国产690 t/h循环流化床锅炉烟风物料系统设计特点

于洪涛，杨俊波，高振宝

（山东电力工程咨询院有限公司，山东 济南 250013）

0 引言

神华亿利能源有限责任公司4×200 MW煤矸石自备电厂安装4台燃煤空冷发电机组，已于2008年8月底全部投产。锅炉采用循环流化床燃烧，由上海锅炉厂与中科院工程热物理研究所联合开发，上海锅炉厂制造，是国产首台200 MW级无外置床循环流化床锅炉。

1 锅炉主要技术参数及设计条件

锅炉采用紧身封闭、全钢构架、炉顶设置轻型屋盖，单锅筒自然循环、集中下降管、平衡通风、绝热式旋风气固分离器和滚筒冷渣器，后烟井内布置对流受热面，过热器采用两级喷水调节蒸汽温度，再热器采用以烟气挡板调节蒸汽温度为主、事故喷水装置调温为辅。

1.1 锅炉主要技术参数

锅炉的主要技术参数如表1。

表1 锅炉主要技术参数

1.2 燃料

煤质资料和灰成分分析见表2。

点火及助燃燃料。锅炉点火及助燃燃料采用国产轻柴油。

脱硫剂。工程掺烧石灰石进行炉内脱硫，由电厂外购成品石灰石粉经由罐装汽车运送至厂内并卸至石灰石粉库储存。

2 燃烧及物料系统特点

锅炉采用平衡通风，炉膛的压力零点设置在旋风分离器进口烟道内。锅炉采用两次配风，一次风从炉膛底部布风板、风帽进入炉膛，二次风从燃烧室前后墙锥体部分分上下两层进入炉膛。采用前墙集中给煤方式，6个给煤口沿宽度方向均匀布置在前墙水冷壁下部。炉膛底部设有钢板式一次风室，悬挂在炉膛水冷壁下集箱上。采用床上启动点火方式，床上共布置6只大功率点火油枪，在炉膛燃烧室下方布置4台水冷滚筒式冷渣器。

锅炉在880℃左右的床温下，燃料和空气及石灰石在炉膛密相区内混合，煤粒在流态化状况下进行燃烧并释放出热量，高温物料、烟气与水冷壁受热面进行热交换。石灰石采用气力输送至炉膛煅烧生成CaO和CO2，CaO与煤燃烧生成的SO2反应生成CaSO4，实现炉内脱硫。烟气携带大量的物料自下而上从炉膛上部的后墙出口进入旋风分离器进行烟气和固体颗粒的分离，分离后洁净的烟气由分离器中心筒出来依次进入尾部烟道里的高温过热器（再热器）、省煤器和空气预热器，烟温降至140℃左右排出锅炉。被分离器捕集下来的固体颗粒通过立管，由“U”型回料器直接送回到炉膛，实现循环燃烧。底灰则通过布置在炉膛底部两侧的冷渣器冷却，温度降至150℃以下后排出。

表2 煤质资料及灰成分分析

2.1 一次风系统

一次风由一次风机提供，为循环流化床锅炉提供床料的流化介质，使煤在锅炉炉膛内实现流化状态，并作为给料系统的输送介质。

一次风在锅炉空气预热器前设有暖风器，其主要作用是保护空气预热器，使空预器冷端在冬季运行时免遭低温腐蚀。从一次风机出来的燃烧空气先后经由暖风器、空气预热器加热后，一路进入炉膛底部一次风室，通过布风板上的风帽使床料流化，并形成向上通过炉膛的固体循环；第二路从一次风室引出一根总风道至炉前，再从总风道上引出6根支管至落煤管作为播煤风，从而在进入炉膛前的落煤管道内和管道的转弯处形成气垫，使给煤顺畅流动，同时也使得煤粒在进入炉膛时具有一定的动能，有利于煤在炉膛床面上均匀分布，防止给煤在局部堆积；第三路则从一次风机出口后的冷风道上引出一股高压冷风作为炉前落煤管和给煤机的密封风。

一次风的风压较高，风机TB点压头可达22.5 kPa，当机组负荷变化时风压变化较小，因此每台锅炉配2台50%容量的单吸双支承离心式一次风机，采用进口导叶调节。风机入口设置消音器，出口设置电动挡板门。

2.2 二次风系统

二次风系统为锅炉提供燃料燃烧所需的空气。二次风经由暖风器、空气预热器加热后引至炉前，由二次风箱引出若干根支管，分两层从炉膛前后墙、密相区的上部进入炉膛燃烧室，同时二次风作为床上油枪点火和油枪冷却用风。

从二次风机鼓出的空气经过暖风器和空气预热器加热成为热二次风，分为两路进入炉膛。其一，大部分热二次风进入沿炉膛高度方向上分两层布置的4个二次风口进入炉膛燃烧，以保证提供足够的煤粒燃烧所用空气并参与燃烧调整；其二，在锅炉点火启动时进入布置于锅炉床上侧墙水冷壁下部的点火油燃烧器，用于锅炉启动点火及低负荷稳燃。床上点火燃烧器可以起到补燃作用。暖风器的设置位置及作用与一次风系统相同。

由于二次风机风压较高，当机组负荷变化时风量、风压均有一定变化，要求其调节性能较好，运行效率高。选用2台50%容量的单吸双支撑离心式风机，配备调速型液力偶合器。风机入口设置消音器，出口设电动挡板门。

2.3 炉内物料循环燃烧系统

炉内物料循环燃烧系统的作用在于将旋风分离器里收集到的炙热颗粒经回料器送回到炉膛，实现物料的循环燃烧。本系统由3个旋风分离器、3个回料器、2台高压流化风机等部件和设备所组成。

炉膛、旋风分离器和“U”形回料器三大部件形成锅炉的物料循环系统，一次风从布置在水冷布风板上的风帽进入炉膛底部的密相区，使炉膛内的物料流化，高温物料与煤粒和石灰石充分混合，在密相区内完成燃烧和脱硫过程。大颗粒物料被流化悬浮到一定高度后，沿炉膛四周水冷壁流回到底部的密相区，细小颗粒物料则被烟气携带离开炉膛，通过旋风分离器进口烟道，分别切向进入3个旋风分离器。在分离器内，粗颗粒从烟气中分离出来，而烟气流则通过分离器中心筒进入后烟井。

由旋风分离器分离出来的固体颗粒依靠重力进入回料器，回料器两边利用高压风形成不同的流态化，可将固体颗粒单向送回炉膛。在旋风分离器立管中的固体颗粒建立起来的料位，能防止炉内烟气和流化风从回料器窜至旋风分离器。由高压流化风机提供的流化风作为“U”型回料器流化用风和旋风分离器吹扫用风。本系统每炉设2台100%容量的罗茨式高压流化风机，其中1台运行，1台备用。

2.4 烟气系统

锅炉燃烧产生的高温烟气经旋风分离器分离后，烟气中大的颗粒飞灰被分离出来返回炉膛，而烟气则携带小颗粒飞灰流经锅炉尾部受热面，经过布袋除尘器收尘后，由吸风机将烟气通过烟囱排入大气。每炉配1台布袋除尘器，配置防超温、防汽水管道爆破、防糊袋、预涂灰等系统，除尘后烟尘浓度≤50 mg/Nm3，能够满足排放标准的要求。本工程每两炉共用一座高度为180 m的钢筋混凝土单筒烟囱。

吸风机在机组负荷变化时风量、风压均有较大变化，技术要求其调节性能较好，运行效率高。选用双支撑离心式风机，配调速型液力偶合器。风机进出口设电动挡板门。

2.5 给煤系统

原煤采用两级破碎，末级破碎机出口煤的入炉粒度范围要求为0～10 mm。粒度合格的燃煤进入炉前大煤斗，经皮带给煤机将煤粒送至落煤管上方。

原煤供给系统采用正压给料，为防止炉膛内烟气反窜到给煤机烧坏皮带，从一次风机出口的冷风道上引出一股冷风作为密封风送到给煤机和落煤槽。给煤机密封风进口设置在进煤端，落煤管密封风进口设置在闸板阀的下方。同时空预器出口的热一次风为气力播煤装置提供足够数量和压力的干燥空气，起到防止给煤口堵塞和烟气返串进入给煤系统作用。给煤机上方的落料管内有一段密封物料也可以对炉膛正压进行密封。

给煤系统采用炉前一级给煤。每炉在除氧煤仓间设置3座原煤仓，设置空气炮和疏松机。每个煤仓设有两个落煤口，分别对应两台给煤机。给煤机采用耐压称重式皮带式，可对入炉煤进行精确计量。给煤机驱动电动机采用变频调速，在运行中可根据锅炉燃烧控制系统反馈信号自动调节给煤量。

2.6 石灰石粉系统

每台锅炉设石灰石粉仓1个，粉仓下连接气力输送装置直接将石灰石粉送入锅炉石灰石粉加入口。气力输送装置容量能够满足BMCR工况下锅炉石灰石用量且有一定容量裕量。入炉颗粒粒度范围为0～1 mm，50%切割粒径d50=0.35 mm。3个石灰石口分别布置在3个回料器出口的返料腿上，石灰石喷管插入返料管中，可使床料和石灰石在进入炉膛前进行预混合加热。

2.7 启动床料系统

锅炉在3个U型回料器的上升立管处均留有启动床料的给入口，启动床料仓高度在启动床料的给入口的标高之上，能够保证床料自流到回料器内，也可将启动床料仓布置在炉前与给煤机相连，利用给煤机和落煤管向炉膛内加入床料。通常采用河沙作为启动床料，或者采用燃尽程度高的炉渣。

锅炉启动前床料加入量包括炉膛、回料器和冷渣器的床料用量。炉膛加入炉渣时的床料高度大于1 200 mm，加沙时的床料高度大于1 100 mm。

2.8 出渣及排灰系统

燃煤中的灰分由炉膛下部以灰渣形式和锅炉尾部以飞灰形式排出。根据燃煤粒度、煤的成灰特性不同，各类灰分所占份额会有所不同。就本锅炉的设计煤种和入炉煤粒度而言，灰渣占总灰量的40%，平均粒度为500 μm左右；飞灰占总灰量的60%，平均粒度为30 μm左右。

锅炉共设置4台水冷滚筒式冷渣器，采用以水冷为主、风冷为辅的双冷却形式，3台冷渣器即能满足锅炉正常运行的需要。冷渣器的进渣温度为880℃，冷却介质为凝结水，经过冷渣器冷却后，落渣口的出渣温度为150℃，而冷却室中的水经加热后再返回到汽轮机的回热系统。

2.8 锅炉点火及助燃油系统

每台锅炉设置有6台床上启动燃烧器，油枪采用压缩空气雾化，中心回油，调节范围广，方便运行。炉前油系统以压缩空气作为吹扫介质。

点火油枪采用可伸缩结构，并和炉内耐磨层表面有一定的距离，锅炉正常运行时，可将床上点火油枪退出炉外，同时维持一定的冷却风量，确保燃烧器不被烧损。床上点火油枪配有高能点火装置和火焰检测装置。

建设新的油区，油罐容量为2×500 m3，可以满足本期工程的燃油使用。

3 运行中发现问题及解决

3.1 一次风道震动问题

一次风机采用双吸双支撑离心式风机，其冷一次风道系统的特点是风压高、风道行程短，在进入空气预热器之前经过两个急转弯头、一个缓转弯头和暖风器，设计符合烟风六道设计规程的条文要求。在机组试生产阶段，冷一次风道产生振动，特点为小幅高频，严重时造成钢板穿孔，导流板撕裂及加固肋焊缝震开。

在经过多次加固整改而不见明显好转的情况下，业主及总承包方面邀请西安热工研究院进行了流场模拟试验并据试验结果对风道进行了进一步的调整。从试验数据看在风道转弯处和暖风器处压损较大，导致形成涡流引起振动。因此在机组停运期间采取了增加导流板、取消一次风暖风器、增加隔音层厚度等措施，振动情况有所缓解。

3.2 给煤粒度调整

在初步设计阶段的原煤设计粒度为0～8 mm。在机组试运期间发现，因煤质条件较好，挥发份较高，煤粒偏小引起床压波动较大而导致床料自流。因此在试运结束后将原煤粒度调整为0～10 mm最大至12 mm，调整后运行情况有所改善。因此循环流化床锅炉主燃料粒度在试运期间应根据燃料挥发份特性及煤质条件进行适时调整，结合运行情况选择最佳的燃料粒度。

3.3 给煤机进口尺寸调整

为防止煤斗在运行过程中发生堵煤现象，在满足原煤斗壁面设计角度满足现行设计标准，即壁面与水平面夹角不小于70°的情况下，每个煤斗的锥段均配备了空气炮和疏送机，并且内衬不锈钢板。结合近几年大容量CFB机组运行过程中发现的问题，将煤斗出口及给煤机进口的尺寸由初步设计阶段的圆形Ф1000mm，调整为方形1 600 mm×800 mm，加大了给煤机进口电动闸板门的尺寸，使煤斗一侧壁面的夹角在原有不小于70°的基础上继续加大，从而进一步降低了堵煤的可能性。

4 结束语

200 MW级CFB锅炉是我国首台自主知识产权无外置床循环流化床锅炉，2008年8月全部投运以来运行情况良好，燃烧系统各辅助设备选型基本合理，各排放指标均达到国家标准要求。项目的顺利建成，为我国发展更大容量和更高参数等级的CFB机组做了有价值的探索，同时对大容量自主知识产权循环流化床机组的建设和运行提供了参考。