300MW循环流化床锅炉的设计分析

300MW循环流化床锅炉的设计分析

王美玲

（杭州全合科技有限公司 310052）

[摘 要]作为一种先进的洁净煤发电技术，循环硫化床燃烧技术的应用对于改善能源应用现状、提高火力发电厂的整体经济效益具有重要作用。本文首先对300MW循环硫化床锅炉运行特点及锅炉炉型特点进行分析，然后具体介绍了300MW循环硫化床锅炉系统设计，以期为相关技术与设计人员提供参考。

[关键词]300MW循环流化床锅炉 设计 分析

中图分类号：TG333.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）28-0066-01

在火力发电产业中，煤粉炉机组很难将油页岩、煤矸石等难燃煤进行充分利用，且由于煤矸石等大量堆积，导致了较多环境问题的发生。采用循环硫化床燃烧技术，利用循环硫化床锅炉对脱硫剂及燃料等进行多次反复、循环的脱硫反应及低温燃烧，在炉内剧烈湍流运动下能够达到90%以上的脱硫效率、筒煤粉炉相近的燃烧效率和较低NOx的排放量，且具有较高的适用性和节能性。因此，加强有关300MW循环硫化床锅炉设计分析的研究，对于循环硫化床燃烧技术的良好应用具有重要的理论和现实意义。

一、300MW循环硫化床锅炉运行特点及锅炉炉型特点

1、300MW循环硫化床锅炉运行特点

（1）综合利用灰渣。因300MW循环硫化床锅炉灰渣是低温烧透型，其一般使用干式除渣技术，剩余的灰渣可当做建筑材料使用。根据运行情况分析，锅炉的运行参数皆能达到有效设计指标，其外置换热器工作良好，灰量分配可控性较高，且具有较高的燃烧效率和较灵活的再热汽温调节方式。

（2）较广的燃烧粒径范围。因循环流化床锅炉较大的热容量，且褐煤内水较高，当煤粒与高温床料相互接触时内水渗出会出现自爆现象，减小了对燃煤粒径的标准。实际运行中拆除二级碎煤机，燃煤粒径在30mm以下时仍能保证炉内的流化正常且煤粒燃烧充分。[1]

（3）低负荷特性高且负荷调节比较大。300MW循环硫化床锅炉拥有较大的热容量，且负荷调节特性较高，在锅炉压火启动后不投油进行启动的两小时内，仍可以深度调峰而不用投油助燃。一般循环硫化床锅炉机组不投油最小稳燃负荷能调整到30%左右。

（4）较强的燃料适应性。因循环硫化床锅炉中包含较多的循环物料，且热容量比较高，对于褐煤等媒质燃料都能有效燃烧并充分干燥。

（5）环保性能好。因循环流化床锅炉的燃烧温度较低，其能完成颅内添加石灰石脱硫等统一，运行投资少，效率能够达90%以上，能完全满足现行环保标准及要求。此外，循环硫化床锅炉使用分级低温燃烧，能够降低NOx等的排放与生成，完成无成本脱硝过程。

2、300MW循环硫化床锅炉的炉型特点

（1）恰当的炉膛高度。300MW循环硫化床锅炉锅炉设计通常以煤质特点为依据对炉膛高度进行确定，从而确保低于分离器临界粒径d99的细颗粒燃料能够有充足的燃烧时间，改善飞灰的燃尽率，进而减小飞灰可燃物含量。按照TPRI标准，用于燃褐煤的300MW循环硫化床锅炉炉膛高度应以30m为基本指标，无烟煤、贫煤、烟煤等要根据褐煤炉膛标准依据其燃烬特性适当增大炉膛高度：Hf=30+Δh

其中Hf表示炉膛的总高度，单位m；Δh表示依据燃料燃尽特性确定的炉膛特性尺寸，单位m；一般Δh是依据试验台上对实际工程煤种的试烧测验来决定的。[2]

（2）分流式回灰散热器。为避免颅内受热面布置空间较低或磨损问题，通常在300MW循环硫化床锅炉外使用外置式换热器，就是将外置热交换器布置在锅炉的灰循环回路上，以将循环灰附带的部分热量传递到各组受热面上。在外置换热器内，通常安置高温过热器与高温再热器，外置换热器利用机械阀对循环物料的控制来调整炉膛及再热器和过热器的温度。

（3）锅炉采用M型布置。锅炉采用M型进行整体布置，并在尾部烟道与炉膛之间并联布置3个旋风分离器。

二、300MW循环硫化床锅炉锅炉系统设计

1、分离器与循环回路

作为300MW循环硫化床锅炉完成气固分离的重要部件，高温旋风分离器的设计方案是以设计运行经验与试验研究作为主要依据的。在实际设计中，分离器的计算切割粒径通常为17.86μm，旋风筒的内径采用8300mm，保证为100MW循环硫化床锅炉分离器内径的1.18倍左右。设计方案中共包含三类并列的物料分离与回送系统。在分离器的出灰口底部要安置立管，并将立管底部与风控式分流回灰热换器相连接；为保证回料稳定，还需装设专业的60kPa高压风机用于提供回料控制风。

在炉膛与分离器进口烟道的连接处应安置用于吸收热胀差的密封装置，在回料管直段及分离器出口烟道的水平段应安置膨胀节；由于烟气入口的筒体、分离器入口烟道及出气管等都较容易磨损，所以应选择具有高强度耐磨耐腐性能的材料；分离器应使用支承方式安装，以将重量传递到锅炉钢架上。[3]

2、空气预热器

由于300MW循环硫化床锅炉的烟风侧压差要比传统的煤粉炉高出许多，为有效减少漏风、改善锅炉运行的经济性，宜采用管式空气预热器。空气预热器通常选择一级2流程卧式结构，采用d60mm*2.75mm的管子规格，且采用连通箱连接各类流程。一般在预热器的风道间要安装胀缩接头，以弥补热态中发生的相对膨胀。

3、燃烧控制系统

（1）石灰石量控制系统，通常采用串级调节方式设计控制回路；采用石灰石量调节器作为上级调节器，SO2调节器作为下级调节器，待SO2出现变动时，控制石灰石输送风机的转速便能有效改善进入炉膛的石灰石量。在调节回路运行时，将给煤量作为前溃信号，以煤量变化及SO2信号对石灰石量进行校正，便能有效降低调节延迟。

（2）煤量控制系统，采用分配控制的一级给煤机进行调剂，以保证锅炉给煤量符合锅炉设计标准，从而使参与分配的给煤机给煤量保持一致。endprint

（3）机炉协调控制系统，依据锅炉跟随协调控制策略方式，采用锅炉热量释放信号HR平衡机组的能量需求指令信号。因300MW循环硫化床锅炉蓄热性较高，利用机组能量需求指令与热量释放协调控制系统要比传统的协调控制组态具有更高的灵活性和控制力。锅炉主控主要采用风量与煤量控制来调节锅炉负荷，从而保证机前压力水平；汽机主控指令则按照压力偏差及负荷偏差发出，当其与机组能量需求指令信号充分比较后再向控制系统传输控制信号，进而改变调门的开度以使机组的主汽压力与负荷满足要求。[4]

4、给煤系统

300MW循环硫化床锅炉通常要设置8套给煤系统，且每个系统中都包含重力式给煤机、燃料仓出口隔离阀及附带的旋转阀和燃料隔离阀。各系统都设计传送20%的燃料量。系统内安置两个煤仓，以确保煤炉出力在100%的状态下煤仓能保持8h以上的给煤；燃料在经过管道及煤仓落煤口位置的隔离阀后输送到重力式给煤机位置，通过调节重力式给煤机，便能保证在锅炉最大负荷状态下总燃料量在2.5%～25%浮动；通常燃料在通过重力式给煤机后会依次通过落煤管、燃料隔离阀与旋转阀，最后传送到炉膛中。使用8套给煤系统能确保在各类工作环境条件下完成最优的锅炉运行方式。即使部分给煤系统出现事故问题，锅炉负荷状况与运行状况也不会被中断。

结束语：

恰当的配置及设计方式是300MW循环硫化床锅炉系统运行安全性与稳定性的保障，因此，相关设计与技术人员应加强有关300MW循环硫化床锅炉的设计分析，总结锅炉运行规律特点及设计重要技术措施，以逐步改善300MW循环硫化床锅炉设计质量和运行质量。

参考文献

[1] 聂立，王鹏，彭雷，霍锁善，姚本荣.300MW超临界循环流化床锅炉的设计[J].动力工程.2012，05（35）：57-58

[2] 李金晶，吕俊复，米子德.300MW等级循环流化床电站锅炉技术特点[J].电站系统工程. 2010，06（10）：61-62

[3] 潘昕，孟洛伟，江建忠.东锅自主开发型300MW循环流化床锅炉运行分析及完善[J].电力建设. 2010，13（14）：74-75

[4] 张缦，别如山，姜孝国，蒋红宇，张志伟，付兴金.300MW循环流化床锅炉热力特性的研究[J].动力工程. 2011，12（29）：62-63endprint