23大型超高壓循環(huán)流化床鍋爐電廠

1、熱機(jī)專業(yè)技術(shù)交流會(huì)資料大型超高壓循環(huán)流化床鍋爐電廠設(shè)計(jì)特點(diǎn)介紹河南省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)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(guó)內(nèi)首次采用國(guó)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(cè)設(shè)計(jì)院承擔(dān)電廠設(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)特點(diǎn)，可供同類型電廠設(shè)計(jì)參考。 關(guān)鍵詞 超高壓循環(huán)流化床鍋爐 電廠 設(shè)計(jì)特點(diǎn)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(tái)中 溫中壓煤粉爐， 因設(shè)備陳舊、 煤耗高、污染嚴(yán)重， 屬于國(guó)家“小火電” 關(guān)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(jī)組的場(chǎng)地

2、上建設(shè) 135MW 超高壓汽輪發(fā)電機(jī)組配套440t/h超高壓中間再熱循環(huán)流化床（CFB鍋爐。這兩 項(xiàng)工程的設(shè)計(jì)任務(wù)均由河南省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院承擔(dān)。兩廠技改工程于 2000 年 10 月進(jìn)行了主機(jī)招標(biāo)，其中鍋爐邀請(qǐng)哈爾濱、 上海、 東方三家廠商參加 投 標(biāo)，結(jié) 果 哈爾濱 鍋 爐廠有限 責(zé)任公 司中標(biāo)，由 德國(guó) ALSTOM-EVT司進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)并提供性能保證，哈鍋?zhàn)孕兄圃?。?jīng)過兩年多的建設(shè)，新鄉(xiāng)火電廠 1 號(hào)機(jī)和開封火電廠 2 號(hào)機(jī)分別于 2003 年 2 月 25 日 5:00 和 2 月 28 日 17:00 通過 72 小時(shí)滿負(fù)荷試運(yùn)行，進(jìn)入商業(yè)運(yùn)行。大型循環(huán)流化床鍋爐（CFB爐）是國(guó)家大

3、力推廣的高新技術(shù)，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(shí)，這種鍋爐對(duì)煤種 適應(yīng)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(tái)機(jī)組的順 利投產(chǎn)標(biāo)志著我國(guó)大型循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的應(yīng)用水平又邁上了一個(gè)新的臺(tái)階。 2 鍋爐本體主要技術(shù)特點(diǎn)2.1 鍋爐主要技術(shù)規(guī)范型 號(hào)：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(zé)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(jìn)口壓力2.621MPa(g)再熱蒸汽進(jìn)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(diǎn) 鍋爐主要由爐膛、高溫絕熱旋風(fēng)分離器、雙路回料閥和尾部對(duì)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(fēng)板，大直徑鐘罩式風(fēng)帽，具有布風(fēng)均勻、防堵塞、 防結(jié)焦和便于維修等優(yōu)點(diǎn)。 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(jí)過熱器和末級(jí)再熱器，以提高整個(gè)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(gè)直徑 7.36m 的高溫旋風(fēng)分

5、離器， 布置在燃燒室與尾部對(duì)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(gè)非機(jī)械型雙路回料閥，回料為自平衡式， 流化密封風(fēng)用高壓風(fēng)機(jī)單獨(dú)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(gòu)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(yīng)。經(jīng)過分離器凈化過的煙氣進(jìn)入尾部煙道。尾部對(duì)流煙道中布置川級(jí)、I級(jí)過熱器、低溫再熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器。 過熱蒸汽溫度由在過熱器之間布置的兩

6、級(jí)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(jí)間的噴水減溫來調(diào)節(jié)，減溫水來自給水泵抽頭，川級(jí)、I級(jí)過熱器、低溫再熱器煙道采用的包墻過熱器為膜式壁結(jié)構(gòu)，省煤器、空 氣預(yù)熱器煙道采用護(hù)板結(jié)構(gòu)。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(shè)有膨脹中心， 各部分煙氣、 物料的連接管之間設(shè)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(guó)外成熟 的密封技術(shù)設(shè)計(jì)，確保鍋爐的良好密封。鍋爐鋼結(jié)構(gòu)采用高強(qiáng)螺栓連接。 除分離器筒體、冷渣器和空氣預(yù)熱器為支撐結(jié)構(gòu)外，其余均為懸吊結(jié)構(gòu)。循環(huán)流化床燃燒用風(fēng)分級(jí)送入燃燒室，以降低

7、NQ的生成量，除從布風(fēng)板送 入的一次風(fēng)外， 還從燃燒室下部堆段分三層不同高度引入二次風(fēng)。 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(dòng)采用床上和床下結(jié)合的啟動(dòng)方式。 床下布置有兩只啟動(dòng)燃燒器， 床 上布置四只啟動(dòng)燃燒器。鍋爐除在燃燒室、 分離器、 回料閥有關(guān)部位設(shè)置非金屬耐火防磨材料外， 還 在尾部對(duì)流受熱面、 燃燒室有關(guān)部位采取了金屬材料防磨措施， 以有效保障安全 連續(xù)運(yùn)行。3 燃燒系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)特點(diǎn)：3.1 給煤系統(tǒng) 鍋爐采用四點(diǎn)給煤，原煤由煤斗經(jīng)兩級(jí)給煤機(jī)送到回料管線上的四個(gè)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(shè)有來自二次冷風(fēng)的密封風(fēng)。這種給煤方式優(yōu)

8、點(diǎn)是：1）給煤系統(tǒng)簡(jiǎn)單，不會(huì)發(fā)生給煤堵塞或結(jié)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(jìn)行水分蒸發(fā)、揮發(fā)份析 出等過程， 同時(shí)煤與大量的循環(huán)物料一起進(jìn)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(fēng)作為正壓密封風(fēng)，無需增壓風(fēng)機(jī)。4）與布置在前墻的冷渣器配合使用，使給煤遠(yuǎn)離排渣口延長(zhǎng)了煤顆粒在爐 內(nèi)的停留時(shí)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(gòu)買， 廠內(nèi)石灰石倉(cāng)儲(chǔ)存， 石灰石倉(cāng)儲(chǔ)存量可 滿足電廠 10 天使用，石灰石粉可通過倉(cāng)泵氣力送至除氧煤倉(cāng)內(nèi)的

9、石灰石斗，石 灰石斗內(nèi)的石灰石粉通過電動(dòng)鎖氣器由石灰石輸送風(fēng)機(jī)氣力送至爐后旋風(fēng)分離器下的四個(gè)回料管內(nèi)進(jìn)入爐膛參與燃燒脫硫。3.3 煙風(fēng)系統(tǒng) 根據(jù)空氣壓力的不同，把進(jìn)入爐膛冷、熱風(fēng)分為一次風(fēng)、二次風(fēng)、高壓流化 風(fēng)、冷渣器流化風(fēng)四種，分別由四種風(fēng)機(jī)提供。采用并聯(lián)系統(tǒng)，分別設(shè)有 2 臺(tái)一 次風(fēng)機(jī)、 2臺(tái)二次風(fēng)機(jī)、 2臺(tái)高壓流化風(fēng)機(jī)、 2臺(tái)冷渣器流化風(fēng)機(jī)和 2臺(tái)引風(fēng)機(jī)， 采用平衡通風(fēng)方式。1）由 2 臺(tái)一次風(fēng)機(jī)提供的一次風(fēng)，分兩路，第一路經(jīng)過空預(yù)器進(jìn)入爐膛底 部的布風(fēng)板，另一路由一次風(fēng)機(jī)出口引出至啟動(dòng)燃燒器。2）由 2 臺(tái)二次風(fēng)機(jī)提供的二次風(fēng)分三路進(jìn)入爐膛，一路經(jīng)過空預(yù)器后分三 層進(jìn)入爐膛，另一路經(jīng)過

10、空預(yù)器后作為旋轉(zhuǎn)密封給料閥后給煤口和石灰石口的密 封風(fēng)源，第三路為冷風(fēng)，由二次風(fēng)機(jī)出口引出，作為給煤機(jī)的密封風(fēng)源。3）由 2 臺(tái)高壓流化風(fēng)機(jī)提供的高壓流化風(fēng)作為回料閥的流化風(fēng)源。 2 臺(tái)高 壓流化風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)為一臺(tái)運(yùn)行， 一臺(tái)備用；由 2 臺(tái)冷渣器流化風(fēng)機(jī)提供冷渣器流化 風(fēng)，2 臺(tái)冷渣器流化風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)為一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用。4）由爐膛出口經(jīng)過熱旋風(fēng)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(fēng)空預(yù)器和一次風(fēng)空預(yù)器、電除塵器、引風(fēng)機(jī)后 最終從煙囪排出。5）風(fēng)機(jī)啟動(dòng)設(shè)置 一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)采用離心風(fēng)機(jī)，與常規(guī)風(fēng)機(jī)相同。高壓流化風(fēng) 機(jī)及冷渣流化風(fēng)機(jī)采用羅茨風(fēng)機(jī)， 由于

11、羅茨風(fēng)機(jī)的特殊結(jié)構(gòu)， 流量無法調(diào)節(jié)， 且 需零壓?jiǎn)?dòng)， 故需設(shè)置排空管路和旁路調(diào)節(jié)管路， 排空管路的設(shè)置宜放置于逆止 閥和機(jī)本體之間， 以防止風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)， 管路壓力下降過大， 排空管路的功能亦可 用啟動(dòng)卸荷閥代替。3.4 鍋爐點(diǎn)火系統(tǒng)鍋爐啟動(dòng)燃燒器采用床上啟動(dòng)與床下結(jié)合， 床上 4 個(gè)啟動(dòng)燃燒器油槍， 布置 于布風(fēng)板上 3 米處，向下傾斜 30，位于二次風(fēng)口內(nèi)，每只出力為 1870kg/h ； 床下 2 個(gè)啟動(dòng)燃燒器，布置在水冷風(fēng)箱下部，每只出力為 1550kg/h ，總啟動(dòng)負(fù) 荷為32%BMCR啟動(dòng)燃燒器啟動(dòng)燃燒器由高能點(diǎn)火器、內(nèi)回油機(jī)械霧化油槍、配 風(fēng)器、伸縮機(jī)構(gòu)組成。床下啟動(dòng)燃燒器配風(fēng)比

12、較復(fù)雜，每只床下啟動(dòng)燃燒器主要配風(fēng)如下： 第一路風(fēng)為點(diǎn)火風(fēng)，取自一次風(fēng)機(jī)出口，經(jīng)點(diǎn)火風(fēng)口和穩(wěn)燃器進(jìn)入預(yù)燃室內(nèi)， 用于滿足油槍點(diǎn)火初期的燃燒需要； 第二路風(fēng)為混合風(fēng)， 取自一次風(fēng)機(jī)出口， 經(jīng) 預(yù)燃室內(nèi)外筒之間的風(fēng)道進(jìn)入預(yù)燃室內(nèi)， 與油燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔饣旌希?降低高 溫?zé)煔鉁囟龋?用于滿足鍋爐啟動(dòng)初期的需要， 并有部份混合風(fēng)作為根部風(fēng)以防止 油位于預(yù)燃室后部、 在鄰近預(yù)燃室處吹入， 用于防止油火焰貼壁， 使預(yù)燃室內(nèi)壁 過熱；第三路風(fēng)為熱一次風(fēng)，取自一次風(fēng)預(yù)熱器出口，為正常運(yùn)行時(shí)使用。在啟動(dòng)過程中， 第三路熱風(fēng)關(guān)閉， 以防止影響啟動(dòng)時(shí)的熱煙氣的流動(dòng)， 在啟 動(dòng)完成后，第一路點(diǎn)火風(fēng)、第二路混合風(fēng)關(guān)閉

13、，并開啟第三路熱一次風(fēng)。3.5 鍋爐雜用氣系統(tǒng) 由于鍋爐為正壓運(yùn)行，鍋爐雜用氣點(diǎn)較多，計(jì)有聲波吹灰器、油槍吹掃風(fēng)、 點(diǎn)火器吹掃風(fēng)、 錐形閥觀察窗吹掃風(fēng)、 冷渣器坡段吹掃風(fēng)等， 原根據(jù)要求設(shè)計(jì)為 壓縮空氣，壓力為0.6MPa,但在實(shí)際運(yùn)行過程中，由于用氣點(diǎn)過多，而且水冷 風(fēng)室內(nèi)壓力為0.016MPQ各用氣點(diǎn)壓力均不大于水冷風(fēng)室內(nèi)壓力， 實(shí)際用氣量 遠(yuǎn)大于理論計(jì)算量， 故針對(duì)用氣點(diǎn)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(shí)運(yùn)行，壓力 0.6MPa,取自除灰 用壓縮空氣。2） 油槍、點(diǎn)火器吹掃風(fēng)：根據(jù)鍋爐廠要求壓力可高于爐膛壓力2kPa,取自 一次風(fēng)機(jī)出口

14、。3） 錐形閥觀察窗吹掃風(fēng)：根據(jù)鍋爐廠要求壓力為0.040.06MPa取自高 壓流化風(fēng)機(jī)出口。4）冷渣器坡段吹掃風(fēng)：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(fēng)量要求過大， 且為斷續(xù)運(yùn)行， 故正常運(yùn)行取自一次風(fēng)機(jī)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(fēng)源。5）所有鍋爐雜用氣均設(shè)有就地流量計(jì)，用于控制流量分配。4 燃料輸送系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)特點(diǎn)：循環(huán)流化床鍋爐的入爐燃煤具有嚴(yán)格粒度級(jí)配要求，品質(zhì)較高（ dmax=7m，m d5=0.6mn）。運(yùn)煤系統(tǒng)需要將原煤制備成滿足要求的燃燒用煤，同時(shí)需要具備快 速反映能力，能夠及時(shí)供煤。4.1 除雜設(shè)備的配置輸煤系統(tǒng)設(shè)置了

15、除大塊機(jī)、 除雜物機(jī)及多級(jí)除鐵器， 以滿足鍋爐對(duì)供煤品質(zhì) 的要求。4.2 破碎設(shè)備的配置 破碎設(shè)備擔(dān)負(fù)著將原煤制備為滿足粒度級(jí)配要求的燃燒用煤的任務(wù)。破碎設(shè)備設(shè)置了二級(jí)：第一級(jí)為環(huán)錘式粗破碎機(jī)，進(jìn)料w 300mm出料w 50mm 出力300t/h ;第二級(jí)為德國(guó)FAM公司原裝可逆錘擊式細(xì)碎機(jī)，進(jìn)料w 50mm出 料w 7mm出力300t/h，滿足鍋爐燃燒所給定曲線的級(jí)配要求。4.3 輸煤系統(tǒng)及控制方式 輸煤系統(tǒng)運(yùn)行方式按雙路同時(shí)運(yùn)行設(shè)防，采用程序控制方式。5 除渣系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)特點(diǎn)：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(tái)風(fēng)水聯(lián)合冷渣器，

16、 分三個(gè)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(jìn)行熱交換，一室二室相通，二、三室中間由 風(fēng)冷隔墻隔開。爐膛下部床壓升高到設(shè)定值， 冷渣器入口錐型閥開啟， 底渣從側(cè)面進(jìn)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(jìn)入輸渣系統(tǒng)。每臺(tái)冷渣器下的三臺(tái)D泵組成一輸渣單元，每臺(tái)爐有兩個(gè)輸渣單元，兩個(gè)輸 渣單元可同時(shí)運(yùn)行。每個(gè)輸渣單元中的三臺(tái)泵分別運(yùn)行。系統(tǒng)共設(shè)兩座 7.2m渣庫(kù)，每座渣庫(kù)有效容積為 300用，兩座渣庫(kù)可貯渣29.6h 。渣庫(kù)采用鋼結(jié)構(gòu)型式，每座渣庫(kù)設(shè)一臺(tái)雙軸攪拌機(jī)、一臺(tái)汽車散裝機(jī)。5.2 輸送空氣供應(yīng)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(jī)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(jī)布置在一座空壓機(jī)房?jī)?nèi)，設(shè)有6臺(tái)螺桿式空壓機(jī)（還擔(dān)任向石灰石輸送系統(tǒng)供氣） ，每臺(tái)空壓機(jī)后設(shè)有 1 臺(tái)冷凍 式干燥機(jī)。空壓機(jī)為 4 運(yùn) 2 備。 6 臺(tái)空壓機(jī)的運(yùn)行由一臺(tái)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(jì)算機(jī)程序控制（可編程控制器 PLC+t位機(jī)監(jiān)控站）， 新鄉(xiāng)火電廠2臺(tái)機(jī)組合用一套控制系統(tǒng)，不設(shè)常規(guī)表盤。系統(tǒng)設(shè)程控站（PLC站） 和運(yùn)行人員CRT站。高速數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)及外圍設(shè)備，對(duì)氣力除灰渣系統(tǒng)進(jìn)行集中 監(jiān)視、管理和自動(dòng)順序控制，并可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方手動(dòng)操作和就地操作。PLC站分主控站和遠(yuǎn)控站，PLC主控站和CRT站設(shè)在除灰控制室內(nèi)，分別在鍋爐冷渣器處、灰 渣庫(kù)區(qū)設(shè)PLC遠(yuǎn)控站。6 主廠房布置主要設(shè)計(jì)特點(diǎn)：主廠房布置為汽機(jī)房、除氧煤倉(cāng)間、鍋爐三列式，采用內(nèi)煤倉(cāng)型式，取消控 制樓。汽機(jī)為橫向布置，采用除氧煤倉(cāng)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(fēng)機(jī)、電除塵器、引風(fēng)機(jī)和煙囪。不設(shè)獨(dú)立控制