13053炉的改进设计及其应用效果

130/5.3炉的改进设计及其应用效果文／张洪(宁波热电股份有限公司浙江宁波315800)[摘要]本文通过对我公司前后二代130/5.3炉结合生产实际的改进设计提出了良好的参考意见，为锅炉厂实施高效能地改进设计打下了良好地基础。第二代改进设计炉的实际运行结果说明，取得了相当满意的效果，为以后类似问题的解决提供了一定的思路。关健词设计生产实际改进设计效果显前言“锅炉是门艺术而决非简单的技术”。不记得这句话是那位大师所言，反正几年来的生产实践对这句话确有验证。由于对锅炉设计数模的影响因素不仅多，而且至今尤其是CFB炉型还不是十分成熟。因此，锅炉厂设计出的产品，尤其是首台投入商业化运行的CFBB，一般来说问题都不会少。如果仅简单地再从设计室到设计室对其进行改善，则效能将会十分低下。如果结合生产实践并融入相对应的理论分析，修改的效能将大大提高，从而获得优秀的商业化运行实绩。我公司使用的130/5.3中温次高压CFBB仅隔二年的前后二代炉的改进设计就说明了这个问题。二、炉型介绍及改进前设计炉的特点我公司使用的130/5.3是次高压中温循环流化床锅炉。主参数设计为：主汽流量130t/h、主汽温度450℃、主汽压力5.3Mpa。该炉型的布置特点为：单锅筒,自然循环,集中下降管,冂型布置的燃煤单级高温分离循环的循环流化床锅炉，采用半露天布置。锅炉由一个膜式水冷壁炉膛；两个蜗壳式汽冷旋风分离器；上部由一个汽包墙包覆和下部由竖井烟道组成。在炉膛内部无任何附加受热面。在尾部竖井里布置有高、低温过热器以及省煤器。该炉型在宁波热电的使用曾分前后二代，在此，我们将前一代把它称之为改进前设计炉，后一代把它称之为改进后设计炉。改进前设计炉的特点是：1、出力充足，锅炉通常出力均可达到150t/h，甚至以上，最大出力甚至能达到180t/h；2、负荷建立快，其从冷态至满负荷仅需24小时以内；3、低温过热器严重超温，蒸汽的低温过热器出口温度最高曾达到450℃甚至以上；4、风室漏渣严重；5、排烟温度过高；6、竖井烟道受热面，尤其是高、低温过热器积灰严重。从理论上来讲，改进前设计炉炉膛受热面布置充足、分离及循环系统设置高效，但低温过热器受热面布置过足、高低温过热器受热面烟速过低、竖井加热受热面布置不足、流化床风帽结构不良。因此，需要在设计中改进的参数显然是尾部受热面的面积布置和尾部受热面的烟速设计以及流化风帽的风帽结构设计。三、设计的改进（一）、锅炉尾部烟道烟速选取的改进改进前设计炉尾部烟道烟速的设计选取为（m/s）（表一）：项目炉膛高过低过高省低省空预器流速4.578.87.616.576.67.52从实际运行一段时期后的炉内检查结果来看，改进前设计炉从烟速角度上的防磨做得应该说是很成功的。但是，另一个问题却出现得比较明显，那就是竖井烟道的积灰问题，尢以高低过严重。竖井烟道严重的积灰使当时排烟温度一度曾高达近220℃（装吹灰器后大为改善）。受热面的积灰除与烟速有关系外，从煤种角度上而言，还与灰细度、煤灰的成灰特性等因素有关系。为此，当时我们曾对一家热电厂相应炉型的受热面作过考查，至少这家热电厂相应炉型的竖井烟道烟气流速要远高于我炉，据介绍要达到12m/s甚至以上。但直观上而言，其比我炉型的竖井烟道受热面和积灰还要严重。因此，虽然根本上的措施还是烟速，但却需结合自己的用煤甚至炉型等情况，最后在积灰与抗磨损之间找到一个最为合理的烟速数据和结果。炉内的检查发现，空预器处的烟速设计最为合理。因为空预器管面上的积灰是很浮的，也说是说，空预器的表面有灰、有一屋薄薄的浮灰。这一现象说明，流经空预器的烟速当是一个既不会使受热面积灰、又不会使受热面发生磨损的合理值。130/5.3改进前设计炉设计参数与运行烟温参数对照表（表二）：烟温℃高过进口低过进口高省进口低省进口空预器进口省煤温差排烟温度空预温差设计值840661541345245296134111运行值807702604460277327160117根据以上数据得各受热面的平均烟温如下：空预器实际的平均温度：（277＋160）/2＝218.5高过：（807+702）/2＝754.5；低过：（702+604）/2＝653高省：（604+460）/2＝532；低省：（460+277）/2＝368.5由于烟气温度原因，得各受热面处烟气浓度仅为空预器处烟汽浓度的比较值：高过：（218.5+273）/（754.5+273）＝1/2.09项目高过低过高省低省空预器改进前设计炉8.87.616.576.67.52改进12.5118.67.758.15低过：（218.5+273）/（653+273）＝1/1.884高省：（218.5+273）/（532+273）＝1/1.638低省：（218.5+273）/（368.5+273）＝1/1.305由于含尘烟气对管束的冲刷能力与烟尘浓度成一次方关系*，而与烟气流速成3.3次方关系*。因此，不足的烟尘浓度所形成的对高低过的不足冲刷（反积灰）当由烟速来弥补。于是得各受热面对应于空预器处烟速的合理值的比值如下：高过为1.25；低过为1.21；高省1.16；低省为1.0831。同时对于空预器，设计的平均温度为（245+134）/2＝189.5、但实际的平均温度为（277＋160）/2＝218.5，增大幅度为（218.5+273）/（189.5+273）＝1.063。换言之，要达到检查时目测的实际效果其实际烟速当为1.063*7.52＝8m/s。根据以上结果，则得出其它受热面的烟速调整取值为：高过：8*1.25＝10m/s、低过：1.21*8＝9.68m/s、高省：1.16*8＝9.28m/s、低省：1.0831*8＝8.665m/s实际上，由于高温过热器处于炉膛出口附近以及高温过热器处于尾部烟道转向室后，因此，高温过热器管壁表面于灰粒的附着能力将强于其它受热面。这也需要烟速对其实施补偿。这是因为：1、虽然热电偶所测炉膛出口处温度仅980℃或以上，但由于温度场的不均匀性以及浓度场的不均匀性，锅炉炉膛火中心最高温度一般可达1000℃甚至以上。因此，炉膛内火焰中心处的灰分大多呈准熔化（具有粘性）状态，而接触到相应较冷的高温过热器管壁面时已凝固，并沉积在壁面上成疏松状，形成积灰。2、在尾部受热面中，高温过热器的烟气温度与介质温度差最大，温度梯度导至的热迁移使小粒子从高温区向低温区运动。研究表明热迁移是造成灰分沉积的重要因素之一＃。再则，高温过热器紧随转向烟道之后，转向烟道使烟气获得较大惯性动量的并使灰粒离开气流而撞击到高温过热器壁面，当撞击灰粒的温度很高，呈准溶融状液态时，很容易发生粘接。因此，由于不同受热面至少由于烟气、介质温差的差异导至对灰粒的附着能力的差异，再加上转向室的原因，高过管壁当比低过管壁、低过管壁当比省煤器管壁更需加权地考虑冲刷能力的需要。改进前设计炉与改进后设计炉受热面烟速（m/s）的取值对比表（表三）：（二）、锅炉尾部烟道面面积选取改进以下是130/5.3锅炉受热面布置与其它相应且投运和运行良好炉情况对比表（表四）：旋风筒包墙吊挂转向室高过低过省煤器空预器相应炉受热面面积53.32306631350539053529相应炉传热系数442882后设计炉/6.7/7.35130/5.3面积2722591153735032424管：16723536130/5.3传热系数40257054/501、从过热器面积来看，由于130/5.3锅炉设计上旋风筒、转向室等过热部件受热面面积要远大于另一锅炉厂相应部件的受热面面积设计，再融入过热传热系数的考虑，则相应的传热能力评价为：（272×40+115×70＋259×25）/（53.3×44+65.5×82+230×28）＝1.794，130/5.3锅炉在低温过热器部套的受热能力是另一锅炉厂相应部套的1.794倍。这是引起130/5.3低过超温的根本原因。相应等能力情况下，130/5.3低过面积当为503/1.794=280m22、原相应省煤器设计面积下的降温能力在300℃左右，虽然现实际降温能力能够实现（见表二），但省煤器进口温度却提高了65℃，同时，出口侧还需要30℃的降温能力，因此，相应的省煤器当有1.32倍降温能力的提高。原省煤器管面积为1671m2，折算为传热效果为：518×54.4+1153×50＝82829.2kw/℃，提高后当为82829.2kw/℃*1.32＝109058.18kw/℃。在增加下级省煤器的情况下，则需增加的面积为：（109058.18-82829.2）/46＝570.1m2。如此考虑，改进后省煤器加翅片的总实际面积将达到（570+518+1153）×2.1＝4706.51m2，再考虑其150t/h负荷时的能力，则面积当为（150/130）*4706.51＝5430m2。改进设计前后各受热面的情况布置如下（表五）：项目改进前改进后一、过热器(1)旋风筒272220(2)吊挂管102(3)包墙272247(4)低温过热器503299(5)高温过热器373598二、省煤器2424.4(管1672)5414(管2578)三、空预器35363565（三）、风室漏渣情况的改进风室漏渣情况缘由于茵形风帽风眼的锁角是否保证、稳定。风室漏渣往往发生于料床的静态。如下图一示的线二须高于线一，可实现锁角的稳定，可消除风室的漏渣。但如图二示的钟罩形风帽由于风眼结构的不同，或称为最大地实现了风眼的锁角稳定，因此，消除风室漏渣的效果是相当显著的。改进后设计炉全部采用的是钟罩形风帽。线一线二（图一）菌形风帽锁角原理图（图二）钟罩风帽出风原理图四、改进后的实际效果经过以上改进后，经实际运行验证，低过超温及排烟温度过高问题一并消除。改进前后各档烟温运行数据（表六）：还需要特别指出的是，改进前设计炉的竖井烟道是加了吹灰器的，而改进后设计炉的竖井烟道没有再加吹灰器。改进后设计炉的风室漏渣情况得到了明显的改善。参考文献：*＜循环流化床锅炉理论设计与运行＞中国电力出版社岑可法等编箸＃＜城市垃圾焚烧炉内灰渣的性质及结渣机理初探＞城市环保祝建中编箸炉别项目分离器高过低过高省低省空预器改进前设计炉℃进口923807715627272出口893715627272170改进后设计炉℃进口935800680595207出口894680595207120