我国锅炉技术发展的历史回顾

我国锅炉技术发展的历史回顾、现状与发展 为《中国电力》50 周年庆应约而作！2006.10.8 中国电力》 周年庆应约而作！ 我国锅炉技术发展的历史回顾、 我国锅炉技术发展的历史回顾、现状与发展 许传凯 （西安热工研究院 ［摘 要］ 不同时期锅炉技术发展特点和运行现状的分析表明：分级送风低 NOX 燃烧技术和排烟脱硫脱硝装置将被普遍推广应用;对燃用 Vdaf＞8%低挥发 分煤的大容量锅炉，研究并采用带双进双出磨煤机半直吹制粉系统的墙 式对冲和切圆燃烧锅炉具有重要的现实意义;大容量超临界锅炉的迅速 发展使我国电站锅炉的技术水平跨入世界先进行列;加强高等级耐热钢 种的研发生产、制订大力鼓励采用国产材料和设备的政策是发展民族工 业的根本。 ［关键词］ 关键词］ 历史回顾 1. 概述 五十年来，我国电力工业飞速发展，近二十年的发展更可谓突飞 猛进。相应的电站锅炉不 仅在数量上，技术水平也有了质的飞跃。在上世纪五十年代，主力机 组仅是小容量 120t/h～230t/h、低参数 3.83MPa/cm、450℃的自然循环煤 粉锅炉，在上世纪六、七十年代主力机组为高温高压（7.8MPa14.7MPa， 535℃～540℃）的 125MW 和 200MW 再热机组，并建造了一些 1000t/h 的 UP 型直流锅炉，同时也引进了一些 300MW 和 500MW 的低循环倍率锅炉，在燃 烧技术方面也发展了液态排渣炉和小型鼓泡流化床锅炉;1978 年成为一个 重要的历史转折点，八十年代的改革开放加快了设备和技术的引进，300M W～600MW 亚临界（～18MPa、540℃）控制循环锅炉机组逐渐成为主力，设 计、制造、安装和运行水平得到大幅度的提升，达到了世界先进水年［1］; 进入本世纪后，随着高速的经济发展、节约能源和环保要求的日益严格， 火电机组进入了向 1000MW、超临界和超超临界参数发展的新时期，其发展 速度之快和建设周期之短在世界上都是创记录的。到目前为止，在建与订 货的 1000MW、27.56MPa(26.25MPa)、605℃/603℃的机组达 18 台，正在计 划筹建中的尚有十余台，其中有二个厂的机组在年底即将投产，同样参数 运行现状 NOX 排放 超临界 周虹光 710032）的 600MW 超超临界机组也已有 8 台订货或在建，600MW、25.4MPa/571℃/5 69℃（541℃/569℃;545℃/545℃---）已投运和订货的超临界机组已有百 余台，并在不断的增加中。与此同时，还引进了大型循环流化床锅炉。此 外，为保护环境和电力工业的可持续发展，国家标准《火电厂大气污染物 排放标准》几经修订，日趋严格地控制污染物的排放。电除尘器的普遍应 用已使烟尘的排放浓度大大降低，可满足国家标准的要求;由于对 SO2 和 N OX 排放控制的要求越来越高，相应的锅炉炉内低 NOX 燃烧技术，以及尾部排 烟的脱硫脱硝技术和装置也得到了很大的发展，已在大力推广应用之中; 超临界和超超临界机组的建设不仅节约能源，也减少了 CO2、NOX 等温室气 体的排放。 2. 直流锅炉的发展 与锅筒锅炉相比，直流锅炉具有节省钢材、启停时间短、能适用于各种容 量和参数的优点， 更是超临界锅炉的唯一选择。我国直流锅炉的研究和发展经历了漫长而 比较曲折的道路。早在 1958 年，当时的上海汽轮机锅炉研究所就开始了直流 锅炉的研究，於 1959 年底建成了 12t/h、9.8MPa/510℃的拉姆辛式螺旋管圈 直流锅炉试验炉，通过多次试验解决了管间脉动等问题。在此基础上由上海 锅炉厂设计制造了 220t/h 的直流锅炉，1968 年 10 月在上海杨树浦电厂投入 运行。1973 年 8 月我国首台 125MW 拉姆辛式直流锅炉在秦岭电厂投入运行。1975 年 9 月首台由上海锅炉厂设计制造的 300MW“UP”型燃煤直流锅炉在 姚孟电厂运行，并相继建造投运了同类锅炉达 19 台，运行经验表明由于锅炉 容量较小，炉膛周界相对较短，为保证水冷壁管内足够的质量流速，不得不 选用较小的管径 φ22×5.5，致使不能适应变压变负荷运行，常常引起水冷 壁爆管，为此，其中已有相当多的进行了改造。特别是姚孟电厂 1 号炉采用 了水动力具有正补偿特性的低质量流速垂直管屏技术，如能经受相对较长时 期变负菏运行安全性的考验，那么，它结构简单，设计、制造、安装、运行 维修方便的突出优点，将具有无与论比的生命力。 自上世纪七十年代末开始， 先后从德国、 俄罗斯、 瑞士等国引进了 300MW、 500MW、600MW 的直流锅炉［1］，并且超临界参数的锅炉居多，直到本世纪开始 采用引进技术制造超临界和超超临界直流锅炉，主要型式是螺旋管圈的“П”型和塔式布置锅炉，以及带中间两级混合的垂直上升管屏“П”型布置锅炉。 使我国直流锅炉的设计、制造、安装和运行水平跨入世界先进行列。 3. 煤燃烧技术 3.1 液态排渣锅炉 我国电站锅炉以燃煤为主。在上世纪五、六十年代，基于煤种多变煤质 下降，特别是有些低 挥发分煤的结渣性较强，又因当时设计建造的炉膛相对较小，容积放热强度 和断面放热强度都比 较高，保证煤粉气流着火稳定性与防止炉膛水冷壁结渣相矛盾。而在世界范 围内又正好是液态排 渣炉发展的高潮，这种锅炉既能很好地解决上述矛盾，而且燃烧十分稳定、 运行效率高、灰渣堆 放占地少、又易于综合利用，因此，在不少电厂掀起了固态排渣改为热 炉底液态排渣炉的热潮。由于对液态排渣炉的认识不足及这种改造的先天不 足，结果是无一例外地统统改回去，但也取得了液态排渣炉设计与运行的宝 贵经验。此后通过对捷克引进的 25MW 和 50MW 高温高压液态排渣锅炉大量的 现场试验研究， 使国产 50mw 和 100mw 的无烟煤液态排渣锅炉机组顺利投产运 行。在这些机组的运行中出现了炉底积(析)铁、水冷壁管严重高温腐蚀（最 高达 0.3mm/kh）、尾部受热面堵灰腐蚀等液态排渣炉特有或突出的问题［2］。 在总结经验的基础上又成功地设计建造了 200MW 的无烟煤液态排渣锅炉机 组，首台于 1988 年 6 月投产，运行性能达到了预期的目标。鉴于京津地区电 厂的贮灰场地严重不足，加之液态排渣锅炉灰渣综合利用方便的突出优点， 从德国引进的 250MW 和 300MW 的“W”型火焰闭式液态排渣锅炉于 1998 年分 别在北京和天津投入运行。 3.2 低挥发分煤的燃烧 对于低挥发分贫煤和无烟煤的燃烧，因其着火温度高，稳定性差，需要 较高的燃烧温度和较长的燃尽时间，较长时间来主要是采用液态排渣炉的燃 烧方式或在固态排渣炉水冷壁上敷设燃烧带、提高热风温度、采用中间贮仓 式热风送粉燃烧系统，在我国积累了十分丰富和宝贵的经验［4］，诸如，白马 电厂的 200MW 无烟煤液态排渣锅炉（1988 年 6 月投产）和焦作电厂的 200MW 无烟煤锅炉机组（1979 年 11 月投产）等。自上世纪九十年代末开始有了较 大的变化：首批国外引进的 350MW 级燃用贫煤和无烟煤的“W”形火焰锅炉于1990 年 8 月起先后在上安电厂、岳阳电厂和珞璜电厂投产，随后引起了“W” 形火焰锅炉热。研究表明其炉膛结构、燃烧器的结构布置和磨煤机制粉系统 的选型尚有待进一步改进和完善［5］;自意大利引进的 320MW 燃用阳泉无烟煤、采用双进双出磨煤机半直吹式制粉系统的切园燃烧锅炉于 1991 年 5 月在大港 电厂投产，体现了半直吹制粉系统对低挥发分煤燃烧良好的适用性;自德国 B abcock 公司引进的 660MW 燃用低挥发分贫煤、采用双进双出磨煤机直吹式制 粉系统的墙式燃烧锅炉于 2002 年 6 月在德州电厂投产， 虽因炉膛水冷壁敷设 的燃烧带过多而引起十分严重的结渣，不得不先后三次打掉大部分燃烧带， 但仍显示了其对低挥发分煤燃烧的良好性能;国产 300MW 燃用低挥发分贫煤 和无烟煤、采用中间贮仓热风送粉切圆燃烧锅炉于 2003 年 4 月至 2004 年 9 月在纳雍一电厂 4 台全部投产，且运行良好，经与纳雍二电厂的“W”形火焰 锅炉相比，运行性能还要好一些，这些对“W”形火焰锅炉是个很大的挑战。 3.3 燃烧器 在上世纪八十年代以前，我国电站锅炉除少数采用老的蜗壳式旋流燃烧 器外，全都采用直流 燃烧器四角布置切圆燃烧方式，为降低不投油低负荷稳燃负荷，在八十年代 掀起了多种新型燃烧 器热，诸如，钝体、夹心风、大速差、沙丘、犁形燃烧器等等，但十分遗憾 的是除个别仅存一些 外，几乎已全部销声匿迹。这是在我国现有体制下才能出现的一种浮燥现象， 也是应该记取的 经验教训。 九十年代起， 同时各式各样的浓淡燃烧器在现役锅炉的改造中纷纷涌现， 至今仍方兴未艾， 尚宜用在恰当的场合，发挥预期的效果，并力求避免发生高温腐蚀或结渣等 不良后果。 3.4 流化床燃烧 通过上世纪六、七十年代大批燃用劣质煤小型鼓泡流化床锅炉（BFB）的 发展（最大蒸发量 为 130t/h）， 积累了流化床燃烧的经验，自八十年代起，我国自行研究与 开发了带不同形式分 离器的小型循环流化床锅炉（CFB），主要是 35t/h、75t/h 和 120t/h，九十 年代开始引进了不同 流派的 CFB 锅炉，其中首台 410t/h 从芬兰引进的 Pyroflow 型 CFB 锅炉于 19 96 年 9 月投产。首 台国产 410t/h 的 CFB 锅炉于 2003 年 6 月在分宜电厂投产，首台国产 670t/h 的 CFB 锅炉也将 于年内在该厂投产。引进的 1025t/h 和国产化的 1025t/h 的 CFB 锅炉均于年 内分别在白马电厂和 开远电厂投产，使我国不仅在数量上，而且单台容量和技术水平方面也在世 界上名列前茅。据不 完全统计，到目前为止，全国 50MW 及以上已投运的 CFB 锅炉已有 130 多台， 总容量约为 1650MW。 充分显示了 CFB 锅炉在燃用低发热量（＜15MJ/kg）劣质煤、矸石、油页岩等 方面的适应性和低 NOX 排放（＜200mg/m3）的优良性能，但其结构和运行操作复杂，维护检修工 作量大，运行效率 较低。在坑口电站，作为常规电站锅炉的必要补充具有相当的发展前景。 3.5 低 NOX 燃烧技术 燃煤电站锅炉排烟中污染物的排放已受到严重的关注，研究表明空气分 级是既有效而成熟， 也是投入较少而又便于实施的低 NOX 燃烧技术，在现役机组的改造中是大有 可为的。在九十年代 以后新建的锅炉普遍采用了成熟的低 NOX 燃烧器，大多还同时采用燃烧器上 部燃尽风（CCOFA） 等炉内整体空气分级技术，近几年更有在适当降低炉膛容积与断面放热强度 的同时，采用分离燃 尽风（SOFA/AAP）技术，使运行中 NOX 的排放降低到 300mg/m3 以下，效果十 分显著。但对燃烧低 挥发分煤锅炉的低 NOX 效果尚须进一步研究提高。 3.6 点火装置 鉴于我国面临石油短缺与国际油价不断上涨，节约用油具有十分重要的 意义，经过多年的研究，等离子无油点火取得了重大进展，已在多台 600MW 的烟煤锅炉上采用，此外，各种小油枪（～500kg/h）与微油（～50kg/h）点 火装置也已在一些不同煤种的锅炉上得到应用，并显示了很大的发展和推广 应用前景。