大型超高压循环流化床锅炉电厂设计特点介绍

大型超高压循环流化床锅炉电厂

设计特点介绍

[内容摘要] 河南省新乡、开封火电厂在国内首次采用国产大型超高压再热循环流化床锅炉，由河南省电力勘测设计院承担电厂设计，该文着重介绍了锅炉本体、燃烧、燃输及除渣等系统的主要设计特点，可供同类型电厂设计参考。

[关键词] 超高压循环流化床锅炉电厂设计特点

1 概况

河南省新乡火电厂、开封火电厂位于各自城市的市郊，老厂均装有若干台中温中压煤粉炉，因设备陈旧、煤耗高、污染严重，属于国家“小火电”关停范围，已于2001年相继拆除完毕。两厂技改工程均在拆除老厂机组的场地上建设135MW 超高压汽轮发电机组配套440t/h超高压中间再热循环流化床（CFB）锅炉。这两项工程的设计任务均由河南省电力勘测设计院承担。

两厂技改工程于2000年10月进行了主机招标，其中锅炉邀请哈尔滨、上海、东方三家厂商参加投标，结果哈尔滨锅炉厂有限责任公司中标，由德国ALSTOM-EVT公司进行技术设计并提供性能保证，哈锅自行制造。

经过两年多的建设，新乡火电厂1号机和开封火电厂2号机分别于2003年2月25日5:00和2月28日17:00通过72小时满负荷试运行，进入商业运行。

大型循环流化床锅炉（CFB炉）是国家大力推广的高新技术，可以有效地降

低SO

2、NO

X

、CO等有害物质的排放，改善城市环境状况；同时，这种锅炉对煤种

适应范围广，为资源节约与综合利用提供条件。新乡、开封火电厂两台机组的顺利投产标志着我国大型循环流化床锅炉技术的应用水平又迈上了一个新的台阶。

2 锅炉本体主要技术特点

2.1锅炉主要技术规范

型 号： HG-440/13.7-L.PM4

型 式： 超高压、一次中间再热、循环流化床自然循环汽包炉

制造厂： 哈尔滨锅炉厂有限责任公司

最大连续蒸发量 440t/h

过热蒸汽压力 13.7MPa(g)

过热蒸汽温度 540℃

再热蒸汽流量 360t/h

再热蒸汽进口压力 2.621MPa(g)

再热蒸汽进口温度 316℃

再热蒸汽出口压力 2.493MPa(g)

再热蒸汽出口温度 540℃

给水温度： 248℃

排烟温度： 130℃

锅炉效率： 91.9%

2.2锅炉本体布置特点

锅炉主要由炉膛、高温绝热旋风分离器、双路回料阀和尾部对流烟道组成。

燃烧室（炉膛）蒸发受热面采用膜式水冷壁，水循环采用单汽包、自然循环、单段蒸发系统。采用水冷布风板，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。燃烧室内布置双面水冷壁来增加蒸发受热面。燃烧室内布置屏式Ⅱ级过热器和末级再热器，以提高整个过热器和再热器系统的辐射传热特性，使锅炉过热汽温和再热汽温具有良好的调节特性。

锅炉共采用两个直径7.36m的高温旋风分离器，布置在燃烧室与尾部对流烟道之间，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。防磨绝热材料采用拉钩、抓钉、支架固定。

高温绝热分离器回料腿下布置一个非机械型双路回料阀，回料为自平衡式，流化密封风用高压风机单独供给。回料阀外壳由钢板制成，内衬绝热材料及耐磨耐火材料。耐磨材料和保温材料采用拉钩、抓钉、支架固定。

以上三部分构成了循环流化床锅炉的核心部分——物料热循环回路，煤与石灰石在燃烧室内完成燃烧及脱硫反应。经过分离器净化过的烟气进入尾部烟道。

尾部对流烟道中布置Ⅲ级、Ⅰ级过热器、低温再热器、省煤器、空气预热器。过热蒸汽温度由在过热器之间布置的两级喷水减温器调节，减温喷水来自锅炉给水。再热汽温通过布置在两级间的喷水减温来调节，减温水来自给水泵抽头，Ⅲ级、Ⅰ级过热器、低温再热器烟道采用的包墙过热器为膜式壁结构，省煤器、空气预热器烟道采用护板结构。

燃烧室与尾部烟道包墙均采用水平绕带式刚性粱来防止内外压差作用造成的变形。

锅炉设有膨胀中心，各部分烟气、物料的连接管之间设置性能优异的非金属

膨胀节，解决由热位移引起的三向膨胀问题，各受热面穿墙部位均采用国外成熟的密封技术设计，确保锅炉的良好密封。

锅炉钢结构采用高强螺栓连接。

除分离器筒体、冷渣器和空气预热器为支撑结构外，其余均为悬吊结构。

的生成量，除从布风板送循环流化床燃烧用风分级送入燃烧室，以降低NO

X

入的一次风外，还从燃烧室下部堆段分三层不同高度引入二次风。脱硫剂采用石灰石，以气力输送方式直接从回料阀斜腿上给入。

锅炉启动采用床上和床下结合的启动方式。床下布置有两只启动燃烧器，床上布置四只启动燃烧器。

锅炉除在燃烧室、分离器、回料阀有关部位设置非金属耐火防磨材料外，还在尾部对流受热面、燃烧室有关部位采取了金属材料防磨措施，以有效保障安全连续运行。

燃烧系统主要设计特点：：

3 燃烧系统主要设计特点

3.1给煤系统

锅炉采用四点给煤，原煤由煤斗经两级给煤机送到回料管线上的四个给煤口，与循环物料混合后送入燃烧室内燃烧，给煤系统设有来自二次冷风的密封风。

这种给煤方式优点是：

1）给煤系统简单，不会发生给煤堵塞或结焦现象。

2）给煤直接与高温循环物料混合，在返料腿内可进行水分蒸发、挥发份析出等过程，同时煤与大量的循环物料一起进入炉内，与床料混合效果更好、更均匀，有利于煤的燃烧和燃烬。

3）热二次风作为正压密封风，无需增压风机。

4）与布置在前墙的冷渣器配合使用，使给煤远离排渣口延长了煤颗粒在炉内的停留时间，有利于降低底渣含碳量。

3.2石灰石系统

为满足锅炉环保排放的要求，需向燃烧室内添加石灰石作为脱硫剂，本工程燃用的石灰石为成品石灰石，厂外购买，厂内石灰石仓储存，石灰石仓储存量可满足电厂10天使用，石灰石粉可通过仓泵气力送至除氧煤仓内的石灰石斗，石灰石斗内的石灰石粉通过电动锁气器由石灰石输送风机气力送至炉后旋风分离

器下的四个回料管内进入炉膛参与燃烧脱硫。

3.3烟风系统

根据空气压力的不同，把进入炉膛冷、热风分为一次风、二次风、高压流化风、冷渣器流化风四种，分别由四种风机提供。采用并联系统，分别设有2台一次风机、2台二次风机、2台高压流化风机、2台冷渣器流化风机和2台引风机，采用平衡通风方式。

1）由2台一次风机提供的一次风，分两路，第一路经过空预器进入炉膛底部的布风板，另一路由一次风机出口引出至启动燃烧器。

2）由2台二次风机提供的二次风分三路进入炉膛，一路经过空预器后分三层进入炉膛，另一路经过空预器后作为旋转密封给料阀后给煤口和石灰石口的密封风源，第三路为冷风，由二次风机出口引出，作为给煤机的密封风源。

3）由2台高压流化风机提供的高压流化风作为回料阀的流化风源。2台高压流化风机设计为一台运行，一台备用；由2台冷渣器流化风机提供冷渣器流化风，2台冷渣器流化风机设计为一台运行，一台备用。

4）由炉膛出口经过热旋风分离器分离出大颗粒送回炉膛燃烧, 烟气再经过过热器、再热器和省煤器、二次风空预器和一次风空预器、电除尘器、引风机后最终从烟囱排出。

5）风机启动设置

一次风机、二次风机、引风机采用离心风机，与常规风机相同。高压流化风机及冷渣流化风机采用罗茨风机，由于罗茨风机的特殊结构，流量无法调节，且需零压启动，故需设置排空管路和旁路调节管路，排空管路的设置宜放置于逆止阀和机本体之间，以防止风机启动时，管路压力下降过大，排空管路的功能亦可用启动卸荷阀代替。

3.4锅炉点火系统

锅炉启动燃烧器采用床上启动与床下结合，床上4个启动燃烧器油枪，布置于布风板上3米处，向下倾斜30°，位于二次风口内，每只出力为1870kg/h；床下2个启动燃烧器，布置在水冷风箱下部，每只出力为1550kg/h，总启动负荷为32%BMCR。启动燃烧器启动燃烧器由高能点火器、内回油机械雾化油枪、配风器、伸缩机构组成。

床下启动燃烧器配风比较复杂，每只床下启动燃烧器主要配风如下：

第一路风为点火风，取自一次风机出口，经点火风口和稳燃器进入预燃室内，

用于满足油枪点火初期的燃烧需要；第二路风为混合风，取自一次风机出口，经

预燃室内外筒之间的风道进入预燃室内，与油燃烧产生的高温烟气混合，降低高

温烟气温度，用于满足锅炉启动初期的需要，并有部份混合风作为根部风以防止

油位于预燃室后部、在邻近预燃室处吹入，用于防止油火焰贴壁，使预燃室内壁

过热；第三路风为热一次风，取自一次风预热器出口，为正常运行时使用。

在启动过程中，第三路热风关闭，以防止影响启动时的热烟气的流动，在启

动完成后，第一路点火风、第二路混合风关闭，并开启第三路热一次风。

3.5锅炉杂用气系统

由于锅炉为正压运行，锅炉杂用气点较多，计有声波吹灰器、油枪吹扫风、

点火器吹扫风、锥形阀观察窗吹扫风、冷渣器坡段吹扫风等，原根据要求设计为

压缩空气，压力为0.6MPa，但在实际运行过程中，由于用气点过多，而且水冷

风室内压力为～0.016MPa，各用气点压力均不大于水冷风室内压力，实际用气量

远大于理论计算量，故针对用气点处压力、用量和用途，宜分别取自不同的气源：

1）锅炉所配声波吹灰器耗气：考虑两只同时运行，压力0.6MPa，取自除灰

用压缩空气。

2）油枪、点火器吹扫风：根据锅炉厂要求压力可高于炉膛压力2kPa，取自

一次风机出口。

3）锥形阀观察窗吹扫风：根据锅炉厂要求压力为0.04～0.06MPa，取自高

压流化风机出口。

4）冷渣器坡段吹扫风：根据锅炉厂要求压力为0.6MPa，用于坡段吹堵，由

于此压力下风量要求过大，且为断续运行，故正常运行取自一次风机出口，用于

防止堵塞，并考虑取自除灰用压缩空气作为备用风源。

5）所有锅炉杂用气均设有就地流量计，用于控制流量分配。

燃料输送系统主要设计特点：：

4 燃料输送系统主要设计特点

循环流化床锅炉的入炉燃煤具有严格粒度级配要求，品质较高（dmax=7mm，

d

=0.6mm）。运煤系统需要将原煤制备成满足要求的燃烧用煤，同时需要具备快50

速反映能力，能够及时供煤。

4.1除杂设备的配置

输煤系统设置了除大块机、除杂物机及多级除铁器，以满足锅炉对供煤品质的要求。

4.2破碎设备的配置

破碎设备担负着将原煤制备为满足粒度级配要求的燃烧用煤的任务。

破碎设备设置了二级：第一级为环锤式粗破碎机，进料≤300mm，出料≤50mm，出力300t/h；第二级为德国FAM公司原装可逆锤击式细碎机，进料≤50mm，出料≤7mm，出力300t/h，满足锅炉燃烧所给定曲线的级配要求。

4.3输煤系统及控制方式

输煤系统运行方式按双路同时运行设防，采用程序控制方式。

除渣系统主要设计特点：：

5 除渣系统主要设计特点

5.1气力除渣系统

气力除渣系统采用中英合资克莱德华通公司溪流相气力输送系统。

锅炉排渣采用两台风水联合冷渣器，分三个室，第一室采用气力选择性冷却，第二、三室内布置蛇形管束与灰渣进行热交换，一室二室相通，二、三室中间由风冷隔墙隔开。

炉膛下部床压升高到设定值，冷渣器入口锥型阀开启，底渣从侧面进入冷渣器第一室，第一室和第二室为间断排渣，第三室为连续排渣，渣经过冷却至150℃进入输渣系统。

每台冷渣器下的三台D泵组成一输渣单元，每台炉有两个输渣单元，两个输渣单元可同时运行。每个输渣单元中的三台泵分别运行。

系统共设两座φ7.2m渣库，每座渣库有效容积为300m3，两座渣库可贮渣29.6h。渣库采用钢结构型式，每座渣库设一台双轴搅拌机、一台汽车散装机。

5.2输送空气供应系统

新乡火电厂气力除渣系统所需输送空气由集中空压机站供给，控制用空气取自全厂仪用空气系统。输送及全厂仪用空压机布置在一座空压机房内，设有6台螺杆式空压机（还担任向石灰石输送系统供气），每台空压机后设有1台冷冻式干燥机。空压机为4运2备。6台空压机的运行由一台智能互联控制器控制。

5.3除灰渣系统控制

气力除灰渣系统采用计算机程序控制（可编程控制器PLC+上位机监控站），新乡火电厂2台机组合用一套控制系统，不设常规表盘。系统设程控站（PLC站）和运行人员CRT站。高速数据通讯网络及外围设备，对气力除灰渣系统进行集中监视、管理和自动顺序控制，并可实现远方手动操作和就地操作。PLC站分主控站和远控站，PLC主控站和CRT站设在除灰控制室内，分别在锅炉冷渣器处、灰渣库区设PLC远控站。

主厂房布置主要设计特点：：

6 主厂房布置主要设计特点

主厂房布置为汽机房、除氧煤仓间、锅炉三列式，采用内煤仓型式，取消控制楼。汽机为横向布置，采用除氧煤仓间联合框架，锅炉采用半露天岛式布置，炉后依次布置一、二次风机、电除尘器、引风机和烟囱。

不设独立控制楼，利用循环流化床炉煤仓间运转层空挡，将集控室和盘柜间布置于煤仓间运转层，煤仓间底层布置厂用配电装置，煤仓间15m层布置汽水取样及加药装置，可有效利用主厂房空间，减少建筑体积，节省建筑工程费。

两项工程均对皮带层标高进行了优化，使原煤仓储煤量既能满足《大火规》的要求，又尽可能减少主厂房体积。

由于循环流化床锅炉不需要制粉系统，因此炉前的主要通道可以压缩，其跨度定为6m。

炉后空压机房及电除尘控制楼设置为联合建筑，减少了占地面积。

其它系统：：

7 其它系统

由于其它系统（如热力系统）与常规采用煤粉锅炉的电厂相比，没有大的区别，本文就不再详细介绍了。