样下炉膛流化风速，改善了煤 粒尤其是大颗粒的流化质量，增加对煤粒度的适应范围；采用较低 的炉膛上部速度，使炉内内循环量增加，相应地延长了碳粒在炉内 的停留时间，提高燃烧效率。 （3）采用较大的炉膛容积和炉膛高度，延长烟气和煤粒在炉内 的停留时间。 （4）合理的配风，增强炉内的气流扰动。 （5）选用蜗壳式旋风分离器，其分离效率高，能有效捕集更细 的颗粒，从而提高燃烧效率。 目前国内外采用的分离器主要有：撞击式分离器、平面流分流 器、百叶窗式分离器、方形分离器和旋风分离器。经过多年实践运 行证明，撞击式分离器、平面流分离器、百叶窗式分离器的分离效 率普遍很低。而分离效率直接影响循环流化床锅炉的燃烧效率和在 一定 CaS 比下的脱硫效率。方形分离器最早由芬兰 Ahlstrom 公司 提出，主要用于燃生物质燃料上，而非用于燃煤锅炉上，国内研究 出用于燃煤锅炉的方形分离器，布置于炉膛与尾部烟道之间，结构 紧凑，使整个循环流化床锅炉的体积减少。从目前方形分离器的试 验数据看，在冷态试验中有很高的分离效率，但在热态试验的结果 恰不理想，西安热工所对水冷方形分离器进行热态试验的典型数据 见表 1。 从表中可以看出，方形分离器的分离效率是无法满足循环流化 床锅炉高效燃烧要求的。 切向式高温旋风分离器的分离效率一般能达到 9899，经 改进设计的蜗壳式高效旋风分离器分离效率可达到 995以上， 高效的分离效率对于循环流化床锅炉的高燃烧效率至关重要的。但 对制造工艺要求高，成本也高，因此目前锅炉行业多采用水（汽） 形式的切向式高温旋风分离器或蜗壳式旋风分离器以降低制造成本， 而其分离效率要低于真正的蜗壳式分离器的分离效率。虽然其分离 效率已能满足锅炉物料循环和传热炉膛内所需的灰粒子浓度不影响 锅炉的满负荷运行，但对于那些不能够被分离下来，重新送回炉膛 燃烧的未燃烬细小碳粒子量将大大增加。因而在一定程度上影响锅 炉效率和飞灰含碳量。根据上述情况，马山热电厂的循环流化床锅 炉的分离器选择采用汽冷高效蜗壳式分离器。 32 减少锅炉磨损 针对循环流化床锅炉炉内、分离器、回料器等由于在高温高灰 浓度的环境下工作，其磨损较为严重。早期的 75 th 循环流化床锅 炉也存在因防磨措施设置不当而影响锅炉安全运行问题。目前锅炉 厂主要采取以下措施： （1）在炉膛下部水冷膛、炉膛出口四周局部区域、顶部高灰浓 度回流区、炉膛开孔区域和旋风分离器内壁均敷设耐磨材料，耐磨 材料用高密度销钉固定。 （2）炉内水冷壁管、弯管区域附近敷设耐磨材料。 （3）炉膛内部，在防磨材料的分界处采用喷涂或涂料进行防磨。 （4）回料器及立管内壁敷设耐磨浇注料。 （5）尾部竖井烟道内过热器蛇形管安装有防磨盖板，省煤器采 用膜式壁结构，本身具有一定的防磨功能，在过热器和省煤器烟气 侧进口四周均装有防止烟气偏流的阻流板，同时合理选取对流受热 面的烟速。 （6）旋风分离器中心筒采用耐高温、耐腐蚀、抗磨损的特种钢 材。 通过上述措施，只要认真贯彻，磨损的问题可以解决。 33 防止锅炉超温结渣 采取以下可防止锅炉的超温结渣的措施： （1）通过锅炉本体设计，确保沿炉膛断面以及沿炉膛高度方向 上温度场的均匀性。 （2）锅炉采用水冷等压风室，布风均匀，流化稳定。 （3）选取适当布风板及床层阻力，确保锅炉在运行过程中床层 流化均匀。 （4）运行中通过监视布风板上均匀布置的热电偶和床压测点， 对异常工况