350t／h高温高压水煤浆锅炉设计介绍.pdf

1 8 余 热 锅 炉2 0 1 4 ． 2 3 5 0 t ／ h 高温高压水煤浆锅炉设计介绍 杭州锅炉集团股份有限公司施杰锋 摘 要 3 5 0 t ／ h高温高压 水煤 浆锅 炉是杭锅 容量最 大的水煤 浆锅 炉。 本文就 其设计特点及运行情况做 简单介绍， 希望为广大从事水煤浆的研发、 设计、 运行人 员 提供参考。 关键词 水煤浆锅炉 低氮燃烧器 一 ．前言 我 国是煤炭大 国， 长期 以来 能源 消耗 以煤炭为主。 预计在今后 5 O年内， 我国以煤 炭为主的能源结构也不会发生显著变化。 煤 在燃烧过程中生成大量 的 S O 和 NOx等大 气污染物， 形成 酸雨污染， 目前 中国已继欧 洲和北美之后成为世界第三大酸雨区， 从而 给我 国经济的可持续 发展造成严重 的环境 压力。 水煤浆是上世界 8 0 年代发展起来的 一 种以煤代油的新型燃料 ， 是具有一定粒度 级配的煤粉与水外加少量添加剂的混合物， 可 以像燃油一样运输储 存和燃烧 ， 可用于 电 站锅炉、 工业 锅炉代油或代气燃烧 ， 燃烧时 烟尘和 S O， 排放量远远低于燃烧原煤， 是一 种煤基流体代油清洁燃料、 具有 良好市场前 景。 下面就某公司的 3 5 0吨高温高压水煤浆 锅炉的设计特点及运行情况进行介绍。 二． 锅炉参数及结构型式 本锅炉为蒸 发量为 3 5 0 t ／ h ， 额定 蒸汽压 力9 ．8 MP a ， 蒸汽温度 5 4 0 ℃的高温高压水煤浆 锅炉。 燃用 的是采用神化煤制 的东莞神化环 保水煤浆， 浓度 6 3 ％， 粘度 1 2 0 0 m P a ．s ， 低位热 值 4 0 0 0大卡， 灰份 ％， 硫份 1 2 5 0 ℃， 比重 1 ． 2 6 g ／ c m3 , P d , - 0 ． 0 7 5 mm7 5 ． 0 ％。 锅炉 见图 1 按露天布置， 采用单炉膛， “F I ” 型结构、 固态排渣、 热风温度为 3 3 7 ℃、 四角布 置水煤浆燃烧器。 点火及稳燃采用 0 ifj} 轻柴油。 锅筒布置在炉膛 前面， 采用悬 吊结构 ， 下 部有 6根 3 7 7 mm2 5 mm 的集 中下 降 管， 每根 下降管下端有 分配集箱， 通 过连接 管与 水冷 壁下 集箱 相连 ， 组 成 自然循环 回 路。 炉膛 为 9 0 2 0 mm9 0 2 0 mm 的正方形炉 膛， 冷灰斗拐点 标高 1 0 0 0 0 mm至屏式过 热器 底 部距 离约 为 2 0 0 0 0 mm， 在 炉膛上 部 布置屏式过热器， 高温过热器置于折焰角上 方， 低温过热器布置在水平烟道中。 过热器系统共设置两级喷水减温器， 一 级减温器设 置在低温过热器 和屏式过热器 之 间， ■级减温器布 置在高温过 热器冷、 热 段之间。 减温水来 自给水管路。 尾部烟道竖井在上级省煤器下部， 分隔 为前 、 后二部 分对称地 布置上、 下级 空气预 热器和下级省煤器 ， 前后竖井 中间隔仓用作 上、 下级空气预热器的通风道 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 余 热 锅 炉 2 0 1 4 ． 2 1 9 空气预热器为立式管式空气预热器 ， 热 烟气 自上向下在管 内流动， 空气 由下 向上流 动， 预热器入 口冷风温度为 3 0 ℃。 构架采用双框架全钢焊接结构 ， 按 7度 地震烈度 I I 类场地 土设计。 采用 露天布置。 炉膛、 过 热器全悬 吊在顶板梁 上， 尾部空气 预热器和上、 下级 省煤器搁置在后部柱和梁 上 。 炉墙 除上下级省煤 器采用护板框架炉 墙外， 其余膜式璧部分均采用敷管式轻型炉 墙 。 三． 锅炉主要部件设计 1 ． 锅筒及汽水分离装置 锅 筒外 径 l 8 0 0 mm， 壁 厚 1 0 0 mm。 锅 筒材料为 1 9 Mn 6 。 锅筒正常水位在锅筒中心 线下 1 5 0 mm处。 最 高水位 和最低水位 离正 常水位各 5 0 mm。 锅筒汽水分离采用立式旋风分离器， 在 锅筒内部还装有磷酸盐加药管， 连续排污管 和紧急放水管等。 锅筒采用 2组链片 吊架 ， 悬 吊于顶板梁 上， 对称布置在锅筒 两端， 每组 吊架 由链片 及吊杆组成 。 2 ． 炉膛和水冷壁 锅炉燃烧室为单炉膛结构 ， 为正方型断 面。 炉膛上部折 焰角伸入炉 内 2 ． 6 m， 占炉膛 深度 2 9 ％。 折焰角可提高炉膛 上部烟气充满 度 ， 保护高温过热器不直接受到炉膛高温 火 焰 的辐射 ， 还可使 部分灰粒子在离心力的作 用下从炉膛上部分离下来。 整个炉膛为悬 吊结构 ， 全部炉膛水冷壁 的重量是通过上集箱 用 吊杆悬 吊于顶部梁 格上， 后水冷壁则由穿过水平烟道的引出管 悬吊于顶 部梁 格上。 受热 后， 整个炉膛一起 图1 锅 炉总 图 向下膨胀 。 为加强水冷壁和包墙管的刚性， 沿炉膛 及炉体上 部四周 高度 每隔 3米 左右设置一 圈刚性梁 ， 使整个水 冷壁具有一 定的刚性， 同时承受炉 内一定压力的波动。 在炉膛 四角布置 了四只水煤浆燃烧器。 根据运行和检修的需要 ， 在水冷壁上装设有 看火孔、 打焦孔、 吹灰孑 L 、 测量孔 、 人孔 、 防爆 门等必要的门孔装置。 炉膛 四周水 冷壁 管共 4 4 8根， 共 分 1 6 个循环回路。 3 ． 燃烧器 锅炉采用 的燃烧器 为低 NOx水煤浆燃 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 余 热 钒 炉2 0 I 4 ． 2 烧器 ， 其 配套设备共有 水煤浆燃烧 器 风 门、 风 门测量装置、 风 门电动执行机构 、 水煤 浆枪、 点火油枪、 电动推 进器、 高 能点火器、 点火就地控制柜、 火检系统 。 水煤浆燃烧器布置在炉膛 的正四角， 炉 内假 想切 圆直径 7 5 0 mm。 燃烧 器共十 一 层， 最上两层 为燃 尽风， 下九层 为采用详见 布置的二次风和一次风 。 燃烧器 自上而下分 别为上燃尽风 、 下燃尽风、 上二次风 、 上一次 风、 中上二 次风 、 中上一 次风、 中中二次风、 中一次风、 中下 二 次风、 下 一次风 、 下二 次 1 ％5 0 l 舀 F 燕 尽 翮孵 上 二 凌 l 薯 上 一 銎 中 上 二 次 燕 瞳 1 ] 中 玻 翮} 茶 辞 】 下 二 竣 风 壤 疆 F 一 噍器 f 二 凌 曩 图2 喷 13 布置图 风。 其中四层一次风 喷 口内布置有水煤 浆喷 枪， 下二次风喷 口内布置有点火油枪和 高能 点火器， 五层二 次风 喷 口均布有 火检 探头， 用于监控水煤浆枪和点火油枪 的着火情况。 浆枪是用 于燃用 水煤浆 的专用设备之 一 ，布置在一次风燃 烧器里 ， 是保证满负荷 燃烧水煤浆的关键设备 。 水煤浆正常燃烧时，1 2支喷枪投入运 行 ， 负荷达到满 负荷 。 锅 炉燃 用水煤浆 时燃 料 。 点火油枪共 4支 ， 布置在下二次风 口， 出 力按 4 0 ％负荷设计。 高能点火器布置在下一次风燃烧器里。 当锅炉 启动 时， 高能 点火器打 出电火花 ， 点 燃点火油枪 。 当点火油枪 点燃后， 撤 出燃烧 器喷 口。 高能点火装置主要 由高能点火器、 高能 半导体点火枪 、 高压屏蔽 电缆三部分组成。 4 ． 过热器及汽温调节 本锅 炉采用 半辐 射和 对 流相 结合， 多 次交叉混合， 两级喷水调温 的典型过热器系 统。 过热器 由炉顶及包墙 管， 屏式过热器和 两级对 流过 热器 组成 ， 均 布置 在水 平烟道 中 。 本过热器采用 了分流集箱， 旨在减少过 热 器系统 的阻力， 在分流 之前， 尤其炉膛 顶 部， 顶棚管处 于烟温 较 高的区域， 因而 具有 较高 的质量流速是合理的， 起 到了保护炉顶 在受炉膛高温辐射情况下安全运行的作用。 屏 式 过 热 器 采 用 中3 8 mm5 mm 的 管子， 为管 夹管 结 构， 该结 构可 靠， 膨 胀应 力较 小 。 屏式 过热 器 的夹 管及最 外 两管 圈 由于 受热 强烈， 为 了保证其 安全运行， 采用 S A 2 1 3 T 9 1 材 质 ， 其余 采用 1 2 C r l Mo VG， 同 时确保屏式过热器管内质量流速足够大。 高、 低 温 过 热 器 横 向节 距 为 1 0 0 mm， 器 一 一 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 余 热 锅 炉 2 01 4 ． 2 2 1 采 用 顺 列 逆 流 布 置。管 子 规 格 均 为 4 2 mmx5 mm 。 蒸汽温度调节采用给水喷水减温 。 减温 器分二级布置。 第一级喷水点布置在第二级 对流过热器 与屏 式过热器 问， 为粗调 。 第 二 级喷水 点布置在 第高温过热器冷 段和热段 之间， 为细调 。 经二次喷水调温 ， 保证 了锅炉 负荷在 5 0～ 1 0 0 ％ 额定 负荷范围内， 达到额 定的过热蒸汽温度。 过热器所有部件均通过 吊杆悬 吊在顶 部梁格上。 5 ． 省煤器 省煤器在现代 电站锅炉 里的角色是作 为蒸发受热面的一部分， 为充分降低排烟温 度而布置在尾部竖井低温区。 省煤器和空气 预热器采用交叉布置 。 上级省煤器管束采用顺 列布 置光管式 省煤器， 下级省煤器 管束采用错列布置的光 管式省煤器 。 为便于检修 更换 ， 上 下级省煤 器均留有检修空间。 6 ． 空气预热器 空气预热器采用管箱结构两级布置。 上 级一个行程 ，F级三个 行程。 考 虑到低温 引 起的局部腐蚀， 将最一 卜 面的一 一 个行程设计成 单独管箱 ， 以便于检修更换。 第二， 三两个行 程构成一个管箱。 中间用隔板 隔开。 在各个 行程之 间用连通箱连接， 构成一个连续的密 封 的空气通道。 预热器跟风道均装有胀缩接 头， 用以补偿热状态下 的相对膨胀 。 由_丁结构和系统的要求， 空气 预热器在 水平截面上烟道分成前后两部分 ， 空气 白下 级前后墙引入， 经上级前后墙引出。 在每个管箱的． ．卜 部装防磨短管， 以减轻 飞灰对受热而管子 的磨损， 在防磨 短管间浇 灌耐 火混凝 土。 为 防止 空气 预热器 的震动 ， 在管箱 中装有防震隔板 。 7 ． 除渣装置 在锅炉冷灰 斗的底部采用螺旋捞渣机 出渣装置。 四． 锅炉设计特点 为同时满足 锅炉低 负荷稳燃及避 免炉 膛 结渣等的要求 ， 设计时根据水煤浆燃料的 特 殊性 以及锅炉 的容量 ， 燃烧 型式， 正确选 材 炉膛容积热 负荷 、 炉膛 断面 热负荷， 过高 会 导致炉膛结渣及燃烧效率 ， 过低则很难保 证过热蒸汽参数及低负荷 稳燃性能。 同时为 了保证低 负荷是燃烧 的安全稳定， 在燃烧器 区域布置有卫燃带 ， 卫燃带呈 网状布置， 以 避 免卫燃 带区域 的结焦 影响锅炉安全稳定 运 行 。 锅炉配置 的是根据水煤浆独有特 点设 计的低 NO x燃 烧器 。 需要 注 意 的是 在热力 计算 时， 需根据燃烧 器模型 的特 点， 对燃烧 中心需要做特殊 的修正， 然后计入炉膛 M 值 进行计算， 以保证锅炉性能计算的准确性。 因水煤浆锅炉燃料水份较大， 同时还有 大量雾化蒸汽， 对于燃料中硫含量较高的燃 料， 再加上尾部S C R生产的硫酸氢铵使尾部 烟气 环境更加恶劣 。 为避 免结露、 堵灰影 响 锅炉运行， 需要 从排烟温度的选取到尾部受 热面 的排 列方式 以及 换热元件材质 的选择 等方面综合考虑 ， 同时采 取多种措施， 以确 保锅炉安全稳定运行。 为 降低炉膛 出 口的 NOx的排 放， 对燃 烧器的设计 需要根据锅 炉炉型、 燃料、 炉膛 结构等做统一考量 。 采用 空气分级和燃料再 燃等低 NO x燃烧先进技术来对燃烧器进行 精细设计， 来达到低氮燃烧的要求。 由于带 颗粒的水煤浆燃料在 水煤浆喷嘴做 高速 流 下接第 2 6页 学兔兔 w w w .x u 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