23大型超高壓循環(huán)流化床鍋爐電廠

1、熱機專業(yè)技術交流會資料大型超高壓循環(huán)流化床鍋爐電廠設計特點介紹河南省電力勘測設計院二OO三年十月編寫：張棟劉偉張琦 內(nèi)容摘要 河南省新鄉(xiāng)、 開封火電廠在國內(nèi)首次采用國產(chǎn)大型超高壓再熱循環(huán)流化床 鍋爐，由河南省電力勘測設計院承擔電廠設計，該文著重介紹了鍋爐本體、燃燒、燃輸及除 渣等系統(tǒng)的主要設計特點，可供同類型電廠設計參考。 關鍵詞 超高壓循環(huán)流化床鍋爐 電廠 設計特點1 概 況河南省新鄉(xiāng)火電廠、 開封火電廠位于各自城市的市郊， 老廠均裝有若干臺中 溫中壓煤粉爐， 因設備陳舊、 煤耗高、污染嚴重， 屬于國家“小火電” 關停范圍， 已于 2001 年相繼拆除完畢。兩廠技改工程均在拆除老廠機組的場地

2、上建設 135MW 超高壓汽輪發(fā)電機組配套440t/h超高壓中間再熱循環(huán)流化床（CFB鍋爐。這兩 項工程的設計任務均由河南省電力勘測設計院承擔。兩廠技改工程于 2000 年 10 月進行了主機招標，其中鍋爐邀請哈爾濱、 上海、 東方三家廠商參加 投 標，結 果 哈爾濱 鍋 爐廠有限 責任公 司中標，由 德國 ALSTOM-EVT司進行技術設計并提供性能保證，哈鍋自行制造。經(jīng)過兩年多的建設，新鄉(xiāng)火電廠 1 號機和開封火電廠 2 號機分別于 2003 年 2 月 25 日 5:00 和 2 月 28 日 17:00 通過 72 小時滿負荷試運行，進入商業(yè)運行。大型循環(huán)流化床鍋爐（CFB爐）是國家大

3、力推廣的高新技術，可以有效地降 低SO、NG、CO等有害物質(zhì)的排放，改善城市環(huán)境狀況；同時，這種鍋爐對煤種 適應范圍廣， 為資源節(jié)約與綜合利用提供條件。 新鄉(xiāng)、開封火電廠兩臺機組的順 利投產(chǎn)標志著我國大型循環(huán)流化床鍋爐技術的應用水平又邁上了一個新的臺階。 2 鍋爐本體主要技術特點2.1 鍋爐主要技術規(guī)范型 號：HG-440/13.7-L.PM4型 式：超高壓、一次中間再熱、循環(huán)流化床自然循環(huán)汽包爐制造廠：哈爾濱鍋爐廠有限責任公司最大連續(xù)蒸發(fā)量440t/h過熱蒸汽壓力13.7MPa(g)過熱蒸汽溫度540C再熱蒸汽流量360t/h再熱蒸汽進口壓力2.621MPa(g)再熱蒸汽進口溫度316C再熱

4、蒸汽出口壓力2.493MPa(g)再熱蒸汽出口溫度540C給水溫度：248 C排煙溫度：130C鍋爐效率：91.9%2.2 鍋爐本體布置特點 鍋爐主要由爐膛、高溫絕熱旋風分離器、雙路回料閥和尾部對流煙道組成。 燃燒室（爐膛）蒸發(fā)受熱面采用膜式水冷壁， 水循環(huán)采用單汽包、 自然循環(huán)、 單段蒸發(fā)系統(tǒng)。采用水冷布風板，大直徑鐘罩式風帽，具有布風均勻、防堵塞、 防結焦和便于維修等優(yōu)點。 燃燒室內(nèi)布置雙面水冷壁來增加蒸發(fā)受熱面。 燃燒室 內(nèi)布置屏式U級過熱器和末級再熱器，以提高整個過熱器和再熱器系統(tǒng)的輻射傳 熱特性，使鍋爐過熱汽溫和再熱汽溫具有良好的調(diào)節(jié)特性。鍋爐共采用兩個直徑 7.36m 的高溫旋風分

5、離器， 布置在燃燒室與尾部對流煙 道之間，外殼由鋼板制造， 內(nèi)襯絕熱材料及耐磨耐火材料， 分離器上部為圓筒形， 下部為錐形。防磨絕熱材料采用拉鉤、抓釘、支架固定。高溫絕熱分離器回料腿下布置一個非機械型雙路回料閥，回料為自平衡式， 流化密封風用高壓風機單獨供給。 回料閥外殼由鋼板制成， 內(nèi)襯絕熱材料及耐磨 耐火材料。耐磨材料和保溫材料采用拉鉤、抓釘、支架固定。以上三部分構成了循環(huán)流化床鍋爐的核心部分物料熱循環(huán)回路， 煤與石 灰石在燃燒室內(nèi)完成燃燒及脫硫反應。經(jīng)過分離器凈化過的煙氣進入尾部煙道。尾部對流煙道中布置川級、I級過熱器、低溫再熱器、省煤器、空氣預熱器。 過熱蒸汽溫度由在過熱器之間布置的兩

6、級噴水減溫器調(diào)節(jié)， 減溫噴水來自鍋爐給 水。再熱汽溫通過布置在兩級間的噴水減溫來調(diào)節(jié)，減溫水來自給水泵抽頭，川級、I級過熱器、低溫再熱器煙道采用的包墻過熱器為膜式壁結構，省煤器、空 氣預熱器煙道采用護板結構。燃燒室與尾部煙道包墻均采用水平繞帶式剛性粱來防止內(nèi)外壓差作用造成 的變形。鍋爐設有膨脹中心， 各部分煙氣、 物料的連接管之間設置性能優(yōu)異的非金屬 膨脹節(jié)，解決由熱位移引起的三向膨脹問題， 各受熱面穿墻部位均采用國外成熟 的密封技術設計，確保鍋爐的良好密封。鍋爐鋼結構采用高強螺栓連接。 除分離器筒體、冷渣器和空氣預熱器為支撐結構外，其余均為懸吊結構。循環(huán)流化床燃燒用風分級送入燃燒室，以降低

7、NQ的生成量，除從布風板送 入的一次風外， 還從燃燒室下部堆段分三層不同高度引入二次風。 脫硫劑采用石 灰石，以氣力輸送方式直接從回料閥斜腿上給入。鍋爐啟動采用床上和床下結合的啟動方式。 床下布置有兩只啟動燃燒器， 床 上布置四只啟動燃燒器。鍋爐除在燃燒室、 分離器、 回料閥有關部位設置非金屬耐火防磨材料外， 還 在尾部對流受熱面、 燃燒室有關部位采取了金屬材料防磨措施， 以有效保障安全 連續(xù)運行。3 燃燒系統(tǒng)主要設計特點：3.1 給煤系統(tǒng) 鍋爐采用四點給煤，原煤由煤斗經(jīng)兩級給煤機送到回料管線上的四個給煤 口，與循環(huán)物料混合后送入燃燒室內(nèi)燃燒， 給煤系統(tǒng)設有來自二次冷風的密封風。這種給煤方式優(yōu)

8、點是：1）給煤系統(tǒng)簡單，不會發(fā)生給煤堵塞或結焦現(xiàn)象。2）給煤直接與高溫循環(huán)物料混合，在返料腿內(nèi)可進行水分蒸發(fā)、揮發(fā)份析 出等過程， 同時煤與大量的循環(huán)物料一起進入爐內(nèi)， 與床料混合效果更好、 更均 勻，有利于煤的燃燒和燃燼。3）熱二次風作為正壓密封風，無需增壓風機。4）與布置在前墻的冷渣器配合使用，使給煤遠離排渣口延長了煤顆粒在爐 內(nèi)的停留時間，有利于降低底渣含碳量。3.2 石灰石系統(tǒng)為滿足鍋爐環(huán)保排放的要求， 需向燃燒室內(nèi)添加石灰石作為脫硫劑， 本工程 燃用的石灰石為成品石灰石， 廠外購買， 廠內(nèi)石灰石倉儲存， 石灰石倉儲存量可 滿足電廠 10 天使用，石灰石粉可通過倉泵氣力送至除氧煤倉內(nèi)的

9、石灰石斗，石 灰石斗內(nèi)的石灰石粉通過電動鎖氣器由石灰石輸送風機氣力送至爐后旋風分離器下的四個回料管內(nèi)進入爐膛參與燃燒脫硫。3.3 煙風系統(tǒng) 根據(jù)空氣壓力的不同，把進入爐膛冷、熱風分為一次風、二次風、高壓流化 風、冷渣器流化風四種，分別由四種風機提供。采用并聯(lián)系統(tǒng)，分別設有 2 臺一 次風機、 2臺二次風機、 2臺高壓流化風機、 2臺冷渣器流化風機和 2臺引風機， 采用平衡通風方式。1）由 2 臺一次風機提供的一次風，分兩路，第一路經(jīng)過空預器進入爐膛底 部的布風板，另一路由一次風機出口引出至啟動燃燒器。2）由 2 臺二次風機提供的二次風分三路進入爐膛，一路經(jīng)過空預器后分三 層進入爐膛，另一路經(jīng)過

10、空預器后作為旋轉密封給料閥后給煤口和石灰石口的密 封風源，第三路為冷風，由二次風機出口引出，作為給煤機的密封風源。3）由 2 臺高壓流化風機提供的高壓流化風作為回料閥的流化風源。 2 臺高 壓流化風機設計為一臺運行， 一臺備用；由 2 臺冷渣器流化風機提供冷渣器流化 風，2 臺冷渣器流化風機設計為一臺運行，一臺備用。4）由爐膛出口經(jīng)過熱旋風分離器分離出大顆粒送回爐膛燃燒 , 煙氣再經(jīng)過 過熱器、再熱器和省煤器、二次風空預器和一次風空預器、電除塵器、引風機后 最終從煙囪排出。5）風機啟動設置 一次風機、二次風機、引風機采用離心風機，與常規(guī)風機相同。高壓流化風 機及冷渣流化風機采用羅茨風機， 由于

11、羅茨風機的特殊結構， 流量無法調(diào)節(jié)， 且 需零壓啟動， 故需設置排空管路和旁路調(diào)節(jié)管路， 排空管路的設置宜放置于逆止 閥和機本體之間， 以防止風機啟動時， 管路壓力下降過大， 排空管路的功能亦可 用啟動卸荷閥代替。3.4 鍋爐點火系統(tǒng)鍋爐啟動燃燒器采用床上啟動與床下結合， 床上 4 個啟動燃燒器油槍， 布置 于布風板上 3 米處，向下傾斜 30，位于二次風口內(nèi)，每只出力為 1870kg/h ； 床下 2 個啟動燃燒器，布置在水冷風箱下部，每只出力為 1550kg/h ，總啟動負 荷為32%BMCR啟動燃燒器啟動燃燒器由高能點火器、內(nèi)回油機械霧化油槍、配 風器、伸縮機構組成。床下啟動燃燒器配風比

12、較復雜，每只床下啟動燃燒器主要配風如下： 第一路風為點火風，取自一次風機出口，經(jīng)點火風口和穩(wěn)燃器進入預燃室內(nèi)， 用于滿足油槍點火初期的燃燒需要； 第二路風為混合風， 取自一次風機出口， 經(jīng) 預燃室內(nèi)外筒之間的風道進入預燃室內(nèi)， 與油燃燒產(chǎn)生的高溫煙氣混合， 降低高 溫煙氣溫度， 用于滿足鍋爐啟動初期的需要， 并有部份混合風作為根部風以防止 油位于預燃室后部、 在鄰近預燃室處吹入， 用于防止油火焰貼壁， 使預燃室內(nèi)壁 過熱；第三路風為熱一次風，取自一次風預熱器出口，為正常運行時使用。在啟動過程中， 第三路熱風關閉， 以防止影響啟動時的熱煙氣的流動， 在啟 動完成后，第一路點火風、第二路混合風關閉

13、，并開啟第三路熱一次風。3.5 鍋爐雜用氣系統(tǒng) 由于鍋爐為正壓運行，鍋爐雜用氣點較多，計有聲波吹灰器、油槍吹掃風、 點火器吹掃風、 錐形閥觀察窗吹掃風、 冷渣器坡段吹掃風等， 原根據(jù)要求設計為 壓縮空氣，壓力為0.6MPa,但在實際運行過程中，由于用氣點過多，而且水冷 風室內(nèi)壓力為0.016MPQ各用氣點壓力均不大于水冷風室內(nèi)壓力， 實際用氣量 遠大于理論計算量， 故針對用氣點處壓力、 用量和用途， 宜分別取自不同的氣源：1）鍋爐所配聲波吹灰器耗氣：考慮兩只同時運行，壓力 0.6MPa,取自除灰 用壓縮空氣。2） 油槍、點火器吹掃風：根據(jù)鍋爐廠要求壓力可高于爐膛壓力2kPa,取自 一次風機出口

14、。3） 錐形閥觀察窗吹掃風：根據(jù)鍋爐廠要求壓力為0.040.06MPa取自高 壓流化風機出口。4）冷渣器坡段吹掃風：根據(jù)鍋爐廠要求壓力為 0.6MPa,用于坡段吹堵，由 于此壓力下風量要求過大， 且為斷續(xù)運行， 故正常運行取自一次風機出口， 用于 防止堵塞，并考慮取自除灰用壓縮空氣作為備用風源。5）所有鍋爐雜用氣均設有就地流量計，用于控制流量分配。4 燃料輸送系統(tǒng)主要設計特點：循環(huán)流化床鍋爐的入爐燃煤具有嚴格粒度級配要求，品質(zhì)較高（ dmax=7m，m d5=0.6mn）。運煤系統(tǒng)需要將原煤制備成滿足要求的燃燒用煤，同時需要具備快 速反映能力，能夠及時供煤。4.1 除雜設備的配置輸煤系統(tǒng)設置了

15、除大塊機、 除雜物機及多級除鐵器， 以滿足鍋爐對供煤品質(zhì) 的要求。4.2 破碎設備的配置 破碎設備擔負著將原煤制備為滿足粒度級配要求的燃燒用煤的任務。破碎設備設置了二級：第一級為環(huán)錘式粗破碎機，進料w 300mm出料w 50mm 出力300t/h ;第二級為德國FAM公司原裝可逆錘擊式細碎機，進料w 50mm出 料w 7mm出力300t/h，滿足鍋爐燃燒所給定曲線的級配要求。4.3 輸煤系統(tǒng)及控制方式 輸煤系統(tǒng)運行方式按雙路同時運行設防，采用程序控制方式。5 除渣系統(tǒng)主要設計特點：5.1 氣力除渣系統(tǒng) 氣力除渣系統(tǒng)采用中英合資克萊德華通公司溪流相氣力輸送系統(tǒng)。 鍋爐排渣采用兩臺風水聯(lián)合冷渣器，

16、 分三個室，第一室采用氣力選擇性冷卻，第二、三室內(nèi)布置蛇形管束與灰渣進行熱交換，一室二室相通，二、三室中間由 風冷隔墻隔開。爐膛下部床壓升高到設定值， 冷渣器入口錐型閥開啟， 底渣從側面進入冷渣 器第一室，第一室和第二室為間斷排渣，第三室為連續(xù)排渣，渣經(jīng)過冷卻至150C 進入輸渣系統(tǒng)。每臺冷渣器下的三臺D泵組成一輸渣單元，每臺爐有兩個輸渣單元，兩個輸 渣單元可同時運行。每個輸渣單元中的三臺泵分別運行。系統(tǒng)共設兩座 7.2m渣庫，每座渣庫有效容積為 300用，兩座渣庫可貯渣29.6h 。渣庫采用鋼結構型式，每座渣庫設一臺雙軸攪拌機、一臺汽車散裝機。5.2 輸送空氣供應系統(tǒng) 新鄉(xiāng)火電廠氣力除渣系統(tǒng)

17、所需輸送空氣由集中空壓機站供給， 控制用空氣取自全廠儀用空氣系統(tǒng)。輸送及全廠儀用空壓機布置在一座空壓機房內(nèi)，設有6臺螺桿式空壓機（還擔任向石灰石輸送系統(tǒng)供氣） ，每臺空壓機后設有 1 臺冷凍 式干燥機?？諌簷C為 4 運 2 備。 6 臺空壓機的運行由一臺智能互聯(lián)控制器控制。5.3 除灰渣系統(tǒng)控制氣力除灰渣系統(tǒng)采用計算機程序控制（可編程控制器 PLC+t位機監(jiān)控站）， 新鄉(xiāng)火電廠2臺機組合用一套控制系統(tǒng)，不設常規(guī)表盤。系統(tǒng)設程控站（PLC站） 和運行人員CRT站。高速數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡及外圍設備，對氣力除灰渣系統(tǒng)進行集中 監(jiān)視、管理和自動順序控制，并可實現(xiàn)遠方手動操作和就地操作。PLC站分主控站和遠控站，PLC主控站和CRT站設在除灰控制室內(nèi)，分別在鍋爐冷渣器處、灰 渣庫區(qū)設PLC遠控站。6 主廠房布置主要設計特點：主廠房布置為汽機房、除氧煤倉間、鍋爐三列式，采用內(nèi)煤倉型式，取消控 制樓。汽機為橫向布置，采用除氧煤倉間聯(lián)合框架，鍋爐采用半露天島式布置， 爐后依次布置一、二次風機、電除塵器、引風機和煙囪。不設獨立控制