超临界循环流化床锅炉关键技术

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1、 超临界循环流化床锅炉 的关键技术山西格盟国际能源集团有限公司 蔡 新 春主要内容：* 锅炉主要参数的选择* 锅炉结构：炉膛高度和炉膛截面积 旋风分离器结构 底部凤室进风形式 二次风口高度 布风板面积 风帽形式与数量* 受热面材质选择* 受热面布置目前超临界锅炉主要参数的选择：350MW：25.5/4.35MPa 571/569460MW： 27.8/5.35MPa 557/580500MW： 25.5/5.35MPa 603/603600MW： 25.5/4.35MPa 571/569* 600MWCFB锅炉结构特点H型布置双炉膛6 个直径10米的汽冷旋风分离器6 个外置换热器布置再热器和过

2、热器* 500MWCFB锅炉结构特点单炉膛8 个直径6米的汽冷旋风分离器8个外置换热器布置水冷壁、再热器和过热器。* 460MWCFB锅炉结构特点单炉膛8 个旋风分离器*350MWCFB锅炉结构特点M型布置单炉膛3个直径9m的汽冷旋风分离器无外置换热器尾部双烟道调节汽温床上、床下联合点火炉膛高度和炉膛截面积 对于分离器不能捕集的细颗粒在炉内的停留时间与炉膛高度和截 面积有关，对飞灰含碳量的影响很大，煤种挥发份越低影响越大。 炉内的烟气速度与炉膛高度和截面积有关，对水冷壁的磨损速度 影响很大。旋风分离器入口灰浓度不同 分离器入口方式：宽度方向上物料量分布的不均，影响床温偏差旋风分离器入口速度大小

3、（进口截面积） 旋风分离器入口截面积大小，与分离器的效率的主要因素，影响到床温、 NOx大小、阻力，与煤种、粒度级配也有关。（3个分离器入口速度不一致改 进） * 某330MWCFB锅炉分离器入口截面积大小的改进：炉膛温度变化1530, 同时旋风分离器阻力、减温水量均发生变化。旋风分离器入口速度不均（出口流程） 旋风分离器出口烟道阻力偏差，形成各分离器的入口速度不一致，影响到沿 炉膛宽度方向的床温偏差和分离器出口烟温偏差。 结构的不同，引起的偏差也不一样。旋风分离器入口速度不均（出口流程） （376MW负荷）旋风分离器入口速度不均（376MW负荷）ABC822841.8802.6822841.

4、6802.7821.9842.6805822.0 822.0 842.0 842.0 803.4 803.4 DEF811824793813826794813824796812.3 812.3 824.7 824.7 794.3 794.3 旋风分离器中心筒 *分离器出口中心筒的关键参数有：插入深度、中心筒直径、形式（圆柱形、 圆锥形、及圆柱圆锥组合）。影响到分离器效率及阻力。分离器中心筒改造的实例:*某厂300MW循环流化床锅炉旋风分离器出口中心筒进行了直 径、长度缩小和分离器入口截面积的改造。 改造后炉膛温度降低15,同时旋风分离器阻力、减温水 量均发生变化。中隔墙水冷屏对床温均匀性的影响

5、 对于同样结构的炉型，中隔墙是有利于床温的均匀，且数量越多均匀性 越好。燃煤热值影响床温，热值越高、灰分越小、床温越高。 某厂350MW超临界机组：209MW负荷在均匀给煤时，总给煤量为150t/h； 350 MW负荷,总给煤量为160t/h。床温的均匀性较好。炉膛底部凤室进风形式 床温偏差与布风板的均匀性有关，与风室进风形式有关。二次风口距布风板的距离 *设计采用较高的二次风率有利于：降低NOx的生成、降低风机电耗。 *上二次风喷口距布风板的距离影响到NOx浓度大小及飞灰含碳量，与 煤质的挥发份及粒度大小有关。 *下二次风喷口距布风板的距离影响到床温、 NOx浓度大小、二次风 的穿透性、风口

6、烧损程度及飞灰和大渣含碳量。 *二次风口的截面积与二次风的刚度、风压、电耗有关。大容量循环流化床锅炉的设计，二次风喷口的高度各制造商不尽相同， 但均在不同程度的提高。目前上二次风口距离布风板的高度，一般在 58m，下二次风口距离布风板的高度，一般在24m。布风板的面积 *布风板面积的大小影响到：一次风率、二次风率、床温、飞灰含碳 量、NOx、风机电耗。 *在同一装机容量，各制造商布风板面积的大小，设计时有所差异， 目前350MW超临界炉型面积差异较小。 *三个300MW亚临界参数CFB锅炉，其布风板面积不一致。运行中一次 风量、二次风量、风机电耗、床温、NOx浓度均不同。风帽及数量 *目前在大

7、型CFB锅炉中常用的风帽主要有定向风帽和钟罩式风帽两类。 *“T” 型风帽，结合布风板中部排渣，有利于大渣的排出，停炉后床料 能吹干净，但风帽易吹损，且床压的稳定性稍差。 *采用小口径柱状风帽和钟罩式风帽，运行稳定，不漏灰，风帽不易损 坏，但停炉后大颗粒床料不易排不干净。“T” 型风帽大直径钟罩式风帽小口径柱状风帽风帽及数量 *各制造商选择风帽的数量差距较大，主要与均匀性和阻力有关：一般在 1530个/m2。 *某厂300MW循环流化床机组，由于采用“T” 型风帽且风帽数量较少， 运行中发现当一次风量及料层厚度较小时，风室压力波动增大，粒度越 不均匀，波动越严重。超临界CFB锅炉受热面材质选取

8、水冷壁：15CrMoG、T12、 12Cr1MoVG （水冷屏12Cr1MoVG）低温过热器：15CrMoG和12Cr1MoVG，或全部12Cr1MoVG。屏过低温段：12Cr1MoVG和SA213-T91。高过： T91、TP347H、TP347HFG、310HCbN 、 Super304H 低再： 20G（SA-210C ）、15CrMoG、12Cr1MoVG高再： T91、TP347H、TP347HFG、310HCbN、 Super304H 当选用100%旁路时，低温再热器及管道不能使用： 20G或SA-210C 当有异种材质焊接时，注意高等级材料比例 由于SA213-TP347HFG是

9、带喷丸处理，所以性能要好一些TP347H：是常规18%Cr-8%Ni系列奥氏体耐热钢中高温强度最高的，但其抗蒸汽氧化及剥落性能有限。 TP347HFG通过特殊热处理和热加工使TP347H晶粒细化到ASTM 8级以上即得到TP347HFG细晶钢，提高了抗蒸汽氧化能力，蠕变强度得到提高，对于提高过热器管的稳定性起着重要的作用，在许多超、超超临界机组中得到了大量应用。Super304H（S30432）：该钢在成分的设计上以典型的18Cr-8Ni作为基础，加入W、Mo等元素，提高了材料的高温蠕变断裂强度，又使其耐高温烟气腐蚀和高温蒸汽氧化与细晶粒TP347H（TP347HFG）大致相同。Super30

10、4H在650时的许用应力比TP304H高90%、比TP347H高48%、比TP347HFG高21%，而且比25Cr-20Ni类的HR3C略高5%左右。 HR3C（S31042）： HR3C是一种改进的25Cr-20Ni型奥氏体耐热钢，由于具有高Cr、高Ni，因此抗高温蒸汽氧化、抗烟气腐蚀的性能比18Cr-8Ni或19Cr-11Ni要高出许多，是一种以高参数的超超临界锅炉过热器或再热器高温段部件为使用背景的材料。 材料在运行中主要存在的问题有： 12Cr1MoV和T91焊缝开裂、TP304H材料问题和质量流速偏小等。水冷壁的安全问题亚临界循环流化床锅炉，由于水冷壁采用直径较大60的规格，刚度较好

11、，炉膛采取防磨梁措施，所以水冷壁运行的可靠性比较稳定。对于大型超临界机组，受受热面积及质量流速限制，水冷壁需选用较小直径的细管；由于壁厚较细，刚度不足，工艺控制不佳，在运输起吊过程中，变性严重，爆管后很难准确对口，留下很多隐患。目前超临界CFB锅炉水冷壁规格超临界机组水冷壁直径： 28、 32、 38、 51。某直流炉选用： 35 38* 有的采用了“”型的结构，密相区可采用大口径管51，增强水冷壁密相区的刚性，上部也是采用32。水冷壁附加受热面布置方式CFB锅炉采用低温燃烧技术，热流密度相对较低，超临界等级CFB锅炉若要满足水冷壁的吸热份额，需采用附加水冷受热面。增加水冷受热面主要通过以下几

12、种方式：水冷屏、水冷中隔墙、“凸”型水冷壁、 外置式换热器。附加水冷受热面与水冷壁并联布置附加水冷受热面与水冷壁串联布置与质量流速（阻力）、出口温度偏差、水冷壁出口温度控制、床温控制等有关。水冷壁附加受热面布置方式关键点：质量流速、阻力、中间点温度位置选择核心：过热度大小、水冷壁出口温度偏差危险工况：低负荷、快速变负荷、汽机甩负荷水冷壁附加受热面布置方式并联布置大串联布置350MW平均值平均值 最高值最高值 最低值最低值前壁温前壁温401410397 后壁温后壁温404415398 左壁温左壁温402406396 右壁温右壁温400404394 水冷屏入水冷屏入413421408 水冷屏出水冷

13、屏出429444420350MW平均值平均值 最高值最高值 最低值最低值前壁温前壁温415432404 后壁温后壁温405419396 左壁温左壁温398411393 右壁温右壁温398411391 中隔壁温中隔壁温402411391CFB超临界锅炉高温受热面*屏高温受热面炉内形式：“L”型膜式、“U”型悬吊式等*外置床受热面+尾部单烟道对流受热面；炉内屏式受热面+尾部双烟道对流受热面投运后受热面的变形原因：材质偏低、超温、热偏差大撕裂、膨胀受阻等影响因素：质量流速、屏长度、管排数量、规格、布置炉内位置、与联箱连接方式等CFB超临界锅炉高温受热面炉内布置特点：屏高温受热面炉内位置：有的在炉前、

14、有的在炉后、有的炉前后均有，对内吸热的均匀性略有差异；某300MWCFB：中屏过、高再变形及爆管某300MWCFB锅炉：中屏低温过变形某300MWCFB：屏过、屏再某350MW超临界CFB：变形206MW负荷工况结束语： 对于亚临界CFB锅炉，由于水冷壁出口为饱和温度，水冷壁出口没有热偏差，所以水冷壁是相对安全的。对于超临界CFB锅炉，当水冷屏与水冷壁串联时，水冷壁也是安全的，当并联时，由于要维持蒸发段出口的过热度，水冷壁出口的温度偏差较大，在低负荷或变负荷工况较快时，运行控制不佳时易发生局部超温。为此提高偏差管不得材质，及运行中严格控制壁温及热偏差尤为关键。对于过、再热系统，质量流速、管径大小、进出口连接方式、管排数量、材质的选择、焊口部位等等，是防止超温变形甚至爆管的关键。对于燃用低热值煤种的循环流化床机组，烟气排放达标是前提， 能够安全稳定长周期运行是核心，经济指标兼顾，电厂能够盈利 是硬道理。 对于煤矸石、硫份高、水分大、无烟煤、煤泥等低热值煤种， 要进行针对性的专项设计，使机组投产后不需改造就能够正常运 行。 要使锅炉布风板面积、风帽型式及数量、分离器尺寸、二次风 高度及数量等等的设计更加优化，是保证锅炉安全稳定经济环保 运行的关键，各制造厂设计风格差距较大，但均需要不断地优化 完善。谢谢大家！