600MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計(jì)初探

摘 要 本文以筆者實(shí)際經(jīng)驗(yàn)為出發(fā)點(diǎn)，對600 MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題及總體布局進(jìn)行具體分析與探討，以確保600 MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐的可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，體現(xiàn)應(yīng)有價(jià)值。

關(guān)鍵詞 600 MW超臨界；循環(huán)流化床；鍋爐；設(shè)計(jì)；技術(shù)

中圖分類號(hào) TK229 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1673-9671-(2012)062-0099-01

在商業(yè)化發(fā)展進(jìn)程中，循環(huán)流化床鍋爐憑借其良好的環(huán)境排放優(yōu)勢，有效控制污染成本，取得了良好的應(yīng)用效果。但是在供電效率方面，仍具有一定發(fā)展空間有待挖掘。當(dāng)前，隨著我國能源供應(yīng)的日益緊張，如何保障蒸汽溫度與壓力，同時(shí)加大容量，已成為值得思考的話題。因此，通過循環(huán)流化床與超臨界技術(shù)的有機(jī)融合，將更好地實(shí)現(xiàn)低污染、高供電率優(yōu)勢，在我國低碳經(jīng)濟(jì)背景下的推廣將更具意義，成為新一代潔凈化、高效化的煤發(fā)電技術(shù)。

1 超臨界循環(huán)流化床鍋爐的關(guān)鍵技術(shù)

1.1 支持大容量模式發(fā)展

如果鍋爐的尺寸有所增加，那么在爐膛內(nèi)的體積加大速度將大于周圍水冷壁的換熱面，此時(shí)換熱面的面積將表現(xiàn)出一定弊端，雖然只要提高爐膛的高度，就可以避免這一問題的發(fā)生，但是對于600 MW的大型循環(huán)流化床鍋爐來說，僅僅提高爐膛內(nèi)的高度，明顯不適用。即使增加了爐膛內(nèi)的高度，也僅僅提高了固體濃度相對較低的頂部高度，那么對爐膛高度將提出更高要求。以實(shí)際情況為出發(fā)點(diǎn)，如果能夠在爐外的固體顆粒循環(huán)線路中安裝一個(gè)“外置式換熱器”，可將溫度較高的循環(huán)物流入到低速流化床的受熱面，就可實(shí)現(xiàn)熱交換過程，既可保障爐膛中的傳熱面積，也可合理控制爐膛內(nèi)的溫度。

對于大型循環(huán)流化床鍋爐來說，如果其底部采用單爐膛的結(jié)構(gòu)形式，可能由于尺寸較小，造成左右墻與前后墻之間的水冷壁距離過大，二次風(fēng)難以到達(dá)爐膛的中心位置，此時(shí)爐膛中的燃燒過程將難以控制，可能引發(fā)污染。因此，為了解決這一問題，考慮在爐膛的底部位置，劃分兩個(gè)分別獨(dú)立的流化區(qū)，通過調(diào)整其深度，以解決存在的各種問題，將循環(huán)流化床鍋爐中高濃度區(qū)的二次風(fēng)送達(dá)到爐膛的中心位置。

1.2 蒸汽參數(shù)鍋爐受熱面的優(yōu)化

在超臨界循環(huán)流化床鍋爐中，處于省煤器出口位置的工質(zhì)已經(jīng)有所加熱，而在水冷壁中，工質(zhì)將持續(xù)加熱，溫度不斷上升，因此可以說爐膛就是一個(gè)大型過熱器裝置。隨著循環(huán)流化床鍋爐容量的不斷增加，其中給水溫度、給水壓力以及主蒸汽等也有所提高，由于壓力與溫度發(fā)生變化，那么給水的加熱過程中，熱量所占比例也發(fā)生了變化；如果蒸汽的參數(shù)有所提高，那么過熱吸熱也有所提高。因此，可以考慮在“外置式換熱器”中加設(shè)換熱面，可發(fā)揮過熱器的作用。

1.3 變負(fù)荷運(yùn)行

在超臨界循環(huán)流化床設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)著重鍋爐運(yùn)行的方式。在超臨界的前提下，鍋爐主要通過定壓及滑壓兩種方式運(yùn)行。一般情況下，如果處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，則滑壓方式更具優(yōu)勢。其一，蒸汽溫度如果發(fā)生了負(fù)荷變化，可以在滑壓狀態(tài)保持恒定性，此時(shí)汽輪機(jī)中的熱應(yīng)力有所降低；同時(shí)由于負(fù)荷偏低，蒸汽壓力水平也隨之減小，進(jìn)而確保汽輪機(jī)的正常使用；其二，在低負(fù)荷運(yùn)行的前提下，蒸汽的壓力有所降低，在再熱器以及過熱器中的分配得以充分優(yōu)化；其三，在滑壓運(yùn)行狀態(tài)下，可實(shí)現(xiàn)外部管道閥門的簡便操作，啟動(dòng)過程簡化，同時(shí)也可提高電廠熱效率水平。

2 600 MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計(jì)布置

2.1 鍋爐汽水系統(tǒng)

在600 MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐的給水設(shè)計(jì)中，在鍋爐前方的右側(cè)位置，給水進(jìn)入到尾部的豎井位置，再進(jìn)入煙道下部省煤器的集箱。在這一過程中，給水的流動(dòng)經(jīng)過了省煤器的受熱面并吸收一定熱量，在省煤器的出口集箱中，通過右端流出。當(dāng)鍋爐進(jìn)入直流運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，所有的工質(zhì)都會(huì)利用汽水分離器進(jìn)入到入口煙道中，再通過連接管引入高溫過熱器與外置式換熱器；再熱蒸汽通過汽輪機(jī)的高壓缸抽取出來，以連接管進(jìn)入到尾部的煙道中，通過低溫再熱器的入口集箱；有關(guān)再熱蒸汽的溫度，可以利用外置換熱器流經(jīng)的灰量實(shí)行調(diào)節(jié)，同時(shí)可以在低溫再熱器的出口管道位置設(shè)置一個(gè)再熱器，以在事故狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)優(yōu)化調(diào)節(jié)

目標(biāo)。

2.2 煙風(fēng)系統(tǒng)

在一次風(fēng)機(jī)與二次風(fēng)機(jī)中，將一次風(fēng)和二次風(fēng)送入到爐膛中，其他風(fēng)的應(yīng)用則來自高壓流化風(fēng)機(jī)。有關(guān)煙風(fēng)系統(tǒng)的應(yīng)用，具體分析如下：

1）一次風(fēng)系統(tǒng)。在一次風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中，空氣出來后主要分為以下兩路：①經(jīng)過暖通器和一次風(fēng)空氣預(yù)熱器的加熱作用，將流化風(fēng)、燃燒用風(fēng)等送入到水冷風(fēng)室，并在該回路中設(shè)置風(fēng)道點(diǎn)火器；②沒有經(jīng)過預(yù)熱的一次風(fēng)，也可以通過外置式換熱器，送入到爐膛的灰道中。同時(shí)，在一次風(fēng)機(jī)的出口位置以及床下點(diǎn)火風(fēng)道之間，布置一次風(fēng)的快冷風(fēng)道，在停爐狀態(tài)下，可以保持爐膛的迅速冷卻。

2）二次風(fēng)系統(tǒng)。在二次風(fēng)機(jī)出來之后的空氣，可以劃分為以下三路：①?zèng)]有經(jīng)過預(yù)熱的冷二次風(fēng)，應(yīng)用于回料閥中的給煤機(jī)；②經(jīng)過二次風(fēng)空氣預(yù)熱器、暖風(fēng)器等加熱的二次風(fēng)，又可分為兩層分別進(jìn)入到爐膛的外側(cè)與內(nèi)側(cè)，發(fā)揮燃燒及調(diào)整作用；③一部分熱二次風(fēng)經(jīng)過空氣預(yù)熱器，作為給煤點(diǎn)的吹掃風(fēng)，可以避免出現(xiàn)給煤堵塞現(xiàn)象。

3）高壓風(fēng)系統(tǒng)。在高壓風(fēng)系統(tǒng)中，可以通過對擋板的調(diào)節(jié)，保障各個(gè)支路所需要的風(fēng)量大小。

4）煙氣系統(tǒng)。在爐膛燃燒過程中，產(chǎn)生大量的煙氣，同時(shí)隨著灰粒進(jìn)入到旋風(fēng)分離器中。大多數(shù)的灰粒會(huì)被分離，并通過回料器再次進(jìn)入到爐膛中。

2.3 給煤系統(tǒng)

在600 MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐中，以回料器作為給煤設(shè)備，在回料器到爐膛的返料部位設(shè)置給煤點(diǎn)，以此促進(jìn)煤粒子的混合以及預(yù)熱作用，更利于實(shí)現(xiàn)煤的充分燃燒。對于埋刮板式的給煤機(jī)來說，分別在三個(gè)回料器的給煤口位置設(shè)置出煤口，利用落煤管和給煤裝置相連接，在每條給煤線路中，設(shè)置可以旋轉(zhuǎn)的給料器，以適當(dāng)優(yōu)化給煤量。另外，在每個(gè)落煤管中，還應(yīng)設(shè)置電動(dòng)閘板閥，如果系統(tǒng)出現(xiàn)斷煤現(xiàn)象或者煤管溫度過高，則可迅速關(guān)斷設(shè)備，減少故障發(fā)生可能性。

由上可見，當(dāng)前循環(huán)流化床鍋爐正朝向超臨界、大容量方向發(fā)展，通過應(yīng)用600 MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐，將具有廣泛的發(fā)展前景。我國高硫煤在整個(gè)煤種中約占10%左右，如果采取煤粉爐與煙氣脫硫的方式實(shí)現(xiàn)燃用高硫煤過程，將極大提高成本；經(jīng)國內(nèi)外成功應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)表明，采取循環(huán)流化床對高硫煤進(jìn)行處理，將更具合理性、經(jīng)濟(jì)性。因此，600 MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐將在我國未來燃煤電廠發(fā)展中具有廣泛前景。

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