75th異型水冷分離循環(huán)流化床鍋爐燃用無煙煤

欄目：燃燒與運(yùn)行發(fā)布時間：2018-08-22

l 前言

循環(huán)流化床是目前商業(yè)化程度最好的清潔煤燃燒技術(shù)之一。它具有煤種適應(yīng)性強(qiáng)、負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大、燃燒穩(wěn)定、爐內(nèi)脫硫和分級燃燒有效降低污染物排放等優(yōu)點(diǎn)。特別是燃用高灰低揮發(fā)份或高硫份等其它燃燒設(shè)備難以適應(yīng)的劣質(zhì)燃料方面以及低負(fù)荷要求較高的地方熱電廠和負(fù)荷波動較大的自備電站中，循環(huán)流化床鍋爐是最佳選擇。

分離器是影響循環(huán)床性能的關(guān)鍵部件之一，也是循環(huán)技術(shù)方案的核心。在冷熱態(tài)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，開發(fā)了入口帶有加速段的水冷方形分離器，該分離器分離性能較高，與同當(dāng)量圓形旋風(fēng)筒相當(dāng)，阻力為一半。將其應(yīng)用于循環(huán)床鍋爐，取代原有的平面流分離，并對回料系統(tǒng)、膨脹和密封、防磨及鍋爐的輔助設(shè)備和系統(tǒng)方面進(jìn)行改進(jìn)和完善。為此，清華大學(xué)與四川鍋爐廠合作開發(fā)了75t／h水冷異型分離循環(huán)流化床鍋爐，目前已有3臺投運(yùn)。該爐型的運(yùn)行顯示了良好的性能。武安城西矸石熱電廠75t／hCFB是該爐型在燃用無煙煤中的典型的應(yīng)用。本文介紹循環(huán)床的設(shè)計和運(yùn)行情況。

2鍋爐概況與特點(diǎn)

2．1 鍋爐規(guī)范

額定蒸發(fā)流量：75t／h

額定蒸汽壓力：3．82MPa

設(shè)計煤值資料

W外=3．56 Wf=3．94 Wy=6．93 Af=42．64 Ay=41．12 Vy=4．78 Vf=9．2l Cgd=48．91 Qy dw=3869kcal／kg

2．2 結(jié)構(gòu)與布置

2，2．1 總體布置

鍋爐采用單鍋筒橫置式自然循環(huán)，II型布置，鍋爐自前向后依次布置燃燒室、分離器、尾部煙道，巧妙地將三部分結(jié)合起來成為一體，既保持緊湊型布置，又保證良好的密封性能。省煤器之前的所有爐墻均為膜式壁結(jié)構(gòu)，不用膨脹節(jié)，吊掛處理；省煤器之后為支撐結(jié)構(gòu)輕型爐墻。高溫過熱器布置在燃燒室上部，低溫過熱器布置在尾部汽冷包墻內(nèi)。鍋爐采用全鋼架結(jié)構(gòu)，爐前向后計三排柱。

鍋爐燃燒所需空氣分別由一、二次風(fēng)機(jī)提供，一、二次風(fēng)比與煤種有關(guān)，大致為55：45。一次風(fēng)經(jīng)一次風(fēng)空氣預(yù)熱器預(yù)熱后，由左右兩側(cè)風(fēng)道引入水冷風(fēng)室中，流經(jīng)安裝在水冷布風(fēng)板上的風(fēng)帽進(jìn)入燃燒室，保證流化質(zhì)量和密相區(qū)的燃燒；二次風(fēng)經(jīng)預(yù)熱后由播煤風(fēng)口和兩側(cè)的二次風(fēng)口進(jìn)入爐膛，補(bǔ)充燃燒空氣并加強(qiáng)擾動混合。燃燒在爐膛內(nèi)燃燒產(chǎn)生的大量煙氣攜帶物料經(jīng)分離器的入口加速段加速進(jìn)入異型水冷分離器，煙氣和物料分離。分離的物料經(jīng)料斗、料腿、J型閥再返回爐膛，煙氣自分離器的中心筒進(jìn)入分離器出口區(qū)，流經(jīng)轉(zhuǎn)向室、低溫過熱器、省煤器、二次風(fēng)預(yù)熱器、一次風(fēng)預(yù)熱器后排出。爐渣由爐底水冷排渣管排出。

鍋爐給水經(jīng)省煤器加熱后進(jìn)入汽包；鍋筒內(nèi)的飽和水經(jīng)集中下降管、分配管分別進(jìn)入燃燒室水冷壁和分離器水冷壁下集箱，加熱蒸發(fā)后流入上集箱，然后進(jìn)入鍋筒；飽和蒸汽流經(jīng)頂棚管、后包墻管、側(cè)包墻管，進(jìn)入低溫過熱器入口集箱，由低溫過熱器加熱后進(jìn)入減溫器調(diào)節(jié)汽溫，然后經(jīng)布置在燃燒室頂部的高溫過熱器將蒸汽加熱到額定汽溫汽壓，進(jìn)入集汽集箱至主汽閥和主蒸汽管道。

2．2．2 鍋爐基本尺寸

鍋筒中心標(biāo)高：26，400mm

本體寬度(柱中心線)：7，l00mm

鍋爐深度(柱中心線)：11，090mm

2．2．3 主要結(jié)構(gòu)

爐膛由膜式水冷壁構(gòu)成，截面積約18m2，空塔速度約為5m／s，燃燒室凈高約為20m，爐膛下部前后墻收縮成錐形爐底，前墻水冷壁延伸成水冷風(fēng)板并與兩側(cè)水冷壁共同形成水冷風(fēng)室。布風(fēng)板水冷壁的鰭片上安裝風(fēng)帽，風(fēng)帽采用單孔定向風(fēng)帽，這類風(fēng)帽的動量大、定向等特點(diǎn)很好地滿足了床料混合和流化質(zhì)量的要求，并有利于燃燒效率。燃燒室下部水冷壁是磨損可能發(fā)生的重要部位之一，該區(qū)域水冷壁上焊有密度較大的銷釘，并敷設(shè)特殊高溫耐磨材料。

根據(jù)燃燒的成份差異以及脫硫要求，燃燒室設(shè)計工作溫度不同，在870～950℃之間。燃燒室中物料濃度和循環(huán)量較高，而物料的熱容量很大，爐膛上下溫度較均勻。爐膛出口布置異形水冷分離器，由膜式水冷壁構(gòu)成，兩個分離中間設(shè)有膜式壁隔墻。分離器前墻與燃燒室后墻共用，其中燃燒室后墻的一部分向彎制形成分離器入口加速段；分離器后墻同時作為尾部豎井的前包墻。該屏水冷壁向下收縮成料斗，向上的一部分直接引出吊掛，另一部分向前并穿越燃燒室后墻分別構(gòu)成分離器頂棚。燃燒室后墻、分離器兩側(cè)水冷壁向上延伸與分離器的頂棚、汽冷頂棚構(gòu)成分離器出口區(qū)，與尾部豎井的汽冷包墻相接，使燃燒室、分離器、尾部包墻連為一體，避免使用膨脹節(jié)，提高密封性能。

分離器膜式壁的磨損是一個需要著重考慮的問題。借鑒國外水(汽)冷圓形旋風(fēng)筒成功的防磨經(jīng)驗(yàn)，采用壁面密焊銷釘涂一層很薄的耐磨澆注料的方法，由于較薄并受冷卻，防磨材料工作較低的溫度，具有更強(qiáng)的防磨性能。入口帶有加速段方形水冷分離器克服了熱旋風(fēng)筒內(nèi)因燃燒引起結(jié)焦、啟動時間長、維修量大的弊端，又克服了圓形水(汽)冷旋風(fēng)筒的制造成本高的問題。

高溫過熱器布置于燃燒室，過熱器系統(tǒng)采用輻射和對流相結(jié)合，有利于提高鍋爐的低負(fù)荷運(yùn)行能力，過熱器本身磨損問題可以解決。

尾部煙道自上而下依次布置低溫過熱器、省煤器、二次風(fēng)空氣預(yù)熱器和一次風(fēng)空氣預(yù)熱器。低溫過熱器為光管錯開布置；省煤器兩級布置，高溫段為順列鰭片管，低溫段為錯列光管；二次風(fēng)空氣預(yù)熱器為立管式或熱管式。為減少磨損，一方面控制煙速，另一方面加蓋防磨蓋、壓板及防磨瓦，對局部也作了相應(yīng)的處理。

2，3 關(guān)鍵部件

2．3．1 返料裝置

返料裝置是循環(huán)流化床鍋爐的關(guān)鍵部件之一。返料裝置由灰斗、料腿、J型閥構(gòu)成。根據(jù)分離器的設(shè)置，采用兩套返料裝置?；叶酚煞蛛x器水冷壁收縮而成，設(shè)有防磨內(nèi)料。料腿為圓柱形，內(nèi)襯有防磨異型磚，懸吊在水冷灰斗上。J型閥是一高流率小風(fēng)量自平衡回灰閥，將循環(huán)物料送入爐膛，兩個J型閥的松動風(fēng)分別取自于一次冷風(fēng)道，互相獨(dú)立。J型閥體為耐熱鑄鋼件，底部設(shè)有用于停爐的放灰管。J型閥與料腿之間設(shè)有膨脹節(jié)。

2．3．2 點(diǎn)火系統(tǒng)

直接應(yīng)用原平面流分離循環(huán)床中床下點(diǎn)火的成功經(jīng)驗(yàn)采用水冷布風(fēng)板和水冷風(fēng)室，為床下點(diǎn)火創(chuàng)造條件。熱煙氣發(fā)生器兩個，設(shè)置在爐前左右兩側(cè)的風(fēng)室中。冷態(tài)啟動時，床料溫度由室溫緩慢加熱升到650～700℃時，可關(guān)閉油槍給煤運(yùn)行。啟動升溫速度應(yīng)在5～10℃／mm，冷啟動時間約2小時，用油0．5噸左右。

2．3．3 異型水冷分離器

分離器是循環(huán)流化鍋爐的核心部件之一，它直接影響循環(huán)床鍋爐的性能。國外普遍采用旋風(fēng)分離器。高溫旋風(fēng)分離器很好地滿足了循環(huán)床鍋爐的需要，但存在體積龐大、密封和膨脹系統(tǒng)復(fù)雜、內(nèi)襯厚、耐火材料及砌筑要求高、運(yùn)行中易出現(xiàn)故障、啟動時間長等一系列問題，尤其我國煤種雜，難燃煤種多，旋風(fēng)筒、料腿和返料裝置內(nèi)的超溫結(jié)焦事故出現(xiàn)頻繁，由于運(yùn)行水平的問題，國內(nèi)循環(huán)床很難保證鍋爐啟停時對溫度變化速率的要求，久而導(dǎo)致熱慣性大的絕熱旋風(fēng)筒損壞，降低了鍋爐的可靠性和可用率。

清華大學(xué)和四川鍋爐廠，在大量冷態(tài)和熱態(tài)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上提出了入口帶有加速段的方形水冷分離器設(shè)計，并用于75t／h循環(huán)床鍋爐完善化工程。該分離器的效率與圓旋風(fēng)筒分離器相當(dāng)，但結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢充分顯示了它的生命力。首先，它取消了分離器入口、出口的膨脹節(jié)，徹底解決了鍋爐膨脹、密封的問題；其次，它徹底解決了磨損的問題；第三，徹底解決了分離器內(nèi)結(jié)焦的可能性。

2．4 輔助系統(tǒng)

循環(huán)床鍋爐的性能僅僅依靠分離器或本體的設(shè)計是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。在75t／h異型水冷分離器循環(huán)床鍋爐的設(shè)計機(jī)中對輔助系統(tǒng)提出了要求。如入爐煤粒度、石灰石粒度、輔機(jī)參數(shù)等。

入爐煤粒度要求為0～10mm，根據(jù)煤成份不同，應(yīng)有一定粒度級分配，以保證燃料中灰分大都成為可參與循環(huán)的物料，實(shí)踐表明一般的設(shè)計和設(shè)備即可滿足。為了達(dá)到良好的脫硫效果，要求石灰石粒徑大都應(yīng)為0 ～lmm,

3 鍋爐運(yùn)行概況

3．1 操作簡單，運(yùn)行穩(wěn)定

1997年11月25日，武安城西矸石熱電廠鍋爐點(diǎn)火開始試運(yùn)行。點(diǎn)火后，經(jīng)過安全閥調(diào)整，蒸汽嚴(yán)密性試驗(yàn)，沖管合格后，鍋爐直接并入蒸汽母管，投入試生產(chǎn)。由于一期工程兩臺35t/h一直帶不上滿負(fù)荷，全年生產(chǎn)任務(wù)眼看就完不成了，為此，當(dāng)這臺爐子點(diǎn)火成功后，生產(chǎn)廠長就令值長：不限制該爐負(fù)荷，能發(fā)多少，就發(fā)多少。并啟動一臺12MW汽輪機(jī)，因此該爐在點(diǎn)火后，僅停爐12小時，就立即投入了正式生產(chǎn)，直至12月31日零點(diǎn)，平均負(fù)荷在72t／h以上。由此可看出該爐十分容易被司爐工掌握，操作十分簡單，運(yùn)行穩(wěn)定。為此，該爐運(yùn)行班人員由原定的8人，減少至4—5人。

3．2 負(fù)荷調(diào)節(jié)能力強(qiáng)

該爐負(fù)荷可在35t／h--95t／L之間靈活調(diào)節(jié)。在98年9月19日一21日的三個班，負(fù)荷竟高達(dá)95t／h，每班累計產(chǎn)汽量為720t／h。負(fù)荷在40％～120％之間靈活調(diào)節(jié)，顯示出該爐子優(yōu)越的負(fù)荷調(diào)節(jié)能力。

3．3燃料適應(yīng)性

武安當(dāng)?shù)匦∶焊G很多，煤種很雜，其發(fā)熱量從2000kcal／㎏～5400kcal／㎏均有，98年3月的煤樣工業(yè)分析為：

Wy=7．00 Ay=25．1 Vy=9．21 Cy dw=60，4 Qy dw=5300kcal／㎏

事實(shí)上發(fā)熱量從2000kcal／㎏～5400kcal／kg均能穩(wěn)定燃燒并能保持正常負(fù)荷。

3．4 燃燒效率

從分離器下來的循環(huán)灰的組份來看，其分離效率與傳統(tǒng)的旋風(fēng)筒分離器很接近了，該分離的dc99(效率>99％的粒徑)在150～160微米。該爐在負(fù)荷70t／h時，燃用3500kcal／kg的當(dāng)?shù)孛簳r，水膜除塵器中沉淀灰含碳量為20％，該爐經(jīng)過仔細(xì)調(diào)整飛灰含碳量可達(dá)到12％，經(jīng)過多次試驗(yàn)我們已掌握了有關(guān)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和降低飛灰含碳量有效方法，為我們今后設(shè)計燃用無煙煤的鍋爐提供了可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3．5 鍋爐可用率高

該爐在98年度累計運(yùn)行7500小時。

3．6 存在問題和完善的方法

在98年5月鍋爐出現(xiàn)了第一次爆管，位置在頂棚管上，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)該處磨損嚴(yán)重，同時發(fā)現(xiàn)風(fēng)帽磨損也十分嚴(yán)重以及在運(yùn)行發(fā)現(xiàn)過熱器超溫，經(jīng)過設(shè)計部門的計算，決定對該爐進(jìn)行投入運(yùn)行以來的第一次消缺工作，工作內(nèi)容主要是將頂棚管部分磨損的管子進(jìn)行更換，并澆注上耐磨料，對過熱器受熱面進(jìn)行調(diào)整以解決過熱器超溫，對風(fēng)帽進(jìn)行調(diào)整，以防止風(fēng)帽的磨損。所有工作歷時十五天完工。鍋爐一直保持良好狀態(tài)運(yùn)行。值得一提的是，由于該廠未使用合適的耐磨澆注料，分離器內(nèi)的澆注料已開始脫落，并發(fā)生爆管，致使循環(huán)灰管內(nèi)的耐火磚受到水的沖擊而發(fā)生開裂和脫落，使循環(huán)灰受阻，并燒壞回灰閥和膨脹節(jié)，造成多處漏灰，使負(fù)荷降低到65t／h左右。而湔江水泥廠75t／h同類型的循環(huán)床卻是使用了合適的耐磨澆注料，運(yùn)行2萬多小時，仍保持完好。

arDate="False" Day="19" Month="9" Year="1998">98年9月19日一21日的三個班，負(fù)荷竟高達(dá)95t／h，每班累計產(chǎn)汽量為720t／h。負(fù)荷在40％～120％之間靈活調(diào)節(jié)，顯示出該爐子優(yōu)越的負(fù)荷調(diào)節(jié)能力。