200－300MW及更大容量循环流化床锅炉自主.doc

1、200300MW 及更大容量循环流化床锅炉自主开发设计倪晓辉 1，高子瑜 1，邵国桢 1，顾家胜 1，王智昶 1，肖锋 1，居慧敏 1吕清刚 2，孙运凯 2，包绍麟 2，那永洁 2，王东宇 2，小银 2（1. 上海锅炉厂有限公司，上海市 200245；2. 中国科学院工程热物理研究所，北京市 100080）摘要：本文介绍了上海锅炉厂有限公司和中国科学院工程热物理研究所联合研制的具有我国自主知识产权的 200300MW 循环流化床 (CFB)锅炉技术特点。锅炉结构简单、可靠，体现了我们联合研制的 CFB 锅炉一贯遵循的技术原则。关键词：200MW 300MW CFB 锅炉1、上海锅炉厂有限公司

2、CFB 锅炉技术的发展循环流化床（CFB）锅炉技术是一种新型的高效低污染清洁燃煤技术，主要特点是锅炉炉膛内含有大量的循环物料，在燃烧过程中大量的物料被烟气带到炉膛上部经过布置在炉膛出口的旋风分离器与烟气分离后进入返料器，回送到炉膛内，实现循环物料的反复循环燃烧，燃烧温度 850900，燃烧配风采用严格的一/二次风系统，只有燃料氮转化成氮氧化物，从而有效地降低 NOX的生成量，石灰石在炉内直接煅烧为氧化钙并进行脱硫，加之炉膛内掺混条件好和物料循环，可使脱硫效率达到 90%。使锅炉具有负荷调节范围宽、燃料适应性强、烟气中的氮氧化物浓度低、炉内石灰石脱硫、灰渣易于综合利用等特点，因此在我国得到了迅猛

3、发展。上海锅炉厂有限公司是国内电站锅炉行业历史最悠久、经营规模最大的制造企业，在国际上也享有良好的声誉和很高的知名度。从 50 年代成功试制中国第一台配 6MW 发电机组的锅炉起，上海锅炉厂有限公司以工业锅炉和中小型电站锅炉为起点，以大型、超大容量火电锅炉及核电设备为目标，奋发向上，不懈追求，多次承担大型发电设备、化工设备等产品的首台开发和研制任务。至今，电站锅炉产量占全国国产机组总装机容量的三分之一以上。上海锅炉厂有限公司在锅炉产品的设计和制造方面技术力量雄厚，工艺精湛，管理上乘，在国内外都有良好的业绩。在 CFB 锅炉的开发方面经历了多个阶段，先后成功开发了 75 t/h、130 t/h、

4、240 t/h、440 t/h、690 t/h 和 1000 t/h CFB 锅炉，并取得 70 多台合同订单，分别用于望亭、窑街、里彦、运河、济宁、东糖、豫联、内蒙古亿利、小龙谭、蒙西等电厂。开发 CFB 锅炉产品有两条主线，一条是自主开发，包括与中国科学院工程热物理研究所联合开发具有自主知识产权的系列容量 CFB 锅炉，以及共同承担国家级技术研发和工程示范，其中比较有代表性的有：窑街 130 t/h CFB 锅炉为国家节能综合利用示范项目，济宁 440 t/h CFB 锅炉为国家“十五”科技攻关课题依托工程，内蒙古亿利 690 t/h（200MW） CFB 锅炉为国家“十五”科技攻关课题技

5、术示范项目。另一条是引进技术与消化吸收，先后引进了 ALSTOM 公司的 135MW 等级的 CFB 锅炉全套技术（美国部）和 300MW 等级 CFB 锅炉（法国部）。以上项目的成功实施，标志着上海锅炉厂有限公司的 CFB 锅炉设计制造技术已处于国内先进水平。第一阶段（70 年代初期90 年代初期）自行研制阶段1976 年，为广东韶关电厂设计制造了 130 t/h 鼓泡流化床锅炉。1978 年，为黑龙江鸡西滴道煤矿设计制造了两台 130 t/h 鼓泡流化床锅炉，燃烧 15002000 kcal/kg 煤矸石，达到设计要求，获得 1985 年上海市科技进步一等奖。1994 年，在阳山第二台 1

6、30 t/h 鼓泡流化床锅炉的尾部转向烟室处装置百叶窗分离器，通过回料器将分离器分离下来的物料回送入炉膛，形成飞灰回燃。在此期间上海锅炉厂解决了鼓泡流化床锅炉的许多技术难题，摸索出了很多经验，研究了煤燃烧特性、传热问题、磨损问题、膨胀问题、密封问题、材料选择，掌握了工艺流程，为开发 CFB 锅炉提供了十分宝贵的经验。第二阶段（90 年代初期90 年末期）吸收消化阶段九十年代起，上海锅炉厂有限公司分别与日本 IHI、MES、美国 FOSTER-WHEELER、瑞典 KVAERNER 等大公司合作，分包设计制造了多台 CFB 锅炉。主要业绩如下：锅炉容量 型式 公司 锅炉用户40 t/h BFB

7、KVAERNER 美国200 t/h BFB OEE 印尼201 t/h BFB OEE 印尼30 t/h CFB IHI 中国山东75 t/h CFB MES 吉林80 t/h CFB KVAERNER 美国136 t/h CFB KVAERNER 美国220 t/h CFB F-W（PYROPOWER） 中国四川310 t/h CFB F-W 中国上海432 t/h CFB F-W 泰国517 t/h CFB F-W 美国在这些鼓泡流化床和循环流化床锅炉的设计制造中，上海锅炉厂有限公司掌握了 CFB 锅炉的关键结构设计、工艺流程、制造方法，增添了大量特种制造设备，为研制大型 CFB 锅炉打

8、下了坚实的基础。第三阶段（90 年代中期至现在）合作开发阶段中国科学院工程热物理研究所自上世纪 80 年代以来致力于循环流化床锅炉的研究开发工作，并一直处于国内领先地位，在开发的循环流化床锅炉的品种容量、投入生产运行台数和通过国家鉴定的时间、市场占有率等指标上，均处于领先地位。工程热物理研究所坚持自主创新，充分结合中国的实际煤种和运行条件，形成了具有我国自主知识产权的循环流化床锅炉技术体系。所开发的35 t/h、75 t/h、130 t/h、220 t/h、480 t/h、600 t/h、690 t/h 循环流化床锅炉的实际销售台数超过 1500 台，在国内市场上占有较高的份额。工程热物理研究

9、所之所以在 CFB 锅炉技术的研究领域取得了较好成绩，一方面归于国内自身研发和 CFB 锅炉市场的巨大需求，另一方面也归于与国外相关单位保持比较密切的合作关系。在自主研究开发、国际合作与交流和工程实践中，逐步形成了大型 CFB 锅炉的基本认识和技术平台。1997 年开始，上海锅炉厂有限公司与中国科学院工程热物理研究所开始合作实行“强强”联合，结合上海锅炉厂有限公司先进的制造技术、可靠的质量、完善的售后服务和中国科学院工程热物理所长期开发的经验，共同开发适合国内用户需要的 CFB 锅炉，双方合作的项目主要如下：75t/h 等级循环流化床锅炉，1 台，江苏望亭130 t/h 等级 CFB 锅炉，2

10、2 台，代表：甘肃窑街劣质煤电厂，广东德永佳自备电厂240t/h 等级 CFB 锅炉，8 台，代表：徐州华美环保热电，苏州华能热电690t/h 等级 CFB 锅炉，4 台，代表：内蒙神华亿利能源公司到目前为止已形成了完全自主技术的大型 CFB 锅炉的设计、制造和运行体系，积累和制订了 CFB 锅炉的技术规范，形成了从容量 75 t/h 到 690 t/h，锅炉参数从中压超高压再热的系列 CFB 锅炉产品。第四阶段 135 MW300MW 等级的大型 CFB 技术引进为进一步满足国内外用户对大容量、特别是再热 CFB 锅炉的需求，“十五”初期，引进了 ALSTOM 公司美国部（原 ABB-CE

11、公司）的 135MW 等级的 CFB 锅炉全套技术。上海锅炉厂有限公司技术引进的内容包括 FLEXTECHCFB 锅炉的设计、制造、质量控制、仪表和控制、安装、调试和性能试验，以及将来的技术改进等内容。转让技术范围为整个锅炉岛，包括锅炉本体、煤和石灰石的制备和输送系统、除灰除渣系统、烟风系统（包括送、引风机）、仪表控制系统、运行调试方法等。转让的技术资料包括计算程序、设计图纸、性能设计标准、机械设计标准、DCS 设计手册、运行调试手册、制造质量手册等。通过技术转让，上海锅炉厂有限公司获得了 ABB-CE 公司的 CFB 锅炉“FLEXTECHTM”商标品牌的设计、制造许可证。已有二十多台锅炉机

12、组。2003 年，上海锅炉厂有限公司与哈尔滨锅炉厂和东方锅炉厂联合引进了ALSTOM 公司 300 MW CFB 锅炉设备的许可证技术，并接受了技术转让培训。上海锅炉厂有限公司根据引进技术已经获得小龙潭、韶关坪石、蒙西和山西平朔等 6 台 300 MW CFB 锅炉订单，其中小龙潭项目将于近期投产发电。这样，上海锅炉厂有限公司对于 300 MW CFB 锅炉已具备丰富的设计、工艺制造和产品安装经验，这些经验对于研制具有我国自主知识产权的 300MW 及更大容量 CFB 锅炉有着重要的借鉴作用。第五阶段 200MW300MW 及更大容量 CFB 锅炉技术的自主技术研发上海锅炉厂有限公司与中国科学

13、院工程热物理研究所联合完成了 200MW CFB锅炉的研制开发工作，锅炉遵循简单、实用、可靠的设计原则，2005 年底获得4 台 200MWe CFB 锅炉订货合同，该用户位于内蒙古鄂尔多斯市，为神华集团和亿利资源集团共同投资组建的神华亿利能源公司。该项目是国家“十五”科技攻关的后续滚动课题“200MW 级循环流化床锅炉技术及工程示范发”的工程示范项目。引进技术依托工程白马项目的 300 MW CFB 锅炉已于 2006 年年初投产发电。锅炉采用了双布风板结构，布置有 4 台外置式换热器等技术，造成系统结构复杂、调试运行困难、锅炉排渣困难、锅炉的防磨技术不够可靠等缺点。基于以上原因，上海锅炉厂

14、有限公司着手与中国科学院工程热物理研究所进行国产技术的 300 MW CFB 锅炉的研发工作，设计总原则是结构简单、给煤排渣可靠、根据煤质和用户要求可带或不带外置式换热器，完全国产自主化，继承上海锅炉厂有限公司已投运的 CFB 锅炉的结构设计特色，使锅炉在性能保证、可靠性和防磨设计上超越引进型锅炉，目前上海锅炉厂有限公司已完成 300 MW CFB 锅炉性能设计。为了满足国家和市场的需求，上海锅炉厂有限公司下一步将与中国科学院工程热物理研究所继续合作，进行 600MW 超临界 CFB 锅炉的自主研究开发。2、200MW300 MW CFB 锅炉总体设计特点2.1 设计指导思想（1） 采用成熟的

15、、有成功运行经验的、代表当今国际主流派的技术，保证产品的技术先进性，我们采用了以下关键技术： 高温旋风分离（890）； 高的循环倍率（30）； 在炉膛上部稀相区布置屏式过热器、水冷蒸发屏受热面； 采用双烟道结构，挡板调整再热器温度； 采用滚筒冷渣器，宽松煤粒度要求。（2） 可靠性是我们设计的最高宗旨，保证锅炉的安全可靠运行 中国科学院工程热物理研究所的全面技术支持； 上海锅炉厂有限公司多年的研究和与国外合作、引进技术的经验； 所有技术均已通过工程的检验, 技术成熟度高； 设计留有裕度。2.2 方案技术特点（1） 全膜式壁单炉膛结构，炉内上方布置过热屏和水冷屏。全膜式壁结构，密封性能良好；单炉膛

16、采用一个流化床，运行简单；炉膛上部布置三级屏式过热器，能有效吸收炉内热量，使炉膛温度均匀合理，同时保证过热蒸汽参数在锅炉低负荷运行时具有较好的调节特性。（2） 尾部双烟道，烟气挡板调节再热蒸汽温度。尾部采用双烟道结构，提高了尾部受热面的温压和传热效果，方便了尾部受热面的布置；烟气挡板可以调节两侧烟道的烟气流量，从而对再热蒸汽温度进行调节。（3） 蜗壳式高温绝热旋风分离器。采用技术成熟的蜗壳式高温旋风分离器，可有效捕捉烟气中的细小颗粒，分离效率高，使循环物料量得到可靠保证；合理的内部设计使其具有磨损轻、阻力低、可靠性好的特点；采用绝热式结构，制造、安装方便，无爆管危险。（4） U 型自平衡返料器

17、。采用非机械式的 U 型自平衡一进二出返料器，运行中料位具有自平衡能力，同时又防止烟气反窜；返料风由专门的高压流化风机提供，通过调节，使物料顺利返回炉膛，保证物料稳定输送。（5） 水冷布风板等压风室。布风板由水冷壁管制成，管间布置风帽，形成膜式水冷布风板，使风室的整体热膨胀性好，易于密封，不易泄漏，保证风室内压力分配均匀。（6） 内嵌逆流柱型风帽。风帽分布均匀，保证物料均匀流化，防止结渣；采用优质耐热铸钢作为风帽材料，耐磨性好，检修维护方便；具有防漏渣功能。（7） 炉前气力播煤装置，气力播煤装置采用非机械传动部件，运行可靠；播煤装置上通有播煤风和密封风，使其具有良好的播煤功能，给煤通畅，并能有

18、效防止烟气反窜。（8） 采用滚筒式冷渣器。（9） 外置式换热器，需要根据煤质和用户要求进行选择3、200MW CFB 锅炉总体设计为进一步提高我国大型 CFB 锅炉技术的自主创新能力，中国科学院工程热物理研究所和上锅分别将各自的 CFB 锅炉设计的成功经验结合起来，完成了200MWe CFB 锅炉的研制开发工作，锅炉遵循简单、实用、可靠的设计原则，2005 年底获得 4 台 200MWe CFB 锅炉订货合同，该用户位于内蒙古鄂尔多斯市，为神华集团和亿利资源集团共同投资组建的神华亿利能源公司。该项目是国家“十五”科技攻关的后续滚动课题“200MW 级循环流化床锅炉技术及工程示范发”的工程示范项

19、目。3.1 锅炉主要参数及燃料特性锅炉主要参数额定蒸发量 690 t/h过热蒸汽压力 13.73 MPa过热蒸汽温度 540 锅炉再热蒸汽流量 582 t/h再热蒸汽出口压力 2.50 MPa再热蒸汽出口温度 540 再热蒸汽进口压力 2.63 MPa再热蒸汽进口温度 315 给水温度 244 锅炉燃用煤质特性碳 Car 42.82%氢 Har 2.81%氧 Oar 11.17%氮 Nar 0.40%硫 Sar 0.37%灰份 Aar 21.30%水份 Mt,ar 21.12%挥发份 Vdaf 41.18%热值 Qnet,ar 16.65 MJ/kg3.2 锅炉总体结构锅炉的总体布置见图 1。

20、炉膛采用单汽包自然循环、膜式水冷壁全悬吊的封闭结构，炉膛布风板到炉顶的总高度为 38 m，炉膛上部横截面积为 178 m2，炉膛下部布风板的横截面积为 80 m2。炉膛上部布置有过热蒸汽屏和水冷蒸发屏。炉膛布风板和返料器布风板上均布置内嵌逆流柱型风帽，可有效地防止布风板漏渣。炉膛内采用 9 m 防磨层高度，并采用独特的垂直让管结构，可有效地防止物料贴壁流造成的水冷壁磨损。采用前后墙布置的大直径、高流速的二次风喷入技术。锅炉前墙布置有 6 台皮带式给煤机和 6 根落煤管，以保证燃煤均匀地加入炉内。石灰石粉采用气力输送的方式从后墙下部的 3 个返料器回料口加入炉膛。三个直径约 8 米的蜗壳式进口旋

21、风分离器布置在炉膛和尾部烟道之间。每个旋风分离器下部各有一个返料器，将分离下的循环物料送回炉膛下部。尾部竖井采用双烟道结构，前烟道布置再热器，后烟道布置高温过热器和高温省煤器，合并后的烟道中从上到下依次布置低温省煤器和空气预热器。从转向室至烟气挡板的尾部烟道部分采用过热器包墙。过热器系统中设有两级喷水减温器，再热器的进口管道上布置有紧急事故喷水减温装置。燃煤形成的底渣通过布风板上的 4 根放渣管直接与 4 个滚筒式冷渣器相连，冷渣器将底渣冷却后排到刮板式输渣系统。锅炉采用 6 只床上油启动燃烧器，分别布置在水冷壁的后墙和侧墙，油燃烧器所需的助燃空气为二次风，可生成 900左右的热烟气，可将床内

22、物料直接加热到 600以上。图 1 200MW CFB 锅炉总体布置3.3 锅炉汽水系统锅炉给水首先进入省煤器进口集箱，经低温省煤器、高温省煤器，由汽包引入管引入汽包水空间。汽包内的锅水通过集中下降管进入水冷壁和水冷屏下集箱。饱和蒸汽从汽包顶部的蒸汽连接管引至尾部过热器包墙，然后依次经过第一级屏式过热器、第一级喷水减温器、第二级屏式过热器、第二级喷水减温器、高温过热器，最后将合格的过热蒸汽引向汽轮机。过热器系统采用调节灵活的喷水减温作为汽温调节和保护受热面的手段。第一级减温器布置在第一级屏式过热器蒸汽出口的连接管道上，作为粗调；第二级减温器布置在第二级屏式过热器出口的连接管道上，作为细调。再热

23、器为单级。通过调节烟气挡板的开度，改变流经再热器的烟气量，调节再热蒸汽的温度。再热器进口管道上布置事故喷水减温器，在紧急状况下控制再热器的进口汽温。3.4 锅炉空气流程锅炉采用平衡通风，控制炉膛出口处烟气压力为-100 Pa。空气采用两级送风，一次风经空气预热器升温后分为两路：第一路由风道引入炉膛底下的一次风室，经布风板进入炉膛；第二路由风道引至炉前的 6 根给煤管，随给煤一起进入炉膛。二次风经空气预热器升温后由风道引到炉前的二次风箱，从二次风箱引出支管，经喷口进入炉膛。3.5 工程进度整个工程项目由山东电力工程咨询院以 EPC 方式总承包，这是目前国内在建的装机容量最大的循环流化床锅炉机组空

24、冷电厂项目。工程已于 2006 年 4月 19 日正式开工，目前锅炉已经进入安装阶段，计划 1 号、2 号机组 2007 年8 月底、10 月底投产，3 号、4 号机组 2008 年 1 月底、3 月底投产。4、300MW CFB 锅炉总体设计4.1 300 MW CFB 锅炉炉型对比上海锅炉厂有限公司开发的 300 MW CFB 锅炉除了在整体上采用常规布置外，锅炉整个技术方案避开了引进型锅炉的技术，与 ALSTOM 引进型 300MW CFB 锅炉比较如下： 引进型 自主开发型炉膛形式 单炉膛双布风板 单炉膛单布风板旋风分离器形式4 只切向进口旋风分离器，中心筒偏心，锅炉两侧布置。3 只蜗

25、壳进口旋风分离器，炉膛水冷壁后墙。返料器形式 一进一出 一进二出风帽 钟罩式风帽 内嵌逆流柱型风帽水冷壁耐火材料交界防磨 “软着陆” 专利让管技术再热蒸汽屏 无 无过热蒸汽屏 无 三级过热蒸汽屏水冷蒸发屏 有贴壁扩展受热面 有 4 片水冷屏给煤方式 返料器给煤 前墙 8 点给煤点火方式 床上床下 床上出渣口位置 燃烧室前墙 布风板中间冷渣器 锥形阀控制风水联合冷渣 器 滚筒式冷渣器外置换热器 四个 三个/无再热蒸汽调温方式 锥形阀 烟气挡板尾部烟道 单烟道 单烟道/双烟道空气预热器 四分仓回转式 管式4.2 300 MW CFB 锅炉主要参数及燃料特性锅炉主要参数锅炉主蒸汽蒸发量 1025 t/h主蒸汽出口压力 17.40 MPa主蒸汽出口温度 540再热蒸汽流量 856 t/h再热蒸汽进出口压力 3.893.69 MPa再热蒸汽进出口温度 331540给水温度 280锅炉燃用煤质特性碳 Car 46.58%氢 Har 2.02%氧 Oar 6.45%