大容量燃煤热水锅炉发展方向探究.pdf

探讨园地 大容量燃煤热水锅炉发展方向探究 3 1 文章编号 1 0 0 4 8 7 7 4 2 0 1 3 0 3 - 0 0 3 1 -07 大容量燃煤热水锅炉发展方向探究 郭 强 营 口绿源锅炉有限责任公 司， 辽宁 营口， 1 1 5 0 0 1 Re s e a r c h o n t h e De v e l o p m e n t o f La r g e Ca p a c i t y Co a l - fir e d Ho t W a t e r Bo i l e r G U O Q i a n g Y i n g k o u L y u a n B o i l e r C 0 ．L t d ． ， Y i n g k o u 1 1 5 0 0 1 ， C h i n a 摘要 回顾大容量燃煤热水锅炉的发展历程 ， 分析现有在用产品的技术利弊， 探讨该产 品的创新 发展方 向。 关键词 热水锅炉 ； 总结 ； 技 术分析 ； 创新发展 中图分类号 T K 2 2 9 文献标识码 B 0 前 言 据记载 1 9 8 2年 2月 ， 北 京锅炉厂委托北京市 机械工程学会动力工程分会主持 2 9 MW 热水锅炉 的设计方案审查 ， 开启 了我 国大容量热水锅 炉开发 序幕 ， 至今历经 3 0年 。3 0年来 大型热水锅炉 的开 发 ， 一方 面是快速发展 ， 另一方面则经历了由量变到 质变的发展过程 。所开发的锅 炉品种繁多 、 参数多 样 、 结构各异 、 良莠不齐。由于涉及核心技术保密限 制 ， 本文仅对 3 0年来大容量热水锅炉的设计 、 改型 、 安装 、 运行和实验 给予定性 的分析 、 对 比、 鉴别和总 结 ， 进而探索 出既适应我 国国情又达到国际先进水 平的低成本 、 高品质 的大容量热水锅 炉产 品发展方 向。 1 大容量热水锅炉发展的几个重大历史事件 1 1 9 8 2年 ， 首台单锅筒横置式强制循环 Q X L 型 2 9 MW 热水锅炉产品设计方案通过论证 ， 大容量 水管热水锅炉开始进入市场。 2 1 9 9 0年 ， Q X L型 6 4 MW 热水锅炉在北京亚 运村北晨供热厂投入运行 ， 真正意义的大容量热水 锅炉诞生。 3 1 9 9 2年 ， D Z L型 2 9 M W 水火管 自然循环热 水锅炉在北京市安贞里供热厂投入运行 ， 同时荣获 国家火炬计划优秀项 目奖。大容量新型水火管锅炉 得到了市场认可。 收稿 日期 2 0 1 2 1 2 - 2 7 作 者 简介 郭 强 ， 辽 宁大学硕士， 高级工 程师 ， 营 口绿 源锅 炉 有限责任公 司董事 长。主要从 事热 能 科技研究工作。 4 1 9 9 7年 2月 ， 全球环境基金会 G E F 通过 世界银行 向中国政府赠款 ， 用于引进 国外先进的锅 炉技术和配套生产设备 ， 以提高 中国工业锅炉设计 水平 ， 推动制造技术 的发展 。该项 目包括 9个 以技 术包形式组成的子项 目， 分别从美国、 德 国、 日本 、 丹 麦和南非等 国家引进 9项先进 的锅炉设计制造技 术 ， 9项与环保关 系密切的锅 炉辅机设计制造技术 和 3条链条炉排的铸 造生产线。G E F项 目于 2 0 0 3 年 1 2月结束 ， 历时 7年。G E F项 目使我们有机会更 细致地研究部分发达 国家在锅炉产品设计计算方面 成熟的先进思想 、 方法及手段 ， 拓宽 了我们 的视野。 G E F项 目的实施为我 国大容量热水锅 炉 的发展指 明了方 向， 为技术创新打下 了坚实的基础 。 5 1 9 9 9年 ， 首台 5 8 MW 循环流化床热水锅炉 在济南南部热电厂投入运行 ， 大容量循环流化床锅 炉受到政策和市场的青睐。 6 2 0 0 3年 ， G E F项 目中引进的首台 5 8 MW 角 管热水锅炉在沈 阳三热公 司投入使用 ， 为工业锅炉 行业带来了全新的锅炉设计和制造理念。 7 2 0 0 4年 ， 1 1 6 MW 循环流化床热水锅炉在 哈尔滨市华能集 中供热有 限公 司热源厂投人运行 ， 热水锅炉向更大容量进军。 8 2 0 0 9 年， 国内首台使用倾斜往复炉排层燃 技术的 6 4 M W 燃劣质煤锅炉在沈 阳浑南热力中心 投人使用 ， 以层燃方式燃烧劣质煤 的大型热水锅炉 技术问世。 9 2 0 1 1年 ， 在引进技术基础上实现二次创新 探讨园地 大容量燃煤热水锅炉发展方向探究 3 5 通过 比较 ， 我们可以得到以下结论。 ①层燃锅炉设备及基建投资少 。这主要是由于 设备体积小 ， 耗钢量低 ， 燃料不需要加工 ； 层燃方式 的优点是烟尘原始排放浓度低 ， 节省 了环保设备的 投资。 ②层燃锅炉运行 费用低 ， 由于两种设备 的风机 功率相差一倍 ， 导致层燃炉 比循环流化床锅炉在额 定工况下要省一半的电， 换句话说 ， 循环流化床的高 效率是以高耗能为代价换来的。因此， 循环流化床 要与层燃炉比较 ， 必须把多耗 的电能从其热效率 中 折算出去 ， 用锅炉净效率对 比。 ③层燃 锅炉 的维修 费用远低 于循环流化床锅 炉 ， 这是由其燃烧特性决定的。因此 ， 在层燃锅炉燃 烧劣质煤时的热效率达到 8 3 ％ ～8 4 ％的情况下 ， 以 高投资、 高耗能为特征的循环流化床锅炉是否还具 备经济优势 ， 就需要认真测算 了。 4 高海拔地 区锅炉受热面是多好还是少好 锅炉受热面到底是多好还是少好 ， 不仅在高海 拔地 区有这个疑问， 在低海拔地区同样也需要明确。 通常锅炉受热面需要与炉排面积相 匹配 ， 否则会对 燃烧 和换热都不利 ， 大型热水锅炉受热面一般选择 1 82 2 m ／ MW， 炉排 面积选择 0 ． 9～1 ． 0 m ／ MW。 但是在高海拔地 区和燃用劣质煤 的情况下 ， 情况要 有所变化 ， 在海拔 2 0 0 0 IT I 以上地区 ， 空气 中的含氧 量少， 燃烧需要的空气多， 致使炉膛温度低， 如果再 选用较大受热面， 导致炉膛水冷度加大 ， 则燃烧状态 会恶化 。在低海拔 地 区燃劣质 煤情况亦 如此。因 此 ， 一定不要认为受热面越大越好 。 5 锅炉是高好还是矮好 从引进技术看， 国外锅炉一般都采用细高形， 这 主要是为了提高烟气在炉膛 内的惯性分离效率 、 保 证可燃气体和烟气 中碳粒 的燃烧 、 降低 烟尘排放浓 度。同时， 细高炉膛匹配二次风可以有效降低烟 中的含碳量 ， 提高锅炉热效率 。当然一些用户受锅 炉房条件限制 ， 只能选用矮一些的锅炉 ， 这时就要在 炉内增加效率比较高的烟尘分离装置 ， 否则对流受 热面积灰严重 ， 影响换热效率 。 6 膜式水冷壁好还是光管水冷壁好 如图 l 0所示， 膜式水冷壁的保温防护外墙仅是 一 层岩棉 ， 而光管外面却是几层厚 的重型炉墙 ， 安装 的成本和维修时的工作量可想而知； 通常膜式水冷 壁选用 4～5 m m壁厚的钢管 ， 而光管水冷壁最多选 用 3 ． 5 mm壁厚 ， 因而膜式水 冷壁 的安全 系数高。 因此 ， 膜式水冷壁 比光 管水冷壁安全 、 易维修。同 时， 采用全膜式水冷壁节省 了大量的保温材料 ， 减少 了工作量 ， 既降低 了产 品成本 ， 又减少了散热损失 ， 可以使锅炉热效率至少提高 2～3个百分点 。 密 a 膜式 水冷擘 b 光管水冷肇 图 1 0 7 水循环方式是强制循环好还是 自然循环好 从节能的角度讲 ， 是 自然循环方式好 ， 炉内水阻 小 ， 既节能又安全 ， 尤其是突然断电时 ， 自然循环方 式能为司炉工提供有效应对事故 的时间 ； 而强制循 环方式耗 电多 ， 但水质要求低 时， 水循环安全可靠 ， 也广受用户青睐。现在水循环方式的发展方 向多以 复合循环方式为主， 即炉膛受热面 以自然循环为主 ， 而对流受热面以强制循环为主 ， 这种循 环方案既节 能又安全。 8 层燃锅炉内加装旋风分离器除尘效果是否 好 借鉴流化床锅炉经验， 在层燃炉内增设旋风分 离器 ， 以提高烟尘分离效果 ， 这种做法是否科学合理 呢。流化床锅炉燃用煤的粒度小 、 风速高、 烟尘浓度 高 ， 采用旋风分离器后分离效果好 ； 而层燃锅炉烟速 低 、 烟气含尘及未燃尽碳颗粒 比较小 ， 采用旋风分离 器虽然可以适当降低原始排尘浓度 ， 但惯性分离的 优点发挥不 出来 ， 粉尘分离量小 ， 又增加 了电耗 ， 运 行起来不经济。锅炉 内部还是选用一些既经济 、 又 简单的除尘方式比较好。 9 层燃炉是否应选用二次风 传统的层燃锅炉设计上选用二次风技术 的产品 不多 ， 主要是产 品对热效率和排放要求不高。同时 对层燃锅炉二次风理论研 究不够深入 ， 导致这一技 术不普及。 通过对循环流化床技术 的研究 ， 我们对二次风 技术应有新的认识 首先 ， 粒度较小的煤在被一次风 吹起后， 需要较长的燃尽时间， 传统的层燃锅炉二次 风技术不能保证氧气 的供给 ， 应考虑在煤颗粒的运 3 6 工业锅炉 2 0 1 3年第 3期 总第 1 3 9期 行轨迹中分段送风； 其次， 合理布置二次风可以降低 炉膛温度， 减少 N O 的产生率 ， 也可 以降低 锅炉原 始排尘浓度 ， 一次风分段送风技术应是层燃锅炉送 风技术的发展方向。 2 ． 3大容量热水锅炉的发展方向探究 大容量热水锅 炉经过近三十年的实践 ， 经历了 由难而易 、 由繁而简的过程 ， 尤其是通过 G E F项 目 引进 的先进技术给我国大容量热水锅炉的设计指明 了方 向。总结三十年 的经验 ， 我们基本上可 以给出 这样一个设计原则 结构简单 、 工艺先进 、 自身支撑 、 循环安全 、 安装经济 、 维修便捷 、 力争高效。具体地 说 ， 包括十个方面 1 为燃烧及减排考虑 ， 锅炉宜选用立式结构 、 细高炉膛 ， 提高烟尘惯性分离效果 ， 提高燃烧效率。 2 水循环 回路应简单 ， 便于查找 问题 。循环 方式应以复合循环方式为优 ， 其 中炉膛受 热面宜采 用 自然循环方式 ， 对流受热面采用强制循环方式 ， 这 样既节能又安全。 3 应选用工艺先进、 自动化加工程度高的传 热部件 ， 如膜式水冷壁 、 蛇形管对流受热面等 ， 尽量 减少制造过程中的手工作业量 ， 实现规模化生产 ， 降 低成本 。 4 锅炉结构型式应优先考虑受压部件 自身支 撑方式 ， 减少钢耗 、 降低锅炉重量 。通过锅炉受压件 自身支撑和全膜式壁轻体炉墙的总体结构型式， 降 低锅炉总体重量 ， 从而实现降低设备安装和土建成 本 的目的。 5 选 用大 口径 对流管束 代替小 口径对 流管 束， 在安全前提下， 适当提高烟气速度， 可以减少制 造成本 ， 提高产品寿命 。 6 选择合理 的节 能措施 ， 实现节 能 目标。循 环流化床锅炉如果扣除耗 电而提高的效率 ， 其综合 效率很难超 过 8 6 ％ ， 而层燃锅 炉 的节能 目标 就是 8 6 ％。 目前层 燃 锅炉 最佳 能 效可 以达到 8 3 ％ ～ 8 4 ％ ， 那 么如何实现 8 6 ％ 的 目标 ， 应 主要争取 以下 两项措施 ①适当增加炉排， 使灰渣含碳量接近于 1 0 ％， 争取提高热效率 1 ～2个百分点。 ②采 用二次风分段送风技术或富氧二次风技 术 ， 使飞灰含碳量接近于 1 0 ％ ， 争取提高热效率 1～ 2个百分点。 7 进行 动 态 校 核计 算 ， 确 保 锅炉 在 变 负荷 3 0 ％ ～1 0 0 ％ 运行 时各受热面安全。大容量热水 锅炉随着室外温度和供热面积的变化， 在不断地调 整供热负荷。避免各受热面在低负荷时积灰 、 腐蚀 ， 是设计产品时必须考虑的重要环节 ， 校核的重点是 对流受热面和尾部受热面的分配 ， 以及制定低 负荷 运行措施 。 8 选择外置尾 部受热面 ， 易 于维修。在尾部 受热面设置旁通烟道可以防止低负荷时尾部受热面 腐蚀 。 9 炉内应在炉膛出烟 口和尾部出烟 口设置简 单 、 有效的烟尘分离装置， 以减少受热面积灰 ， 降低 锅炉原始排放。 1 0 要实现进一步节能， 应考虑 回收烟气 中的 潜热。 基于以上认识以及近十年的探索， 我们设计 了 一 种基本上可以满足上述要求的新型角管大容量热 水锅炉 。 3 新型角管热水锅炉介绍 3 ． 1 新型角管热水锅炉研发背景 新型 角管热 水锅 炉是 在 G E F项 目引 进丹 麦 V o l u n d公司技术基础上创新设计的一种新产品 ， 它 具有出力足 、 效率 高、 工艺好 、 成本低 、 工期短 、 排放 低等诸多优点。 传统 的角管锅炉旗式对 流受热面制造工艺复 杂 、 手工焊接量大 、 安全隐患大 、 出现故 障时难于查 找事故点 ， 且维修周期长。以上 问题严重地制约 了 这种技术先进 、 热效率高的节能产 品的推广 。 针对 以上 问题 ， 我们以蛇形管对流受热面代替 旗式对流受热面 如图 1 1 ， 对流受热面和后墙膜式 水冷壁与锅筒之间各 自构成新的循环 回路。通过 以 上创新 ， 我们设计出一种新型角管大容量热水锅炉。 图 1 1 旗式受热 面 3 ． 2 新型角管大容量热水锅炉技术特点 1 新型角管锅炉继承了以往角管锅炉靠 四根 大口径下降管实现 自身支撑和全膜式水 冷壁的优 点， 确保产品耗钢量低、 热效率高。 2 以蛇形管对 流受热 面代替旗 式对 流受热 探讨 园地 大容量燃煤热水锅炉发展方向探究 3 7 面， 取消了后墙水冷壁管 中的节流装置 ， 使对流受热 面和后墙受热面同锅筒之问分别建立循环 回路 ， 降 低了对水质的要求 、 简化 了维修程序 、 提高了生产效 率。 3 采用复合水循 环方式 ， 其 中对流受热 面采 用强制循环方式 ， 其 余受热 面采 用 自然循 环方式 。 在确保安全的前提下实现 了节能。 4 采用大 口径蛇 形管代替小 口径 旗排管 ， 减 少了对流管的加工数量 ， 缩短 了制造工期 ， 同时又提 高了对流受热面的使用寿命。 5 在炉膛 出 口凝 渣管上焊接迎风翅 片 ， 阻挡 烟气 中较大未燃颗粒逃逸炉膛 ， 在前墙 中上部分段 设置二次风 ， 提高烟气 中含碳颗粒的燃尽率 。 6 在强制循环受 热面设置 了停 电保 护管路 ， 确保锅炉运行安全。 7 采用大风仓小风 斗横 梁炉排 ， 将 炉排加长 两个标准链节 ， 使炉排有效面积每蒸吨提 高到 1 ． 0 平方米 ， 可以有效降低炉渣 中的含碳量。 8 采用外置尾部受热 面， 既提高 了锅炉本体 的安全性 ， 又方便维修维护 。 9 对流受热 面人 口烟气 速度 大于 1 0 m ／ s ， 出 口速度大 于 7 m ／ s 可 以采 用 对流 烟道 变 截 面技 术 ， 以降低对流受热面积灰程度 。 3 ． 3 典型产 品设计 、 制造及运行 “ 营锅” 2 0 1 0年成功设计 出了一 台新型角管 9 1 M W 大容量热水锅炉 见 图 1 2 。 1 2 DHL 91 m 1 ． 6 ／1 3 0 ／ 7 0 一 A儿 新 型 9 1 MW 角管锅炉采用机械全 自动焊接与 弯制生产 ， 产品制造周期仅为 4 5天 ， 首台产 品安装 于新疆 自治区塔城市润生热力公司， 当年安装 、 当年 运行 、 当年通过验 收测试 ， 并取 得 了良好 的运行效 果 。 新型角管锅炉系列产 品的研发为大容量热水锅 炉实现高效能 、 低成本 、 低排放的发展 目标提供了借 鉴 。 参考文献 [ 1 ] 赵饮新 ， 王善斌． 工业锅炉技术创新与发展思想探讨 [ J ] ． 工业锅炉， 2 0 0 9 1 1 1 2 ． [ 2 ] 林宗虎 ， 徐通模． 实用锅炉手册 第二版 [ M] ． 北京 化 学工业 出版社 ， 1 9 8 3 ． [ 3 ] 车得福 ， 庄正宁， 李军 ， 王栋． 锅炉 第二版 [ M] ． 西安 西安交通大学出版社 ， 2 0 1 1 ． G L Q- 8 0 型 锅炉烟管专用清理器 ． 广 告 ． 概述本产品是清理锅炉烟垢的革命性产品，它结束 了直杆前加钢丝刷直来直去手工费劲清理 的时代，独特的软轴加离心式的刀具使其具有高速，超净，方便 ，安全 ，无耗材的特点。是锅炉行 业必备的工具。专利号Z L 2 0 0 8 2 0 0 4 3 3 0 3 ． 1 一 、用途本机主要用于机械清理锅炉、交换器等各类型各规格管道内烟垢、水垢和化工物料 等杂物的专用清理工具。尤其是对WNS 型锅炉烟管烟垢和交换器 内化工物料的清理更为有效。 二、特点1 ． 设备简洁明快，使用方便，操作简单，遥控和按钮两种操作方式。 2 ． 设备具有智能防卡保护，刀头在管内发生不顺当或卡转现象时，机器则自动停机保护。 3 ． 基本无耗材。三臂张开式铣刀可反复使用。． 施工不受场地空间限制，可在极端位置施工。 4 ． 构思独特专用。张开式铣刀一种规格适用多种规格管径，并有效清理螺纹烟管内的螺纹处。 5 ． 更换刀头可清理锅炉水垢和交换器管内化工物料等杂物。配备专用高压空气、水效果更佳。 金 牛 锅 炉 服 务 公司 地 址西安市咸宁东路 J 2 8 号 邮编7 1 0 0 4 3 经 理习安定1 3 9 0 9 2 8 6 3 8 4 联系人魏彬 1 5 3 3 9 1 8 0 5 7 2 电 话 0 2 9 8 3 0 6 3 8 6 7 传真 0 2 9 8 3 2 9 8 0 7 7 8 0 2 网 址 h t t p ／ ／ www． x a d y s ． c a www． x a d y s ． c o m 独创的革命性设备，不用都难 用了我的设备，干活轻松又愉快； 用了我的设备，节能减 日排，成本收回快又 陕。