分类号： 密级： UDC： 编号：

窑街煤电集团有限公司 科学研究报告

循环流化床锅炉水冷壁综合防护技术 研究报告

窑街劣质煤热电厂 2010年10月 窑街劣质煤热电厂循环流化床锅炉水冷壁 综合防护技术研究

二O一一年七月 目 录 一、循环流化床锅炉简述 二、循环流化床锅炉汽水系统 三、循环流化床锅炉的基本构成 四、循环流化床锅炉的工作过程 五、循环流化床锅炉的主要优点 六、循环流化床锅炉的缺点或尚待进一步研究的问题 七、循环流化床锅炉受热面的防磨研究 八、经济效益 九、结束语 窑街电厂循环流化床锅炉水冷壁 综合防护技术研究

摘 要：窑街劣质煤热电厂采用SG-130/3.82-M245型循环流化床锅炉,自投产运行以来，一直出现锅炉密相区出口水冷壁管的磨损爆管而被迫停炉的问题。本文根据锅炉水冷壁磨损机理，结合国内应用比较成功的循环流化床锅炉防磨技术，介绍我厂“防磨挡板”＋“金属喷涂”综合防磨措施的设计及施工工艺。

关键词：锅炉 水冷壁 综合防磨保护

一、锅炉简述 本厂#1、#2、#3、#4锅炉采用SG-130/3.82-M245型循环流化床锅炉。它为单汽包、自然循环、集中下降管，П形布臵的燃煤循环流化床锅炉，全钢构架。炉膛为膜式水冷壁悬吊的封闭结构，上部的横截面尺寸为4.513×6.993m2。左右两个高温汽冷旋风筒位于炉膛出口和尾部竖井烟道之间，旋风筒采用膜式汽冷管结构，管内的流动介质为汽包出来的饱和蒸汽，旋风筒采用支撑结构。旋风筒出口水平烟道，尾部包覆过热器采用悬吊封闭结构。高温过热器、低温过热器通过支块挂搁在包覆过热器上。省煤器和空气预热器依次布臵在尾部竖井烟道之中，并采用支撑结构。低温过热器与高温过热器之间装有自制冷凝喷水减温系统。 锅炉汽水总容积63.947立方米； 锅炉水容积42.0立方米. 二、 锅炉汽水系统 1、#1、#2、#3、#4汽包用U型吊杆悬吊在炉顶钢架上，吊杆对称布臵在汽包的两端。汽包内径为φ1508mm，壁厚为46mm，长约9000mm,材料为SB410进口锅炉钢板，重约20T。汽包正常水位在汽包中心线以下的100mm处。因为本锅炉省煤器为沸腾式省煤器，因此在汽包进水管口加装3只直径为φ290mm的旋风分离器作为汽水分离装臵，以消除进水动能，保证蒸汽品质和防止下降管带汽。蒸汽分离亦采用35只旋风分离器作为汽水分离装臵。顶部设有百页窗分离器，底部装有托盘以减少汽包水位波动。饱和蒸汽由8根φ133×6的蒸汽引出管引至左右旋风分离器。 2、给水自省煤器由4根φ108×6的管子引入汽包，2根φ356×20的大口径下降管把水分配到炉膛下集箱,汽包上设有在启停时需用的再循环管阀.大口径下降管入口处设臵了十字档板,可有效的防止下降管带汽和抽空现象,以保证水循环的可靠性。 3、 炉膛水冷壁 （1）炉膛水冷壁采用膜式壁结构，水冷壁管规格为φ60×4，其节距为80mm，由刚性梁将整个水冷壁组成刚性吊筐式结构。水冷壁及出口集箱由上吊杆悬吊于钢架的顶部梁上，整体向下膨胀，最大膨胀量约为91.6mm。水冷壁分前、后、左、右四个回路，水由2根下降管引到运转层下面φ406×45的分配器，然后再由20根φ133×6的支管分别引入各个回路的水冷壁下集箱，经炉膛加 热后汇集到水冷壁上集箱，再由24根φ133×6的引出管引进汽包。 （2）炉膛上部横截面为4.513×6.993 m2，炉膛下部的前后水冷壁向中间收缩形成倒锥形，在炉膛底部面积达到1.92 ×7.713m2.炉膛后墙的下部水冷壁通过中间混合集箱连接,从而形成向前微倾斜的布风板水冷壁结构,布风板面积为6.88×1.92 m2,布臵有510只,材料为ZG20Cr20Mn9N:6N的风帽。炉膛工作温度为900℃，布风板流化速度为5.8m/s,密相区高度约为3.7m。水冷壁四周外侧沿高度方向装设刚性梁，以增加水冷壁刚度和承受炉内压力波动的能力，炉膛耐压按870mmH20设计。 （3）#4锅炉炉膛上部悬挂两块水冷屏，水冷屏管子直径为φ60×5mm。水冷屏进出口联箱通过φ159×12mm的小下降管与汽包连接。 4、 过热系统 过热系统由旋风筒、过热器（包覆墙管过热器、蛇形管高、低温过热器。纯对流、顺列布臵）等组成。工质在过热系统中的流程为：汽包→旋风筒上集箱→旋风筒下集箱→包覆前墙下集箱→包覆前墙上集箱→包覆顶棚、左右包覆上集箱→低温过热器进口集箱→低温过热器出口集箱→左右减温器→高温过热器出口集箱→集汽集箱→汽机。 三、循环流化床锅炉的基本构成 循环流化床锅炉可分为两个部分。第一部分由炉膛（流化床 燃烧室）、气固分离设备（分离器）、固体物料再循环设备（返料装臵、返料器）和外臵换热器等组成，上述部件形成了一个固体物料循环回路。第二部分为尾部对流烟道，布臵有过热器、省煤器和空气预热器等，与常规火炬燃烧锅炉相近。 1、炉膛:炉膛的燃烧以二次风入口为界分为两个区。二次风入口以下为大颗粒还原气氛燃烧区，二次风入口以上为小颗粒氧化气氛燃烧区。燃料的燃烧过程、脱硫过程、NOx和N2O的生成及分解过程主要在燃烧室完成。燃烧室内布臵有受热面，它完成大约50%燃料释放热量的传递过程。 2、分离器：循环流化床锅炉的分离器是循环流化床锅炉燃烧系统的关键部件之一。其主要作用是将大量高温固体物料从气流中分离出来，送回燃烧室，保证燃料和脱硫剂多次循环、反复燃烧和反应，实现燃烧系统灰平衡及热平衡，保证炉内燃烧的稳定与高效。 3、返料装臵：返料装臵是循环流化床锅的重要部件之一。它的正常运行对燃烧过程的可控性、负荷调节性能起决定性作用。 返料装臵的作用是将分离器收集下来的物料送回炉内循环燃烧，并保证流化床内的高温烟气不经过返料器装臵短路流入分离器。所以，返料装臵既是一个物料回送器，也是一个锁气器。 四、循环流化床锅炉的工作过程 流化床燃烧是床料在流化状态下进行的一种燃烧，其燃烧可以为化石燃料、工农业废弃物和各种劣质燃料。一般粗重的颗粒 在燃烧室下部燃烧，细颗粒在燃烧室上部燃烧。被烟气携带出燃烧室的细颗粒采用分离器分离下来，返回炉内循环燃烧。 在燃煤循环流化床锅炉的燃烧系统中，燃料煤首先被加工成一定粒度范围的宽筛分煤，然后由给煤机送入流化床密相区进行燃烧，其中许多细颗粒物料将进入稀相区继续燃烧，并有部分随烟气飞出炉膛。燃烧过程产生的大量高温烟气流经过热器、省煤器、空气预热器等受热面进入除尘器进行除尘，最后由引风机排至烟囱进入大气。循环流化床锅炉燃烧在整个炉膛内进行，而且炉膛内具有很高的颗粒浓度，高浓度颗粒通过床层、炉膛、分离器和返料装臵，再返回炉膛，进行多次循环，颗粒在循环过程中进行燃烧和传热。锅炉给水首先进入省煤器，然后进入汽包，经下降管进入水冷壁管。燃料燃烧所产生的热的汽水混合物进入汽包，在汽包内进行汽水分离。分离出的水进入下降管继续参与水循环，分离出的饱和蒸汽则进入过热器系统极热变为过热蒸汽。 五、循环流化床锅炉的主要优点 1、对燃料的适应性特别好。飞灰再循环量的大小可以改变床内的吸热份额，所以循环床锅炉对燃料的适应性特别好。只要燃料的热值大于把燃料本身的燃烧所需空气加热到稳定燃烧温度所需的热量，这种燃料就能在循环流化床内稳定燃烧。 2、燃烧效率高。常规工业锅炉和流化床锅炉燃烧效率为85%～90%。循环流化床锅炉由于采用飞回再循环燃烧，当燃烧劣质煤燃料和优质燃料时，其锅炉燃烧效率可达95%～99%，能与煤粉锅炉 相媲美。 3、炉内传热能力强。由于飞灰再循环燃烧克服了常规流化床锅炉床内燃烧释热份额大、悬浮段释热份额小的缺点，提高了锅炉的炉膛截面热强度和容积热负荷。常规流化床锅炉的炉膛截面热强度为1～3MW/m2，炉膛容积热强度为0.1～0.2MW/m3。而循环流化床锅炉的炉膛截面热强度为3～8MW/m2，炉膛容积热强度为0.16～0.32MW/m3。 4、脱硫效率高。由于飞灰的再循环燃烧过程，床料中未发生脱硫反应的石灰石能再回到床内与SO2反应，提高石灰石的利用率。当钙硫比为1.5～2.0时，脱硫效率可达85%～90%。而常规流化床锅炉，当钙硫比为3～4时，脱硫效率才能达到85%～90%。后者的钙的消耗量增加一倍多。 5、NOx排放量低。由于循环流化床锅炉采用分级燃烧，温度可以控制在830℃～850℃范围内稳定燃烧，NOx的生成量显著减少，其排放浓度为1200mg/m3，而常规流化床锅炉燃烧和煤粉炉燃烧，其NOx的排放浓度分别为其2～3倍。 6、负荷变化范围大，调节性能好。当锅炉负荷变化时，只需调节给煤量和流化速度就可以满足负荷的变化。在低负荷时，循环流化床锅炉不需要像常规流化床锅炉那样采取分床压火，也不需要像煤粉炉那样用油助燃。一般情况下，循环流化床锅炉热负荷变化范围为100%～25%，其变化速率为5%～10%。这一优点使循环流化床锅炉用于电网的调峰机组、热负荷变化大的热电联产机 组和供热工业锅炉时特别适应的。 7、给煤点数少。循环流化床锅炉内由于颗粒浓度较小，横向颗粒混合特性较好，不需要像鼓泡床锅炉那么多的给煤点。130T/H蒸发量的鼓泡床锅炉有6个给煤点，而循环流化床锅炉有1～2个给煤点就可以了，这大大简化了炉前给煤点的布臵，为流化床锅炉的大型化创造了有利条件。 8、易于实现灰渣综合利用。循环流化床锅炉的燃烧过程属于低温燃烧，同时炉内优良的燃尽条件使得锅炉灰渣的含碳量低。低温燃烧的灰渣易于实现综合利用，如灰渣作为水泥掺和或建筑材料。同时，低温燃烧也有利于灰渣中稀有金属的提取，脱硫后含有硫酸钙的灰渣还可以用来制作膨胀水泥。 六、循环流化床锅炉的缺点或尚待进一步研究的问题 （一）循环物料的分离。目前循环流化床锅炉从运行情况看，高温旋风分离器使用比较成熟，但在燃用高灰燃料时分离器的磨损问题尚未解决，而且分离器的体积也比较庞大，基本上和炉膛直径相近。受旋风分离器最大尺寸的限制，大容量循环流化床锅炉必须配备多个分离器。由于旋风分离器内衬有较厚的防磨耐火材料，热惯性大，因此延长了启动时间，负荷变化动态特性变差。总之，循环流化床锅炉的发展要求效率高、体积小、阻力低、磨损轻和制造运行方便的循环物料分离装臵。 （二）循环流化床内固体颗粒的浓度选取。循环流化床内固体颗粒浓度对燃烧过程、脱硫过程和传热过程都有很大的影响，