200MW水煤漿鍋爐的設計

第26卷第3期動(dòng)力Vol 26 No. 32006年6月Joumal of Power EngineeringJune 2006文章編號:1000-6761(2006)03-36906200MW水煤漿鍋爐的設計胡中興,劉鳳美,龔光輝(武漢鍋爐股份有限公司,武漢430070)摘要:分析了水煤漿的特點(diǎn),提出了水煤漿鍋爐設計中應注意的問(wèn)題及關(guān)鍵參數的選取方法,并介紹了我國首臺200MW水煤漿鍋爐的設計特點(diǎn)。圖2表關(guān)鍵詞:動(dòng)力機械工程;鍋爐;水煤漿;設計方法;設計特點(diǎn)中圖分類(lèi)號:TK229文獻標識碼:ADesign of a 200 MW Coal-Water Slurry Firing BoilWuhan Boiler Co Ltd, Wuhan 430070, ChinaAbstract: The special features of coal-water slurry are being analyzed and noteworthy problems met in the design of coalwater slurry-fired boilers, as well as ways of choosing the key parameters, are mentioned, together with an introduction tothe design particularities of the first domestics manufactured 200 MW coal-water slurry-fired boiler. Figs 2 and tables 6Keywords: power and mechanical engineering: boiler; coal-water slurry; design method design particularity眾所周知,我國石油資源相對貧乏,而且對燃油制造(改造)好水煤漿鍋爐還得應用水煤漿燃燒的特產(chǎn)生的污染物排放有進(jìn)一步的要求,而水煤漿是以性,結合好煤粉鍋爐的特點(diǎn),尚需有進(jìn)一步的實(shí)踐與煤代油的清潔燃料。如何應用好水煤漿,設計制造總結過(guò)程。出更好的水煤漿鍋爐以適應國民經(jīng)濟的發(fā)展,這副重擔無(wú)疑是落在了鍋爐設計者的身上。1國內水煤漿鍋爐的發(fā)展經(jīng)過(guò)多年研究實(shí)踐,對水煤漿燃料的認識水平我國水煤漿鍋爐初期從小型(10th~20th)燃不斷提高。目前,水煤漿鍋爐產(chǎn)品基本上已形成系油鍋爐改燒水煤漿開(kāi)始,經(jīng)20多年的努力,已有了列,大容量200MW水煤漿鍋爐也已正在安裝,即將長(cháng)足的發(fā)展,有的廠(chǎng)家已形成系列,如:武漢鍋爐股完成調試投運。份有限公司產(chǎn)品系列(表1)。初期的水煤漿鍋爐只是解決了水煤漿能否燃燒武漢鍋爐股份有限公司還進(jìn)行了220t/h、75th的問(wèn)題,現在的水煤漿鍋爐不僅要安全運行,還要燃油爐改水煤漿鍋爐的改造設計制造,經(jīng)運行測定,達燒穩定不結渣,燃盡度高,鍋爐效率高,而且污染排到設計出力,NO,排放均達到要求。放物NO2、SO,要低。雖然水煤漿鍋爐燃燒論其實(shí)質(zhì)仍是煤粉燃燒,2水煤漿鍋爐設計技術(shù)但在一些燃燒機理上有水煤漿燃燒的獨特一面。水2.1制漿用原煤分析煤漿鍋爐與煤粉鍋爐相比,不論在投運時(shí)間、投運鍋設計水煤漿鍋爐除需詳細了解對鍋爐的設計要爐數量、運行實(shí)踐遠遠不及煤粉鍋爐,因此如何設計求外,首先要研究分析制漿原煤的特性,還要分析水煤漿特性和添加劑特性。收稿日期:2005-08-25分析制漿原煤特性是為了確定煤漿著(zhù)火穩定作者簡(jiǎn)介:胡中興,男,高級工程師,長(cháng)期從事電站鍋爐及水煤漿性,燃盡性,結渣性,灰的粘污性及磨損性,也是為了370動(dòng)力程第26卷表1武漢鍋爐股份有限公司水煤漿鍋爐產(chǎn)品系列Tab1 Wuhan Boiler Co. Ltds coal-water slurry fired boiler product series項目WG60/13.7WGZ4109.8WGZ220/9,8WGZ130/5,3WGZ75/3.82WCZ35/3.82額定蒸發(fā)量/h65,32額定壓力/MPa9.85.33.823.82額定溫度尸C燃料種類(lèi)煤漿、油煤漿、油煤漿煤漿、油容積熱負荷/kWm3截面熱負荷/MW·m霧化介質(zhì)蒸汽蒸汽蒸汽蒸汽蒸汽燃燒器布置四角切圓四角切圓四角切圓四角切圓四角切圓角切圓燃燒器個(gè)數一次風(fēng)層數2確定水煤漿儲存、輸送、霧化、著(zhù)火熱等條件。爐膛截面熱負荷是直接影響到煤漿著(zhù)火及火焰分析添加劑特性是為了確定對受熱面粘污和結穩定,并影響到燃燒區域水冷壁結焦的關(guān)鍵因素?；矣绊?。為保證高水分煤漿迅速著(zhù)火穩燃,又不能結焦,宜取22水煤漿燃燒技術(shù)同容量燃煤粉鍋爐的上限值,水煤漿鍋爐爐爐膛宜大中型水煤漿鍋爐采用噴霧懸浮燃燒,它實(shí)質(zhì)作成瘦高形。上也是煤粉燃燒。它要求像燃油一樣的霧化質(zhì)量,2.4.2爐膛容積熱負荷又要像煤粉鍋爐一樣,一、二次風(fēng)配風(fēng)要合理,又要爐膛容積熱負荷是反映結渣和燃燒效率的參有合適的爐膛才能保證水煤漿的穩燃和燃盡。數,它反映了燃料在爐內的停留時(shí)間。水煤漿著(zhù)火水煤漿含有3%左右的水分,增加了著(zhù)火熱,熱大,著(zhù)火延遲,煤漿顆粒成團結聚顆粒比煤粉粗是同種煤粉的1.66~1.87倍。理論燃燒溫度低燃盡比煤粉困難,要求在爐膛內停留時(shí)間長(cháng),因此宜100°C~200°C,延長(cháng)了著(zhù)火距離。水煤漿是高粘度取同容量煤粉鍋爐的低值。的兩相流體需用高能量的蒸汽來(lái)霧化,噴嘴出口速2.4.3燃燒器區域壁面熱負荷度可達200~300m/s,高速流體要達到水分迅速蒸控制在燃燒器區域不結渣。發(fā)并著(zhù)火是十分困難的。水煤漿的粘度是重油的數24,4布置適量衛燃帶十倍,霧化細度直接影響著(zhù)火,水煤漿霧化的好壞是為有利水煤漿的著(zhù)火,宜在水煤漿燃燒器的周保證良好著(zhù)火的關(guān)鍵。圍局部設置衛燃帶。中小型鍋爐衛燃帶需相對多一2.3水煤漿燃燒器的布置些,大型鍋爐宜少布置或不布置衛燃帶。燃燒器布置宜采用四角切園布置,合理組織好2.5上排燃燒器至大屏底的距離爐內空氣動(dòng)力場(chǎng),加強回流高溫煙氣對煤漿氣流加水煤漿的燃盡髙度比一般煤粉爐高,宜比同容熱是改善著(zhù)火的關(guān)鍵。設計適合燃水煤漿的燃燒量煤粉鍋爐的推薦值高1m左右器。合理分配一次風(fēng)量,不應影響煤漿著(zhù)火后燃燒2.6水煤漿鍋爐熱力計算的需要。為更進(jìn)一步降低NO,排放,需采用再燃技我國水煤漿鍋爐設計尚在發(fā)展和研究階段,與術(shù)的低NO燃燒器。煤粉鍋爐相比,水煤漿鍋爐投運的時(shí)間短,鍋爐臺數與爐膛形狀相匹配,做到點(diǎn)火方便,燃燒穩定,少,積累運行經(jīng)驗少,測試數據少,更無(wú)現成的水煤燃盡度髙,安全經(jīng)濟,長(cháng)周期運行,受熱面不結渣,不漿鍋爐熱力計算標準可遵循?，F熱力計算還只是根積灰,煙溫偏差小,污染排放物低。據目前運行的幾臺水煤漿鍋爐的運行實(shí)踐,結合煤24合理選擇爐膛熱負荷粉鍋爐熱力計算標準,設定或選定設計計算參數進(jìn)第3期胡中興,等:200MW水煤漿鍋爐的設計的水煤漿鍋爐經(jīng)投運后測定,鍋爐運行參數與設計續表參數基本相符,這說(shuō)明在水煤漿鍋爐熱力計算中所爐膻容積熱負荷q/kW·m-3選定的設計計算參數基本上是符合實(shí)際的。輻射受熱面熱負荷qkW·m22115.8熱力計算中的主要選定的計算參數有:①爐膛爐膛斷面熱負荷g/MW·m出口過(guò)量空氣系數a;②水冷壁污染系數ε;③爐燃燒器區域壁面熱負荷q/MW1.276膛火焰黑度和爐膛黑度a和a1值;④爐膛火焰中爐膛出口過(guò)?？諝庀禂礱心系數M值;⑤火焰中心與燃燒器中心不一致的修正系數ΔX值。3.1.2鍋爐燃料特性2.7爐膛及尾部受熱面的污染(1)制漿用煤質(zhì)分析(表3)般情況下水煤漿燃燒后灰沾污比煤粉大。為此爐膛、過(guò)熱器及尾部受熱面均需考慮裝設有效表3制漿用煤質(zhì)分析Tab 3 Analysis of the coal for preparing吹灰設備。he coal-water slurry2,8低溫腐蝕尾部受熱面尚需考慮防低溫腐蝕的措施。項目設計煤種校核煤種工業(yè)分析3200MW水煤漿鍋爐設計項目設計煤種校核煤種WGZ670/13.7-15型鍋爐是為龍光集團南海發(fā)收到基全水份M←1%電一廠(chǎng)有限公司設計制造的200MW超高壓水煤空氣干燥基水份83鍋爐。干燥無(wú)灰基揮發(fā)份Vd/%30.7鍋爐采用自然循環(huán),倒U形布置,單鍋筒,單爐收到基灰份A/%膛,一次中間再熱,水煤漿噴霧懸浮燃燒,噴槍四角收到基低位發(fā)熱量Qm/MJkg125.9-27.2125.69布置,切向燃燒,尾部豎井為雙煙道,煙氣擋板調節元素分析再熱汽溫,噴水減溫控制過(guò)熱汽溫,刮板撈渣機連續收到基碳份固態(tài)排渣,回轉式空氣預熱器,平衡通風(fēng),全鋼構架,收到基氫份H/%3.92高強螺栓連接,露天布置。收到基氧份3.23.1鍋爐的基本性能收到基氮份N。/%1.523.1.1鍋爐主要技術(shù)參數及熱力特性(表2)收到基硫份0.35灰成份分析表2鍋爐主要技術(shù)參數及熱力特性二氧化硅Si0/%Tab. 2 Main technical parameters and thermodynamic三氧化二鋁A20,/%properties of the boilerFe: 03/%項目數值氧化鈣鍋爐額定蒸發(fā)量/th氧化鎂過(guò)熱蒸汽出口壓力/MPa二氧化鈦TO2/%過(guò)熱蒸汽出口溫度PC再熱蒸汽流量/·h582.4氧化二鈉Na,O/%再熱蒸汽進(jìn)口壓力/MPa2.563三氧化硫SO3/%再熱蒸汽進(jìn)口溫度/C再熱蒸汽出口溫度/C灰變形溫度給水溫度PC灰軟化溫度ST/PC冷風(fēng)溫度PC灰熔化溫度FT/°C熱風(fēng)溫度PC371,4(2)水煤漿分析(表4)計算熱效率v%(3)鍋爐點(diǎn)火、助燃用200號重油(表5)燃料耗量/h3.1.3鍋爐運行條件爐膛出口溫度2)100%372力第26卷重油。表4水煤漿分析Tab. 4 The coal-water mixtures analysis設計煤種校核煤種工業(yè)分析收到基全水份空氣干燥基水份M。/%收到基灰份干燥無(wú)灰基揮發(fā)份t Er元素分析收到基碳份C.5153收到基氫份收到基氧份On/%收到基氮份N/%收到基硫份0.26水煤漿品質(zhì)煤濃度WU/%密度(20°)粘度(20°C)100se應用基灰份A/%收到基低位發(fā)熱量Qm/MJ·kg煤粒粒度(<200μm)/%圖1鍋爐總圖Fig 1 Overall layout of the boiler表5200號量油成份Tab.5 Composition of heavy oil No 200爐膛上方布置了前屏、后屏,在折焰角上方及水數值平煙道依次布置了高溫過(guò)熱器和高溫再熱器,尾部運動(dòng)粘度(100°C)豎井為并聯(lián)的雙煙道,豎井的前煙道(主煙道)布置機械雜質(zhì)/%低溫再熱器和省煤器,豎井的后煙道(旁煙道)布置收到基灰份A/%低溫過(guò)熱器和省煤器,回轉式空氣預熱器布置在尾收到基水份M。/%部鋼構架上。收到基碳C/%收到基氫H/%(1)爐膛四周為60×6.5(mm)節距80mm的收到基氧O/%0,89上升管,管間加焊扁鋼組成膜式壁,爐膛寬11920收到基氮N/%52mm,深10800mm,高45500mm。上排一次風(fēng)口距大收到基硫S。屏底14500mm。前后水冷壁下部為55°傾角的冷灰閉口閃點(diǎn)PC斗,后水冷壁上部向爐膛內折3000m形成折焰角低位發(fā)熱量/MJkg為運行、檢測和維修的需要,爐膛和尾部豎井設鍋爐運行方式:帶基本負荷并具有變負荷調峰置了窺視孔、打焦孔、火焰TV監視、熱工測量、吹灰能力,調節范圍為40%~100%BMCR及檢查人孔等。給水調節:變速泵調節。(2)采用浙江大學(xué)水煤漿燃燒技術(shù),該技術(shù)在國內燃水煤漿鍋爐上已取得良好業(yè)績(jì)。燃燒器布置除渣方式:固態(tài)排渣。示于圖2?？諝忸A熱器進(jìn)風(fēng)加熱方式:熱風(fēng)再循環(huán)本鍋爐爐膛橫截面寬深比為1.1,采用正四角3.2整體布置鍋爐總圖示于圖1。布置直流燃燒器的切圓燃燒方式。為了組織良好的第3期胡中興,等:20MW水菜鍋爐的設計373噴口布置OFA/Iy水煤漿中上二次風(fēng)水煤漿中中二次風(fēng)水煤漿(點(diǎn)火油槍)鍋爐右側下上次風(fēng)水煤漿下中二次風(fēng)水煤漿下下二次風(fēng)(點(diǎn)火油槍)圖2燃燒器布置圖Fig 2 Arrangement of the burners爐內空氣動(dòng)力場(chǎng)以及防止水冷壁結渣,確定采用一風(fēng)量測量裝置,所有燃燒器噴口均用耐熱不銹鋼。次風(fēng)筆二次風(fēng)雙切圓布置,其中一、二次風(fēng)切圓直徑燃燒器與水冷壁固接可隨水冷壁膨脹,同時(shí)燃燒器分別為∮800和∮1000,且逆時(shí)針旋轉。燃燒器最上頂部還設有彈簧支吊架,燃燒器看火孔、打焦孔裝置層布置了燃盡風(fēng)(OFA)并采用反切,其切圓直徑為設在前后墻角部。插入燃燒器中心管的水煤漿槍或∮800,反切之目的是強化水煤漿后期燃燒,有利于焦油槍的更換可在爐外進(jìn)行。炭的燃盡,同時(shí)反切還有利于消除切圓扭轉殘余,降(3)噴嘴的設計本鍋爐使用浙江大學(xué)研制的低爐膛出口煙溫偏差。撞擊式多級霧化型噴嘴,使用容量為2.57t/h的油每角燃燒器沿高度分上、下2組,為避免燃油時(shí)噴嘴火焰中心偏低,故上組和下組分別布置三層和二層水煤漿及燒油噴嘴的技術(shù)參數(表6)。水煤漿(油)噴嘴。燃燒器最上層為OFA噴嘴,第五表6噴嘴的技術(shù)參數層水煤漿噴嘴為再燃噴口,上、下2組均設有上、下Tab.6 Technical parameter of the nozzles次風(fēng)口和中二次風(fēng)口。上組的上二次風(fēng)口布置輔水煤漿助油槍,作為燒油工況時(shí)調整主蒸汽和再熱蒸汽溫每支設計容量/th12.57度的輔助手段。在上、下2組噴燃器的下二次風(fēng)口中均裝有自動(dòng)點(diǎn)火裝置,單只點(diǎn)火油噴嘴出力為每支容量范圍/th3-6.6.5-2.751.9th,總點(diǎn)火燃油量按鍋爐BMCR負荷的30%設噴嘴前漿(油)壓/MPa計。四角共布置20支水煤漿(或油)噴槍,燃燒水煤1.5-2.0漿或油在100%BMCR負荷時(shí)只投用18支槍。噴嘴前霧化用蒸汽壓力MPa0.9(280°C)鍋爐自冷態(tài)啟動(dòng)時(shí),處于下二次風(fēng)噴口的燃油霧化細度(SMD)105(粘度<1200mPa”s,油槍首先投用啟動(dòng)鍋爐到30%負荷,再逐個(gè)投入主<3-4°E燃燒器,待鍋爐達到要求負荷且水煤漿能穩定燃燒霧化汽耗率/kg汽·kg“1漿時(shí),停用啟動(dòng)油槍。在運行時(shí),若因負荷發(fā)生較大變化或燃燒發(fā)生噴嘴易磨損處采用了特殊的耐磨材料,噴嘴使變化而需停用某一層噴口時(shí),仍應有一定的風(fēng)量通用壽命可達200h以上。過(guò)以防噴嘴燒壞。(4)燃油裝置配三層重油槍,共12只,二層燃燒器的各種風(fēng)管的風(fēng)量均可單獨調節并配備點(diǎn)火油槍,共8只。在670th及610h燃油工況374動(dòng)力工程第26卷時(shí),20只油槍同時(shí)投運,采用煙氣再循環(huán)作為調節但其容積熱負荷及斷面熱負荷的選取、衛燃帶的敷過(guò)熱汽溫及再熱汽溫的輔助手段。8只重油點(diǎn)火燃設有別于中小型鍋爐,設計時(shí)應予重視。燒器的總輸入熱量按30%BMCR計算。點(diǎn)火采用對于200MW水煤漿鍋爐,當其100%燃油時(shí),級點(diǎn)火,即高能點(diǎn)火器點(diǎn)燃重油油槍,再點(diǎn)燃水煤漿為保證汽溫能達到設計要求,除合理布置燃燒器外,噴嘴。應考慮煙氣再循環(huán)系統,其煙氣再循環(huán)率為25%左3.3除渣裝置和吹灰系統右,有較大的再循環(huán)煙氣量。因此,對更大容量的水鍋爐除渣裝置采用螺旋式連續除渣裝置。煤漿鍋爐,若同時(shí)考慮100%燃油并保證參數,其所為了保持受熱面清潔,保證鍋爐的效率和出力,需再循環(huán)煙氣量會(huì )更大,對鍋爐設計、穩定燃燒均會(huì )合理有效地設置吹灰器非常重要。根據南海發(fā)電一帶來(lái)較大困難。廠(chǎng)有限公司水煤漿特點(diǎn),在爐膛設置33臺短伸縮式為防止尾部低溫受熱面腐蝕,當鍋爐低負荷運吹灰器,在水平煙道設置了12臺長(cháng)伸縮式吹灰器,行及燃油時(shí),空氣預熱器應考慮熱風(fēng)再循環(huán)系統,使尾部豎井設置了16臺聲波吹灰器,煙氣擋板處設置進(jìn)口冷風(fēng)溫度提高到60°C左右,并將空氣預熱器末了12臺吹灰裝置。段受熱面設計為具有耐低溫腐蝕性能的材料。4結論水煤漿作為大型高參數鍋爐的燃料是可行的,EI收錄信息《動(dòng)力工程》2006年第1期E收錄論文史進(jìn)淵等:超臨界和超超臨界汽輪?wèn)i汽缸傳熱系數的研究(P1);韋康等:氣隙激振力對轉子臨界轉速的影響(P);張俊紅等:大型旋轉軸系低頻振動(dòng)主動(dòng)控制執行系統的開(kāi)發(fā)(Pl10);馮偉忠:900MW超臨界塔式鍋爐的技術(shù)特點(diǎn)(P15);王軍等:600MW超臨界鍋爐的調試及運行(P22);薛倩等:超臨界和超超臨界鍋爐單相受熱管的動(dòng)態(tài)特性(P27);申春梅等:超超臨界鍋爐爐內燃燒過(guò)程的數值模擬(P3);樊泉桂:超臨界鍋爐水冷壁工質(zhì)溫度的控制(P38);楊海瑞等:循環(huán)流化床鍋爐的設計理論與設計參數的確定(P42);黃永軍等:大型循環(huán)流化床鍋爐的結構布置與試驗研究(P49);張妮樂(lè )等:根據渫灰成分判別CFB鍋爐磨損特性的新方法P54);李道林等:鏈條爐排層燃鍋爐實(shí)現氣煤混燒的理論和實(shí)踐(P59);周永剛:擴大煤種適應性的鍋爐燃燒系統改造(P65);李庚生等:WGZ2如0/9.8-12立式前置旋風(fēng)爐改燒神華煤的試驗研究(P0);趙伶玲等:旋流燃燒器的穩燃及其結構優(yōu)化分析(P4);楊建國等:采用遺傳算法優(yōu)化的煤粉著(zhù)火特性BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )預測模型(P81);張毅等:電站鍋爐運行性能綜合預測模型(P84);劉吉臻等:用RBF網(wǎng)絡(luò )整定的火電廠(chǎng)主汽溫P串級控制系統(P89);廖艷芬等:改進(jìn)的混沌優(yōu)化方法在電站機組負荷分配中的應用(門(mén)93);陳鴻偉等:鍋爐高溫受熱面金屬壁溫在線(xiàn)監測系統(門(mén));周懷春等:煤粉射流吸熱著(zhù)火穩燃杋理及新型穩燃技術(shù)的探討(P101);劉聿拯等:汽輪發(fā)電機定子水冷器傳熱與阻力特性的實(shí)驗研究(PI08);李一興等:逆流式空氣濕化器熱力性能的火用效率分析(P112);劉泰生等:燃盡風(fēng)對爐內流動(dòng)和燃燒過(guò)程影響的數值模擬(P116);劉建忠等:煤燃燒反應活化能的兩種研究方法的比較(P121);王國忠等:主燃區過(guò)量空氣系數對再燃區速度場(chǎng)影響的試驗研究(P125);劉亮等:;混煤熱解特性及燃燒過(guò)程的實(shí)驗研究(Pl30);于海龍等:噴嘴位置對新型水煤漿氣化爐內流場(chǎng)的影響(P135);龐克亮等:在堿金屬催化作用下煤焦與CO2的氣化反應(P]41);史月濤等:螺旋翅片管防磨和防積灰特性的試驗研究(P]45);林鵬云等:天然氣再燃降低燃煤鍋爐NO.排放的研究(P149)。樂(lè )海南摘自htp://ww, engineeringⅶilge2.org.cn