|
【摘 要】徐州华美电厂是350MW超临界直流型循环流化床锅炉，锅炉受热面的安装、大件吊装等主要施工措施与其它普通锅炉存在着很大的差异，对设计和制造存在的问题进行了技术改造。本文就此进行了论述和总结，为同类型的循环流化床锅炉的安装和设计提供参考。 【关键词】超临界；循环流化床；锅炉受热面；旋风分离器。 一、概述 循环流化床（CFB）锅炉技术是七十年代发展起来的新技术，它发展的动力在于人类社会对环境保护的日益重视，作为清洁燃烧技术，其特殊的燃烧方式大大减少作为世界大气污染源——燃煤电站的二氧化硫（SO2）和氮氧化物（NOX）排放，即从根本上解决了酸雨问题。同时循环流化床锅炉还具有燃料适应性广、负荷调节性好、投资和运行成本相对较低，因此作为世界上能源技术发展的三大方向之一，该技术在全世界得到迅猛发展。现就徐州华美电厂350MW循超临界直流型循环流化床锅炉主要安装技术，作以下总结及探讨。 二、工程概况 徐州华美热电二期为新建2×350MW级超临界直流型循环流化床机组工程。锅炉为东方锅炉（集团）股份有限责任公司生产的型号为DG1150/25.4-Ⅱ1的超临界循环流化床锅炉，锅炉为超临界参数变压运行、单炉膛、一次中间再热、固态排渣、全钢架悬吊结构、露天布置、炉顶设置密封罩壳、循环流化床锅炉。 锅炉最大连续出力（BMCR）参数:
三、350MW超临界流化床锅炉工艺流程 350MW超临界循环流化床锅炉延续了135～150MW和300MW等级CFB炉的特色，主要由以下三大部分组成（如图）： ● 炉膛（1）（包括屏过（8）、屏再（9）、双面水冷壁（10）） ● 固体循环回路，主要由旋风分离器（2）、回料器（3）组成 ● 尾部竖井（4） 1-炉膛 2-分离器 3-回料器 4-尾部受热面 5－一次风 6-二次风 7-给煤装置 8-屏式过热器 9-屏式再热器 10-双面水冷壁 11-管式空预器 12-播煤风 超临界流化床锅炉的心脏部件是炉膛（1），燃料（7）和播煤风（12）从这里给入。一次风（5）通过布风板进入炉膛，作为一次燃烧用风，同时向上的气流将固体粒子托起（被流化），并充满了整个炉膛容积。在炉膛下部，固体粒子浓度较高，随着炉膛高度的增加，固体粒子浓度迅速降低。二次风（6）分两级送入炉膛，由此实现分级燃烧。高效旋风分离器（2）将离开炉膛的固体粒子捕获下来，通过回料器（3）直接送入下炉膛以维持主循环回路固体粒子平衡。分离后含少量飞灰的干净烟气进入尾部竖井（4），经空气预热器（11）和除尘系统，最后由烟囱排入大气。 四、350MW超临界流化床锅炉整体布置 锅炉主要由一个膜式水冷壁炉膛、三台汽冷式旋风分离器和一个由汽冷包墙包覆的尾部竖井三部分组成；炉膛内布置有屏式受热面：炉膛前墙布置有6片膜式高温过热器管屏、6片膜式二级中温过热器管屏、6片膜式再热器管屏，前墙布置有5片水冷蒸发屏、后墙布置有8片水冷蒸发屏；锅炉采用炉前给煤，锅炉前墙共设有8台给煤装置，后墙布置有六个回料点；在锅炉六个回料腿上设有六个石灰石给料口，在后墙水冷壁下部收缩段沿宽度方向均匀布置。炉膛底部由水冷壁管弯制围成水冷风室。每台炉设置有两个床下点火风道，每个床下点火风道配有两个油燃烧器（带高能点火装置），其目的在于高效地加热一次风，进而加热床料。另外在炉膛下部还设置有床上助燃油枪，用于锅炉启动点火和低负荷稳燃。锅炉按六台滚筒式冷渣器设计，采用炉后排渣。 炉膛与尾部竖井之间，采用三台汽冷式旋风分离器，内空8595㎜（耐火材料内表面）。旋风分离器中心筒采用高温高强度、抗腐蚀、耐磨损的SA-240S30815钢板卷制而成，其下部各布置一台“U”阀回料器；回料器采用一分为二的形式，将旋风分离器分离下来的物料经回料器直接返回炉膛。作为备用手段，回料器放灰通过回料器至冷渣器灰管接入冷渣器。 尾部由包墙分隔，在锅炉深度方向形成双烟道结构，前烟道和后烟道总尺寸为15779㎜（宽）×9310（深）。前烟道布置有3组低温再热器，后烟道布置有2组一级中温过热器和2组低温过热器，向下前后烟道合成一个烟道，在其中布置由螺旋鳍片管式省煤器。低再、低过管束均通过固定块固定在尾部包墙上，随包墙一起膨胀。 本工程采用了管式空气预热器，双进双出，一二次风左右布置。 过热器系统中设有三级喷水减温器，再热器采用烟气挡板调温并布置有事故喷水减温器和微喷减温器。 五、锅炉主要部件简介 1 炉膛 炉膛为一个60000（高）×28231.2（宽）×9212.4（深）的燃烧室，它由前墙、后墙、两侧墙构成。在炉膛的底部，前墙管拉稀形成风室底部及流化床布风板，加上两侧水冷壁构成水冷风室，风室底部标高为4300mm，布风板标高为10028.7mm，此处炉膛深度为3750mm。在炉膛顶部，前墙向炉后弯曲形成炉顶，管子与后墙水冷壁出口集箱在炉后汇合。 整个炉膛从结构上分为上、下部分，以标高18590.4 mm为界，下部纵向剖面由于前、后墙水冷壁与水平面相交角度为75°而成为梯形，其下部耐磨材料交界处采用外弯结构防磨。 为了防止受热面管子磨损，在下部密相区的水冷壁、炉膛上部烟气出口附近的后墙、两侧墙和顶棚以及炉膛开孔区域、炉膛内屏式受热面倾斜及转弯段等处均敷设有耐磨材料，其厚度均为距管子外表面25mm，且炉膛下部耐磨材料交界处采用外弯结构防磨。 水冷壁和双面水冷壁上固定耐磨材料均采用材料为1Cr13的直销钉或材料为1Cr18Ni9Ti的不锈钢圆钢弯制而成的V型销钉。屏式过热器管屏上固定耐磨材料均采用材料为1Cr18Ni9Ti的不锈钢直销钉。 2 回料器 汽冷式旋风分离器分离的固体粒子流经回料立管排出到回料器。回料器共三台，对应布置在每台旋风分离器的下方，支撑在构架梁上。分离器与回料器间、回料器与下部炉膛间均为金属膨胀节连接。回料器在主回路有以下两个功能：一是使再循环床料从旋风分离器连续稳定地回到炉膛；二是提供旋风分离器负压和下燃烧室正压之间的密封。考虑到炉膛宽深比较大，为使回料均匀进入炉膛，本工程回料器采用一分为二的结构。分离器的静压非常接近大气压，而燃烧室回料点由于一次风的缘故，压力非常高，故必须实现它们之间的密封，否则，燃烧室烟气将回流到分离器。回料器通过分离器底部出口的物料在立管中建立料位，来满足密封的要求。 回料器用风由单独的高压流化风机负责，回料器用风通过底部风箱及立管上的四层充气口进入回料器，每层充气管路都有自己的风量测点，给出准确流量，并由手动和电动调节阀分配风量，实现定量送风。在立管上设有压力测点，实现对料位的监控。 回料器和回料立管由钢板卷制而成，内侧敷设有防磨、绝热层。 3 二次风布置 本工程二次风布置的特点有： 1） 二次风集中布置在给煤口和回料口附近，有利于二次风与未燃尽碳的混合，提高燃烬率。 2） 二次风喷口直径较大，在合理风速的配合下，二次风的穿透和扰动更加强烈，有利于炉膛内氧气场的合理分布； 3） 本工程下二次风距布风板高1.0m，一次风区高度降低，有利于锅炉的负荷调节，降低厂用电。 循环流化床锅炉通过二次风量的调节，能有效的调节锅炉负荷。由于二次风量的加入，二次风喷嘴上部粒子的速度显著提高，其在密相区带走燃烧释放的热量，在炉膛中上部与水冷壁进行热交换，提高传热系数与热量，使锅炉负荷上升。因此，二次风口的位置决定了能参与到内循环和外循环的物料量的多少，也影响着锅炉的带负荷能力。 4 点火燃烧器 锅炉在一次风道内布置有四只床下风道点火器，同时，为了加快启动点火过程和低负荷稳燃，还设计了6只床上助燃油枪，分别布置在炉膛的前后墙，点火和助燃燃料0＃轻柴油。点火和助燃油枪均采用压缩空气雾化型式。 六、350MW超临界流化床锅炉烟风系统 超临界流化床锅炉内物料的循环是依靠送风机和引风机提供的动能来启动和维持的。 从一次风机出来的空气分成三路送入炉膛：第一路，经空气预热器加热后的热风进入炉膛底部的水冷风室，通过布置在布风板上的风帽使床料流化，并形成向上通过炉膛的气固两相流；第二路，热风经给煤增压风机后，用于炉前气力播煤。第三路，一部分未经预热的冷一次风作为给煤皮带的密封用风。 二次风机供风由空气预热器出口直接经炉膛上部的二次风箱分级送入炉膛。 烟气及其携带的固体粒子离开炉膛，通过布置在水冷壁后墙上的分离器进口烟道进入旋风分离器，在分离器里绝大部分物料颗粒从烟气流中分离出来，烟气流则通过旋风分离器中心筒引出，由分离器出口烟道引至尾部竖井烟道，从前包墙及中间包墙上部的烟窗进入前后烟道并向下流动，流过布置其中的水平对流受热面管组，将热量传递给受热面，而后烟气流经空气预热器进入除尘器，最后，由引风机抽进烟囱，排入大气。 回料器配备有高压流化风机，运行过程中主要保证回料器所需风压即可，回料风量的调节可通过风机入口调节挡板和回料器进口调节挡板来完成的。 锅炉采用平衡通风，压力平衡点位于炉膛出口；在整个烟风系统中均要求设有调节挡板，运行时便于控制、调节。 七、350MW超临界流化床锅炉汽水系统 锅炉给水经给水操作台后被引至尾部烟道省煤器进口集箱右侧，逆流向上经过水平布置的省煤器管组进入省煤器出口集箱，通过省煤器引出管通过集中下降管和下水连接管进入水冷壁和双面水冷壁进口集箱。炉水在向上流经炉膛水冷壁、双面水冷壁的过程中被加热成为汽水混合物，经各自的上部出口集箱通过汽水引出管引入汽水分离。 350MW超临界流化床锅炉过热蒸汽流程为：汽水分离器Þ分离器入口烟道Þ旋风分离器Þ尾部烟道两侧包墙Þ尾部烟道前后包墙Þ尾部烟道中隔墙Þ低温过热器Þ一级减温器Þ一级中温过热器Þ二级减温器Þ二级中温过热器Þ三级减温器Þ高温过热器。高温过热器、二级中温过热器布置在前炉膛内，一级中温过热器、低温过热器布置在尾部烟道的后烟道内。 过热器系统采取调节灵活的喷水减温作为汽温调节和保护各级受热面管子的手段，整个过热器系统共布置有三级喷水减温器。一级减温器布置在低温过热器出口的连接管道上作为粗调；二级减温器布置在一级中温过热器至二级中温过热器的连接管道上，三级减温器布置在二级中温过热器至高温温过热器的连接管道上。 本锅炉方案中屏式再热器为辐射再热器，与低再（对流再热器）一起组成再热受热面，相对于其它再热器布置方式，锅炉的再热汽温在较大的负荷范围内变化较小。本锅炉再热蒸汽流程为：汽轮机高压缸Þ事故喷水减温器Þ低温再热器Þ微调喷水减温器Þ屏式再热器Þ汽轮机中压缸。 再热蒸汽温度以尾部烟道烟气挡板作为主要调温手段，通过调节烟气挡板的开度，改变流经低温再热器侧的烟气量，达到调温目的。低温再热器至高温再热器的连接管上设置了喷水减温器作为微调。低温再热器进口管道上布置有事故喷水减温器，用于紧急状况下控制再热器进口汽温。 八、锅炉受热面施工技术措施 该锅炉设计紧凑，占地面积小，但同时也给安装带来了难度。这是目前主流最大型循环流化床锅炉，其结构及工艺原理与煤粉炉有较大的差异，这也就决定了安装方法有其独到之处。循环流化床锅炉的三部分的安装互不干涉，如合理使用机械，三个工作面可以同时进行施工，以减少整个锅炉的安装工期。本次大件吊装可以分三条主线进行，即前炉膛、旋风分离器和后炉膛吊装。 前炉膛先进行侧墙上中部水冷壁的吊装，再进行前墙上中部水冷壁的吊装，然后进行下部水冷壁、风室水冷壁吊装，最后进行屏再、屏过、水冷蒸发屏和顶棚水冷壁的吊装。每只旋风分离器由20片组成，地面组合成10片，单片进行吊装。可先进行吊挂梁的穿装，吊装时可以直接将有吊挂的组件就位，无吊挂的组件则采取临抛措施。后炉膛先进行左侧墙的吊装，然后前后包墙的吊装，再进行中隔墙的吊装，接着从炉顶预留的开口进行低温过热器、低温再热器的吊装，接下来是省煤器从炉右进档，用电动葫芦接勾、就位。在进行右侧包墙就位之前，需将侧包墙到前后包墙的蒸汽连接管临抛到挡板门上，再进行右侧包墙吊装就位。最后进行顶棚过热器的吊装及顶棚过热器与前后包墙对口安装。 九、锅炉安装中存在问题 9.1旋风分离器上集箱接管座与旋风分离器至包墙的连接管对口有偏差，致使旋风分离器至包墙的连接管无法垂直安装，也导致了折口现场的发生。以后再安装此类锅炉时，一定要在吊装前针对旋风分离器上集箱与旋风分离器顶部尺寸进行调校，并采取加固措施来确保该处尺寸误差在合理范围内。 9.2水冷壁管子口径较小为φ33.4×7.1与φ31.8×6.5，拼缝间距太近，极易导致焊接变形。每次对口结束后，管排平整度高，无折口现象；一旦进行拼缝焊接，管排立即变形，甚至导致折口。现场业主方又不允许使用气保焊技术，最后只能采用对称焊及高频次分段焊接，花费较长时间。 9.3由于二级中温过热器的管道及拼缝部分均为SA-213T91，施工时间又处于徐州地区最严寒的时间段，第一片中过2管排在地面组合焊接热处理后出现不少焊接裂纹，导致整排管口返工的现象。严重影响了受热面安装的工期及水压试验的节点计划。 9.4由于这种炉型对水冷壁内壁平整度要求较高，前期拼缝焊接时因各种条件限制，导致后期打磨工作量巨大，虽然业主方验收具有随机性（因人而异），却也花费约一个半月时间才经过监理、业主方验收，严重影响了后期炉内浇筑的交安进度。 十、对设计的改进措施 10.1 播煤风支管膨胀节较多，设计提资膨胀量把握有些偏差，导致#1炉冲管过程中，播煤风支管倾斜段膨胀节全部撕裂的现象，因此在1#炉出现该问题后、我们积极联系业主、锅炉厂设计对播煤风支管进行优化改造，把倾斜段膨胀节移到垂直段安装，运行后效果良好。 10.2冷二次风道支吊架设计为元宝座支架，在安装过程中发现该支架与锅炉钢架相碰，无法安装。与业主、设计院沟通后改为吊架固定后运行效果良好。 10.3因设计问题，高压流化风道设计院与锅炉厂接口处圆形法兰在调试过程中法兰漏风严重，联系业主、设计院、锅炉厂进行更改，改为焊接形式严密不漏。 10.4因设计原因，锅炉9米两侧导向支架安装位置与点火风道弹性吊架位置重合，联系业主、锅炉厂进行更改，改变导向支架安装方式，但不影响导向效果，经168测试，优化效果良好。 十一、建议 11.1拼缝条按总量供货，但图纸量清册量比图纸量少许多，供货量根本无法满足现场实际需要。建议锅炉厂核对图纸清册量与图纸需要量，并在供货量中适当提供余量，以免因拼缝条影响现场施工进度及节点计划。 11.2燃油系统气动快关阀、吹灰蒸汽系统流量控制阀等控制系统组件在机务图纸上无显示，或者材料清单中未列出。建议设计院增加该部分材料清单至机务图纸中，以免安装专业因无材料来源漏装，导致后期调试无法正常进行，影响调试工期及机组投产节点。 11.3超临界直流型循环流化床锅炉为微正压运行锅炉，若炉顶密封出现纰漏，运行过程中将会出现烟雾缭绕的现场，也给后期处理带来麻烦。建议在安装过程中除了特别注重过程控制及检查验收外，在密封施工结束后，进行渗油试验或着色检查，将可能出现的漏点消灭在萌芽状态。 十二、效果与评价 12.1徐州华美电厂#2锅炉大件吊装从2014年12月20日开始，到2015年6月12日锅炉水压试验一次成功，除去春节休假，历时159天。在安装过程中，项目部克服了高温过热器管屏到货滞后、顶棚管无法安装、前炉膛上部连通管安装时间紧缩、春节后人员重新组织等困难，科学管理，精心施工，攻坚克难，刷新了同类型锅炉安装时间的最短记录。2016年02月27日完成“168小时”试运行，特别是从点火冲管到168小时试运行完成仅用时11天，也创造了国内同类型机组的最短时间记录。 12.2在整套试运期间，各项经济技术指标如下： 12.2.1.机组运行平均负荷率为100.5%； 12.2.2.锅炉专业分项工程优良率100%； 12.2.3.炉膛严密性达到设计要求，运行环境清洁； 12.2.4.炉墙内衬各部位不同类型的浇注料牢固可靠，无脱落、龟裂等缺陷，表面质量良好。 12.2.5.锅炉各处膨胀均符合设计要求，导向装置，吊挂装置均达到效果。 12.2.6.锅炉各处均未发现超温现象。 十三、质量评价 #2机组及锅炉的顺利投产实现了设计、制造和安装等不同阶段的预期目标。安装质量及施工进度均受到质量监督中心站、监理部门、建设单位及其它有关部门的高度评价。机组建设质量总体评价如下： 十四、结论 超临界直流型循环流化床锅炉高效、环保，是以后锅炉炉型的发展方向，但作为新的炉型，在安装、设计和制造方面还需积累经验。我们在锅炉安装过程中，不断的尝试新的安装方法，并及时总结经验和教训，为此类工程安装提供借鉴。
编辑：兰陵王 |
|
|
