410t/h高壓循環(huán)流化床鍋爐

一、主要設(shè)計(jì)參數(shù)

為借鑒國(guó)外循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的成功經(jīng)驗(yàn)，加快發(fā)展循環(huán)流化床燃燒技術(shù)，以及探索四川火力發(fā)電廠燃用高硫高灰煤的有效途徑，我國(guó)從奧斯龍公司購(gòu)進(jìn)一臺(tái)410t/h Pyroflow 型循環(huán)流化床鍋爐及自動(dòng)控制系統(tǒng)和主要輔助設(shè)備，1996年在四川內(nèi)江示范電站投產(chǎn)運(yùn)行。該型鍋爐代表當(dāng)時(shí)的世界先進(jìn)水平。
鍋爐設(shè)計(jì)煤種的人爐粒徑為O-7mm（煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)) ；采用石灰石作為脫硫劑．對(duì)于設(shè)計(jì)燃料和給定的石灰石，在過(guò)量空氣系數(shù)保持1.2 和Ca/S摩爾比為2.2的條件下，要求標(biāo)準(zhǔn)狀況下煙氣中氣體污染物排放量NO₂（200mg/m³，SO₂《700mg/m³，石灰石特性和顆粒篩分,鍋爐技術(shù)規(guī)范列于表。
二、鍋爐整體布置與技術(shù)特點(diǎn)
1 ．鍋爐整體布置
鍋爐為露天布置，采用懸吊與支承結(jié)合的方式固定；鍋爐構(gòu)架為全鋼結(jié)構(gòu)，采用高強(qiáng)度螺栓聯(lián)接。鍋爐汽包、爐膛、對(duì)流過(guò)熱器和尾部豎并上段（含省煤器）均采用懸吊固定，爐膛前布置的兩個(gè)旋風(fēng)分離器和空氣預(yù)熱器用支承方式固定。鋼構(gòu)架兩側(cè)中．心距為25.8m ，前后中心距為30m ，大板梁標(biāo)高為47.2m ，鍋爐頂部標(biāo)高為50m，汽包懸掛在爐膛和尾部豎井之間爐頂?shù)拇蟀辶荷�，汽包中心�?biāo)高為42.7m , 4 根集中下降管穿過(guò)第一級(jí)過(guò)熱器后的斜煙道，并通過(guò)下部分配聯(lián)箱與水冷壁相連接，形成蒸發(fā)系統(tǒng)的自然循環(huán)回路。爐膛由膜式水冷壁構(gòu)成，中部標(biāo)高位置布置n 管屏第二級(jí)過(guò)熱器。爐膛頂部由后墻水冷壁前向后折彎形成斜爐頂，其上的煙氣通道內(nèi)沿?zé)煔饬飨蛳群蟛贾玫谌��?jí)過(guò)熱器、第一級(jí)過(guò)熱器。與常規(guī)煤粉鍋爐相仿，省煤器和管式空預(yù)器布置在尾部豎井的對(duì)流煙道內(nèi)。
2 ．鍋爐技術(shù)特點(diǎn)
爐內(nèi)物料采用高溫循環(huán)，分離器內(nèi)工作溫度與爐膛溫度（約900℃）接近。爐膛中部設(shè)置第二級(jí)過(guò)熱器（日管屏），沿爐膛后墻側(cè)布置翼墻式雙面曝光水冷壁，以平衡和增強(qiáng)爐膛內(nèi)換熱并彌補(bǔ)蒸發(fā)受熱面的不足。少量引風(fēng)機(jī)出口煙氣經(jīng)煙氣再循環(huán)風(fēng)機(jī)加壓后作為流化冷卻介質(zhì)進(jìn)人流化床冷渣器。與高溫底渣換熱后的煙氣及攜帶的細(xì)顆粒進(jìn)人爐膛下部，形成煙氣再循環(huán)，亦起著冷卻下部床體和調(diào)節(jié)床溫的作用。在4 根循環(huán)灰回料管上給人燃煤和石灰石，并采取分級(jí)供風(fēng)方式燃燒，同時(shí)實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)脫硫、控制NO₂生成量和煤的流化燃燒。爐底布風(fēng)板采用了彎管式風(fēng)帽。這種風(fēng)帽具有易于操作，布風(fēng)均勻，運(yùn)行中不易損壞等特點(diǎn)。循環(huán)灰控制采用流化密封送灰器（自平衡式U型閥），流化及控制風(fēng)由專用羅茨風(fēng)機(jī)多點(diǎn)供入，由浮子流量計(jì)指示各點(diǎn)供風(fēng)量。在鍋爐前墻布置兩個(gè)高溫旋風(fēng)分離器。每臺(tái)分離器下的立管在U 型閥分叉為兩根向下傾斜的輸灰管（每根輸灰管上設(shè)有燃煤及石灰石給人裝置），形成分叉管，使回灰及燃料等均勻給人爐膛。采用流化循環(huán)點(diǎn)火啟動(dòng)方式，這種點(diǎn)火方式既可保護(hù)爐內(nèi)耐火防磨材料，又可消除爆燃引起床溫劇升而結(jié)焦的問(wèn)題。
3 ，鍋爐系統(tǒng)布置
鍋爐系統(tǒng)布置圖。該鍋爐主要包括燃燒室、高溫旋風(fēng)分離器、分叉回料密封槽等物料循環(huán)系統(tǒng)、煤和石灰石輸送裝置、灰渣冷卻器、風(fēng)機(jī)、煙道、風(fēng)道、汽水系統(tǒng)和靜電除塵器等，
( 1 ）主循環(huán)回路
燃燒室、高溫旋風(fēng)分離器、分叉回料密封裝置（送灰器）三部分構(gòu)成主循環(huán)回路。燃燒室分為上下兩部分．四周以膜式水冷壁密封。下部主要是燃燒和脫硫區(qū)，該區(qū)的膜式水冷壁用一定厚度的耐火材料覆蓋。此處床料的密度最大，旋渦很強(qiáng)烈，所有的燃料和燃燒風(fēng)均在此區(qū)域送入燃燒室。全部床溫和壓力測(cè)量所需要的穿孔均位于這一區(qū)域。上部燃燒室由膜式水冷壁構(gòu)成，熱量由煙氣和床料傳送給膜式水冷壁使水冷壁內(nèi)水部分地蒸發(fā)成蒸汽。在爐內(nèi)水平布置有管過(guò)熱器。
兩個(gè)直徑為7.5m的旋風(fēng)分離器布置在爐前．旋風(fēng)分離器本身由鋼板制成，內(nèi)部襯有耐火材料。耐火材料分為兩層，貼近鋼板的一層是絕熱耐火材料，厚180mm；貼近煙氣的一層是厚12Omm的耐磨材料。煙氣出口中心管由耐熱材料制成．插人旋風(fēng)分離器內(nèi)一定深度，以提高分離效率。
由旋風(fēng)分離器捕捉到的顆粒沿旋風(fēng)分離器下的立管流入回料密封裝里。為使返回爐內(nèi)的物料與床料混合均勻，減少單個(gè)回料口的負(fù)荷，每個(gè)立管配置兩個(gè)回料密封裝t ，分別位于立管兩邊，成分叉形布置�；亓厦芊庋b置中的物料被從回料裝置底部噴出的高壓流化風(fēng)所流化。煤和石灰石也被送入回料密封裝里中，并與返回的顆�；旌虾筮M(jìn)人燃燒室。占燃燒總風(fēng)量50 ％的一次風(fēng)從滬膛底部布風(fēng)板送人以流化床料，在燃燒室中，床料處于沸騰燃燒狀態(tài)，滬溫控制在850-900℃，滿負(fù)荷時(shí)為897℃，氣流上升速度為5m /s.氣固之間的混合非常強(qiáng)烈，一部分大顆粒在燃燒上升的過(guò)程中會(huì)掉下來(lái)，世成物料的床內(nèi)循環(huán)，而大部分固體顆粒被煙氣攜帶出椒燒室后進(jìn)人高溫旋風(fēng)分離器，經(jīng)分離器捕捉下來(lái)后，再經(jīng)分叉回料密封裝置重新送回爐內(nèi)燃燒，形成了床料的外循環(huán)。
( 2 ）煤和石灰石輸送系統(tǒng)
原煤經(jīng)過(guò)兩級(jí)破碎到最大顆粒小于7mm后，存于細(xì)煤倉(cāng)內(nèi)。從細(xì)煤倉(cāng)輸出的煤通過(guò)埋刮板給煤機(jī)、鏈?zhǔn)浇o煤機(jī)再由螺旋給煤機(jī)和旋轉(zhuǎn)閥將煤輸送至分叉回料密封裝置中。在旋轉(zhuǎn)閥后面引入二次風(fēng)，以提供正壓密封并幫助燃料輸送。石灰石經(jīng)過(guò)兩級(jí)破碎成石灰石粉，最大粒徑小于700 m 。石灰石粉被送到石灰石粉倉(cāng)，再經(jīng)過(guò)螺旋給料機(jī)，最后通過(guò)氣力輸送至分叉回料槽中，煤、石灰石與旋風(fēng)分離器來(lái)的顆粒在此借助高壓流化風(fēng)進(jìn)行強(qiáng)烈混合并送人燃燒室。
( 3 ）煙風(fēng)系統(tǒng)
一次風(fēng)系統(tǒng)用以流化床料，并為然料的燃燒提供一部分空氣。二次風(fēng)系統(tǒng)協(xié)助完成嫩燒，并可控制燃燒溫度，促進(jìn)局部形成低溫，以降低NO₂的生成量。風(fēng)量的分配比例為一次風(fēng)量和二次風(fēng)量各約占總?cè)紵�風(fēng)量的50％.引風(fēng)機(jī)將煙氣經(jīng)由煙囪排人大氣，引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)與一般鍋爐相同。
一次風(fēng)由兩臺(tái)離心式風(fēng)機(jī)（設(shè)計(jì)風(fēng)量標(biāo)準(zhǔn)狀況下46.07m³/s靜壓19591Pa ）從大氣中吸人，經(jīng)過(guò)暖風(fēng)器，再進(jìn)入鍋爐尾部煙道中的管式空氣預(yù)熱器（溫度提高到220℃），然后進(jìn)人燃燒室下部的風(fēng)室，最后經(jīng)燃燒室底部布風(fēng)板噴管形成高速氣流進(jìn)人床內(nèi)，以流化床料并提供燃燒用空氣。暖風(fēng)器的作用是先將一次風(fēng)溫度提高到106℃，以防止尾部煙道中的管式空氣預(yù)熱器在啟動(dòng)或低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)．由于低的煙氣溫度而被腐蝕．
二次風(fēng)由一臺(tái)離心式風(fēng)機(jī)（設(shè)計(jì)風(fēng)量標(biāo)準(zhǔn)狀況下28.37m³/s,靜壓985OPa ）從大氣中吸人，先經(jīng)暖風(fēng)器再進(jìn)管式空氣預(yù)熱器將空氣溫度提高到220℃ 后，在離布風(fēng)板3.6m和32m處分別以上二次風(fēng)和下二次風(fēng)的形式送人爐膛，以實(shí)現(xiàn)分級(jí)燃燒。這樣燃料可以完全燃燒而沒(méi)有過(guò)多的NOz 生成。在啟動(dòng)時(shí)，二次風(fēng)也用作啟動(dòng)燃燒器的燃燒用風(fēng)。燃料在嫩燒室燃燒后．煙氣首先通過(guò)旋風(fēng)分離器，較粗的顆粒在此處被分離出來(lái)并經(jīng)分叉回料密封裝置重新送回床內(nèi)。煙氣攜帶較細(xì)的飛灰通過(guò)鍋爐的對(duì)流受熱面后溫度降低至136℃，進(jìn)人靜電除塵器并在此被分離出來(lái)。煙氣由兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)（設(shè)計(jì)風(fēng)量標(biāo)準(zhǔn)狀況下67. 26 m³/s ，靜壓6726Pa）抽吸經(jīng)靜電除塵器和煙囪排人大氣。在最大連續(xù)出力下，旋風(fēng)分離器區(qū)域的溫度在815-900℃之間，爐膛上部壓力為-50Pa。
為冷卻冷渣器中底灰，設(shè)計(jì)有煙氣再循環(huán)系統(tǒng)。由一臺(tái)離心式風(fēng)機(jī)（設(shè)計(jì)風(fēng)量標(biāo)準(zhǔn)狀況下11. 4m³/s、靜壓17920Pa ）作為再循環(huán)風(fēng)機(jī)，從引風(fēng)機(jī)出口吸人煙氣，再送人流化床冷渣器冷卻底灰，然后從冷渣器上部進(jìn)人床內(nèi)。
鍋爐設(shè)有高慶風(fēng)系統(tǒng)，其作用是流化分又回料密封裝置內(nèi)的循環(huán)物料。高壓風(fēng)系統(tǒng)使用了兩臺(tái)單級(jí)羅茨鼓風(fēng)機(jī)（單臺(tái)風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)風(fēng)量標(biāo)準(zhǔn)狀況下1.64m³/、靜壓60000Pa ）。一臺(tái)運(yùn)行，另一臺(tái)備用。為最大連續(xù)工況下的各種風(fēng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)。
( 4 ) 除灰系統(tǒng)
底灰從燃燒室排出后，通過(guò)流化床冷渣器和水冷螺旋排渣機(jī)，將底灰從900℃ 冷卻到大約260℃，再由鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)將灰送至灰?guī)�。有六個(gè)流化床冷渣器，其中四個(gè)位于燃燒室后墻，另外在兩側(cè)各配備一個(gè)。用再循環(huán)煙氣作為流化床冷渣器的流化介質(zhì)。通過(guò)調(diào)節(jié)水冷絞龍的轉(zhuǎn)速，可以對(duì)燃燒室中的床料進(jìn)行控制．因此它是整個(gè)循環(huán)流化床燃燒工藝控制中的一個(gè)重要組成部分。當(dāng)燃料和石灰石的給料量一定時(shí)，如果增加排灰，床料量減少，床壓下降；如果減少排灰，床料量增加，床壓上升。
飛灰從尾部煙道和除塵器下部各個(gè)灰斗排出，通過(guò)氣力輸送裝置送至飛灰?guī)欤�然后裝車運(yùn)出。飛灰?guī)煸O(shè)置有干式和濕式兩種排灰系統(tǒng)。
鍋爐設(shè)計(jì)了靜電除塵器飛灰再循環(huán)系統(tǒng)。靜電除塵器第一個(gè)電場(chǎng)下部灰斗中的飛灰，通過(guò)倉(cāng)泵部分地送入再循環(huán)灰斗，再經(jīng)螺旋卸灰機(jī)排出，由一次風(fēng)輸送到鍋爐后墻左角離布風(fēng)板3.6m高處進(jìn)人燃燒室。除塵器飛灰再循環(huán)對(duì)鍋爐運(yùn)行有明顯的積極作用：第一，提高’了碳的燃盡率；第二，提高了石灰石的利用率；第三，調(diào)節(jié)床溫，使鍋爐保持最佳的脫硫溫度，從而提高了脫硫效率（當(dāng)循環(huán)飛灰增大時(shí)，床內(nèi)溫度下降，反之亦然）。
( 5 ）啟動(dòng)燃燒器
啟動(dòng)燃燒器位于布風(fēng)板上方2.ll 處，啟動(dòng)燃燒器共有5只，后墻布里3只，左右側(cè)墻各1只。燃燒器的總出力是50％最大燃燒率，即142MW 。啟動(dòng)燃燒器的主要作用是在鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)將床溫提高到煤的著火溫度650℃ ，另一個(gè)作用是保證煤燃燒初始階段的穩(wěn)定．當(dāng)床溫高于800℃時(shí)，煤就能維持自著火。這時(shí)，啟動(dòng)燃燒器的負(fù)荷逐漸減少，煤的投料量逐漸增大。當(dāng)啟動(dòng)燃燒器的負(fù)荷可降至零，且床溫又高于800℃時(shí)，啟動(dòng)燃燒器停止運(yùn)行。
床噴槍共有11 只，布置在布風(fēng)板上方0.71m 處。其中，前墻布置5只，后墻布置6只。床噴槍主要作用是當(dāng)煤中斷時(shí)承擔(dān)一定負(fù)荷，維持床溫。
鍋爐還設(shè)有兩個(gè)風(fēng)道燃燒器，布置在一次風(fēng)道中。啟動(dòng)時(shí)，風(fēng)道燃燒器可以對(duì)一次風(fēng)進(jìn)行加熱；當(dāng)煤中斷時(shí)，風(fēng)道燃燒器也可以用于維持床溫。
( 6 ）汽水系統(tǒng)
汽水系統(tǒng)采用自然循環(huán)方式。鍋爐配備兩臺(tái)電動(dòng)給水泵，一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用。給水泵經(jīng)省煤器后進(jìn)人汽包與爐水混合，再經(jīng)下降管進(jìn)人水冷壁下部的進(jìn)口聯(lián)箱。爐水在水冷壁中坡高溫?zé)煔夂凸腆w物料加熱，部分水蒸發(fā)成蒸汽，汽水混合物返回汽包后，經(jīng)汽水分離器分離出飽和蒸汽。飽和蒸汽進(jìn)入位于爐膛后部煙道水平通道的第一級(jí)過(guò)熱器后再進(jìn)人位于爐膛中部的第二級(jí)過(guò)熱器，最后進(jìn)人位于第一級(jí)過(guò)熱器前的第三級(jí)過(guò)熱器（其中第一級(jí)、第三級(jí)為屏式過(guò)熱器，第二級(jí)為。管過(guò)熱器）.在第一級(jí)和第二級(jí)過(guò)熱器出口均設(shè)置有噴水減溫器，用來(lái)調(diào)整過(guò)熱蒸汽溫度；另外，過(guò)熱器為輻射一對(duì)流混合型。因此，當(dāng)鍋爐負(fù)荷在沁寫(xiě)-100％范圍內(nèi)變化時(shí)，主蒸汽溫度保持穩(wěn)定。
汽水系統(tǒng)的流程為：給水經(jīng)省煤器加熱后進(jìn)人汽包，再通過(guò)4根價(jià)457.5mm 的下降管進(jìn)人爐膛后端外布置的鍋爐底部分配聯(lián)箱（下降管穿過(guò)第一級(jí)過(guò)熱器后的煙道向下供水）。其扣后墻水冷壁聯(lián)箱亦向水冷布風(fēng)板管子供水，而布風(fēng)板管子又向前墻聯(lián)箱供水。后墻側(cè)的冀窗式水冷壁亦采用膜式壁，后聯(lián)箱分出6根分支聯(lián)箱向翼墻式水冷壁供水。在爐頂，側(cè)墻及攀墻上升管汽水直接進(jìn)人汽包，后墻上升管在鍋爐頂部向前折彎，形成水冷爐頂，然后在一個(gè)共同聯(lián)箱中和前墻水冷壁上升管的汽水混合物相混合，經(jīng)“捕渣”管屏（Screen Fipe）后注入汽包。飽和蒸汽流出汽包后依次經(jīng)過(guò)第一、二、三級(jí)過(guò)熱器，最后送往汽輪機(jī)。汽水流呈
( 7 ）控制系統(tǒng)
循環(huán)流化床鍋爐的控制系統(tǒng)與常規(guī)煤粉鍋爐有較大的差別，主要體現(xiàn)在風(fēng)量控制及燃燒系統(tǒng)上。由于循環(huán)流化床鍋爐設(shè)置有床內(nèi)的物料循環(huán)，與煤粉鍋爐相比，增加了石灰石、灰循環(huán)及底灰控制系統(tǒng)，對(duì)控制系統(tǒng)的要求比煤粉鍋爐的高得多，控制方案由奧斯龍公司設(shè)計(jì)，控制系統(tǒng)則選用美國(guó)�？怂共�羅（FOXBORO ）公司研究開(kāi)發(fā)的I / A ’S（智能自動(dòng)化系統(tǒng)），構(gòu)成整個(gè)控制系統(tǒng)的核心。I/A 'S主要由軟件和硬件兩大部分組成，且這兩大部分是相互獨(dú)立的，軟件的升級(jí)和硬件的升級(jí)換代均可相互支持。該機(jī)組控制系統(tǒng)采用先進(jìn)的分散控制系統(tǒng)，具有較高的自動(dòng)化控制水平。