【文章內(nèi)容簡介】 ，德國 EVT 150MWe 以下容量再熱循環(huán) 流化床鍋爐技術(shù)和前美國 ABBCE 的再熱循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)。目前國家發(fā)改委組織引進了法國阿爾斯通 300MWe 循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)，希望一次性解決電力系統(tǒng)對大型發(fā)電循環(huán)流化床鍋爐的需要。根據(jù)不完全統(tǒng)計，我國已在引進循環(huán)流化床鍋爐方面花費了近兩億美元。然而，國外從來也沒有把循環(huán)流化床的設(shè)計核心技術(shù)教給中國。甚至熱力計算程序都不是源代碼。 國內(nèi)的循環(huán)流化床技術(shù)發(fā)展，應(yīng)是消化引進國外循環(huán)流化床技術(shù)和研制開發(fā)自主知識產(chǎn)權(quán)的大型循環(huán)流化床鍋爐制造技術(shù)并重，一方面消化完善引進國外循環(huán)流化床技術(shù)，使之完全適應(yīng)我國的國情，另 一方面在消化的基礎(chǔ)上找到突破口，結(jié)合自己開發(fā)工作的成果和經(jīng)驗予以創(chuàng)新，形成自己的專利技術(shù)，打破國外循環(huán)流化床技術(shù)一統(tǒng)我國大型循環(huán)流化床市場的哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 局面，建立擁有良好競爭機制大型循環(huán)流化床市場。我國循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的發(fā)展史提供的教訓(xùn)實在太多了。 循環(huán)流化床鍋爐的前景展望 循環(huán)流化床高參數(shù)化 超臨界化 循環(huán)流化床鍋爐大型化發(fā)展的一個重要的目標是開發(fā)超臨界參數(shù)循環(huán)流化床鍋爐。由于超臨界技術(shù)及大型循環(huán)流化床均是已經(jīng)掌握的技術(shù)，將二者結(jié)合形成的超臨界循環(huán)流化床鍋爐將在環(huán)保及效率上實現(xiàn)雙突破。特別是國際上及清華大學(xué) 近期的研究證明，循環(huán)流化床鍋爐及超臨界均是成熟技術(shù)，二者的結(jié)合相對技術(shù)風(fēng)險不大，然而，結(jié)合后產(chǎn)生的技術(shù)綜合了循環(huán)流化床鍋爐低成本污染控制及高供電效率兩個優(yōu)勢。因此，其商業(yè)前途十分光明，具有巨大的商業(yè)潛力，是清潔煤燃燒技術(shù)中一個異軍突起的新方案。因而極可能形成一個在 IGCC、 PFBC、 PC＋ FGD 之外的清潔煤技術(shù)新起點。超臨界循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)實現(xiàn)難度低于超臨界煤粉爐，由于燃燒室內(nèi)熱負荷低，有可能以相對簡單的本生爐垂直管方案構(gòu)成燃燒室受熱面；而且，低質(zhì)量流率帶來的低阻力降可能使其在低負荷亞臨界區(qū)具有自然循環(huán)性 質(zhì)，運行十分安全。 我國是一個燃煤大國，在電力部門需要裝備相對一批大型燃煤發(fā)電設(shè)備。常壓循環(huán)流化床燃燒技術(shù)是已經(jīng)為國際上公認的商業(yè)化程度最好的潔凈煤技術(shù)，但在達到較高的供電效率方面并未具有明顯的優(yōu)越性。超臨界CFB 作為下一代 CFB 技術(shù)，由于可以得到較高的供電效率（比目前我國發(fā)電廠平均效率 28％高出 12 個百分點），脫硫成本比 FGD 低 50％以上，而投資最多與 SPC+FGD 持平，是一種適于在中國大量推廣的燃煤發(fā)電技術(shù)。 因此一些著名的循環(huán)流化床鍋爐公司均非常關(guān)注這一方向 。法國阿爾斯通和美國福斯特惠勒均投入大量人力 物力開發(fā)大容量超臨界參數(shù)循環(huán)流化床鍋爐。特別是 2021 年三月 Foster Wheeler 公司簽訂了世界上第一臺，也是最大容量的 460MWe 超臨界循環(huán)流化床鍋爐合同 。它將安裝在波蘭南部 Lagisza 電廠。 我國近年來流化床技術(shù)發(fā)展迅速?？傔\行臺數(shù)已經(jīng)超過了世界其他地區(qū)的所有循環(huán)流化床鍋爐的總和。單臺容量從 75t/h（ ）發(fā)展到440t/h（ ）。國家發(fā)改委支持引進了 300MWe 亞臨界循環(huán)流化床鍋爐（ 17MPa）。因此我國應(yīng)盡快開展超臨界循環(huán)流化床鍋爐的研究。趁國外超臨界循環(huán)流化床 鍋爐相關(guān)專利及產(chǎn)品出現(xiàn)之前，形成我國的超臨界循環(huán)流化床鍋爐自主知識產(chǎn)權(quán)和相關(guān)專利，這樣，可以擺脫過去的反復(fù)引進的被動局面，使我國循環(huán)流化床燃燒技術(shù)實現(xiàn)跨越式發(fā)展。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 循環(huán)流化床調(diào)峰機組 循環(huán)流化床鍋爐已證明具有遠高于煤粉爐的負荷調(diào)節(jié)特性。它可以在30％ MCR 下穩(wěn)定不投油運行。冷卻型分離器循環(huán)流化床鍋爐具有頻繁調(diào)負荷的能 力。因此，我國電網(wǎng)峰谷差逐年加大，調(diào)峰循環(huán)流化床鍋爐是一個良好的解決方案。今后應(yīng)加強調(diào)峰循環(huán)流化床鍋爐的開發(fā)工作。 循環(huán)流化床熱水鍋爐 中國城鎮(zhèn)社區(qū)的快速發(fā)展，對大容量供暖鍋爐需求加大。這些燃煤 鍋爐的污染排放極難解決。燃用天然氣從經(jīng)濟到資源方面均不宜大面積推廣。循環(huán)流化床熱水鍋爐是一個良好選擇。我國新開發(fā)的116MWth 循環(huán)流化床熱水鍋爐經(jīng)石家莊市兩年運行經(jīng)驗證明了該爐在節(jié)能，環(huán)保，可靠性方面的突出優(yōu)勢?？梢宰鳛榻窈蟮闹攸c發(fā)展推廣方向。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 第 2章 鍋爐 的 總體結(jié)構(gòu) 布置 鍋爐結(jié)構(gòu) 初步選定及其 概述 循環(huán)流化床鍋爐整體結(jié)構(gòu)采用“ M”型 布置， 即分離器布置于爐膛與尾部豎井煙道之間。在爐膛底部的密相區(qū)布置有多排豎直埋管，在密相區(qū)以上至爐膛頂部的四周豎直墻上布置有膜式水冷壁。從爐膛出口出來的含塵煙氣經(jīng)過布置在爐膛與尾 部煙道之間的兩級高溫絕熱旋風(fēng)分離器后。其中的固體顆粒被分離，煙氣進入豎直煙道進而沖刷布置其中的對流受熱面，在豎直煙道至上而下依次布置有高溫對流過熱器、低溫對流過熱器、上級省煤器、上級空氣預(yù)熱器、下級省煤器、下級空氣預(yù)熱器。 在爐膛底部布風(fēng)板以上約 2m 處的前后墻上分別開有給料口和循環(huán)灰料的入口。循環(huán)流化床鍋爐的爐膛橫截面呈正方形狀 ， 為了均勻的配給二次風(fēng)。在密相區(qū)與稀相區(qū)的交界處，亦即爐膛底部傾斜墻的上方，開有兩排，共十六個二次風(fēng)口，均勻分布于四周的爐墻上。這同時有利于二次風(fēng)在爐膛內(nèi)有足夠的穿透深度。 布置于煙 道上的臥式 流過熱器 采用 分兩級布置，在兩級 過熱器 之間 設(shè)有鍋爐自制冷凝水噴水減溫 器 ，由進入鍋爐的給水來冷卻飽和蒸汽制成凝結(jié)水，回收凝結(jié)放熱量后再進入省煤器。省煤器和空氣預(yù)熱器采用兩級 交錯 配合布置，以節(jié)省受熱面，減少鋼材消耗量。 鍋爐 汽泡的正方布置 四根集中下降管，分別供水給 12 組水冷壁系統(tǒng)。汽包內(nèi)部裝設(shè) 汽水 旋風(fēng)分離器 、 二次分離用 百葉窗 分離器。 由于循環(huán)流化床鍋爐的爐膛高度要大于普通的煤粉爐鍋爐，因此采用輕而薄的管上爐墻，爐墻通過吊裝結(jié)構(gòu)掛在膜式水冷壁上。這樣的結(jié)構(gòu)既節(jié)省了鋼材，又節(jié)省了 爐墻 上的耐火材料，同時又減輕 了鍋爐與構(gòu)架的重量 采用管上爐墻 。另外，這樣的結(jié)構(gòu)還具有良好的密封性能，漏風(fēng)系數(shù)小，不容易結(jié)渣等優(yōu)點。因此采用管外爐墻與膜式水冷壁 [1]。 鍋爐總體布置見圖 21。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 11 圖 21：鍋爐總體結(jié)構(gòu)布置圖 方案論證 鍋爐的總體布置 鍋爐的總體布置既與鍋爐的參數(shù)、容 量有關(guān)，也和鍋爐用的燃料的性質(zhì)等因素有關(guān)。根據(jù)任務(wù)書所給 的 鍋爐容 量為 (75t/h)，屬于 中容量循環(huán)流化床電站 鍋爐，總體布置采用 常用的 M 形布置 ，這樣雖然鍋爐的整體高度較大，但占地面 積較小， 布置 以及 檢修尾部 受熱面 都 比較方便 ，且有較好的燃燒效率 [1]。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 氣固分離器的選取 高溫旋風(fēng)分離器是一種常用的氣固分離裝置，這種分離器相對于慣性分離器而言，具有較 高的分離效率，對于循環(huán)流化床來說更為適用。目前的循環(huán)流化床鍋爐多 采用這種分離器。另外，相對于汽（水）冷結(jié)構(gòu)的高溫旋風(fēng)分離器而言，在目前，由耐火材料制成的高溫絕熱旋風(fēng)分離器已經(jīng)具有了較為成熟的設(shè)計方法。因此采用這種氣固分離較為合適 [5] [8]。 爐膛結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計 鍋爐設(shè)計的初期必須對爐膛的基本尺寸進行設(shè)計，這些初步設(shè)計主要包括爐膛高度，橫截 面形狀，爐深，爐寬以及爐膛下部收縮部分尺寸的確定。這些設(shè)計需要綜合考慮鍋爐制造和運行時的一系列因素。設(shè)計時初步選定的鍋爐截面熱負荷和容積熱負荷，由此可以確定鍋爐的橫截面積以及爐膛的整體高度。再取爐膛的深寬比為 1： 1，這樣有利于二次風(fēng)在爐內(nèi)的均勻分布和在爐內(nèi)的穿透力度。爐膛下部收縮部分的尺寸根據(jù)初步選定的鋪角以及一次風(fēng)高度確定 [5] [8]。 水冷壁 及其爐墻形式 的選取 循環(huán)流化床鍋爐的燃燒方式?jīng)Q定了它較通常的煤粉爐來說，具有較大的高度。本次設(shè)計的鍋爐為 75t/h 的蒸汽鍋爐，在目前的電站鍋爐行業(yè)已經(jīng)屬于是小容量 鍋爐，但是其高度仍然較大。為了盡量減輕鍋爐的重量和方便鍋爐的安裝，本次設(shè)計的水冷壁采用膜式水冷壁，爐膛的爐墻采用輕而薄的管上爐墻，通過吊裝結(jié)構(gòu)掛在水冷壁上。這樣便減輕了鍋爐及其構(gòu)架的重量。與此同時可以提高爐膛的密封性能，減少了爐膛的漏風(fēng)，而且水冷壁不容結(jié)渣，也節(jié)省了爐墻上的耐火材料。 過熱器與減溫器的選取 過熱器的工作任務(wù)是把鍋爐所產(chǎn)生的飽和蒸汽過熱到一定溫度，同時在鍋爐允許的負荷波動（一般是 60%～ 70%負荷到 100%負荷）范圍內(nèi)以及工況變化（如燃料水分變化，過量空氣量變化）時保持過熱蒸汽溫度正常，其波動 范圍保持在一般規(guī)定的 177。10℃ 以內(nèi)。過熱器根據(jù)它所采用的傳熱方式分為對流過熱器、半輻射過熱器及輻射過熱器三種。對流過熱器是放在爐膛外面對流煙道里的過熱器，主要以對流傳熱方式吸收流過它的煙氣的熱量，常用于低參數(shù)及中參數(shù)鍋爐中。半輻射過熱器也稱屏式過熱器，一般放在爐膛上部出口附近，它既吸收爐膛中火焰的輻射熱，又以對流方式吸收流過它的煙氣的熱量。輻射過熱器是放在爐頂或爐墻上的過熱器，它基本上只吸收爐膛里火焰和煙氣的輻射熱，常應(yīng)用于高參數(shù)鍋爐 [1] [4]。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 因本次設(shè)計的鍋爐屬中 容量 鍋爐，所以采用兩級對流過熱器較為合理。 減溫器的作用就是冷卻蒸汽，使之溫度降低，從而保護汽輪機及過熱器的管壁不超溫。減溫器的形式有兩種，第一種是面式減溫器，其原理是將鍋爐給水的一部分通過由管子組成的傳熱面的一側(cè)，蒸汽通過另一側(cè)，用給水來冷卻蒸汽，可通過調(diào)節(jié)給水量來調(diào)節(jié)蒸汽溫度。但這種調(diào)節(jié)溫的方法所用面式減溫器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，管子彎頭有時會斷裂、漏水，運行上不夠安全可靠，同時由于減溫器熱容量大，調(diào)節(jié)汽溫時汽溫反應(yīng)遲緩。第二種是噴水減溫器，就是把水直接噴入蒸汽中以降低其溫度。這種減溫器結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，反應(yīng)又快，因此目前采用較廣 [1][4]。 所以 在兩級過熱器之間采用噴水減溫器進行減溫。但噴水減溫時，減溫水的水質(zhì)必須非常純凈，含雜質(zhì)非常少，否則會使鹽結(jié)在過熱器管中，鹽結(jié)的比較多時會使過熱器受熱面超溫而燒壞。為此采用自制冷凝水減溫方法來解決噴水減溫所用水的問題。 省煤器的選取 省煤器可分為兩種：一種是鑄鐵省煤器，優(yōu)點是不論水側(cè)或煙氣側(cè)都不太怕腐蝕，缺點是太笨重、彎頭及法蘭多，材料本身也缺乏塑性、不能隨沖擊和高壓，僅能用在壓力低于 的情況下。另一種是鋼管省煤器，因其具有結(jié)構(gòu)緊湊、造價低、能承受汽水沖擊、能承受高壓、運行可靠，固采用之 [1][4]。 空氣預(yù)熱器的選取 空氣預(yù)熱器可分為回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器和管式空氣預(yù)熱器：回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的優(yōu)點是節(jié)省鋼材、結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省場地，而且可以和鍋爐尾部其他受熱面分開布置，在布置上較方便，抗腐蝕性能好，因此在大型鍋爐中常采用；缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造機加工工作量大，對制造及安裝要求比較高。管式空氣預(yù)熱器是在我國使用很廣的一種空氣預(yù)熱器，煙氣在管中縱向流動，空氣在管外橫向流動沖刷受熱面，而且多制成 “管箱 ”形式，使制造、運輸、安裝都非常方便 [2][3]。 因本次設(shè)計的鍋爐屬中、小型電站鍋爐，應(yīng)優(yōu)先考慮制造、運輸和安裝的方便 性，所以采用管式空氣預(yù)熱器。 西昌地區(qū)的煤種情況 本次設(shè)計之前經(jīng)過多方面調(diào)查以及資料收集和文獻查閱表明， 西昌地區(qū) 屬于常壓地帶，具 有很大的含煤 面積，共探明煤炭資源 62 億噸，煤種以褐煤為主，約占 41 噸，占 2/3，其余為瘦煤，焦煤，與少量無煙煤。 因哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 14 此本次設(shè)計的設(shè)計煤種為褐煤。設(shè)計時 采用內(nèi)蒙古扎賚諾爾的代表性褐煤。 本章小結(jié) 本章根據(jù)給定的設(shè)計任務(wù)書，結(jié)合西昌地區(qū)的環(huán)境以及燃料情況，選定設(shè)計煤種；依據(jù)褐煤的燃料特性、以及所設(shè)計鍋爐的噸位和蒸汽參數(shù)等給定值，初步選定了過熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器、水冷壁等受熱面 的型式和布置方式；因為燃燒方式為循環(huán)流化床燃燒，本次設(shè)計的鍋爐受用最常用的“ M”型布置。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 15 第 3章 熱力計算 鍋爐規(guī)范、輔助計算及熱平衡計算 基本參數(shù) 1． 鍋爐額定蒸發(fā)量： (75t/h) 2． 過熱器出口 蒸 汽壓力： p= 3． 過熱器出口蒸汽溫度： tgr =450℃ 4． 給水溫度： 20℃ 5． 給水壓力： 6． 排污率： pw? =5% 7． 排煙溫度： ? py =140℃ 8． 冷空氣溫度：lkt=30℃ 煤種及燃料特性 1． 燃料名稱： 褐煤（采用內(nèi)蒙古扎賚諾爾的代表性褐煤） 2． 煤的應(yīng)用基成分 ： ① 碳 ：arC=% ② 氫 ：arH=% ③ 氧 ：arO=% ④ 氮 ：arN=% ⑤ 硫 ：arS=% ⑥ 灰分 ：arA=% ⑦ 水分 ：arM=% 3． 煤的干燥器無灰基揮發(fā)分 ： dafV =9% 4． 燃料 低 位發(fā)熱量： = 輔助計算 1． 燃燒產(chǎn)物容積計算 ： 煤完全燃燒（ ? =1）時理論空氣量及燃燒產(chǎn)物容積計算見表 31（以1kg 燃 料為準）。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 16 表 31 燃料產(chǎn)物的計算 序號 名稱 符號 單位 計算公式或來源 結(jié)果 1 理論空容 積 Vok m3/kg ararararK