15-蔡新春-基于双烟道结构的循环流化床锅炉烟道挡板调节特性试验研究

1、 基于双烟道结构的循环流化床锅炉烟道挡板调节特性试验研究 山西国际能源集团（格盟国际）蔡新春 目前CFB锅炉运行中存在的主要问题1、 高温受热面变形及爆管问题 结构型式优化、质量流速的选取、节流圈的优化设计、壁温测点布置、热偏差问题、材质的选取等2、汽温偏低问题 高负荷工况主汽压力升高时汽温急剧降低、变负荷过程汽温偏低、受热面的结灰、吹灰器的选择、汽包分离器出力不均匀问题等 3、管式空气预热器的问题漏风、腐蚀、结灰、磨损 4、 NOx超低排放问题 高负荷工况烟温太高、低负荷工况烟温太低、SCR、炉内SNCR、烟气再循环 5、分离器分离效率 对汽温的影响、对灰分的影响、引风机电耗、返料器振动、炉

2、内塌灰6、风帽的阻力问题 布风的均匀性、入炉煤粒度特性、一次风电耗、一次风温7、脱硫问题 干法脱硫、湿法脱硫、灰渣的综合利用、高负荷脱氮效率、排渣出力、脱硫成本、低温腐蚀、入炉煤含硫量 8、燃料问题：煤泥、煤矸石、污泥等 主要内容： 1、 锅炉结构特点全负荷工况内炉膛出口烟温特性采用外置床及尾部单烟道尾部双烟道（无外置床）布置2、双烟道结构对省煤器结构、低再、低过影响 变负荷的汽温特性 受热面的磨损特性3、空气预热器 回转式空气预热器 管式空气预热器4、管式空气预热器的漏风、腐蚀、结灰、磨损 5、双烟道调节挡板开度运行情况分析 低负荷的床料流化特性 锅炉结构特点 *尾部单烟道结构，采用外置床内

3、布置有受热面，通过控制进入外置床的循环灰流量来控制炉膛床温及再热汽温、过热汽温和减温水量。 某300MW结构：靠近前墙的两个外置床内布置有30片低温过热器和30片高温再热器。靠近后墙的外置床内布置有30片中温过热器和28片中温过热器，这两个外置床的主要作用是用来调节床温。但床温和减 温水量有些工况发生矛盾。 锅炉结构特点 某300MW布置外置床受热面结构：外置床锥阀左侧开度为10%，进灰量明显降低，过热器减温水调整为13t/h，床温整体都在910 左右，比设计值高出50 左右，NOx污染物的排放较高。 外置床锥阀开度增大到45%左右，过热器减温水量达80t/h左右，机组煤耗率增大，但床温降低，

4、接近设计值，NOx污染物的排放较低。 循环灰量对汽温、减温水量、床温、NOx污染物均有影响。 锅炉结构特点 某300MW布置外置床受热面结构：循环灰量对汽温、减温水量、床温、NOx污染物均有影响（低负荷床温较高）。分离器入口烟温（）分离器入口烟温随负荷变化图 950910.8900878.9882.1850858.2848.6861.3834.2818.3800803.8750758740.5728.6700150200250300350负荷（MW） #1分离器入口烟温()#2分离器入口烟温()#3分离器入口烟温() 锅炉结构特点 *尾部单烟道结构，采用外置床内布置有受热面，通过控制进入外置床

5、的循环灰流量来控制炉膛床温及再热汽温、过热汽温和减温水量。 *某500MW结构： 8个外置换热器布 置水冷壁、高温再热器和高温过热器。 锅炉结构特点 *外置换热器内的水冷受热面、高温再热器和高温过热器，要调节过热汽温、再热汽温、减温 水量、汽压及床温。 锅炉结构特点 *尾部单烟道结构，采用外置床内布置有受热面，通过控制进入外置床的循环灰流量来控制炉膛床温及再热汽温、过热汽温和减温水量。 *某600MW结构：6 个外置换热器布 置再热器和过热器 。 *调整床温的条件受热面积 锅炉结构特点 *某600MW结构：6 个外置换热器布置再热器和过热器（低负荷357MW工况）。 锅炉结构特点 *某600M

6、W结构：6 个外置换热器布置再热器和过热器（低负荷357MW工况）。 锅炉结构特点 *某600MW结构：6 个外置换热器布置再热器和过热器（低负荷357MW工况）。 锅炉结构特点 *某600MW结构：6 个外置换热器布置再热器和过热器（高负荷586MW工况）。 锅炉结构特点 *某600MW结构：6 个外置换热器布置再热器和过热器（高负荷586MW工况）。 锅炉结构特点 *锅炉采用尾部双烟道布置，主要用于调节再热器、过热器汽温，以及减温水量。 国内部分300MW亚临界及全部350MW超临界机组，均采用该结构。 优点：结构简单 缺点：床温调整困难， 尾部烟道复杂 锅炉结构特点 *国内三大厂350M

7、W超临界锅炉，尾部双烟道结构，管式空气预热器和回转式空气预热器。 锅炉结构特点 *国内三大厂300MW亚临界锅炉、350MW超临界锅炉，尾部双烟道结构。对炉膛温度及床温的调节特性较差。同时影响到机组灵活性改造，超低负荷工况SNCR的运行。 *对于300MWCFB锅炉，一般高负荷床温太高，NOx较高，但低负荷分离器入口烟温较 高，接近满足SNCR运行的要求。 温度（#2炉分离器进口烟温 1000 950 900 850 800 750 700 650 600 135150180200230250280300 负荷（MW） #1分离器入口#2分离器入口#3分离器入口 锅炉结构特点 *对于某350M

8、WCFB锅炉，一般高负荷床温较低，NOx较低，但低负荷分 离器入口烟温较低，很难满足SNCR运行的要求。 分离器入口烟温（）分离器入口烟温随负荷变化图 950910.8900878.9882.1850858.2848.6861.3834.2818.3800803.8750758740.5728.6700150200250300350负荷（MW） #1分离器入口烟温()#2分离器入口烟温()#3分离器入口烟温() 锅炉结构特点 *对于350MWCFB锅炉，一般高负荷床温较低，NOx较低，但超低负荷分离器 入口烟温较低，很难满足SNCR运行的要求。同时影响到锅炉飞灰和大渣含 碳量。 3209803

9、10940 负荷 右后床温 左后床温 右前床温 左前床温310970 负荷 左前床温 右前床温 左后床温 右后床温30093030096029092029095028091028094027090027093026089025088026092024087025091023086024090022085023089021084022088005101520 时间min2530354005101520 时间min25303540负荷MW床温负荷MW床温 双烟道调节挡板开度偏差太大（A） *某厂350机组2#锅炉，180MW负荷工况，炉膛温度及分离器入口烟温太低，不利于SNCR运行 双烟道调节挡板

10、开度偏差太大（A） *某厂350机组2#锅炉，180MW负荷，过热器和再热汽挡板开度分别为25%和100% 双烟道调节挡板开度偏差太大（A） *某厂350机组2#锅炉，180MW负荷，过热器和再热汽挡板开度分别为25%和100% 双烟道调节挡板开度偏差太大（A） *某厂350机组1#锅炉，180MW负荷工况，炉膛温度及分离器入口烟温太低，不利于SNCR运行 双烟道调节挡板开度偏差太大（A） *某厂350机组1#锅炉，180MW负荷，过热器和再热汽挡板开度分别为45%和75% 双烟道调节挡板开度偏差太大（A） *某厂350机组1#锅炉，180MW负荷，过热器和再热汽温及减温水量情况 双烟道调节挡

11、板开度偏差太大（A） *某厂350机组1#锅炉，30MW负荷工况，过热器和再热汽挡板开度分别为25%和100% 双烟道调节挡板开度偏差太大（A） *某厂350机组2#锅炉，170MW负荷工况，过热器和再热汽挡板开度分别为25%和100%,炉膛温度及分离器入口温度低。 双烟道调节挡板开度偏差太） *某厂350负荷，过热器和再热汽挡板开度分别为100%和25% 双烟道调节挡板开度偏差太大（C） *某厂350负荷，过热器和再热汽挡板开度分别为100%和18% 双烟道调节挡板开度偏差太大（D） *某厂350负荷，过热器和再热汽挡板开度分别为89%和20% 双烟道结构对省煤器结构、低温再热器、低温过热器

12、面积设计要求（优化）： 重点：1）升负荷的汽温跟踪特性；2）省煤器、过热器、再热器磨损速度加快 v 某双烟道350MW锅炉升负荷汽温变化特性升负荷时高过出口蒸汽温度变化特性曲线 v 某双烟道350MW锅炉升负荷汽温变化特性升负荷时高再出口蒸汽温度变化特性曲线 v 某双烟道350MW锅炉升负荷汽温变化特性升负荷时烟气含氧量变化特性曲线 v 某双烟道330MW煤粉锅炉烟气偏差太大（引起再热器磨损案例） v 某双烟道330MW煤粉锅炉烟气偏差太大（引起再热器磨损案例）*设计工况额定负荷下，低温过热器侧烟气挡板全开，流经低再侧烟气份额约为 35.72%。 *实际锅炉满负荷运行时，再热器侧挡板开度100

13、%，过热器侧挡板开度66.7%， 低负荷运行时，再热器侧挡板保持全开，过热器侧挡板开度只能开到30%左右。*由于低温过热器侧烟气挡板的节流作用，使得流经低温再热器侧的烟气份额明显高于设计值，低再侧烟气流速增加，造成低再侧受热面磨损加剧。 *这种运行方式，造成低温再热器侧烟气量大幅增加，烟气流速增加，造成低温 再热器磨损加剧，多次发生爆管泄漏事故。 v 某双烟道330MW煤粉锅炉烟气偏差太大（引起再热器多次磨损泄漏案例） v 某双烟道330MW煤粉锅炉烟气偏差太大（引起再热器多次磨损泄漏案例） v 某双烟道330MW煤粉锅炉烟气偏差太大（改造方案）经核算，改造后300MW工况时，低温再热器侧烟气

14、份额减少10%，低于低 于原设计值，可大幅缓解由于烟气流速高造成的低再磨损问题。 管式空气预热器和回转式空气预热器的特点 管式空气预热器特点： 结构简单、安装方便、没有转动设备、脱产初期漏风率小 运行阻力大（一二次风侧） 、腐蚀磨损泄漏后不易处理、运行几年后漏风率较大 对高硫含量、高灰份煤种、运行几年后腐蚀、磨损、结灰比较严重回转式空气预热器特点： 外形小、重量轻、运行阻力小（一二次风侧）、换热效率高 运行初期漏风率较大，腐蚀磨损泄漏后易处理、运行几年后漏风率增加可控 某350MWFCB 超临界机组 （管式空气预热器） 初次带350MW工况： 风室压力：12.8KPa 一次风机出口风压：18.

15、8KPa压差：6KPa（包括风道） 某350MW FCB超临界机组 （四分仓回转空气预热器） 初次带350MW工况： 风室压力：14.9KPa 一次风机出口风压：17.5KPa 压差：2.6KPa （包括风道） 目前很多循环流化床锅炉采用尾部双烟道布置，管式空气预热器结构运行中主要存在：低温段的腐蚀、高温段二次风侧的磨损及一次风侧结灰等 问题。 空气预热器漏风数据 漏风： * 对于CFB锅炉，管式空气预热器漏风率小设计初期是他的优点，很多电厂的实际情况是，运行较短时间后，漏风率就很高，并且越来越高。 *某A厂300MW锅炉，管式空气预热器运行两年后的漏风率： *某B厂300MW锅炉，回转式空气

16、预热器运行两年后的漏风率：负荷 MW150MW210MW300MW氧量%5.53.452.75漏风率%11.68.47.7测量项目 180MW260MW300MW空预漏风率%A侧 B侧 A侧 B侧 A侧 B侧 12.310.511.09.08.46.3空气预热器漏风数据 漏风： * 对于CFB锅炉，管式空气预热器漏风率小设计初期是他的优点，很多电厂的实际情况是，运行较短时间后，漏风率就很高，并且越来越高。 *某A厂300MW锅炉，管式空气预热器运行三年后的漏风率达到25%左右， 把低温段管排（共48排21544根），全部更换为外搪瓷管。第四年又把高、中温段管排（通过漏风试验查出的894根管子）

17、更换为外搪瓷管。 空气预热器漏风数据 漏风： *某厂300MW锅炉，管式空气预热器，2015年9月230MW负荷，从排烟温 度、引风机电流可以看到漏风率很大。 腐蚀及堵塞问题：*发生的部位主要在低温段 燃用较高硫份煤种 炉内脱硫系统故障 暖风器出力不足或故障 运行中氧量偏高 SNCR系统效率不高 氨逃逸较大 局部漏风 炉内炉外脱硫比例与腐蚀等问题的优化选择问题： 炉内外脱硫比例问题，从脱硫成本考虑，锅炉出口SO2浓度一般在3000mg/nm3左右。 灰渣是否利用，对电厂影响很大。从炉渣作为水泥利用要求：游离钙小于1.5%；SO3小于3%；烧失量小于8%。 锅炉出口SO2浓度一般在3500mg/

18、Nm3左右。 对于高负荷引风机出力不足的情况，一般要控制锅炉出口小一些，通过减少脱硫塔液浆泵的台数，减少脱硫塔的阻力，适当减缓引风不足的问题。 对于防止空气预热器的低温腐蚀，要求炉内脱硫比例要高，锅炉出口一般控制在1000mg/Nm3左右。 对于床温高、NOx排放困难、氨逃逸大的，希望炉内脱硫比例要小，锅炉出口SO2浓度一般在3000mg/nm3左右。 磨损问题：*主要发生的部位： 管箱结合部位 高温段 前三排 二次风侧 管箱的角部 管排有缺陷处 管排壁温不足 结灰问题： *长时间低负荷运行 *烟气速度较低 *选择效果较差的吹灰器 *为了调节汽温及减温水量烟气挡板开度较小 *氨逃逸较大 *燃煤水分较高 结灰问题： *较长时间低负荷运行 *一次风侧烟气速度较低 *一次风速宽度方向速度不均匀 某725t/h空气预热器设计特点： 某480空气预热器设计特点： 某470空气预热器设计特点： 结束语尾部双烟道设计的CFB锅炉，设计时要对过热器和再热器受热面积要有充足的裕度，选择高效的吹灰装置，以满足低负荷及变负荷工况汽温的需要，尾部烟道调节汽温应该在一定范围内适当协助调节。 尾部双烟道设计的CFB锅炉，为了调节汽温或减温水量，两侧的烟气挡板偏