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摘 要:介紹寧夏中寧發(fā)電廠330 MW鍋爐的設計特點,該鍋爐采用了自主開發(fā)的生物質燃燒機前后墻對沖布置的方式。闡述了鍋爐本體設計和生物質燃燒機對沖布置的一些措施。性能試驗和實際運行情況表明,該鍋爐的設計是成功的。圖6表2參1
宇夏中寧發(fā)電廠2X 330 MW鍋爐是我公司設計的生物質燃燒機前后墻對沖布置型式的鍋爐,也是國內首臺自主開發(fā)的該類型鍋爐。該鍋爐是在總結國內300 MW級機組鍋爐運行經驗的基礎上,特別是在我公司為寧夏石嘴山電廠提供的4X 330 MW生物質燃燒機前培布置鍋爐成功運行經驗的基礎上,結合中寧電廠地理條件、煤質特點等設計的,采用了成熟可靠的技術和先進的設計、制造標準和運行可靠的結構。
1鍋爐總體布置
1.1鍋爐型式
鍋爐為亞臨界參數汽包爐,自然循環(huán),單爐膛,雙煙道低NO。軸向旋流式燃燒器,前后墻對沖布置,采用5臺中速磨煤機,冷一次風直吹式制粉系統(tǒng)。BMCR工況下4磨運行,1臺備用。尾部雙煙道布置,煙氣擋板調溫,三分倉容克式回轉式空氣預熱器,固態(tài)排渣,刮板撈渣機,鋼構架,全懸吊,一次再熱,平衡通風,全封閉島式布置(圖1)。
1.2燃料特性(表1)
根據對煤質特性的分析,設計煤種與校核煤種均屬于易著火、易燃盡的煤種,但結焦嚴重,在設計中應采取相應的措施。
1.3生物質燃燒機前后墻對沖布置的特點
1.3.1對沖燃燒的優(yōu)點
前后墻對沖燃燒,不僅可以強化煤粉氣流的擾動與混合,增加氣流在爐膛中的充滿度,而且沿爐膛寬度方向熱負荷及煙氣溫度分布更均勻,在減少爐膛出口左右側煙溫偏差方面比四角切圓燃燒具有明顯的優(yōu)勢。同時,對減少高溫區(qū)受熱面局部發(fā)生高蠕變及高溫腐蝕的可能性具有較好的作用。
1.3.2燃燒器布置
中寧電廠2×330 MW鍋爐采用了25臺雙通道帶有煤粉濃縮器裝置的軸向生物質燃燒機,燃燒器呈前后墻對沖布置,其中前墻3排,后墻2排,每排水平排列5臺,相鄰燃燒器的旋向相反(圖2)。為防止爐膛結焦,選取了較大的爐膛斷面(15504 rruu×13224 mrn),較低的爐膛斷面熱負荷(qF一4.14 MW/m2)及較低的爐膛容積熱負荷(g,一96. 54 kWfn3);同時,燃燒器上、下層中心之間的距離為8 m,最邊上燃燒器到側墻的距離為3.154 m,后墻兩層燃燒器之間的距離為8m,這對防止爐膛結焦是非常有利的。
1.3.3然燒器布置合理性的驗證
為驗證燃燒器布置的合理性,華北電力大學對爐膛的燃燒過程進行了數值模擬。通過對燃燒器兩相流的數值模擬,證實該爐生物質燃燒機煤粉進入爐膛沿軸向分布均勻,煤粉切向速度不大,軸向速度也不大,二次風有較大的旋轉動量。這樣有利于煤粉氣流的擾動和混合,火焰不易沖墻,燃燒器設計合理;爐內煙溫、熱負荷、煙速分布合理,燃燒器布置合理。
2鍋爐本體
2.1鍋爐參數
該鍋爐是配上海汽輪機廠330 MW汽機的鍋爐(不超壓),鍋爐參數示于表2。
從上表可以看出:BMCR工況下主蒸汽流量為1112.4 t厶,再熱蒸汽流量為934.1 t/h,汽機不超壓;而常規(guī)不超壓的鍋爐,BMCR工況下主蒸汽流量為1025 t舡再熱蒸汽流量為834 t/ho二者相比過熱器蒸汽阻力增加了約18%,再熱器阻力增加了約25%。而鍋爐技術協(xié)議中對阻力的要求仍按常規(guī)300 MW鍋爐進伉即過熱蒸汽阻力≤1. 373 MPa,再熱蒸汽阻力≤0. 176 MPa。為滿足技術協(xié)議的要求,需對過熱系統(tǒng)、再熱系統(tǒng)的設計進行改進、優(yōu)化。
2.2 降低過熱器、再熱器蒸汽阻力的措施
2. 2.1過熱器系統(tǒng)
蒸汽流程:汽包出來的蒸汽流經頂棚入口集箱一頂棚管一頂棚出口集箱后分成兩路,一路流經尾部前、后包墻管一尾部側包墻一分隔墻上集箱,另一路進入低再懸吊管一分隔墻下集箱一分隔墻上集箱,兩路匯合后進入低過懸吊管一低過入口集箱一低過出口集箱一連接管一分隔屏一后屏一高過一汽機。
根據實際運行情況,常規(guī)300 MW鍋爐過熱器蒸汽阻力可達到1. 75 MPa。因此,對中寧電廠330MW鍋爐過熱器系統(tǒng)進行了一系列的優(yōu)化,其過熱器系統(tǒng)圖示于圖4。
蒸汽流程:汽包出來的蒸汽流經頂棚入口集箱后分成兩路,一路流經頂棚管,另一路通過4根旁通管進入頂棚出口集箱,從頂棚出口集箱出來的蒸汽一部分流經尾部前、后包墻管,另一部分通過2根旁通管,進入分隔墻上集箱,再通過低再懸吊管、分隔墻一分隔墻下集箱一低過入口集箱一低過出口集箱一連接簪一分隔屏一后屏一高過一汽機。
比較圖3和圖4可以看出:過熱器系統(tǒng)主要進行了如下優(yōu)化:
(1)頂棚旁路管及過熱器連接管數量增多。
(2)尾部包墻的流程進行了改變,低過的懸吊管改為省煤器懸吊,增加了從頂棚出口集箱到分隔墻上集箱的旁通管。
(3)增大了三通及連接管的直徑。
(4)后屏由20片改為21片。
根據汽水阻力計算,過熱器蒸汽側力可控制在1. 373 M Pa以內。
2.2.2再熱器系統(tǒng)
再熱器由低溫和高溫兩部分組成。低溫再熱器由4個水平管組和一個垂直管組組成;高溫再熱器由8管圈并繞而成,垂直懸吊于水平煙道。為減少再熱蒸汽阻力,采取了如下措施:
(1)取消了低溫再熱器與高溫再熱器之間的集箱,之間的管子采用2片變1片,內外交叉的連接方式,可減少流量偏差。
(2)增大連接管和進、出口集箱的直徑。
(3)將高溫再熱器的管徑由中51加大到+60。
2.3保證蒸汽品質的措施
因鍋爐蒸發(fā)量增大,汽包內件的汽水分離能力也應隨之加大,內件設計要進行優(yōu)化。
鍋筒采用單鍋筒,鍋筒內徑為1743 nuu,壁犀145 mm,筒身長20.1 m,兩端為球形封頭,鍋筒有足夠的水容積。
汽水混合物進入鍋筒,沿著鍋筒圓周兩側流經環(huán)形夾套,并沿切向進入一次分離元件。環(huán)形夾套與鍋筒同心,可把爐水與省煤器來的給水跟鍋筒內壁分隔開,使鍋筒下半部的內壁溫度保持與汽水混合物相同的溫度,減少了鍋筒上下壁溫差值,從而可加快鍋爐啟、停速度。
一次分離元件為切向導流式旋風分離器(圖5),簡體直徑+292 mm,呈錐形,頂部斜置初級波形板分離裝置。汽水混合物從切向進入旋風筒,筒內裝有導流葉片,由旋轉產生的離心力將水滴拋向筒壁,沿筒壁下流經導葉盤進入水空間,蒸汽則上升進入初級波形板分離裝置,進一步進行分離。蒸汽通過,水滴滯留在波形板上,由于相對速度較低,分離出來的水滴不會被蒸汽走,沿著分離裝置出口的下緣板滴下返回水空間。
沿鍋筒長度布置兩排旋風分離器,共計126個,每只旋風分離器平均負荷8. 83 t/h。
從旋風分離器出來的蒸汽以均等的低速繼續(xù)向上流動,進入鍋筒頂部的二級波形分離裝置,該裝置由160塊波形板組成,分4組呈雙V形沿鍋筒長度布置,蒸汽通過波形板形成的曲折行徑,具有較低的相對速度,分離出來的水滴不會被帶走,沿著波形板T流,從疏水管返回水空間,進一步分離出的蒸汽經80塊均汽孔板流入蒸汽引出管。
3 燃燒器
燃燒器前后墻布置,前墻3排,后墻2排。25個燃燒器采用與支持框架為一體的獨立風箱結構,獨立風箱向每一排5個雙通道軸向旋流式燃燒器提供內外二次風,一臺磨煤機供應每一排的5個燃燒器,使給入熱量沿整個爐膛寬度均勻分布,以保持最小的溫度偏差。
25個生物質燃燒機中,13個為順時針旋向(即一次風、內外二次風及油槍穩(wěn)燃罩旋向均為順時針旋向),另外12個為逆時針旋向。
從中心風進入位置看,有12個從燃燒器右側接口進入,其余13個從燃燒器左側接口進入。
(1)采用分級送風技術,煤粉燃燒所需空氣,分別從內二次風道、外二次風道和中心風管進入,使二次風在煤粉燃燒過程中分級逐步送入煤粉氣流。內二次風量較小,可確保煤粉初期的燃燒反應在偏離化學當量比的狀態(tài)下進行,燃燒區(qū)域氧量相對不足,可有效抑制燃料型NOx的生成;同時由于氧量的不足,削減了火焰溫度峰值,也可降低溫度型NOx的生成水平。
大部分空氣從外二次風道送入,風量大,風速高,極大地提高外二次風與煤粉氣流昀動壓比,氣流后期湍動混合強烈,使焦炭燃燒后期所需的氧氣及時輸送到煤粉表面,促進剩余焦碳的燃盡,降低飛灰中的可燃物含旦,提高燃燒效率。
少量的空氣從中心風管送入,為煤粉燃燒根部提供必要的氧氣,有利于煤粉的穩(wěn)定著火,中心風速較低,可保證高溫煙氣回流區(qū)的穩(wěn)定。燃燒器停運時,中心風起到冷卻燃燒器噴口的作用。
(2)燃燒器內二次風道裝有軸向可動旋流葉輪,外二次風則裝有軸向固定旋流葉輪,使二次風形成旋轉氣流。內二次風的旋轉強度、內外二次風的風量可通過拉桿進行調節(jié)。通過調節(jié)內二次風的旋流強度和內外二次風的風量分配,能更大限度地改變整個燃燒器的旋流強度,有效地改變燃燒器出口處回流區(qū)的大小、位置以及各股風之間的混合,使燃燒器有較強的煤種適應能力。
(3)燃燒器一次風管由切向蝸殼引入煤粉分配器,煤粉由葉片旋轉導向,使煤粉氣流在一次風道內旋轉,改善了煤粉氣流濃度周向分布不均的現(xiàn)象。在煤粉分配器出口處又裝有縱向均流槽,使煤粉在
一次風道內沿徑向也均勻分布。煤粉旋轉導向葉片和縱向均流槽均為耐磨鑄鋼制成。
(4)燃燒器又采用了煤粉濃淡燃燒技術,在煤粉噴口出口,裝設4個煤粉濃縮器。利用煤粉氣流旋轉的慣性,使得煤粉在4個煤粉濃縮器附近密集,形成煤粉濃相區(qū),從而沿圓周上形成四股濃、淡煤粉氣流,實現(xiàn)沿圓周分布的濃淡燃燒,特別有利于煤粉的穩(wěn)燃和抑制NOx的生成。
(5)燃燒器一次風出口處設有火焰穩(wěn)燃器。它由穩(wěn)燃齒和穩(wěn)燃環(huán)二部分組成。穩(wěn)燃齒可對煤粉的分布進行合理的調整,當煤粉氣流繞流過穩(wěn)燃齒時,在其圓周形成小渦流圈,附在高溫回流區(qū)的根部,在小渦流區(qū)內,煤粉極易著火,并將熱量傳給未著火的煤粉,強化煤粉的著火。同時,大量煤粉顆粒流過穩(wěn)燃齒日寸,其運動軌道將向中心偏轉,射入高溫煙氣回流區(qū),形成較高的煤粉濃度,回流區(qū)內的湍動度也較高,這種高溫度、高濃度、高湍動的同時存在,形成了局部煤粉有利的著火條件,煤粉氣流可在此區(qū)域內被迅速加熱,實現(xiàn)及時著火和穩(wěn)定燃燒。在穩(wěn)燃齒外設有火焰穩(wěn)燃環(huán),其作用可避免內二次風過早與煤粉混合,有利于煤粉著火穩(wěn)定。
3.2生物質燃燒機改進措施
(1)以前采用同類燃燒器的鍋爐大渣中有少量
沒有燃燒昀煤粉,使大渣可燃物含量較高。通過改
進濃縮器、穩(wěn)燃環(huán)、穩(wěn)燃齒的結構及燃燒器的設計參
數,徹底解決了燃燒器掉粉的問題,大渣可燃物含量
大大降低。
(2)針對同類型燃燒器存在二次風門及旋流強度調節(jié)拉桿操作困難,特別是在熱狀態(tài)下很難拉動拉桿的問題本工程將拉桿操作機構進行改進,同時將拉桿上的普通螺紋改為梯形螺紋,現(xiàn)場運行調節(jié)靈活,操作簡單。
(3)本工程燃燒器端部煤粉噴口、內二次風噴口及外二次風噴口材料由以前的不銹鋼改為特種耐熱鑄鋼,解決了以前存在的噴口變形、燒損的問題。
(4)對穩(wěn)燃齒的結構和材料進行了改進,解決了以往穩(wěn)燃齒燒損的問題。
(5)根據同類型燃燒器運行的經驗,將一次風管內易磨損處的碳鋼材料改為耐磨材料,大大減少了燃燒器的檢修和維護工作量。
5結論
寧夏中寧電廠2×330 MW鍋爐是我公司自主開發(fā)設計的配上汽330 MW汽機的生物質燃燒機前后墻對沖布置鍋爐。從實際運行情況及性能試驗結果來看,鍋爐的設計是成功的,達到或超過了技術協(xié)議的要求。