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1、 自主知识产权的国产 210 MW CFB 锅炉设计研究 自主知识产权的国产 210 MW CFB 锅炉设计研究 孙献斌 1 于 龙2 时正海1 张彦军2 李志伟1 姜孝国2 李振宇2 林旭东2 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 摘 要 在总结国产 100MW CFB 锅炉设计制造与运行 经验的基础上 开发研究了具有自主知识产权的 国产 210MW 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 开发了紧凑式分流回灰换热器专利 技术 提出了复合炉型的设计思想和技术方案 锅炉研制
2、和投运后运行性能良好 关关 键键 词 词 循环流化床锅炉 大型化 1 概 述 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 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 西安热工 研究院 TPRI 和哈尔滨锅炉厂有限责任公司延 续合作 共同开发和研制了具有自主知识产权的 200MW 级 CFB 锅炉 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
3、 加速 国产 CFB 锅炉的大型化发展 2 国产 国产 210MW CFB 锅炉性能参数及设 计思想 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 210MW CFB 锅炉设计性能参数 表 1 210MW CFB 锅炉设计性能参数 项目 符号 单位 数据 额 定 蒸 发 量 D t h 670 主 蒸 汽 压 力 pgrMPa 13 73 主 蒸 汽 温 度 tgr 540 再 热 蒸 汽 流量 Dzrt h 584
4、再 热 蒸 汽 进 出 口 压 力 PzrMPa 2 566 2 383 再 热 蒸 汽 进 出 口 温 度 tzr 312 12 540 给水压力 pgsMPa 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XNOxmg mn3 250 SO2排放值 XSO2mg mn3 400 3 锅炉炉型特点 锅炉炉型特点 3 1 锅炉采用 H 型整体布置 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
5、每 侧各布置 2 个 锅炉布置结构如图 1 图 1 210MW CFB 锅炉为 H 型整体布置 俯视 图 1 210MW CFB 锅炉为 H 型整体布置 俯视 3 2 分流式回灰换热器 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
6、 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 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 并建成了目前世界上热功率最大的循环流 化床燃烧试验台 其热功率为 4MWth 炉膛净高 为 9m 横截面积为 1 5m 0 8m 在该 4MWthCFB 热态试验台上对CHE进行了深入的试验研究 紧凑式分流式回灰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
7、器内布置有部分过热器 和再热器 CHE 结构如图 2 所示 图图 2 紧凑式分流回灰换热器简图紧凑式分流回灰换热器简图 3 3 采用迴流式风帽 3 3 采用迴流式风帽 来自分离器的循环灰 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 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 图
8、图 3 国产国产 210MW CFB 锅炉前视图锅炉前视图 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 60 6 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
9、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 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 2
10、10MW CFB 锅炉 炉膛的 设计床温为 900 4 2 分离器和循环回路分离器和循环回路 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
11、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 51 4 材料 为 15CrMoG II 级再热器管径 57 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
12、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 省煤器采用 32 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 42 8 低温再热器区域 和 51 8 高温过热 器区域 4 5 空气预热器空气预热器 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
13、卧式结构 管 子规格为 60 2 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 给煤系统给煤系统 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 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
14、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 7 石灰石制备及给料系统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 8 底渣冷却系统底渣冷却系统 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 每台冷渣器设
15、计出力为 22t h 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 9 点火启动系统点火启动系统 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 5 个油枪作为辅助点 火装置 热功率为 6 3 BMCR 布置在 两侧墙上 5 工程实施 5 工程实施 表表2 国产国产210MW CFB锅炉工程实施进度表锅炉工程实施进度表 2OO32OO42OO52OO6 1012 13 4 513 48
16、146 71 合 同 性 能 设 计 详 细 设 计 设 备 采 购 制 造 发 货 工 程 建 设 与 安 2OO32OO42OO52OO6 1012 13 4 513 48146 71 合 同 性 能 设 计 详 细 设 计 设 备 采 购 制 造 发 货 工 程 建 设 与 安 2 2 装装 调 试调 试 6 初步运行性能初步运行性能 国产210MW 循环流化床锅炉安装在 江西分宜发电厂 已于 2006 年 6 月 7 日建 成后首次并网 2006 年 7 月 7 日顺利通过 96 小时试运行 96 小时试运过程中 锅炉 最大出力达到 224MW 连续平均负荷率 94 6 各项性能参数达到设计值 机组 自动投入率 87 3 表 3 210MW CFB 锅炉运行性能参数 表 3 210MW CFB 锅炉运行性能参数 项目 符号 单位 数 据 锅炉蒸发量 D t h 672 主蒸汽压力 pgrMPa 13 06 主蒸汽温度 tgr 540 再热蒸汽进 出口压力 PzrMPa 2 64 2 19 再热蒸汽进 出口温度 tzr 314 540 给水压力 pgsMPa 14 56 给水温度
