220t锅炉设计说明书.doc

工厂标准四川川锅锅炉有限责任公司编号代替第 22 页 共 22 页220t/h循环床锅炉设计说明书 标记 目录（一）、序言3（二）、“水冷旋风分离器”的简要介绍：4（三）、220t/hcfb锅炉设计条件6（1）设计煤种6（2）、地质条件7（四）、220t/hcfb锅炉主要技术参数7、锅炉技术规范7、锅炉基本尺寸7、燃煤粒度及点火用油8、石灰石8、锅炉给水和蒸汽品质8（五）、220t/hcfb循环床锅炉特点8、采用全膜式壁结构8、采用布置了两个“水冷旋风分离器”9、过热器的布置9、床下点火9、特殊的回灰系统10(6)、固定膨胀中心10(7)、有效的防磨措施10(8)、非机械的风播煤结构11（六）、220t/hcfb锅炉主要结构介绍11、总体布置11、锅筒及内部装置12、炉膛13、分离器14、过热器系统14、省煤器15、空气预热器15、锅炉范围内管道16、燃烧设备16（七）、石灰石脱硫17（八）、锅炉岛辅助设备18、煤、灰、石灰石系统18、排渣系统19、送、引风系统19、风量测量20、仪表20、特殊的防磨材料21（一）、序言循环流化床锅炉是八十年代发展起来的新一代燃煤流化床锅炉，具有高效率、低污染和和良好的综合利用特点。我国是一个以煤为主的能耗大国，发展具有中国特色的循环流化床锅炉并实现大型化具有重要的意义。循环流化床锅炉是从鼓泡床沸腾炉发展起来的。它采用了比鼓泡床更高的流化速度，故不再象鼓泡床一样有一个明显的床面。大量物料被烟气夹带到炉膛上部，经过布置于炉膛出口处的分离器，将物料烟气分离，并通过一种非机械式密封的回送机构将物料重新送回床内，这就是循环床的基本原理。循环流化床和鼓泡床一样，具有很大的热容量，及床内物料混合良好，对燃料适应性强，包括各种劣质燃料都能很好运行。由于流化床中强烈湍流混合和循环，增加了停留时间，因此比鼓泡床有更高的燃烧效率；流化床锅炉通常运行操作温度在850950，在床中加入石灰石或脱硫剂，可以使so2排放量大大降低；并且由于采用低温、分段送风燃烧，使燃烧始终在低过量空气系数下进行，从而大大抑制了nox的生成和排放。循环流化床与鼓泡床的本质差别在于二者在循环量上的差异带来床物料平均粒度不同，因而造成燃烧份额分配关系的不同。循环床应当是循环量适中、循环物料颗粒较细、下部密相区燃烧分额相对较低的一种运行状态。物料循环量的大小受燃料粒度、燃料成灰特性、燃烧室风速、排灰系统的设置、分离器的分级分离效率、物料回送系统的性能等诸多因素影响。其中，分离器的分级分离效率是首要因素。 （二）、“水冷旋风分离器”的简要介绍：循环流化床锅炉分离器是一个十分重要的装置，它直接影响着整个循环流化床锅炉的结构布置和运行性能。按分离器不同工作温度分类，循环流化床锅炉可大致分成如下几种型式：高温分离循环流化床锅炉；中温分离循环流化床锅炉；低温分离循环流化床锅炉；组合分离循环流化床锅炉。在近年的理论研究和实践证明，中、低温分离及组合分离炉型由于回灰温度较低，燃烧效率低，以及磨损问题不好解决等因素，目前在新建项目中很少使用，只有在锅炉改造项目上由于场地、原锅炉结构等原因，偶有应用。高温分离循环流化床锅炉是目前应用最广泛的炉型，ahlstrom 公司的pyroflow 循环流化床锅炉，lurgi/ce的循环流化床锅炉、foster wheeler 公司、tempella公司、battelle/riley公司等的产品均采用高温分离的型式。芬兰的ahlstrom 和德国的lurgi均采用绝热旋风筒，分离器入口烟温在850-870，优点是分离效率高，锅炉燃烧效率高；缺点是体积庞大，密封和膨胀系统复杂、内衬厚（400mm左右）、耐火材料及砌筑要求高、耐火材料费用大、费用高、启动时间长、运行中易出现故障。特别是在燃用后燃性较强的煤种时，旋风筒内温度可能比炉膛温度更高，易引起旋风筒内超温而结焦。这些问题在我国实际生产条件下显得更为突出。针对绝热旋风筒所存在的问题，美国 foster wheleer 公司开发了汽冷旋风分离器。其汽冷旋风筒可以吸收一部分热量，分离器内物料温度不会上升，还有一点下降，较好地解决了旋风筒内的结焦问题。但由于采用汽冷会导致过热蒸气系统阻力增加，再者耐热钢销钉和管子的焊接稳定性也存在问题。由于上述原因，四川川锅锅炉有限责任公司和中国科学院热物理研究所于1998年开始在绝热旋风分离和汽冷旋风分离的基础上联合开发了水冷旋风分离循环流化床锅炉，并于1999年申请了国家专利（2000年8月获得了专利证书 专利号: zl 99 2 43392.4）。由于水冷旋风分离器保留了高温旋风分离分离效率高的优点，解决了分离器内结焦、炉墙开裂、漏烟等问题，使分离器能长期高效、稳定运行。因而配置水冷旋风分离器的锅炉具有燃烧效率高、热效率高、耐磨性好、运行稳定、负荷调节灵敏和不结焦等优点。该分离器是由管子加扁钢焊成膜式壁，内壁密布销钉，再浇注60mm厚的防磨内衬构成。旋风筒的外壁仅需按常规膜式水冷壁的保温结构既可。它与耐火砖加钢板外壳的热分离器相比，除具有很高的分离效率外，耐火材料大大减少，由300400mm降至60 mm降低了维护费用，同时锅炉的启动不受耐火材料升温的限制，负荷调节快捷，冷态启动由 8小时缩短到46小时，节省燃油。由于耐火材料得到可靠的冷却，在配合适当的流速下，磨损的问题也得到了解决。旋风筒外壁按常规保温后，水冷分离器外壁表面温度由常规热旋风筒的121降至50左右，辐射热损失少，提高了锅炉效率，降低了运行成本。 水冷分离器的循环回路采用自然循环，因此其壁温和炉膛水冷壁相同，而又都是悬吊结构，膨胀差值很小（因吊点标高不一样产生的差值）。密封更为可靠。由于旋风筒有水冷却，对其在分离器内出现的二次燃烧起着冷却作用而避免结渣与堵灰。配用这种分离器的循环流化床锅炉，由于具有燃烧效率高，热效率高，耐磨性好，运行稳定，负荷调节灵敏，不结渣的优良品质，且燃料的适应性也广 。 旋风分离器尺寸是经大量实验验证过的优化设计，烟气切向进入分离器产生旋流，使绝大部分灰粒子被分离，下落到“j”阀回料器形成循环灰。 由于水冷旋风分离器分离效率高，烟气中灰粒子的粒径大大的降低而减轻了对对流受热面的磨损，加之在设计时又选取了较合理的烟气流速，因此较好地解决了对流受热面的磨损问题。 （三）、220t/hcfb锅炉设计条件（1）设计燃料能满足纯烧煤以及三台锅炉平均掺烧废气（焦化炉煤气+电石炉炉气）要求。项 目设计煤种（元素分析）应用基碳：cy54.65%应用基氢：hy3.50%应用基氧：oy10.26%应用基氮：ny0.87%应用基硫：sy0.41%应用基灰：ay26.39%应用基水分：wy3.92%应用基挥发分：vy28.18%应用基发热量：qy21860kj/kg(高位热值)（2）、地质条件地震裂度7度设防场地类别类（四）、220t/hcfb锅炉主要技术参数、锅炉技术规范额定蒸发量220t/h额定蒸汽压力9.81mpa额定蒸汽温度540给水温度170空预器进风温度25排烟温度136锅炉设计效率89.5%设计脱硫效率80%、锅炉基本尺寸锅筒中心标高42830mm锅炉高度（顶板标高）47500mm锅炉宽度（柱中心线）22350mm锅炉深度（柱中心线）22660mm、燃煤粒度及点火用油锅炉按照烟煤设计。锅炉点火启动和负荷低于30%额定负荷时投用轻柴油。燃料入炉粒度：010mm；平均粒径d50约1.8 mm，其中小于1mm占30-40%，小于0.10mm的不大于10%。、石灰石石灰石入炉粒度：01mm,平均粒径d50约0.45mm。、锅炉给水和蒸汽品质符合gb/t12145-1999火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量标准要求。（五）、220t/hcfb循环床锅炉特点220t/ h高温水冷旋风分离器循环床锅炉主要特点如下：、采用全膜式壁结构锅炉的炉膛（包括水冷布风板）、分离器均采用了膜式壁结构，因此锅炉的膨胀、密封得到了很好的解决。后墙水冷壁向内弯曲构成水冷布风板，与两侧墙、前墙组成水冷风室，为床下点火提供必然条件；水冷风室均为膜式壁结构，焊为一体，整体向下膨胀，易于密封，耐火衬里薄，便于维修。、采用布置了两个“水冷旋风分离器”该分离器由膜式水冷壁加高温防磨内衬组成，既解决了膨胀密封问题，又使得分离器的维修十分方便；锅炉启动不受耐火材料的限制，负荷调节快，冷启动时间时间短；分离器外部按常规保温后，壁温低于50，热损失少；有水冷却，在燃用不易燃烬的燃料时，对于分离器里可能出现的二次燃烧起冷却作用，避免结焦。、过热器的布置按成熟的高温高压循环床锅炉布置：炉内布置屏式过热器，包墙过热器，高低温过热器布置在分离器之后的锅炉尾部烟道内。选取合适的烟气流速，并采用成熟可靠的防磨措施，满足运行等要求。过热器面积布置适中，同时辅以两级给水喷水减温，能满足锅炉负荷大范围变动时蒸汽参数保持稳定。高温过热器低温段材质为12cr1mov/高温段为t91；屏式过热器材质为低温过热器材质为12cr1mov ；低温过热器低温段20g/高温段为12cr1mov。、床下点火由于采用了水冷风室及水冷布风板，为床下点火创造了条件。该炉采用床下热烟气发生器点火。点火用油在热烟气发生器内筒燃烧，产生高温烟气，与夹套内的冷却风充分混合成850左右热烟气，经过布风板，在沸腾状态下加热物料。因此，该点火方式具有热量交换充分、点火升温快、油耗量低、点火劳动强度低、成功率高等特点。点火采用一次风，结构简单。、特殊的回灰系统本炉型采用高流率、小风量的自平衡j型回灰阀。回灰系统由分离器灰斗、料腿、j型阀构成，高压风多点布置，保证可靠回料，回料量大，负荷适应范围广，回料系统没有任何运动部件，完全消除了高温条件下易发的机械故障，运行操作简单可靠。回灰阀的松动风采用高压风（单独的萝茨风机配风），运行操作方便、安全可靠。(6)、固定膨胀中心本次设计借鉴大容量锅炉固定膨胀中心的方法，采用了刚性平台固定中心。实践证明，锅炉按预定方向膨胀，利于密封。给煤机口及顶部一、二次密封采用新型结构，炉膛四周密封，密封填块由工厂预焊，减少工地工作量。(7)、有效的防磨措施循环流化床锅炉的磨损是影响锅炉连续经济运行的重要因素之一，在炉膛燃烧室、“水冷旋风分离器”内等膜式壁部分采用焊密集销钉+特殊的高温耐磨浇注料进行防磨处理；对流受热面采用合适的烟速、加防磨盖板等有效措施；对穿墙等处和某些局部均采取特殊防磨措施。(8)、非机械的风播煤结构采用高速风播煤，解决了正压给煤的密封问题，同时又能将煤播散开，使给煤非常均匀。（六）、220t/hcfb锅炉主要结构介绍、总体布置锅炉采用单锅筒横置式自然循环、“水冷旋风分离器”、膜式壁炉膛前吊后支、全钢架型结构。循环床锅炉燃烧室内飞灰浓度较高，炉室要良好的密封和防磨，本炉采用膜式壁结构。锅炉燃料所需空气分别由一、二次风机提供，一次风机送出来的风经过一次风空气预热器预热后，由左右两侧风道引入水冷风室中，通过安装在水冷布风板上的风帽，进入燃烧室；二次风经过管式空预器预热后由二次风口进入炉膛，补充空气与之扰动混合，为保证二次风充分到达炉膛，本炉采用炉膛前后墙分别进风结构。燃煤在炉膛内燃烧产生大量烟气和飞灰，烟气携带大量未燃烬碳粒子在炉膛上部进一步燃烧放热后，进入“水冷旋风分离器”中，烟气和物料分离，被分离出来的物料经过料斗、料腿、j型阀再返回炉膛，实现循环燃烧。经分离器后的“洁净”烟气经转向室、包墙、高温过热器、低温过热器、高温省煤器、低温省煤器、一、二次风空气预热器后由尾部烟道排出。燃煤经燃烧后所产生的大渣由炉底排渣管排出，进入冷渣器将渣冷却至200以下，干排渣。锅炉给水经给水混合集箱，由省煤器加热后进入锅筒，锅筒内的饱和水由集中下降管、分配管分别进入炉膛水冷壁下集箱、水冷屏下集箱以及水冷旋风分离器下部环形集箱，被加热成汽水混合物，随后经各自的上部出口集箱，通过汽水引出管进入锅筒。饱和水及饱和蒸汽混合物在锅筒内经汽水分离装置分离后，饱和蒸汽通过引入管进入位于尾部竖井内包墙过热器、低温过热器，经过一级喷水减温器后，进入布置在炉膛内的屏式过热器、尾部的二级过热器热段，进入二级喷水减温器后，进入高温过热器，加热到额定参数后进入集汽集箱，最后从主汽阀至主蒸汽管道。、锅筒及内部装置锅筒内径为1600mm，壁厚为100mm，材料为19mn6。锅筒正常水位在锅筒中心线以下180mm，最高水位和最低水位离正常水位各50mm。锅筒内布置有旋风分离器、梯形波形板分离器、清洗孔板和顶部多孔板等内部设备，它们的作用在于充分保证汽水分离，平衡锅筒蒸汽负荷，以保证蒸汽品质。锅筒内装有46只直径为315mm的旋风分离器，分前后两排沿锅筒筒身全长布置。旋风分离器分组装配，这样可以保证旋风筒负荷均匀，获得较好的分离效果。汽水混合物从切向进入旋风分离器，在筒内旋转流动，由于离心力的作用，水滴被甩向四周筒壁沿壁下流，而蒸汽则在筒内向上流动，在上升过程中同时进行重力分离，分离出的水在筒底经导叶盘平稳地流入水空间。为防止水由四壁向上旋转流动时混入蒸汽流中，在旋风筒顶部加装一溢水槽，水可以经过溢水槽流到筒外。蒸汽在旋风分离器内向上流动，经过梯形波形板分离器。经过旋风分离器粗分离后的蒸汽，进入清洗装置，被省煤器来的全部给水清洗，籍以降低蒸汽中携带的盐份和硅酸根含量。经过清洗后的蒸汽，在汽空间又经过一次重力分离，然后经过顶部百叶窗和多孔板，再一次分离水滴，蒸汽被引出锅筒进入过热器，为防止蒸汽高速抽出，再引出处装有阻汽挡板。由于采用了大口径集中下降管，为防止下水管入口处产生旋涡，在下降管入口处有栅格板。此外，为保证蒸汽品质良好，在锅筒内部还装有磷酸盐加药管、连续排污管和紧急放水管等。锅筒采用两组吊箍吊架，悬吊于顶板梁上，对称布置在锅筒两端。、炉膛炉膛由膜式水冷壁构成，截面5640mm10200mm，管子为515mm，材料20g，节距为80mm，净空高约33.5m。前后墙在炉膛下部收缩形成锥形炉底，前墙水冷壁向后弯，与两侧水冷壁共同形成水冷布风板和风室。布风板面积约28m2。布风板上部流速设计值约4.5m/s，以保证较大颗粒亦能处于良好流化状态。在布风板的鳍片上装有耐热铸钢件风帽，该风帽为钟罩型风帽，对布风均匀性、排渣通畅、减轻磨损、防止漏渣有很大好处。炉膛的沸腾四周7.5m高度范围是本炉磨损最严重的部位之一，在此区域水冷壁焊有密排销钉，并涂敷有特殊高温耐磨浇注料。主燃烧室工作温度870970，由于烟气携带大量循环物料，其热容量很大，故整个炉膛温度较均匀。、分离器本炉布置有两个“高温水冷旋风分离器”，分离器内径为5200mm，膜式壁结构。炉膛后墙一部分向后弯制形成分离器入口段，分离器入口处设有膨胀节，分离器出口和回料管上均设有膨胀节，回料管采用高温防耐磨浇注料做内衬。如何解决好炉膛沸腾层、分离器及回灰系统的运行寿命，是本炉的重点。本次设计在炉膛沸腾层、分离器内焊有密排销钉，并浇注特种耐磨注料，实践证明它是既经济又有效的防磨措施。该耐磨浇注料的选用根据结构及运行特点等具体情况，采用优质产品，要求在材料特性、骨料性质、粒径分布、结合剂以及施工、保养等方面都要满足国家有关行业标准。、过热器系统锅炉采用辐射和对流相结合，并配以两级喷水减温的过热器系统。由包墙管、低温过热器、屏式过热器、高温过热器及喷水减温系统组成。饱和蒸汽从锅筒至侧包墙上集箱，通过侧包墙管，进入前侧包墙管，再进入顶棚管入口集箱，通过后包墙管，进入后包墙管下集箱；前包墙下集箱与侧包墙下集箱通过直角弯头联接，后包墙与侧包墙、前侧包墙相焊，形成一个整体；后包墙管上部向前弯曲形成尾部竖井烟道的顶棚。因此这对锅炉膨胀、密封十分有利。过热蒸汽从后包墙下集箱进入低温过热器管束；低温过热器布置在尾部竖井中，由两级构成，管子规格为324，材质低温段为20g /高温段12cr1mov，光管顺列布置。为减少磨损，一方面控制烟速避免过高，另一方面加盖有材质为1cr13的防磨盖、压板及防磨瓦，对局部也作了相应的处理。过热蒸汽从低温过热器出来通过一级喷水减温器调节后进入布置在炉膛前上方的屏式过热器，屏式过热器由膜式壁构成，管子规格为385，材质为12cr1mov，共7屏。蒸汽由下向上运动，进入高温过热器低温段，经过二级喷水减温器后，进入高温过热器高温段，高温过热器为三管圈顺列布置，管子规格为425，低温段材质为12cr1mov /高温段材质为t91；在前排加盖1cr20ni14si2的防磨盖板。蒸汽加热到额定参数后引入集汽集箱。、省煤器尾部竖井烟道过热器后设有两级省煤器，均采用324，材质为20g，省煤器为光管错列布置，并辅以成熟有效的防磨措施，以保证运行寿命。两组省煤器之间留有1500mm间隙，便于检修，省煤器进出口集箱位于尾部竖井两侧。、空气预热器在省煤器后布置了卧式管式空气预热器用来加热一、二次风，一二次风空气预热器采用四流程交叉布置。一次热风温度约为205，二次热风温度约210。空气预热器管子选用512mm，材质均为q235-a.f/低温段为10crnicup（考登钢）。每组流程之间留有一定间隙，便于检修和更换。、锅炉范围内管道锅炉为单母管给水，给水母管首先引入给水操作台，通过操作台实现对锅炉给水的调节和控制。给水操作台分别为三个管道：dn175、dn100、dn50，分别为50-100%、30-50%额定负荷及上水等用。给水通过给水操作台进入省煤器。锅筒装有各种监督、控制装置，如各种水位表、水位自动控制装置、压力表、紧急放水管、加药管、连续排污管等。所有水冷壁下集箱、集中下降管设有定期排污。锅筒装有两套全量型弹簧安全阀，过热器集汽集箱装有一套全量型弹簧安全阀。集汽集箱上还装有升火排汽管路、反冲洗管路、蔬水等管路。减温器和集汽集箱上均设有读数用和自控用热电偶的插座（规格均为m332），在锅炉各最高点装有排放空气的阀门，最低点有排污阀或疏水阀。为了监督给水、炉水和蒸汽品质，装设了给水、炉水、饱和蒸汽和过热蒸汽取样装置及冷却装置。所供排污、疏放水、加药等管道供至炉底标高1000mm，取样管道供至标高8000mm，其余管道均供至管接头或法兰外1m处，余下的管道等由设计单位统一布置，用户自理。在锅筒和省煤器进水管之间装有再循环管，供锅炉升火时保护省煤器之用。、燃烧设备本炉燃烧设备主要由给煤装置（给煤机不供货）、布风装置、二次风装置、飞灰循环装置、点火装置等组成。在炉前布置有四套给煤装置，采用异径三通，将溜煤管、播煤风管有机地结合起来，利于密封。燃烧室一次风占总风量的50%，由左右两侧风道引入炉前水冷壁室中。风室与水冷壁直接相连，并随膜式壁一起胀缩，利于密封。风帽安装在底部水冷布风板鳍片上，风帽采用种罩型风帽。本炉设置有3根219排渣管。两根作正常排渣用，其余作事故排渣用。为保证燃烧始终在低过量空气系数下进行，以抑制nox的生成，本炉采用分段送风。二次风占总风量的50%，通过二次风管分别送入燃烧室。播煤风管连接在每个给煤机入口，并配有简易风门，以便根据给煤机的使用情况控制入口风量，二次风通过燃烧床前后墙分两层布置，共16根风管（标高7500mm、11300mm）进入炉膛，运行时可调节一、二次风比来适应煤种和负荷变化需要。回灰系统是本炉的关键设备之一。本炉设有两个回料器，分别由水冷灰斗、料腿、j型阀、布风床构成。水冷灰斗由分离器水冷壁收缩而成。回料腿为圆柱形，悬吊在水冷灰斗上，采用双层结构，保证密封。j型阀为一高流率、小风量自平衡回灰阀，将循环物料由炉膛后墙送入燃烧室。j型阀与料腿之间设有膨胀节。本次设计采用水冷布风板和水冷风室，为床下点火创造了条件。本炉设有两个热烟气发生室，作为点火热源。由于整个加热启动过程均在流态化下进行，热量是从布风板下均匀送入料层，不会引起低温和高温结焦。床下油点火方式具有耗油省、启动快、成功率高、环境卫生好、工人劳动强度低等优点。（七）、石灰石脱硫石灰石系统由设计单位设计，可采用气力输送，由炉膛前墙喷入炉内，实现炉内脱硫。石灰石的量根据尾部so2浓度的监测而变化。（八）、锅炉岛辅助设备锅炉辅助设备是锅炉岛内配合锅炉本体工作的设备。实践证明：锅炉能否安全经济运行，在很大程度上取决于这些辅助设备的情况。循环流化床锅炉是我国近十年来发展起来的新技术，与之配套的辅助设备则起步较晚，而循环流化床锅炉与常规的锅炉相比较，燃烧方式不同。因此循环流化床锅炉燃烧辅助设备十分重要。、煤、灰、石灰石系统循环流化床锅炉运行的关键在于建立稳定的物料循环，大量的循环物料起传质和传热作用，从而使炉膛上下温度梯度减少，增大了负荷调节范围。循环物料主要由燃料中的灰、脱硫添加剂石灰石。煤系统，要求入炉煤粒度为010mm，根据煤的挥发份，灰份不同，其应有一定粒度级分配，以保证燃料中灰份大都成为可参与循环的物料，一般应采用两级破碎系统，使用环锤式破碎机。挥发份低，灰份低的煤，1mm的比例应高一些。石灰石系统，为了达到良好的脱硫效果，需添加石灰石作为脱硫剂。石灰石既用于脱硫又起循环物料作用，要求石灰石粒径大都应为01mm，其中小于0.1mm不大于10%，平均粒径d50约0.45mm，大于1mm不超过15%。循环床燃烧温度区间内石灰石脱硫是扩散反应，如石灰石粒径太大，比表面积大，脱硫反应不充分，颗粒扬析率也低，不能起到循环物料作用，若颗粒太小，则在床内停留时间太短，效果也差。灰系统（炉前适当位置可设灰仓作为启动用、该系统均由设计单位考虑）可由炉渣破碎或节选成05mm粒度。点火需素灰通过灰仓，直接向床内给料，以减轻人工辅设底料劳动强度。如果燃煤品种或粒径发生改变时，灰仓里的灰还可以跟踪调节负荷。、排渣系统为使锅炉稳定运行，必须保证床内料层厚度，要求锅炉排渣少排，勤排。并尽量采用连续排渣。为了减轻司炉工劳动强度，改善工作环境，应配置冷渣器。冷渣介质一般是水、风或者两者混合使用。、送、引