搜索
75北京B&W公司的64MW链条热水锅炉技术于向潮于海山北京B&W公司摘要：北京B&W公司开发、设计的QXL64-1.6/150/90-AII热水锅炉是应市场需要，经多次调研、论证、核算和修改而完成的，其结构的合理性及性能的优良性经过多个采暖期的运行而得到验证。本文介绍了锅炉设计的基本思路，主要包括强制循环及其安全性、炉拱的优化组合、水冷屏的作用、飞灰再燃技术及大型横梁式炉排的应用与改进。也比较详细的介绍了本公司首台64MW热水锅炉的基本结构、设计数据和实际运行的测试报告的主要内容。关键词：热水锅炉强制循环安全单幅横梁式炉排水冷屏飞灰再燃实践验证1前言随着经济建设的快速发展和有关节能政策的颁布，以及全民环保意识的提高，热水采暖和区域集中供热已得到迅猛的发展，规模化、大型化已成为大势所趋。大型集中供热与中小型分散供热相比，具有明显的优势，它不仅投资省、效率高、运行费用低、便于维护管理，而且便于脱硫除尘，减少锅炉对环境的污染。因此大型热水锅炉越来越受到人们的青睐。据了解，目前国内的工业锅炉总数约50万台，其中热水锅炉约占30％。以前的中小型热水锅炉大部分都存在效率偏低的问题，问题主要反映在炉排和燃烧方面。过去的炉排片由于受到工艺等方面的技术约束，跑偏、风室间窜风、布风不均、燃烧不充分、不稳定、漏煤、炉排不易做宽等问题未能得到很好的解决，这样就限制了大型热水锅炉的发展。90年代初期开始，我国的炉排专业厂家在引进美国的横梁式炉排技术的基础上，经过十多年的不断完善和改进，使其技术日臻成熟，更加适用于我国国情，并为热水锅炉向大型化发展奠定了基础。大型热水锅炉具有明显的技术优势和良好的经济性能。它的负荷调节范围广、煤种适应强、热效率高、操作维修简便、节能效果显著和能满足环保要求。它可以在25～110％额定负荷下进行调节；不但能燃用II、III类烟煤，还能燃用贫煤，在燃用II、III类烟煤时，锅炉热效率可达82％以上，高者可达86％，而且维修工作量很少，操作简单，自动化程度高；锅炉初始烟尘排放小于能够达到国标GWPB3-1999的相关规定。1998年我公司完成了64MW热水锅炉的开发设计，第一台锅炉于1999年投入运行，至今已经历了四个采暖季的考验。实践证明该炉不仅启炉快、操作方便、运行稳定；而且还突出表现了良好的节能特性。我公司已先后为北京华辰热力厂、沈阳二热、哈尔滨华欣热电厂、76太原热力公司、承德热力集团有限公司等单位生产制造了多台64MW热水锅炉，从实际运行情况来看，各项经济技术指标均已达到用户要求，北京华辰热力厂的两台64MW热水锅炉经华北测试中心做的热工测试，所有测试数据都已达到或超过设计值，尤其是锅炉热效率超过设计值84％，达到86.36％，与前期两台29MW热水锅炉相比，在一个采暖期内节煤5kg/m2，按他们供热面积为100万m2计算，可节煤5000吨（约100万元）取得了良好的经济效益和社会效益。2技术概述QXL64-1.6/150/90-AII型锅炉为强制循环高温热水链条锅炉。用于集中供热，供应高温水，热水经过中间换热站换热后向用户供暖。锅炉采用强制循环，水循环安全可靠。该炉采用单锅筒、Π型布置、钢结构。炉膛上部设有一锅筒，使锅炉的水容积增大，在突然停电时能起到一定的缓冲作用，提高自身的保护性能。炉膛前、后、侧墙上部采用膜式壁结构，炉膛密封效果好并减少炉墙蓄热量，炉内设有两道水冷屏，减少烟温沿炉膛宽度方向偏差。对流受热面采用蛇形管。空气预热器直接座在运转层上，便于检修及更换，烟气出口在运转层下方。燃烧设备采用横梁式正转链条炉排。根据煤粒分布状况锅炉可设有分层给煤装置，提高燃烧效率。2.1设计要点l采用强制循环技术l采用可靠的停电保护措施l选取合理的炉膛断面和适宜的炉膛高度l采用优化组合炉拱技术l采用成熟的飞灰分离再燃技术l采用先进可靠的单幅横梁式链条炉排l选取合理的受热面布置及合理的烟速l采用水冷屏技术l合理的水流程布置2.2技术优势l锅炉在额定参数前提下，有10%超发能力l锅炉在燃用设计煤种时在25%~110%额定负荷范围内可连续稳定运行l锅炉效率高l燃用煤的低位发热量在5000±1000Kcal/kg范围内，锅炉可正常运行l外观整洁、大方，操作空间充分体现对运行和维修人员的尊重l锅炉主要承压部件的工作寿命大于30年773北京B&W公司64MW热水锅炉的技术特点3.1强制循环的安全性强制循环热水锅炉不但要考虑经济性，更重要的是其安全性。安全性表现在水循环计算和受热面布置及停电保护措施方面。⑴水速的选取锅炉水系统采用强制循环方式，为保证安全，水速设计得比较高。经计算锅炉在额定负荷下（循环水量Q=904t/h）各受热面管内流速：后水冷壁管内水流速1.33m/s侧水冷壁管内水流速1.10m/s前水冷壁管内水流速1.38m/s水冷屏管内水流速1.00m/s对流管内水流速1.21m/s下表是本锅炉选用水速与我国有关资料推荐水速一览表：选用水速m/s推荐水速m/s上升水冷壁管1.0～1.380.6～0.8对流管束1.211.0～1.2从上表可看出，本锅炉选用水速比推荐值高，偏于安全，水速高有利于管子的充分冷却，携带汽泡及杂质等，特别是对稳定管子的水动力工况更有意义。⑵水速偏差的限制上述水速为平均速度，实际上每个管子的流速是不一样的，有一定的偏差，下面是管子间水速最大偏差计算。（锅炉总图及水流程图见附图）流量不均匀系数ηL等于Gpj/Gp。当在一分配集箱和一汇集集箱之间连接一组并联管组，分配集箱在下面，汇集箱箱在上面，工质在管中作上升流动时，如不计加速压力降，则ηL按下式计算Gpj:管组中平均水流量Gp:偏差管中水流量]2)()()()(1[2pjpjpjppjpfhfhpppjpjlWZHgPPPPZZrrrrrrh-+Δ-Δ-Δ-Δ+⋅=式中：ppjZZ⋅—平均工况管子阻力系数(∑+zlndl)偏差管的阻力系数(∑+zlndl)78式中入为磨擦阻力系数，L为管子长度，dn为管子内径，∑z为各局部阻力系数之和。rrpjp.—平均工况管和偏差管中的工质密度(kg/m3)。(Pw)pj—平均工况管中的工质质量流速(kg/m2.s)()ΔΡΔΡhfpj-—平均工况处，汇集集箱中的压力变化值与分配集箱中的压力变化值之差(Pa)。()ΔΡΔΡhfp-—偏差管处，汇集集箱中的压力变化值与分配集箱中的压力变化值之差(Pa)。当分配集箱在上，汇集集箱在下，工质向下流动时，ηL计算式中Hg(ρpj-ρp)前面的符号为负值。()ΔΡΔΡhfpj-－()ΔΡΔΡhfp-根据集箱与管子连接系统有关。对于L型连接(ΔΡΔΡhfpj-)—(ΔΡΔΡhfp-)=－0.27ΔΡΔhlflP-066.对于两端引入多点引出()()ΔΔΔΔΔΔPPPPPPhfpjhfphlfl---=--077058..其中汇集集箱中的最大压力变化值ΔΡhl按下式计算ΔPKwhlhhh=22r式中：Wh—沿汇集集箱轴向的最大流速(m/s)Kh—汇集集箱压力变化系数rh—汇集集箱的工质密度(Kg/m3)分配集箱中的最大压力变化值ΔΡfl按下式计算79ΔΡflfffKw=22r式中Wf—沿分配集箱轴向最大流速(m/s)Kf—分配集箱中的压力变化系数rf—分配集箱中的工质密度(kg/m3)按照本台锅炉的布置ZPJ=ZP,rrpjp=则hL简化为hrrlhfpjhfppjpjpjPPPPZW=+---122()()()ΔΔΔΔ下面以侧水冷壁和前水冷壁为例进行计算对于侧水冷壁：L型连接Kh=1.8Wh=1.6m/s3/927mkg=rKf=2(ff1206083-=.).f1为下集箱流通面积，f2为引入管流通面积Wf=1.6m/s3/935mkgf=rZpj=8.52().rrwpjpj225633=hl=093.偏差管最小流速为Wp=smwpjl/02.11.193.0=×=⋅h对于前水冷壁：两点引入多点引出Kh=1.8Wh=2.1m/srhkgm=9173/Kf=0.8Wf=1.96m/srfkgm=9273/Zpj=11.3()rrWpjpj22870=80hl=0916.偏差管最小流速smWWpjlp/26.138.1916.0=×=⋅=h从以上计算可以看出水速选择的比推荐水速高。而且根据类似的上述计算，给出了锅炉最小循环水量700吨/时。（3）锅炉停电保护为防止锅炉在运行过程中遇到突然停电可能出现水击，甚至炉管超温等现象，采取以下措施：l每个上集箱均与锅筒相连，并由闸阀控制，正常运行时，这些闸阀都是关闭的，一旦停电，可快速打开这些闸阀，此时，强制循环热水锅则转化为自然循环方式了，这些闸阀在重新启动前应关闭。l炉内水冷壁管采用直径为φ60mm的管子，突然停电以后，单根管子可以形成自身的自然微循环，使管壁在一定时间内不超温。l由于采用了φ1400×22的锅筒，其水容量为19吨，占整台炉子水容量的32%，可以吸收大量的炉内余热，不致形成过多的汽化而出现水击现象，水汽化量计算如下：水汽化量计算：在突然停电时，根据热水压力变化，适当打开一部分放汽阀，同时要求在锅炉系统上保证锅炉内热水压力不低于0.5MPa，在此压力下热水的饱和温度不低于150℃，这样可使锅炉仅有少量锅炉水在炉内余热作用下而汽化。我公司曾对一台14MW热水锅炉进行过测试，在突然停电以后，锅炉余热量约占锅炉额定负荷的15%～20%，本锅炉为轻型炉墙膜式壁结构(14MW热水炉为重型炉墙，光管结构)故计算时取下限。--锅炉余热量：Qyy=641011630158251064××=×..kcal--锅炉水均达到150℃吸热量--锅水平均温度t=120215090=+℃--锅水吸热量Q=kcal43105.1771058)6.1202.151(×=××---锅水汽化量0.5Mpa时锅水汽化潜热r=498.9kcal/kg汽化量G=98.129.498105.1771082544=×-×=-rQQiyr吨结论：经过计算表明，即使锅炉余热全部用来汽化，汽化量也仅占锅筒内贮水19吨的68.3%左右。由于锅筒在锅炉顶部，所以其它受热面管子始终处在有水的状态。故在突然停电时锅炉是安全可靠的。81由于我公司采取的停电保护措施得力，锅炉自投放市场以来从未出现过由于锅炉水汽化而产生的问题。（4）充分考虑到了在热负荷高的区域的管水速也较高，而热负荷低的区域管内水速也低的结构匹配，从而保证了每个管内单位质量的水受热基本均衡，出水温度也基本一致。3.2优化组合炉拱由于链条锅炉的燃料床处于连续运动的状态，新燃料的着火主要取决于来自前拱和火焰的辐射热以及由火焰气流卷带到新燃料区的炽热碳粒。而燃料床上的煤是否能进行强烈而完全的燃烧，则不仅取决于适当的炉排可见热强度、合理的炉膛布置及运行方式，而且在很大程度上还取决于炉拱的几何形状尺寸。由于我国工业锅炉用户实际燃用的煤种往往是多变的，有时会偏离设计煤种很多，为了适应这种情况，我们设计出新型优化组合炉拱。这种炉拱的设计原则和方法，体现出对炉拱工作机理的新认识：即前拱实际上是再辐射拱，因而与前拱区的几何形状及前拱区的温度有极大的关系。从辐射拱的观点来看，只要前拱的投影尺寸（即拱长和拱高）已经确定，则前拱的形状对拱的换热效果就不再有影响。此时，能够有效地增加前拱辐射换热量的主要途径就只能是提高前拱区的温度。而要提高前拱区的温度却又必须使前拱具有良好的形状，从而使高温烟气流在前拱区获得良好的流体动力特性，使从后拱流出的烟气能够深入前拱区，并在前拱区形成强烈的涡旋。这样就能提高前拱区温度，增强前拱辐射换热，达到使新燃料连续稳定着火的目的。后拱在链条炉排锅炉的燃烧中起着间接引燃、混合及加速燃烬的作用，它是把大量的高温热烟气和炽热碳粒送到前拱区，促成那里的高温，强化燃烧。因此，后拱必须与前拱尺寸配合良好，只有后拱的出口尺寸合理、烟速适当，从后拱喷出的高温烟气才能深入到前拱区，形成强烈旋转，从而达到提高前拱区温度促进炉内烟气混合、强化燃烧、使炉排尾部残碳燃烬的目的。我公司设计的热水锅炉一般燃用II、III类烟煤，其挥