首台670T/H循环流化床锅炉设计特点及存在问题分析

  440T/H循环流化床锅炉冷态试验存在问题及完善措
    施

  循环流化床CG-220/9.81-MX型CFB锅炉点火及运行分析

江西省电力设计院  吴金星
摘要：本文介绍了具有自主知识产权的国产首台670t/h循环流化床锅炉设计特点及其系统配置情况和试运过程中存在问题分析
关健词：循环流化床（CFB）锅炉、燃烧系统及设备、存在问题
1．前言
   循环流化床（CFB）锅炉是目前应用最广的洁净煤发电技术之一，由于它在煤种适应性和变负荷能力以及污染物排放上具有的独特优势，使其得到迅速发展。江西分宜国产410t/h循环流化床锅炉已于2003年6月19日成功投入商业运行，为加速循环流化床燃烧技术在我国的消化吸收及推广，作为该产业化项目的后续工程，于2004年9月29日在江西分宜建设具有自主知识产权的国产670T/H的循环流化床锅炉，该工程2006年6月7日点火，7月7日通过96小时试运行，并于2006年10月1日成功投入商业运行。
2．工程概况
2.1 主机型号、参数及主要技术规范
2.1.1 锅炉
制造厂：  哈尔滨锅炉厂有限责任公司
型号：    HG-670/13.8-L.PM型
型式：    超高压、一次中间再热、自然循环、，平衡通风，固态排渣，全钢构架，悬吊结构汽包循环流化床锅炉。
                                        B-MCR        
过热蒸汽流量          t/h               670      
过热蒸汽出口压力      MPa(g)            13.8             
过热蒸汽出口温度      ℃                540         
再热蒸汽流量          t/h               583.07
再热蒸汽进口压力      MPa(g)            2.6188    
再热蒸汽进口温度      ℃                315.03
再热蒸汽出口压力      MPa (g)           2.3045

锅炉最高点标高(顶板上标高)                      54535mm
3.2锅炉总体布置
锅炉采用H型布置方式，主要由炉膛、高温绝热旋风分离器、气动式分离回灰外置式换热器、尾部对流烟道、冷渣机等6部分组成。
水循环采用单汽包、自然循环、单段蒸发系统。
采用单炉膛布置方式，炉膛蒸发受热面采用膜式水冷壁。采用水冷布风板，多孔型迴流式大直径钟罩式风帽，具有布风均匀、防堵塞、防结焦和便于维修等优点。
锅炉共采用四个高温旋风分离器，布置在燃烧室两侧墙，外壳由钢板制造，内衬绝热材料及耐磨耐火材料,分离器上部为圆筒形，下部为锥形。每个高温绝热分离器回料腿下布置一个气动式分流回灰换热器。
炉膛、分离器和外置式换热器构成了循环流化床锅炉的核心部分——物料热循环回路，煤与石灰石在热循环回路内完成燃烧及脱硫反应。
尾部对流烟道中依次布置末级过热器、低温再热器、省煤器、和空气预热器。
4.燃烧系统及设备
4.1一次风系统
   一次风从一次风机开始，分两部分：一部分作为床下燃烧器启动时配风，另一路进管式空予器加热。加热后，分为三部分：约占锅炉总风50%的热风去燃烧室底部的流化风室做为床料流化风；约占锅炉总风4%的热风则做为播煤风被送往8个回料阀上的给煤入口处，用来防止炉膛热烟气反窜入给煤系统，以保证燃煤顺利进入炉膛；约占锅炉总风4.2%的热风则作为床上燃烧器冷却风。此外，另外少部分未加热的一次风被引出，为给煤系统中的给煤机提供密封风，使给煤机腔体内为常温正压环境，以保证给煤系统的安全运行。
一次风机有关参数：

4.2二次风系统
   二次风从二次风机开始，经管式空予器加热后，进入锅炉的二次风环形风箱，再经喷管以一定风速送入燃烧室，使二次风进一步完成燃烧。为实现分级燃烧，从二次风箱上引出的风管分两层送入燃烧室内。
   其中上层二次风约占总风总量的15.9%，下层二次风约占总风总量的12%，经过二次风机的风量占锅炉总风量的27.9%左右。
二次风机有关参数：

4.3高压回料风和换热风系统
该系统配置两台高压回料风机，一运一备，配置两台换热器风机，一运一备。
高压回料风机出来的高压风被分别送往四个返料腿回料阀作为流化风，并在高压风机出口接有一路去一次风系统，作为泄压保护；换热器的流化风由单独的换热器风机供给。
高压风机在锅炉运行的任何工况下都处于运行状态。高压回料风量约占锅炉总风量的2.25%，换热器风量约占锅炉总风量的3.77%。
高压回料风机有关参数：

换热器风机有关参数：

4.4 烟气系统
  该系统配有两台引风机，两台双室四电场静电除尘器，一座210m出口直径为5m的烟囱。
  锅炉燃烧产生的烟气先进入旋风分离器，在旋风分离器里，烟气中较大的颗粒被分离出来返回炉膛，而烟气则携带小颗粒流经布置在尾部烟道中的过热器，省煤器，空予器，再经电除尘器除尘后通过引风机和烟囱排入大气。
引风机有关参数：

 电除尘器有关参数
   型式： 双室四电场
 除尘器入口烟气量：1300000m3/h （一台炉）
除尘器入口烟气温：140℃
除尘器入口含尘量：64g/Nm3
除尘器效率：≥99.84%
4.5 点火助燃油系统
本工程锅炉启动燃烧器分床下布置和床上布置二种，油喷咀均为机械雾化方式。床下设置4台风道燃烧器，布置在水冷布风板下面一次风室前右侧的风道内；床上设置5个启动燃烧器作为辅助点火装置，布置在距布风板2000mm处的两侧墙上，所有燃烧器的总出力可以达到30%BMCR。
4.6 给煤系统

该系统中有两个煤仓，四路独立的给煤线，每路独立的给煤线对应高、低温回料腿上的两个给煤点。同时每个高温回料腿上还有一个石灰石给料点，故本炉共八个给煤点，四个石灰石给料点。
对于每路给煤线，煤从煤仓排到埋刮板给煤机，每台给煤机有两个出料口，煤从给煤机分两路进入密封回料管，与循环灰一起进入炉膛。
给煤机参数：（采用变频调速）
型号：RMSD63
数量：四台
输送能力：0~100T/H
给煤距离：第一出料口为21350 mm，第二出料口为30118mm （中间两台）
第一出料口为26682 mm，第二出料口为35450mm （外侧两台）
电动机功率：22KW
4.7 石灰石系统
石灰石系统采用气力输送方式，系统出力2~15吨可调。厂外密罐车送来的成品石灰石粉通过密罐车自带的气力输送泵送入石灰石粉仓，仓下设一套仓泵，容积0.7+1.4m3，设一根输送管道，直径φ140×8，石灰石粉通过仓泵用正压气力输送直接输送至炉膛。
本工程石灰石粉仓直径为6m，有效容积150m3，可贮存燃烧设计煤种4.3天的石灰石消耗量。
4.8 排渣系统
    锅炉采用连续排渣方式运行，保证锅炉稳定运行和床内料层厚度。
锅炉采用四台滚筒冷渣机，考虑到锅炉煤质的一定适应范围和运行的变化，冷渣机的设计具有足够的余量，可满足锅炉设计煤种负荷200%的冷却渣量。
冷渣机排出的低温灰渣由埋刮板输送机集中，由斗式提升机输送至渣仓。冷渣机的吸尘烟道接入除尘器前烟道，冷却水来自于凝结水系统的轴封加热器之后，通过冷渣机后返回除氧器。
滚筒冷渣机参数：

5.试运过程中存在的问题
本工程于6月7日开始点火，7月7日通过96小时试运，在此期间锅炉方面出现了一些问题：一次、二次风道串风、省煤器后墙板倒塌、再热蒸汽超温、外置床隔墙倒塌、水平烟道积灰、一二次风机出口风道设计不合理影响风机运行、一二次风机出力不足、一二次冷风道母管测风装置及部分测点不准确、锅炉结焦问题等，针对以上问题，分电公司组织了有关专家，召开专题会议，认真研究和分析，针对出现的各项问题提出了解决方案。
5.1   一二次风道串风
在运行期间，发现二次风机运行的声音不正常，经仔细检查，停风机，将风机出口风门挡板微开有倒转现象，且空预器进出口一二次风箱有变形现象，确定是更高压头的一次风串入了二次风道造成，从而判断空预器进出口一二次风箱串风，停炉检查发现空预器进出口一二次风箱隔板张开、拉裂。经分析，风箱隔板张开、拉裂的原因是设计强度不足，锅炉厂加强方案如下：
1、    将一二次风箱隔板加强筋密度增大一倍，用材为槽钢角铁；
2、      在一二次风箱及隔板中部加一排拉筋和支撑，用材为φ89×4的无缝钢管。
按此方案处理完成后，该问题已得到解决，没有再出现一二次风箱串风现象。
5.2   省煤器墙板倒塌
2006年6月21日9点左右，锅炉燃烧突然出现异常，炉膛正压大MFT动作，经检查发现省煤器墙板处冒烟，省煤器墙板（后部）裂开，立刻停炉，考察现场情况，召开专题会议。由于此前运行中发现省煤器墙板处有变形现象，会议分析认为是墙板设计强度不够，锅炉厂加强方案如下：
1、  加强刚性梁，在刚性梁中部（上下两面）用12mm的钢板做加强筋板，加固刚性梁；
2、  在原有基础上，用槽钢和角铁对省煤器墙板（前后墙）加强，角部用钢板或[150槽钢进行加强；
3、  在省煤器护板区域增设两个防爆门。
经此方案处理后，省煤器墙板变形现象消除，此区域在以后的运行中也安全无恙。
5.3   再热蒸汽超温运行中再热器超温严重，由于性能设计上的原因，低温再热器受热面布置裕度较大，造成低温再热器出口汽温超温，高温再热器不能全部投运（#1外置床内的高再未能正常投入），而且减温水不够用，影响炉内燃烧工况。西安热工院、哈尔滨锅炉厂计算如下：
低温再热器改造方案采取割去低温区1/3受热面的方案，使得低温再热器面积由原来3874平方米减小至2582平方米。
改造再热器超温现象基本解决。
5.4   外置床隔墙倒塌
7月25日因#1外置换热器和#1分离器结焦停机。结焦情况发生后，检查发现＃1外置床及分离器进口水平烟道和筒体内有大量的焦块和返料堆积，2-4#分离器进口水平烟道内积灰严重并有结块，炉膛内结焦较严重。在对#1分离器打焦过程中由于物料倒塌冲击，致使#1外置床分配室和均流室的T形隔墙倒塌。在结焦、积灰清除后检查发现：⑴ #2外置床分配室和均流室的隔墙也有20mm裂纹，但未贯穿；⑵ #4外置床分配室和均流室的T形隔墙出现宽约60～70mm贯穿性裂纹；⑶ #3外置床分配室和均流室的隔墙虽有小裂纹，属比较正常；⑷ 炉内受热面和浇注料检查没发现异常情况。
锅炉结焦停炉后，分析认为，主要原因是：（1）锅炉第一次发生本缺陷,发现缺陷后负荷和给煤量下降较慢引起结焦；（2）炉膛内结焦原因是因为1#分离器内结焦破坏物料循环，导致炉膛内流化状况急剧恶化，局部高温造成。
该锅炉四个外置床分配室和均流室的隔墙厚达300mm，中间未设计受热面管和钢筋等加固措施，所以隔墙膨胀量无法削弱到允许范围，且强度不够导致墙体裂纹。
外置床隔墙倒塌处理：根据现场实际情况，为缩短改造时间，本次仅处理 #1、#4外置床分配室和均流室的T形隔墙，其中#1外置床分配室和均流室的隔墙已倒塌，必须处理；#4外置床分配室和均流室的隔墙出现宽约60~70mm的贯穿性裂纹，有可能倒塌，也必须处理。而＃２外置床分配室和均流室的隔墙虽有20mm裂纹，但未贯穿；＃３外置床分配室和均流室的隔墙虽有小裂纹，属比较正常，如要拆除，此次检修时间会很长，专家分析认为＃2、3外置床隔墙可以坚持到明年大修。因此，本次仅处理#1、4外置床的隔墙，其他#2、3外置床计划明年检查大修时处理。改造后外置床隔墙目前未发现异常。

5.5   水平烟道积灰
7月25日停炉后发现分离器进口水平烟道积灰严重（见分离器入口烟道积灰示意图），主要原因是水平段通道的设计结构流动性能差，形成流动死区进而积灰。经与西安热工院、哈尔滨锅炉厂商议，结合白马电厂改造的经验，改造方案为在水平烟道加装几路吹扫风（见吹灰母管布置示意图），防止积灰。

吹灰母管布置示意图
改造后积灰情况得到改善。
5.6   一二次风机出口风道设计不合理，影响风机运行。
两台一次风机之间的出口和两台二次风机之间的出口设计靠得太近，气流过早的汇流，前面一台风机出口的气流和后一台风机出口气流的相互影响，从而影响风机的正常运行和正常出力。处理原则是减弱气流之间的影响，在风机出口加隔板，做成双风道形式，让气流在风道较远处（约8400mm）汇流，这样对风机之间的影响得到消除，一二次风气流的流动也更加稳定。改造在试运行中已完成，目前效果良好，风机运行更加平稳，风系统震动、噪音得到降低。
5.7   一、二次风机出力不足
试运行中发现锅炉燃烧所需氧量满负荷时偏低，经组织西安热工研究院、设计院、风机厂和电厂有关专业技术人员专题分析，一、二次风量不足，在210MW负荷燃烧时风量欠缺。原因主要是风水冷渣器改为滚筒冷渣器后减少了一部分风量，锅炉计算风量有偏差等。通过多方论证，在保证风机安全稳定运行和系统改造方便的原则下，对一二次风机进行增容改造，提高风机的风量来满足锅炉运行要求。
方案如下：
1增容措施。换水冷却器，电动机型号改为YKS450-4W 900KW及YKS630-4W 2800KW, 即通过对电机冷却方式的改变，使电动机恢复到原来的功率等级。
2具体实施方案。电动机内部不做改动, 拆除空空冷却器,外风扇罩和外风扇（减少电动机风摩耗和机械耗，增加电动机输出功率,达到电动机增容的目的），更换为空水冷却器。增容后电动机的防护等级仍为IP54,轴承可满足运行要求。原电机与增容后电机技术参数见表1。

  表1  电动机技术参数

5.8   一二次冷风道母管测风装置及部分测点不准确问题
在试运行中，发现一二次冷风道母管测风装置的测量数据波动大以及炉膛内部分床温测点不准确。经分析，一二次冷风道母管测风装置的测量数据波动的原因是测风装置选型不合理，采用双文丘里管，测风装置无法固定，风道震动会影响其测量效果。目前，已确定更换框式文丘里管测风装置；炉膛内部分床温测点不准确主要是设计的位置不太合理，由于炉膛下部浇注料已经施工完毕，无法更改，我们的解决办法是将不准确的测点只做监视用，不纳入报警数据，以免锅炉运行发生误报警。
8. 总结
江西分宜国产首台670t/h CFB锅炉以上所出现的问题在96小时试运行中充分的暴露出来，并引起各方面的充分重视，针对各项问题逐一提出了解决方案，其中一些改造已经取得了好的效果，一些则正在改造，在机组以后运行中将会得到检验。在以后的运行中，可能还会逐渐暴露一些其它的问题，我们将会以严格认真的态度对待，科学的分析，将问题一一解决，使国产首台自主研制的670t/h CFB锅炉确保安全、稳定、经济的运行。
作者简介：吴金星（1976-），男，工程师。1998年7月毕业于东北电力学院电厂热能动力工程专业。毕业后分配至江西省电力设计院，从事热机专业设计工作。在8年的工作过程中，曾担任多项大中工程的主设人工作。现担任江西分宜国产1x200MW循环流化床技改工程的热机专业主设人。
《国产首台670T/H循环流化床锅炉设计特点及存在问题分析》撰写于2006年10月，在文中总结了具有自主知识产权的国产第一台200MW循环流化床锅炉的设计特点。本文不足之处，请指正。

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