秦皇岛热电厂300MW循环流化床锅炉燃烧系统设计技术特点分析

燃烧系统设计技术特点分析

【关键词】 循环流化床 锅炉

前言：

秦皇岛热电厂一期工程装设2台200MW抽凝两种机组，二期工程装设2台300MW凝汽机组，一、二期工程总容量1000MW，已安全稳定运行多年。

三期工程经国家发改委核准扩建2台300MW亚临界参数，一次中间再热，抽汽供热，凝汽式汽轮机组，配套法国阿尔斯通公司循环流化床锅炉技术，国内生产的1025t/h亚临界参数循环流化床锅炉。

三期工程预计2006年年内建成投产。

循环流化床锅炉燃烧稳定，适宜各种燃料，特别适宜燃烧低热值煤，具有燃烧温度低，排放NOX少（≤200mg/Nm3），采用添加石灰石脱硫，脱硫效率可达90%以上，为清洁燃烧。

300MW循环流化床锅炉为国内最大的循环流化床锅炉，为交流设计经验，特编写了《秦皇岛热电厂300MW循环流化床锅炉燃烧系统设计技术特点分析》。

1．燃料

燃用唐山开滦劣质烟煤，用火车运输。其设计和校核煤质资料见下表。

煤质及灰成分分析表

项目	符号	单位	设计煤种	校核煤种1	校核煤种2	校核煤种3
全水分	M1	%	5.22	16.4	7.2	7.9
内在水分	Minb	%	1.01	8.55	1.07	0.75
干燥无灰基挥发分	Vdaf	%	37.97	38.63	34.90	37.26
收到基灰分	Aar	%	41.9	20.8	31.27	46.01
收到基低位发热量	Qnet,ar	kJ/kg	16149.2	17870	20090	14550
		(kcal/kg)	3863.4	4275	4806	3480
收到基碳	Car	%	40.04	48.57	51.62	37.38
收到基氢	Har	%	2.89	2.91	2.98	2.60
收到基氧	Oar	%	6.49	9.80	5.16	4.11
收到基氮	Nar	%	0.71	0.47	0.85	0.66
收到基硫	Sar	%	0.73	1.02	0.92	1.33
可磨性指数	HGI		67	68	70	64
粒度	mm
灰成分分析
二氧化硅	SiO2	%	51.36	58.28	50.15	53.64
三氧化二铝	Al2O3	%	34.10	16.49	33.63	29.94
三氧化二铁	Fe2O3	%	4.20	7.86	4.61	5.90
氧化钛	TiO2	%	1.22	0.65	1.09	1.16
氧化钙	CaO	%	2.45	5.86	3.61	2.70
氧化镁	MgO	%	1.39	1.00	1.20	1.80
氧化钾	K2O	%	1.35	1.38	1.03	1.64
氧化钠	Na2O	%	0.21	0.41	0.34	0.18
三氧化硫	SO3	%	1.23	6.37	2.06	1.79
二氧化锰	MnO2	%	0.03	0.04	0.03	0.04
其它		%
变形温度	DT	℃	>1500	1120	>1500	>1500
软化温度	ST	℃	>1500	1210	>1500	>1500
流动温度	FT	℃	>1500	1320	>1500	>1500

锅炉点火和助燃采用0号轻柴油，燃油由汽车运输。

2．石灰石

采用石灰石做脱硫剂剂，石灰石由秦皇岛市抚宁县驻操菅石灰石矿供应，其石灰石分析资料见下表：

石灰石分析资料表

项 目	符号	单位	数值
烧失量（暂定）		%	～40
二氧化硅	SiO	%	4.79
三氧化二铁	Fe2O3	%	1.29
三氧化二铝	Al2O3	%	0.93
氧化钙	CaO	%	49.63
氧化镁	MgO	%	1.6
氧化钾+氧化钠	K2O+Na2O	%	0.55
粒度		mm	<1

3．循环流化床锅炉型式及主要规范

为亚临界参数，一次中间再热，单炉膛，自然循环，平衡通风，固态排渣，半露天岛式布置，全钢架悬吊结构，汽包循环流化床锅炉。

锅炉由东方锅炉集团股份有限公司按法国阿尔斯通技术制造。

主要技术参数见下表：

锅炉主要技术参数表

名 称	单位	BMCR
过热蒸汽流量	t/h	1025
过热器出口蒸汽压力	MPa.g	17.40
过热器出口蒸汽温度	℃	540
再热蒸汽流量	t/h	839.5
再热器进口蒸汽压力	MPa.g	3.813
再热器出口蒸汽压力	MPa.g	3.633
再热器进口蒸汽温度	℃	325
再热器出口蒸汽温度	℃	540
省煤器进口给水温度	℃	281.9
空预器进/出口一次风温度	℃	36/281
空预器进/出口二次风温度	℃	36/281
空预器出口烟气修正后温度	℃	124
汽包压力	MPa.g	18.7
锅炉热效率（按低位发热量）	%	91.9
脱硫效率	%	94
锅炉最低不投油稳燃负荷	%BMCR	35
SO2排放值（6%含O2量的干烟气）	mg/Nm3	195
NOx排放值（6%含O2量的干烟气）	mg/Nm3	≤400

4. 300MW循环流化床锅炉特点介绍

我国哈锅、上锅、东锅联合向阿尔斯通公司引进了斯坦因型大型循环流化床锅炉技术，第一台300MW循环流化床锅炉做为示范工程安装在四川白马电厂，现已通过168小时试运。

从第3台300MW循环流化床锅炉开始，便可自主设计，自主制造，国产化率逐步提高。

秦皇岛热电厂三期工程300MW循环流化床特点介绍如下：

4.1炉本体

炉膛为单炉膛裤叉型式，下部分为两个支腿，每个支腿底部有一个布风板。

回料器为单腿回料器，共有4个，分别对应4个旋风分离器。

带有4个外置循环床，分别布置在锅炉两侧，对应每个旋风分离器。外置床实质是流化式热交换器，位于旋风筒和炉膛之间的回路中。

4.2旋风筒

旋风筒为常规的保温式，保温层较厚。共4台旋风筒，布置在炉两侧外置床上方。

4.3燃烧器

管道燃烧器位于一次风至炉膛下部风箱的一次风道里，在锅炉启动时，加热一次风，缩短启动时间。

4.4空气予热器

采用四分仓空预器，一次风仓位于二次风中间，可减少一次风风量。

4.5冷渣器

采用流化床型冷灰器2台，其流化风来自流化风机，冷却介质主要为外部引接的冷却水。

4.6助燃器

设有助燃器，助燃器布置在布风板上方的炉膛壁上，当床温达480℃左右时，助燃器投运。助燃器主要是启动和低负荷（<30%负荷）助燃用。

4.7加砂系统

设有一套加砂系统。锅炉冷态启动时，需要预先往炉膛底部加入砂作为床料。储砂罐里的砂通过斗式提升机到砂仓，砂仓里的砂再通过给砂设备和给煤机经过热风回料管进入炉膛。

4.8炉膛温度调节

调节外置床中进入炉膛的冷灰和热灰比，可以较准确的调节炉膛温度。

4.9蒸汽温度调节

过热蒸汽温度的调节是通过喷水减温来实现。

再热蒸汽温度的调节是通过调节外置床中灰流量以及事故状态喷水减温来实现。

4.10系统复杂程度

系统相对复杂：

系统中风机数量较多。除两台一次风机，两台二次风机外，还有五台回料器密封和流化风机，五台外置床和冷灰器流化风机。

设有一套砂系统。

煤是通过机械式给煤设备进入热灰回料器而进入炉膛，前后墙各两台。

石灰石粉是由气力输送管道直接进入炉膛，前后墙各两点。

5.燃烧系统设计技术特点分析

5.1燃煤量

锅炉燃煤量计算见下表：

燃煤量计算表（两台炉）

项目	单位	设计煤种	校核煤种1	校核煤种2	校核煤种3
小时燃煤量	t/h	372.4	318.6	285.6	399.52
日燃煤量	t/d	8192.8	7009.2	6283.2	8789.44
年燃煤量	104 t/a	208.5	178.4	159.9	223.7

说明：a）锅炉的年设备利用小时数按5600小时计算；

b）锅炉日设备利用小时数按22小时计算；

c）锅炉连续排污率1%；

d）燃煤量按锅炉BMCR工况计算；

e）锅炉热效率按91.9%计算。

5.2石灰石耗量

锅炉石灰石耗量计算见下表：

石灰石耗量计算表（两台炉）

项 目	单 位	设计煤种	校核煤种1	校核煤种2	校核煤种3
小时耗量	t/h	25.2	20.6	17.2	41
日耗量	t/d	554.4	453.2	378.4	902
年耗量	104 t/a	14.11	11.54	9.63	22.96

说明：a）石灰石耗量按锅炉BMCR工况计算；

b）按硫的排放量195mg/Nm3计算；

c）石灰石粉粒度：<1mm；

d）锅炉的年设备利用小时数按5600小时计算；

e）锅炉日设备利用小时数按22小时计算。

5.3燃烧系统的拟定

循环流化床锅炉燃烧系统具有燃料适应性广：燃烧效率高；负荷调节范围大；高效脱硫；氮氧化物（NOx）排放低；燃料预处理系统简单；给煤点少；易于实现灰渣综合利用，洁净燃烧的特点。系统组成如下：

(1)煤供给系统

原煤经过粗碎机和细碎机两级碎煤机破碎（粒度<8mm）后进入钢煤斗，煤斗里的煤经过皮带称重给煤机和刮板给煤机进入密封回料管上（旋风分离器至炉膛的回料管），与旋风分离器分离下来的灰一起进入炉膛燃烧。

(2)石灰石供给系统

外购石灰石粉（粒度<1mm）进入石灰石粉仓，石灰石粉仓里的石灰粉通过管道由石灰石送料风机用空气输送喷入炉膛，作为脱硫剂进行炉内脱硫。

(3)一次风系统

一次风经过一次风机、一次风暖风器、四分仓回转式空预器后进入炉膛下部的风箱。一次风主要是作为炉膛的物料流化风。在一次风管上设有风道燃烧器，在锅炉启动时加热一次风，缩短启动时间。

在锅炉炉膛布风板上，还设有助燃器，当床料温度到450℃左右时，该燃烧器投运。助燃器主要是启动和低负荷时（<30%负荷）助燃用。

(4)二次风系统

二次风经过二次风机、二次风暖风器和空预器后进入炉膛。二次风主要是作为燃料燃烧的助燃风。

(5)高压风系统

该系统由五台回料器密封和流化、外置床和冷灰器流化风机组成。五台高压流化风机向旋风筒下的四台回料器提供流化风和密封风，同时向四台外置床和二台冷渣器提供流化风，四台运行、一台备用。

(6)烟气系统

炉膛产生的烟气从炉膛出来后先经过旋风分离器。在旋风分离器里，较粗的灰被分离出来，烟气进入锅炉尾部受热面，经过省煤器、四分仓回转式空预器、电除尘器和引风机，由烟囱排入大气。

从旋风分离器分离出来的灰进入密封回料器（锥形阀），然后一部分通过回料管直接进入炉膛（热灰），而另一部分灰则进入外置床，经过换热后再通过另外的回料管进入炉膛（冷灰）。通过调节热灰和冷灰比可以比较准确地控制床的温度。

(7)砂系统

锅炉冷态启动时，需要预先往炉膛底部和外置床中加入砂作为床料。

5.4燃烧系统计算

其计算成果见下表：

燃烧系统计算成果表

序号	名称	称号	单位	设计煤种	校核煤种1	校核煤种2	校核煤种3
1	锅炉实际耗煤量	Bg	t/h	186.2	159.3	142.8	199.76
2	锅炉计算燃煤量	Bj	t/h	182.98	158.01	140.57	196.20
3	理论空气量	Vo	Nm3/kg	4.130	4.810	5.230	3.910
4	理论烟气量	Vyo	Nm3/kg	4.41	5.250	5.530	4.200
5	一次风机出口一次风温	tkyⅠ’	℃	30	30	30	30
6	二次风机出口二次风温	tkyⅡ’	℃	25	25	25	25
7	空预器出口一次风温	tkyⅠ’	℃	281	281	281	281
8	空预器出口二次风温	tkyⅡ’	℃	281	281	281	281
9	排烟温度(修正后)	tpy	℃	124	124	124	124
10	空预器进口一次风量(每台炉)		Nm3/h	375380	373700	364620	380764
11	空预器进口二次风量(每台炉)		Nm3/h	450760	448240	434620	458836
12	空预器出口烟气量(每台炉)		m3/h	1525555	1548373	1469425	1557239
13	空预器出口烟气比重		kg3/h	0.9154	0.8911	0.9091	0.9146
14	引风机进口烟气量(每台炉)		m3/h	1597201	1619955	1538922	1630062
15	引风机进口烟气比重		kg3/h	0.9289	0.9058	0.9229	0.9282

5.5燃烧系统设备选择

(1)煤仓

每炉设4座煤仓，每座煤仓有效容积440m3，能贮存设计煤种10小时耗煤量，符合设计规程要求。

煤仓由圆筒形钢煤仓及金属煤斗组成，内衬防磨材料。

(2)石灰石粉仓

每炉设1座石灰石粉仓，有效容积48m3，能贮存设计煤种石灰石耗量的4小时，校核煤种3耗量的3个多小时，符合设计规程的要求。

(3)给煤机

每炉设4台电子称重式给煤机，出力0～70t/h。

在给煤机后设4台埋利板给煤机，出力70t/h，由于锅炉落煤点有远有近，故设2个长链埋刮板给煤机和2个短链埋刮板机。

(4)一次风机

一次风风量小，风压大，风量变化时要求风压变化小，选用双吸离心式风机。

每炉选用2台，风机型号为：RJ20-DW2750F，风量：83.58m3/s，风压：35.7KPa，电动机：YKS710-4型，1480r/min、3700kw、6000V。

为降低噪声在风机入口装有消音器。

(5)二次风机

二次风风量大，风压小，风量变化时，要求风压变化小。仍选用双吸离心式风机。每炉选用2台，风机型号为R136-DW2050F，风量：74.9m3/s，风压：14.7KPa，电动机：YKK560-4型，1480r/min、1600kw、6000V。

为降低噪声在风机入口装有消音器。

(6)高压流化风机

高压流化风机供密封回料器流化风，外置床流化风、冷灰器流化风使用。

每炉选用5台，4运，1备，选用多级离心式风机。其型号：GC605-41-1.65型，风量：9.77m3/s，风压：64.3KPa，电机功率：950kw、6000V。

(7)引风机

每炉选用2台静叶可调轴流风机，它比动叶可调轴流风机，检修方便，投资省。

其选用的风机型号：AN26e6（V19-1o），风量：299.99m3/s，风压：8.55KPa，电动机：YKS800-6型，990r/min、3000kw、6000V。

(8)电除尘器

循环流化床锅炉由于加石灰石后，使灰的比电阻加大，采用电除尘器需加大收尘面积，故国外多采用袋式除尘器。本工程设计时国内仅有200MW机组袋式除尘器业绩，故本工程仍采用电除尘器。

每炉选用2台双室五电场电除尘器。其通流面积为2×312m2，烟气流速为0.78m/s,收尘总面积为54600m2，比集尘面积为112.8m2/m3/s。

除尘器漏风率不大于2.5%，除尘器阻力不大于245Pa。

当一个供电区停用时，除尘效率不低于99.9%。

(9)烟囱

烟囱采用外承重管、内钢管，集束烟囱，单管烟囱出口内径为5m。烟气高度由于受山海关机场净空高度限制，出口相对标高仅为139.9m。

6.汽轮机、发电机规范

6.1汽轮机

汽轮机由上海汽轮机有限公司制造。汽轮机为亚临界蒸汽参数、一次再热、单轴双缸双排汽采暖抽汽凝汽式机组。

主要技术参数如下（ECR工况）：

高压主汽阀前压力 16.7MPa.a

高压主汽阀前温度 537℃

中压主汽阀前压力 3.178MPa.a

中压主汽阀前温度 537℃

采暖抽汽压力 0.3 MPa.a

额定功率 300MW

最大功率 329.487MW

额定进汽量 915.116t/h

最大进汽量 1025t/h

额定采暖抽汽量 550t/h

最大采暖抽汽量 565t/h

额定排气压力 4.9kPa.a

给水温度 274.6℃

额定转速 3000r/min

旋转方向 从汽轮机向发电机方向看为顺时针方向

设计冷却水温 20℃

最高冷却水温 30℃

最大输出功率 329.487MW

6.2发电机

发电机由上海汽轮发电机有限公司制造。为水氢氢冷却，采用静态励磁。

主要技术参数如下：

型号： QFSN-300-2

额定容量 353MVA

最大连续容量 320MW

额定功率 300MW

额定电压 20kV

额定功率因数 0.85（滞后）

额定频率 50HZ

额定转速 3000r/min

冷却方式 水、氢、氢

定子绕组绝缘等级 F（B级运行）

转子绕组绝缘等级 F（B级运行）

短路比（保证值） 0.6

额定效率(保证值) >98.95%

相数 3

定子绕组接线方式 YY

噪音 <85db(A)(距外壳1m处)

7.采暖供热

三期2台机组供热热负荷为700MW，采暖期平均温度按8℃设计，采暖室外计算温度按-11℃设计，年采暖3648小时，供热介质为热水，供回水温度按135/70℃设计，循环水量按9262t/h设计，供回水管道直径为DN1200。

热 水采用二级加热，由70℃加热至105℃，然后由105℃加热至135℃，采用3台热 加热器，2台热 疏水泵，1运1备。设4台热 水泵，3台运行，1台备用，为节省厂用电，热 循环水泵加装液力偶和器，变速运行。热 补充水按1.5%循环水量考虑，采用软化水，通过大气式除氧器，除氧后，经补水泵补入热 水系统。为防止事故时热 水系统汽化发生水冲击，设定压泵1台。

热 调节采用量和质并调。

8.主厂房布置

主厂房布置采用汽机房、除氧煤仓间、锅炉的三列式布置，机头朝向扩建端，发电机朝固定端。

机炉电集中控制室布置在两台炉之间。

热 站布置在汽机房内，分两层布置。

锅炉采用半露天布置，每炉设1台1.6t客货两用电梯。

主厂房布置尺寸见下表：

主厂房主要尺寸表

	项 目	单位	数量
汽机房	柱距跨度（A～B）长度汽轮发电机中心线距A列柱距离汽轮发电机中心线距小汽机中心线距离中间层标高运转层标高行车轨顶标高	mmmmmmmm	9.030.01741510.66.012.023.5
除氧煤仓间	跨度（B～C）长度给煤机层标高输煤皮带层标高	mmmm	10.00178.522.0043
锅炉	炉前深度（C～K1）锅炉柱 深度（K1～K6）锅炉柱 宽度运转层标高	mmmm	6.4061.5407.4
	A列柱至烟囱中心线距离	m	173

参考资料:

1.秦皇岛热电厂三期工程初步设计

北京国电华北电力工程有限公司 2004年4月

2．秦皇岛热电厂三期工程施工图设计