600MW超临界循环流化床锅炉的设计初探

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摘?要 本文以笔者实际经验为出发点，对600 MW超临界循环流化床锅炉设计的关键问题及总体布局进行具体分析与探讨，以确保600 MW超临界循环流化床锅炉的可靠、稳定运行，体现应有价值。

关键词 600 MW超临界；循环流化床；锅炉；设计；技术

中图分类号 TK229 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)062-0099-01

在商业化发展进程中，循环流化床锅炉凭借其良好的环境排放优势，有效控制污染成本，取得了良好的应用效果。但是在供电效率方面，仍具有一定发展空间有待挖掘。当前，随着我国能源供应的日益紧张，如何保障蒸汽温度与压力，同时加大容量，已成为值得思考的话题。因此，通过循环流化床与超临界技术的有机融合，将更好地实现低污染、高供电率优势，在我国低碳经济背景下的推广将更具意义，成为新一代洁净化、高效化的煤发电技术。

1 超临界循环流化床锅炉的关键技术

1.1 支持大容量模式发展

如果锅炉的尺寸有所增加，那么在炉膛内的体积加大速度将大于周围水冷壁的换热面，此时换热面的面积将表现出一定弊端，虽然只要提高炉膛的高度，就可以避免这一问题的发生，但是对于600 MW的大型循环流化床锅炉来说，仅仅提高炉膛内的高度，明显不适用。即使增加了炉膛内的高度，也仅仅提高了固体浓度相对较低的顶部高度，那么对炉膛高度将提出更高要求。以实际情况为出发点，如果能够在炉外的固体颗粒循环线路中安装一个“外置式换热器”，可将温度较高的循环物流入到低速流化床的受热面，就可实现热交换过程，既可保障炉膛中的传热面积，也可合理控制炉膛内的温度。

对于大型循环流化床锅炉来说，如果其底部采用单炉膛的结构形式，可能由于尺寸较小，造成左右墙与前后墙之间的水冷壁距离过大，二次风难以到达炉膛的中心位置，此时炉膛中的燃烧过程将难以控制，可能引发污染。因此，为了解决这一问题，考虑在炉膛的底部位置，划分两个分别独立的流化区，通过调整其深度，以解决存在的各种问题，将循环流化床锅炉中高浓度区的二次风送达到炉膛的中心位置。

1.2 蒸汽参数锅炉受热面的优化

在超临界循环流化床锅炉中，处于省煤器出口位置的工质已经有所加热，而在水冷壁中，工质将持续加热，温度不断上升，因此可以说炉膛就是一个大型过热器装置。随着循环流化床锅炉容量的不断增加，其中给水温度、给水压力以及主蒸汽等也有所提高，由于压力与温度发生变化，那么给水的加热过程中，热量所占比例也发生了变化；如果蒸汽的参数有所提高，那么过热吸热也有所提高。因此，可以考虑在“外置式换热器”中加设换热面，可发挥过热器的作用。

1.3 变负荷运行

在超临界循环流化床设计过程中，应着重锅炉运行的方式。在超临界的前提下，锅炉主要通过定压及滑压两种方式运行。一般情况下，如果处于低负荷运行状态，则滑压方式更具优势。其一，蒸汽温度如果发生了负荷变化，可以在滑压状态保持恒定性，此时汽轮机中的热应力有所降低；同时由于负荷偏低，蒸汽压力水平也随之减小，进而确保汽轮机的正常使用；其二，在低负荷运行的前提下，蒸汽的压力有所降低，在再热器以及过热器中的分配得以充分优化；其三，在滑压运行状态下，可实现外部管道阀门的简便操作，启动过程简化，同时也可提高电厂热效率水平。

2 600 MW超临界循环流化床锅炉的设计布置

2.1 锅炉汽水系统

在600 MW超临界循环流化床锅炉的给水设计中，在锅炉前方的右侧位置，给水进入到尾部的竖井位置，再进入烟道下部省煤器的集箱。在这一过程中，给水的流动经过了省煤器的受热面并吸收一定热量，在省煤器的出口集箱中，通过右端流出。当锅炉进入直流运行状态时，所有的工质都会利用汽水分离器进入到入口烟道中，再通过连接管引入高温过热器与外置式换热器；再热蒸汽通过汽轮机的高压缸抽取出来，以连接管进入到尾部的烟道中，通过低温再热器的入口集箱；有关再热蒸汽的温度，可以利用外置换热器流经的灰量实行调节，同时可以在低温再热器的出口管道位置设置一个再热器，以在事故状态下实现优化调节

目标。

2.2 烟风系统

在一次风机与二次风机中，将一次风和二次风送入到炉膛中，其他风的应用则来自高压流化风机。有关烟风系统的应用，具体分析如下：

1）一次风系统。在一次风机系统中，空气出来后主要分为以下两路：①经过暖通器和一次风空气预热器的加热作用，将流化风、燃烧用风等送入到水冷风室，并在该回路中设置风道点火器；②没有经过预热的一次风，也可以通过外置式换热器，送入到炉膛的灰道中。同时，在一次风机的出口位置以及床下点火风道之间，布置一次风的快冷风道，在停炉状态下，可以保持炉膛的迅速冷却。

2）二次风系统。在二次风机出来之后的空气，可以划分为以下三路：①没有经过预热的冷二次风，应用于回料阀中的给煤机；②经过二次风空气预热器、暖风器等加热的二次风，又可分为两层分别进入到炉膛的外侧与内侧，发挥燃烧及调整作用；③一部分热二次风经过空气预热器，作为给煤点的吹扫风，可以避免出现给煤堵塞现象。

3）高压风系统。在高压风系统中，可以通过对挡板的调节，保障各个支路所需要的风量大小。

4）烟气系统。在炉膛燃烧过程中，产生大量的烟气，同时随着灰粒进入到旋风分离器中。大多数的灰粒会被分离，并通过回料器再次进入到炉膛中。

2.3 给煤系统

在600 MW超临界循环流化床锅炉中，以回料器作为给煤设备，在回料器到炉膛的返料部位设置给煤点，以此促进煤粒子的混合以及预热作用，更利于实现煤的充分燃烧。对于埋刮板式的给煤机来说，分别在三个回料器的给煤口位置设置出煤口，利用落煤管和给煤装置相连接，在每条给煤线路中，设置可以旋转的给料器，以适当优化给煤量。另外，在每个落煤管中，还应设置电动闸板阀，如果系统出现断煤现象或者煤管温度过高，则可迅速关断设备，减少故障发生可能性。

由上可见，当前循环流化床锅炉正朝向超临界、大容量方向发展，通过应用600 MW超临界循环流化床锅炉，将具有广泛的发展前景。我国高硫煤在整个煤种中约占10%左右，如果采取煤粉炉与烟气脱硫的方式实现燃用高硫煤过程，将极大提高成本；经国内外成功应用经验表明，采取循环流化床对高硫煤进行处理，将更具合理性、经济性。因此，600 MW超临界循环流化床锅炉将在我国未来燃煤电厂发展中具有广泛前景。

参考文献

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