英国技术水平：煤粉电站锅炉Ⅰ

转载自:山东华源锅炉有限公司()英国技术水平：煤粉电站锅炉锅炉设计与制造在典型的燃煤发电系统中，磨细的煤用空气通过燃烧器组喷入锅炉，几乎所有的碳都燃烧，释放的热用来产生高压过热蒸汽。为了做到这一点，锅炉装有换热器管，将水转变为蒸汽。并在锅炉出口安装了换热管束，称为过热器、再热器和省煤器，以提电力工业的坚定的目标是提高电站效率。过去，主要通过不断改进建成的次临界煤粉锅炉系统（即蒸汽参数166bar,568℃/568℃）实现这一目标。包括改进燃烧室性能，改进空气过剩系数的控制，加强烟道气热量的回收利用。经过这些改进，次临界蒸汽循环的电站效率从1970年的37%左右（净效率，低热值）提高到1990年的40%。基于上述改进，英国锅炉制造商和构件供应商取得了很多锅炉改造的经验，来提高效率，改进环境性能和提高现有发电厂的运行灵活性。改造的范围包括：燃料处理系统、磨煤设备、空气预热器、锅炉燃烧系统、过热器、再热器和省煤器更换、颗粒物和气体排放控制技术以及锅炉控制和管理系统。提高产汽效率。然后利用蒸汽驱动涡轮发电机发电。过去十年中，通过将终温和压力提高到次临界条件以上，进一步大大提高了电站效率。自90年代初以来，最新的超临界锅炉已将电站效率从42%左右提高到47%。除经济效益外，循环效率的提高也带来了相当大的环境效益，减少了单位发电的CO2、SO2和NOx的排放量。未来欧洲技术发展目标是，进一步提高蒸汽参数（到约375bar,700℃/720℃），使效率达到55%。在西方，超临界锅炉技术已被普遍接受。从1995年－1999年，容量为19.4GWe的超临界燃煤电厂在经济合作与发展组织国家投入生产，而相比之下，次临界电厂容量只有3.0GWe。英国在超临界技术的开发上成绩显著，英国主要电站锅炉制造商三井－巴布科克公司已经设计了40多种直流超临界锅炉机组。锅炉给料系统在一个典型的给料系统中，电站煤仓来的煤进入磨煤机制粉，制成的煤粉用压缩空气输送到燃烧室。磨煤机主要有二种：球磨机和立式锤磨机，这些磨煤机都得到广泛的应用，并根据特殊需要来选择。所有磨煤机都设计成在最佳运行条件下，保持一定的空气/燃料比，与磨煤机的空气动力学、煤干燥程度的要求和燃料在管道中的速度和燃烧器的设计相配。磨煤设备由三井－巴布科克公司提供。从磨煤机来的煤粉在整个炉膛宽度应保持均匀分布。在大型锅炉中，采用多组磨煤机和燃烧器，这一点就显得更为关键，特别是当电厂在负荷变化的条件下运行时。一些英国公司提供适应任何特殊用途的给料分布系统煤粉燃烧系统在英国，为了提高燃烧效率和减少有害物排放，已经对煤粉燃烧系统进行相当多研究和开发，以优化燃烧条件。此工作的一个主要发展是引入了低NOx燃烧技术，在这个技术领域中，英国居世界前列。该技术包括低NOx燃烧器、炉膛分段给料、分段送风系统、煤气再燃系统和先进的燃烧控制系统。锅炉蒸汽系统现代锅炉的设计要使燃烧系统传递到蒸汽系统的热量最多，而锅炉烟气热损失最少。锅炉中主要的热交换是水冷管、过热器和再热器。对于新锅炉和锅炉改造，蒸汽系统都由三井－巴布科克公司加工。能加工各种尺寸和材料的锅炉用管，满足锅炉各部件的不同要求。英国供应商包括SterlingTubes公司和UniversalSteelTubes（UST）公司。SterlingTubes公司在复合管的开发和加工上走在前列，解决了燃煤锅炉的汽化器、过热器和再热器中烟气侧的腐蚀问题。辅助设备和系统锅炉除主要部件外，还有许多帮助锅炉运行和确保达到高效率所必需的辅助设备和系统。它们包括省煤器、空气预热器、风机和锅炉净化系统。锅炉省煤器位于过热器和再热器后面，空气预热器前面。它的作用是吸收锅炉烟气的热量来加热给水，主要焊接技术的发展，将越来越受欢迎。英国省煤器供应商有三井－巴布科克和热工程国际－绿色（ThermalEngineeringInternational－Greens）公司。对于一个煤粉锅炉来说，为了煤的干燥和有效燃烧，需要高的一次风和二次风温度，为此，用空气预热器来回收通过省煤器后的锅炉烟气的热量。现代锅炉采用换热式空气预热器，其中烟气流过一个紧密装填的回转铸铁管。当空气回转通过冷的进气管时，被铸铁管吸收的热量传给锅炉供气。英国Howden电力公司是著名的空气预热器供应商。风机是煤粉锅炉系统的另一个重要部件。它们的用途包括一次风和二次风的供给、烟气再循环和作为负压磨煤机的抽风机。离心风机既可用来引风也可用来鼓风。对于鼓风，英国供应商还能提供可变螺距轴流风机来替代离心风机。在英国，锅炉风机系统由Howdon电力公司和三井－巴布科克公司供应。辅助喷燃器对于煤的点火和锅炉启动时火焰稳定性也很重要。有适应各种用途的辅助喷燃器，对于壁燃炉，启动燃烧器通常安装在中心支承管上；角燃炉一般安装在每对煤粉燃烧器之间。为了除去换热面上的燃烧产物，保护锅炉部件，并达到最大锅炉效率，吹灰装置也是必不可少的。在英国，清洗锅炉技术的重要性早已被认识，英国公司能提供各种用途的吹灰装置，包括炉墙吹灰器；过热器、再热器、省煤器通道用的长移动式吹灰器；省煤器用的半伸缩式吹风管；耙式吹灰器和声波吹灰器。在整个煤粉锅炉系统中，泵送装置也有许多用途，包括锅炉给水，主要冷却循环水和冷凝水排放系统。英国锅炉用泵的主要供应商是Weir泵（WeirPumps）公司。材料目前，通过提高蒸汽参数和降低烟气温度来提高热效率的需要，推动了锅炉用材料的开发。对锅炉高温端材料的主要要求是抗蠕变、耐腐蚀和抗热疲劳。在锅炉烟气温度较低处用的材料要耐酸锈蚀就显得更重要。对于目前的超临界锅炉，过热器、加热器和管道都使用优质铁素体钢。例如P91，超临界电厂的设计蒸汽参数为580℃和300bar，效率能达到48％左右。P91已在英国电站中成功示范。对于今后更高的蒸汽参数，英国Corus公司（原英国钢铁（BritishSteelCorporation）公司）的Corus工程钢铁（EngineeringSteels）公司已开发出马氏体铬钢。通常称为E911的合金钢,具有高蠕变强度，并使锅炉运行极限有可能提高到约300bar和620℃。在英国贸工部（DTI）的支持下，包括三井－巴布科克公司、英国Corus公司和英国Powergen公司的英国工业联合体对E911钢的各种特性进行了研究，希望在不久的将来有更广泛的工业应用。对于中等的蒸汽参数，如再热器，三井－巴布科克公司采用9％铁酸铬/马氏体钢（T91和T92）。至今，中国和英国的许多电站已经使用这些钢。锅炉用的焊条由英国供应商提供。Metrode产品（MetrideProducts）公司可提供适用范围从低合金钢到特殊的镍基合金的合金焊条。Metrode公司的特有的专长是设计和开发象P91抗蠕变钢这样的优质材料的焊条。锅炉耐火材料和保温材料及其产品由ThermalCeramics公司和YorkLiningsInternational（YLI）公司供应，主要用在燃烧室底部、炉墙和顶部、燃烧器喉口、烟道和灰斗。图6为YLI公司提供的一个完整的燃烧器喷口系统。燃烧器的支承用碳化硅充填，避免灰渣堆积。锅炉尾部，令人担心的是酸性烟气冷凝引起的“露点”锈蚀。停炉时，也存在锈蚀的危险。针对这些情况，有些英国公司生产了一系列耐锈蚀材料。例如：由特种金属Wiggin（SpecialMetalsWiggin）公司生产在煤粉锅炉制造中用的耐锈蚀和耐热的镍基和钴基合金。另一些英国公司，如Plasma公司和ThermalCoatings公司供应耐热的镍－铬镀层，保护管道不受锈蚀，对于天然的、非金属镀层的进一步的应用也在考虑中。锅炉监测和控制煤粉锅炉控制的主要目的是保持最佳燃烧效率，降低燃料成本，减少CO2排放，减少飞灰中未燃碳的量，以及确保锅炉安全运行。通常，锅炉的供煤是通过改变磨煤机中煤和空气的流量来控制的。这是通过调节给煤机的速度，改变进口挡板的位置，调节一次风风机转速，或同时进行这些调节来实现的。煤粉流量调节和控制系统的供应商包括ABB燃烧（ABBAutomation）公司和PCME公司。对锅炉本身，维持燃烧器火焰稳定性和控制温度、压力对最大程度提高热效率，保护锅炉部件和确保安全运行都是重要的。火焰监测器可用来监测火焰灼热平面的稳定性，由ABB燃烧公司和FoxboroGreatBritain等英国公司提供。锅炉温度的控制和测定通常在过热器、再热器和省煤器的蒸汽侧进行，然后用它推断锅炉难以测定的烟气侧温度。为确保电厂的安全运行，煤粉锅炉中也大量利用压力测定和泄漏检查仪器。英国的供应商有：SpiraxSarco公司，一个生产各种锅炉控制器和设备的公司，包括水位控制器和报警器、锅炉排污设备和排气总管；Procon工程（ProconEngineering）公司，提供声波和超声波锅炉管道泄漏检查装置；AEA技术（AEATechnology）公司提供煤粉锅炉临界压力部件的在线监测软件（BLMS），BLMS能将运行中产生的应力和消耗的寿命不断反馈给设备操作人员，然后用获得的信息对运行进行边限调整来减小对循环运行的有害影响。该领域的另一个英国公司是ERA技术（ERATechnology）公司，提供整个设备寿命期间锅炉压力部件的评价和测定的专业技术。煤粉锅炉用的阀门和其它蒸汽处理部件由FoxboroGreatBritain公司和Hopkinsons公司（Weir集团公司的成员）等英国公司供应。英国锅炉测量仪表供应商更详细的说明见技术水平小册子CB003，“常规燃煤电站的仪表和控制系统”。锅炉中氧和一氧化碳(CO)的浓度也是燃烧工况的重要信息。目前，有些英国公司能提供在最恶劣的腐蚀性环境下进行燃烧气体迅速和准确测量的分析仪器，然后将这些信息传输到电厂控制系统，用来优化燃烧过程。燃烧气体分析仪的英国供应商有EnwinSick，Land燃烧（LandCombustion）公司和ServomexGroup公司。煤粉燃烧中的未燃碳是不希望的。它能影响静电除尘的特性和降低飞灰作为副产品的销售价格。目前，有些英国公司供应灰中碳的测定仪，他们是ClydeBergemann电力集团公司和Procon工程公司。在英国，正继续进行灰中碳测定仪的深入研究和开发。例如帝国理工医学院（ImperialCollegeofScience，TechnologyandMedicine（ICSTM））正开发的在线检测系统。锅炉控制系统由英国公司提供，这些公司的详细情况见技术水平小册子CB003“常规燃煤电站的仪表和控制系统”。ABB燃烧公司、CINAR公司、Eurotherm控制系统（EurothermControls）公司、FoxboroGreatBritain公司、英国PowerGen和Procon工程公司供应完整的锅炉控制成套设备。现在一些先进的锅炉控制系统正在世界上推广使用，例如由英国PowerGen公司与南方研究公司（SouthernResearchCompany）和电力研究院（都是美国的）联合开发的通用的NOx智能控制系统（GNOCIS）。在意大利、英国和美国通常用GNOCIS来优化锅炉调整、控制NOx。对另一种大型的发电机，Innogy公司已开发出“操作人员信息系统”（OIS），目前公司的所有电厂均采用这套系统。以一个小型的控制装置为基础，OIS保证了频繁的数据收集和完成了在线效率计算，为优化设备操作提供了所需的操作信息，对变化的运行条件和设备故障迅速作出反应。另一个例子是Procon公司提供的Ultramax系统，它利用锅炉工况的随机测定来提出锅炉调整的建议。近年来，锅炉开发研究的焦点是通过提高蒸汽压力和温度来提高锅炉热效率，这包含了锅炉设计的改进和能经受超临界锅炉中苛刻条件的新的先进材料的开发。英国已经进行了许多研究开发工作，以提高燃烧效率和将NOx排放降到最低。承担煤粉锅炉技术开发研究的英国高等院校包括Cranfield大学（CranfieldUniversity）、ICSTM、加的夫大学（UniversityofCardiff）、爱丁堡大学