13053爐的改進(jìn)設(shè)計(jì)及其應(yīng)用效果

1、130/5.3爐的改進(jìn)設(shè)計(jì)及其應(yīng)用效果文張洪 ( 寧波熱電股份有限公司 浙江 寧波 315800 ) 摘 要 本文通過對(duì)我公司前后二代130/5.3爐結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際的改進(jìn)設(shè)計(jì)提出了良好的參考意見，為鍋爐廠實(shí)施高效能地改進(jìn)設(shè)計(jì)打下了良好地基礎(chǔ)。第二代改進(jìn)設(shè)計(jì)爐的實(shí)際運(yùn)行結(jié)果說明，取得了相當(dāng)滿意的效果，為以后類似問題的解決提供了一定的思路。關(guān)健詞設(shè)計(jì)生產(chǎn)實(shí)際改進(jìn)設(shè)計(jì)效果顯前言“鍋爐是門藝術(shù)而決非簡(jiǎn)單的技術(shù)”。不記得這句話是那位大師所言，反正幾年來的生產(chǎn)實(shí)踐對(duì)這句話確有驗(yàn)證。由于對(duì)鍋爐設(shè)計(jì)數(shù)模的影響因素不僅多，而且至今尤其是CFB爐型還不是十分成熟。因此，鍋爐廠設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品，尤其是首臺(tái)投入商業(yè)化運(yùn)行的

2、CFBB，一般來說問題都不會(huì)少。如果僅簡(jiǎn)單地再?gòu)脑O(shè)計(jì)室到設(shè)計(jì)室對(duì)其進(jìn)行改善，則效能將會(huì)十分低下。如果結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐并融入相對(duì)應(yīng)的理論分析，修改的效能將大大提高，從而獲得優(yōu)秀的商業(yè)化運(yùn)行實(shí)績(jī)。我公司使用的130/5.3中溫次高壓CFBB僅隔二年的前后二代爐的改進(jìn)設(shè)計(jì)就說明了這個(gè)問題。二、爐型介紹及改進(jìn)前設(shè)計(jì)爐的特點(diǎn)我公司使用的130/5.3是次高壓中溫循環(huán)流化床鍋爐。主參數(shù)設(shè)計(jì)為：主汽流量130t/h、主汽溫度450、主汽壓力5.3Mpa。該爐型的布置特點(diǎn)為：?jiǎn)五佂? 自然循環(huán), 集中下降管, 冂型布置的燃煤?jiǎn)渭?jí)高溫分離循環(huán)的循環(huán)流化床鍋爐，采用半露天布置。鍋爐由一個(gè)膜式水冷壁爐膛；兩個(gè)蝸殼式汽冷

3、旋風(fēng)分離器；上部由一個(gè)汽包墻包覆和下部由豎井煙道組成。在爐膛內(nèi)部無任何附加受熱面。在尾部豎井里布置有高、低溫過熱器以及省煤器。該爐型在寧波熱電的使用曾分前后二代，在此，我們將前一代把它稱之為改進(jìn)前設(shè)計(jì)爐，后一代把它稱之為改進(jìn)后設(shè)計(jì)爐。改進(jìn)前設(shè)計(jì)爐的特點(diǎn)是：1、 出力充足，鍋爐通常出力均可達(dá)到150t/h，甚至以上，最大出力甚至能達(dá)到180t/h；2、 負(fù)荷建立快，其從冷態(tài)至滿負(fù)荷僅需24小時(shí)以內(nèi)；3、 低溫過熱器嚴(yán)重超溫，蒸汽的低溫過熱器出口溫度最高曾達(dá)到450甚至以上；4、 風(fēng)室漏渣嚴(yán)重；5、 排煙溫度過高；6、 豎井煙道受熱面，尤其是高、低溫過熱器積灰嚴(yán)重。從理論上來講，改進(jìn)前設(shè)計(jì)爐爐膛受

4、熱面布置充足、分離及循環(huán)系統(tǒng)設(shè)置高效，但低溫過熱器受熱面布置過足、高低溫過熱器受熱面煙速過低、豎井加熱受熱面布置不足、流化床風(fēng)帽結(jié)構(gòu)不良。因此，需要在設(shè)計(jì)中改進(jìn)的參數(shù)顯然是尾部受熱面的面積布置和尾部受熱面的煙速設(shè)計(jì)以及流化風(fēng)帽的風(fēng)帽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。三、 設(shè)計(jì)的改進(jìn)（一） 、鍋爐尾部煙道煙速選取的改進(jìn)改進(jìn)前設(shè)計(jì)爐尾部煙道煙速的設(shè)計(jì)選取為（m/s）（表一）：項(xiàng)目爐膛高過低過高省低省空預(yù)器流速4.578.87.616.576.67.52 從實(shí)際運(yùn)行一段時(shí)期后的爐內(nèi)檢查結(jié)果來看，改進(jìn)前設(shè)計(jì)爐從煙速角度上的防磨做得應(yīng)該說是很成功的。但是，另一個(gè)問題卻出現(xiàn)得比較明顯，那就是豎井煙道的積灰問題，尢以高低過嚴(yán)重。豎

5、井煙道嚴(yán)重的積灰使當(dāng)時(shí)排煙溫度一度曾高達(dá)近220（裝吹灰器后大為改善）。 受熱面的積灰除與煙速有關(guān)系外，從煤種角度上而言，還與灰細(xì)度、煤灰的成灰特性等因素有關(guān)系。為此，當(dāng)時(shí)我們?cè)鴮?duì)一家熱電廠相應(yīng)爐型的受熱面作過考查，至少這家熱電廠相應(yīng)爐型的豎井煙道煙氣流速要遠(yuǎn)高于我爐，據(jù)介紹要達(dá)到12m/s甚至以上。但直觀上而言，其比我爐型的豎井煙道受熱面和積灰還要嚴(yán)重。因此，雖然根本上的措施還是煙速，但卻需結(jié)合自己的用煤甚至爐型等情況，最后在積灰與抗磨損之間找到一個(gè)最為合理的煙速數(shù)據(jù)和結(jié)果。 爐內(nèi)的檢查發(fā)現(xiàn)，空預(yù)器處的煙速設(shè)計(jì)最為合理。因?yàn)榭疹A(yù)器管面上的積灰是很浮的，也說是說，空預(yù)器的表面有灰、有一屋薄薄的

6、浮灰。這一現(xiàn)象說明，流經(jīng)空預(yù)器的煙速當(dāng)是一個(gè)既不會(huì)使受熱面積灰、又不會(huì)使受熱面發(fā)生磨損的合理值。130/5.3改進(jìn)前設(shè)計(jì)爐設(shè)計(jì)參數(shù)與運(yùn)行煙溫參數(shù)對(duì)照表（表二）：煙溫高過進(jìn)口低過進(jìn)口高省進(jìn)口低省進(jìn)口空預(yù)器進(jìn)口省煤溫差排煙溫度空預(yù)溫差設(shè)計(jì)值840661541345245296134111運(yùn)行值807702604460277327160117根據(jù)以上數(shù)據(jù)得各受熱面的平均煙溫如下：空預(yù)器實(shí)際的平均溫度：（277160）/2218.5高過：（807+702）/2754.5；低過：（702+604）/2653高?。海?04+460）/2532；低?。海?60+277）/2368.5由于煙氣溫度原因，得各受

7、熱面處煙氣濃度僅為空預(yù)器處煙汽濃度的比較值：高過：（218.5+273）/（754.5+273）1/2.09項(xiàng)目高過低過高省低省空預(yù)器改進(jìn)前設(shè)計(jì)爐8.87.616.576.67.52改進(jìn)后設(shè)計(jì)爐12.5118.67.75/6.78.15/7.35低過：（218.5+273）/（653+273）1/1.884高?。海?18.5+273）/（532+273）1/1.638低?。海?18.5+273）/（368.5+273）1/1.305由于含塵煙氣對(duì)管束的沖刷能力與煙塵濃度成一次方關(guān)系*，而與煙氣流速成3.3次方關(guān)系*。因此，不足的煙塵濃度所形成的對(duì)高低過的不足沖刷（反積灰）當(dāng)由煙速來彌補(bǔ)。于是得

8、各受熱面對(duì)應(yīng)于空預(yù)器處煙速的合理值的比值如下：高過為1.25；低過為1.21；高省1.16；低省為1.0831。同時(shí)對(duì)于空預(yù)器，設(shè)計(jì)的平均溫度為（245+134）/2189.5、但實(shí)際的平均溫度為（277160）/2218.5，增大幅度為（218.5+273）/（189.5+273）1.063。換言之，要達(dá)到檢查時(shí)目測(cè)的實(shí)際效果其實(shí)際煙速當(dāng)為1.063*7.528m/s。根據(jù)以上結(jié)果，則得出其它受熱面的煙速調(diào)整取值為：高過：8*1.2510m/s、低過：1.21*89.68m/s、高?。?.16*89.28m/s、低?。?.0831*88.665m/s實(shí)際上，由于高溫過熱器處于爐膛出口附近以及

9、高溫過熱器處于尾部煙道轉(zhuǎn)向室后，因此，高溫過熱器管壁表面于灰粒的附著能力將強(qiáng)于其它受熱面。這也需要煙速對(duì)其實(shí)施補(bǔ)償。這是因?yàn)椋?、雖然熱電偶所測(cè)爐膛出口處溫度僅980或以上，但由于溫度場(chǎng)的不均勻性以及濃度場(chǎng)的不均勻性，鍋爐爐膛火中心最高溫度一般可達(dá)1000甚至以上。因此，爐膛內(nèi)火焰中心處的灰分大多呈準(zhǔn)熔化（具有粘性）狀態(tài)，而接觸到相應(yīng)較冷的高溫過熱器管壁面時(shí)已凝固，并沉積在壁面上成疏松狀，形成積灰。2、在尾部受熱面中，高溫過熱器的煙氣溫度與介質(zhì)溫度差最大，溫度梯度導(dǎo)至的熱遷移使小粒子從高溫區(qū)向低溫區(qū)運(yùn)動(dòng)。研究表明熱遷移是造成灰分沉積的重要因素之一。再則，高溫過熱器緊隨轉(zhuǎn)向煙道之后，轉(zhuǎn)向煙道使煙

10、氣獲得較大慣性動(dòng)量的并使灰粒離開氣流而撞擊到高溫過熱器壁面，當(dāng)撞擊灰粒的溫度很高，呈準(zhǔn)溶融狀液態(tài)時(shí)，很容易發(fā)生粘接。因此，由于不同受熱面至少由于煙氣、介質(zhì)溫差的差異導(dǎo)至對(duì)灰粒的附著能力的差異，再加上轉(zhuǎn)向室的原因，高過管壁當(dāng)比低過管壁、低過管壁當(dāng)比省煤器管壁更需加權(quán)地考慮沖刷能力的需要。改進(jìn)前設(shè)計(jì)爐與改進(jìn)后設(shè)計(jì)爐受熱面煙速（m/s）的取值對(duì)比表（表三）：（二） 、鍋爐尾部煙道面面積選取改進(jìn)以下是130/5.3鍋爐受熱面布置與其它相應(yīng)且投運(yùn)和運(yùn)行良好爐情況對(duì)比表（表四）：旋風(fēng)筒包墻吊掛轉(zhuǎn)向室高過低過省煤器空預(yù)器相應(yīng)爐受熱面面積53.32306631350539053529相應(yīng)爐傳熱系數(shù)442882

11、130/5.3面積2722591153735032424管：16723536130/5.3傳熱系數(shù)40257054/501、從過熱器面積來看，由于130/5.3鍋爐設(shè)計(jì)上旋風(fēng)筒、轉(zhuǎn)向室等過熱部件受熱面面積要遠(yuǎn)大于另一鍋爐廠相應(yīng)部件的受熱面面積設(shè)計(jì)，再融入過熱傳熱系數(shù)的考慮，則相應(yīng)的傳熱能力評(píng)價(jià)為：（272×40+115×70259×25）/（53.3×44+65.5×82+230×28）1.794，130/5.3鍋爐在低溫過熱器部套的受熱能力是另一鍋爐廠相應(yīng)部套的1.794倍。這是引起130/5.3低過超溫的根本原因。相應(yīng)等能力情況下

12、，130/5.3低過面積當(dāng)為503/1.794=280m2 2、原相應(yīng)省煤器設(shè)計(jì)面積下的降溫能力在300左右，雖然現(xiàn)實(shí)際降溫能力能夠?qū)崿F(xiàn)（見表二），但省煤器進(jìn)口溫度卻提高了65，同時(shí)，出口側(cè)還需要30的降溫能力，因此，相應(yīng)的省煤器當(dāng)有1.32倍降溫能力的提高。原省煤器管面積為1671m2，折算為傳熱效果為：518×54.4+1153×5082829.2kw/，提高后當(dāng)為82829.2kw/*1.32109058.18kw/。在增加下級(jí)省煤器的情況下，則需增加的面積為：（109058.18-82829.2）/46570.1m2。 如此考慮，改進(jìn)后省煤器加翅片的總實(shí)際面積將達(dá)到

13、（570+518+1153）×2.14706.51m2，再考慮其150t/h負(fù)荷時(shí)的能力，則面積當(dāng)為（150/130）*4706.515430m2。改進(jìn)設(shè)計(jì)前后各受熱面的情況布置如下（表五）：項(xiàng)目改進(jìn)前改進(jìn)后一、過熱器 (1)旋風(fēng)筒 272220(2)吊掛管 102(3)包墻272247(4)低溫過熱器503299(5)高溫過熱器373598二、省煤器2424.4(管1672)5414(管2578)三、空預(yù)器35363565（三）、風(fēng)室漏渣情況的改進(jìn)風(fēng)室漏渣情況緣由于茵形風(fēng)帽風(fēng)眼的鎖角是否保證、穩(wěn)定。風(fēng)室漏渣往往發(fā)生于料床的靜態(tài)。如下圖一示的線二須高于線一，可實(shí)現(xiàn)鎖角的穩(wěn)定，可消除風(fēng)室的漏渣。但如圖二示的鐘罩形風(fēng)帽由于風(fēng)眼結(jié)構(gòu)的不同，或稱為最大地實(shí)現(xiàn)了風(fēng)眼的鎖角穩(wěn)定，因此，消除風(fēng)室漏渣的效果是相當(dāng)顯著的。改進(jìn)后設(shè)計(jì)爐全部采用的是鐘罩形風(fēng)帽。四、 改進(jìn)后的實(shí)際效果經(jīng)過以上改進(jìn)后，經(jīng)實(shí)際運(yùn)行驗(yàn)證，低過超溫及排煙溫度過高問題一并消除。改進(jìn)前后各檔煙溫運(yùn)行數(shù)據(jù)（表六）：爐別項(xiàng)目分離器高過低過高省低省空預(yù)器