《220t／h循环流化床锅炉设计》.docx

220 t/h 循环流化床锅炉设计总结包绍麟 1，吕清刚 1，那永洁 1，孙运凯 1 毛军华 2, 王政 2，杨 浩 2，赵冀哲 2 后永杰 3，李留轩 31.中国科学院工程热物理争论所，北京 100080；2.无锡华光锅炉股份，无锡 214028；3.洛阳华润热电，洛阳 471900摘 要：承受我国自主技术的两台 220 t/h 循环流化床锅炉在河南洛阳华润热电已投运 2 年。文章中分析了 2 年来该锅炉所消灭的主要问题，并提出了解决方法，对我国循环流化床锅炉的应用和设计具有确定的参考价值。关键词：220t/h 循环流化床，锅炉，故障分析一、前言承受中国科学院工程热物理争论所技术、由无锡华光锅炉股份设计制造的首批两台 220 t/h 循环流化床锅炉分别于 2023 年 2 月和 6 月在河南洛阳华润热电投入商业运行，至今已经运行 2 年多时间。其中 1 号炉在 2023 年累计运行 7250 小时，2 号炉累计运行 7830 小时，由于汽机消灭了 2 次叶片脱落事故，2023 年的累计运行时间没有到达 8000 小时，本文针对锅炉运行 2 年多所消灭的一些问题进展了总结介绍，并提出有效地解决问题的方法。二、220 t/h 循环流化床锅炉构造简介1220 t/h 循环流化床锅炉炉膛承受了单汽包自然循环、全悬吊膜式水冷壁的封闭构造。布风板到炉膛顶的高度为 32 m，炉膛横截面积为 52 m2。炉膛内布置有 4 片过热蒸汽屏和 2 片水冷蒸发屏。炉膛底部的布风板上布置有内嵌逆流柱型风帽，布风板上有三点排渣,其中 2 根接入滚筒式排渣机。前墙下部有四点给煤。锅炉承受了两只床下油点火燃烧器，均匀布置在水冷风室的后墙。两个涡壳式进口、汽冷旋风分别器布置在炉膛和尾部烟道之间。高、低温过热器、省煤器和空气预热器依次布置在尾部烟道之中，其中转向室到低温过热器的尾部烟道局部承受了过热器包覆墙设计。锅炉承受了膜式省煤器和管式空气预热器构造。锅炉的主要性能设计参数见表 1。表 1、锅炉的主要性能设计参数。工程单位数据额定蒸发量t/h220最大连续蒸发量t/h240额定蒸汽温度540额定蒸汽压力MPa9.81给水温度215炉膛出口烟气温度903锅炉排烟温度136锅炉保证热效率89.56锅炉的燃用煤种特性见表 2。符号测试煤种单位设计煤种表 2、锅炉燃用煤质特性分析数据Har1.392.64Oar2.311.28Nar0.550.82Sar0.680.45Aar28.8924.06Mt,ar9.118.6Vdaf7.268.55QkJ/kg2031022210C57.0762.15arnet，ar2一氧化碳含量0.01082023 年 11 月，上海发电设备成套设计争论所火电设备产品质量监视检测中心对 1 号炉做了产品性能测试，结果见表 3。表 3锅炉效率测试数据工程单位数据锅炉平均蒸汽流量t/h223锅炉主蒸汽温度541.7锅炉主蒸汽压力MPa9.15炉膛出口烟气温度964锅炉尾部排烟温度134尾部烟气含氧量3.1排烟热损失，q5.369气体未完全燃烧热损失，q30.043飞灰含碳量8.56底渣含碳量3.11固体未完全燃烧热损失，q42.335散热损失，q50.615灰渣物理热损失，q60.541锅炉效率,91.10修正后的锅炉效率,91.22NO 排放浓度(空气系数换算到xmg/m378.51.4)三、锅炉运行状况1、受热面的积灰问题锅炉在投运初期燃用设计煤种时，锅炉负荷可以到达 220240 t/h 的蒸发量，过热蒸汽温度和排烟温度均在设计的范围以内，锅炉设计性能要求全部到达， 最高负荷曾经到达 260 t/h。锅炉运行一个月后，尾部受热面消灭了严峻的积灰现象，两级调整过热蒸汽温度的减温水流量接近零，过热蒸汽的汽温曾经到达 520，锅炉排烟温度到达160180。主要缘由是进入尾部烟道的飞灰过细。将静电除尘器第一电场捕集的飞灰收集进展粒度分析，50的切割粒径 d = 24 m，90的切割粒径 d = 655090 m。工程热物理争论所早期研制的 35 t/h 和 75 t/h 循环流化床锅炉，由于旋风分别器的设计不太成熟，尾部常常消灭受热面磨损爆管现象。为防止磨损，横穿管束的烟气流速设计较低，往往都把握在 7 m/s 以内，最低的烟气速度曾经为 4 m/s。经过长期的争论，旋风分别器的优化设计趋于完善，分别效率得到大幅度的提高，流经尾部受热面的飞灰粒径变小，尾部受热面从以前的磨损变成了积灰。与此相适应，烟气流速也必需适当提高。近几年的争论说明烟气流速把握在 1012 m/s 之间是比较可行的。洛阳华润的两台 220 t/h 循环流化床锅炉的尾部烟气设计流速明显偏低见表 4，表 4 中还比照列出了改进设计的苏州华能 240 t/h 循环流化床锅炉尾部受热面烟气流速的设计值，该锅炉由上海锅炉厂设计制造，将于 2023 年 8 月投入运行。项目洛阳华润 220t/h苏州华能 240t/h表 4、烟气流速设计高温过热器8.8m/s11.7m/s低温过热器7.6m/s9.6m/s省煤器7.2m/s9.6m/s空气预热器7.4m/s9.9m/s为保证洛阳华润的两台锅炉的热力性能，原先尾部布置有大量的声波吹灰器见图 1，但除灰效果不明显。后选用了 4 台旋笛式声波除灰器见图 2， 长期的运行结果说明，改用了该声波吹灰器之后，锅炉的热力参数能够到达设计要求。2023 年 8 月份的运行参数显示，锅炉的排烟温度始终可以把握在 140以下，过热器系统有 5 t/h 左右的喷水量。但是吹灰器投入比较频繁，每隔 40 分钟就要将全部的吹灰器运行一遍，否则还会消灭汽温不够的现象。受热面严峻积灰的状况在南京协鑫热电的 2×240t/h 锅炉上也同样发生2，更换为旋笛式声波除灰器解决了尾部受热面积灰问题。也是通过解决排烟温度高的问题还可承受爆炸脉冲式吹灰器，它是利用可燃气体的燃烧产生冲击波，特点是能量集中而强大，除灰效果也不错。这种吹灰器在内蒙古华电乌达热电的 480 t/h 循环流化床锅炉上使用的效果较好。但有些用户担忧其冲击力过大，会损坏锅炉内部的设备。上锅、哈锅和东锅则倾向于承受蒸汽式吹灰器。实际上近几年在 440 t/h 等级的循环流化床锅炉中，都不同程度的发生了排烟温度偏高的现象，有的甚至到达了200以上，解决的方法都是在吹灰器上的选型上做文章。有建议承受扩展受热面和错排布置，以提高传热效率。但对于消灭积灰地状况，管子错排布置是没 有作用的，反而会给受热面的清灰造成障碍，因此绝大多数的循环流化床锅炉的尾部受热面 都是承受顺排布置，最好的方法还是提高受热面的烟气流速，减轻积灰。但由于锅炉燃用煤 种及司炉人员的操作水平不同，设计地旋风分别器地性能不同，很难说明选用多大的受热面 烟气流速是最正确的。2、风帽设计工程热物理争论所在早期研制的 75 t/h 和 130 t/h 循环流化锅炉的布风板上布置的是“蘑菇头”型风帽，简洁消灭风室漏渣，其后开发了内嵌逆流柱型风帽并应用于这两台 220 t/h 循环流化床锅炉见图 3。每只风帽头的重量在 3.5kg左右，因风帽的重量远大于一次风通过时带来的推力，风帽头可直接扣在芯管上。但由于炉内压力波动频繁，经过一段时间的运行，还是有个别风帽脱落，从而消灭风室漏渣的现象。改进的设计是将风帽头与芯管点焊固定。因给煤的粒度不易严格把握，大颗粒的矸石进入炉膛，使得风帽头上的小风眼简洁被卡塞，每次停炉检修时要用高压空气对每个风帽进展吹扫。洛阳华润 220t/h 锅炉内嵌逆流柱型的实际运行结果说明，只要风帽不脱落， 就不会有漏渣，这时布风板阻力约为 4000 Pa 左右，没有消灭过由于流化不好导致床料结焦的现象。2 年来唯一的一次结焦的缘由是在旋风分别器出口管顶部炉墙有一大块浇注料脱落，卡在了分别器的下部，大量的循环灰在分别器里积存， 炉膛内的床料急剧削减，导致床内结焦。2 年运行说明，风帽头顶部的磨损迹象不明显，但小风眼消灭了磨损，原来直径是 15 mm 的小风眼变成了 25 mm见图 4，但不会影响床料的正常流化， 由于布风板的阻力主要在风帽的芯管内部。有人认为只要风帽小风眼的空气速度足够高，阻力够大，就不会发生漏渣， 这是不对的。捷克某电厂 350 t/h 锅炉的 T 型风帽发生漏渣现象，后在出口管加了阻力件使出口速度到达了 100 m/s，阻力增加很大，照旧消灭风室漏渣现象， 最终改成钟罩式风帽才最终解决了风室漏渣问题。3、 锅炉炉膛水冷壁的磨损循环流化床锅炉炉内水冷壁磨损历来是锅炉设计者要着重考虑的问题。炉膛内的主要磨损发生在水冷壁浇注料和光管的交界面处。工程热物理争论所早期的75t/h 锅炉上承受的是让管技术，效果很好见图 5。在 130 t/h 循环流化床锅炉上也承受了让管技术，为了更好的防止磨损，在交界面区域还承受了金属堆焊见图 6。在洛阳华润的 220 t/h 锅炉上承受了垂直让管专利技术，水冷壁出厂前在交界面上承受了金属热喷涂，2 年来的使用说明，在交界面上没有磨损见图7。但在金属热喷涂层和光管交界区域却消灭了严峻的磨损见图 8。这主要是喷涂层无法很好地由喷涂厚度过渡到 0，有一层微小的台阶。另外热喷涂工艺会使原水冷壁材料受到损害，强度下降，在大量贴壁床料的侵蚀之下磨损，直至爆管。后来承受的解决方法就是将有金属热喷涂层的管子全部更换。经过 2 年的运行，锅炉四周的水冷壁在布风板以上 820m 的区域还消灭了均匀磨损现象见图 9、图 10，两侧的水冷壁尤为严峻，管子平均减薄 0.4-0.6 mm。前、后水冷壁不明显,减薄区域的外表呈规章的花纹现象。炉膛出口侧墙水冷壁也消灭均匀的磨损，减薄量为 0.5 mm。这种状况在 440 t/h 锅炉已经消灭过，解决方法是承受等离子超音速喷涂。4、旋风分别器中心筒的变形问题2023 年 5 月，洛阳华润 220t/h 锅炉运行人员在把握屏幕上觉察旋风分别器的出口烟气压力由 -1.4 kPa 上升到-2.4 kPa，初步推断分别器的中心筒变形导致烟气流通面积缩小、阻力增大。停炉之后检查确实如此见图 11。这种状况在别的循环流化床锅炉上也是消灭过，解决方法是将中心筒吊出分别器顶部中心出口，从顶部炉墙取出。而这两台锅炉的分别器是汽冷壁构造，无法从顶部吊出。经过周密考虑，炉膛顶部侧墙的水冷壁开了一个长方形口子，将中心筒沿周向切成 5 片，然后间续送入炉膛，在旋风分别器内拼装焊接，而后送入安装位置， 同时还将中心筒的支吊方式由悬臂支吊改为垂直支吊。由于同样的锅炉，这里消灭中心筒变形，而其他电厂却没有消灭变形，没有普遍性，缘由也不是很明白。中心筒的材料是 Cr25Ni20，耐温可以到达 1200， 该种材料的线膨胀量较大，主要是膨胀不均匀造成。今后还是应当在中心筒的防变形措施上面，支吊设计上认真考虑为好。5、尾部受热面消灭的故障洛阳华润 220t/h 锅炉高温过热器出口管排的材料是钢研 102，而出口集箱材料为 12Cr1MoV，由此造成了异种管材的焊接问题。1 号炉由于施工期短，工地的焊接质量不是很好，停炉后觉察焊口局部屡次消灭裂纹，在冬季消灭的频率多于夏季。但 2 号炉却没有消灭这个问题。洛阳华润 220t/h 锅炉省煤器为膜式错排布置见图 12。省煤器的平均烟气流速为 7.2 m/s，首排管子烟气流速是 8.4 m/s。锅炉运行 2 年后，上级膜式省煤器有略微的磨损现象，主要消灭在其次排管子的迎风面，停炉检查时屡次觉察有个别管子消灭磨损，目前的解决方法是在消灭磨损的管子上部焊一根10mm 的钢筋，阻挡磨损区域进一步的扩大。其次级、第三级省煤器则没有发生磨损现象。别的区域均是积灰，这说明循环流化床锅炉的分别器做的再好，飞灰的粒径再细，在尾部的受热面的设计上还是要留意局部磨损问题。首排管子、弯头和穿墙管子都要进展防磨处理，特别是错排受热面的布置烟气流速尽量不要超过 7m/s。6、锅炉运行的调整洛阳华润 220t/h 锅炉启动点火的耗油量较低，可以把握在5t 以内。在运行中尽量减小一次风量、增加二次风量，保持一次风量/二次风量为 4.5/5.5，可以减轻水冷壁的磨损，燃烧效率也较高。锅炉负荷在 220230 t/h 运行时，悬浮段的压差在 0.8-1 kPa 之间，炉膛的上下温度比较均匀，可以把握在 880 890之间。参考文献1 包绍麟，洛阳华润热电 220t/h 循环流化床锅炉热力性能分析，全国电力行业 CFB 机组沟通效劳协作网技术沟通论文集七，2023 年 10 月，厦门。2 杨基荣、瞿建国,240t/hCFB 锅炉解决主蒸汽温度低的方案，全国电力行业CFB 机组沟通效劳协作网技术沟通论文集八，2023 年 5 月，开封。作者简介：包绍麟1963 年，男，陕西西安人，中国科学院工程热物理争论所争论员， 目前从事循环流化床燃烧理论和技术开发。