150吨高温高压锅炉技术资料要点.doc

YG-150/9.8-M3型循环流化床蒸汽锅炉 设计说明书

YG-150/9.8-M3型循环流化床蒸汽锅炉

设 计 说 明 书

　图号：57200-0-0
编号：57200SS

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济南锅炉集团有限公司
二ΟΟ六年三月
目 录

一、 锅炉简介 3
二、 设计规范及技术依据 3
三、 供用户资料 3
四、 锅炉主要技术经济指标和有关数据 4
五、 锅炉整体布置说明 6
六、 锅炉结构 7
七、 锅炉所配安全附件 11
八、 锅炉脱硫、氮氧化物排放、锅炉初始排放烟尘浓度 11
九、 锅炉的防磨、密封、低温腐蚀等措施 12
十、 其它 13

一、 锅炉简介
该锅炉是在总结了济锅集团130t/h、170t/h和240t/h等高温高压循环流化床蒸汽锅炉大量设计、运行经验的基础上，由我公司自行设计开发的高温高压循环流化床锅炉，具有燃烧效率高、污染低、节约燃料、便于调节等特点。
该炉设计燃用烟煤。采用循环流化床燃烧方式，通过炉内加石灰石脱硫。
锅炉汽水系统采用自然循环，炉膛外集中下降管结构。过热蒸汽采用四级加热，两级减温方式，便于过热蒸汽温度大幅度的调节，保证额定的锅炉蒸汽参数。
该锅炉采用“П”型布置，框架支吊结构。炉膛为膜式水冷壁。尾部设炉顶包覆受热面和多组蛇形管受热面及一、二次风空气预热器。燃烧系统由炉膛燃烧室、旋风分离器、U型返料器和床下点火系统等组成。
锅炉露天布置，运转层标高8米。锅炉构架为金属结构，适用于地震烈度为7度，地震加速度为0.12g的地区。
二、 设计规范及技术依据
设计规范按照：
——1996版《蒸汽锅炉安全技术监察规程》
——JB/T6696-1993《电站锅炉技术条件》
——DL/T5047-1995《电力建设施工及验收技术规范》（锅炉机组篇）
——GB/T12145-1999《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量标准》
——GB10184-1988《电站锅炉性能试验规程》
——GB13223-2003《火电厂大气污染物排放标准》
等有关国家标准。
设计技术依据：
——锅炉热力计算按《锅炉机组热力计算标准方法》
——强度计算按GB/T9222-1988《水管锅炉受压元件强度计算》
——水动力计算按《电站锅炉水动力计算方法》
——烟风阻力计算按《锅炉设备空气动力计算标准方法》
等锅炉专业标准。
三、 供用户资料
根据《蒸汽锅炉安全技术监察规程》要求，并且保证用户在锅炉安装、运行、维护和检修时有必要的技术依据和资料，锅炉随机提供详尽的技术资料。具体供用户资料见：
——57200GKT《供客户图纸清单》
——57200GKJ《供客户技术文件清单》
四、 锅炉主要技术经济指标和有关数据
1、锅炉参数
额定蒸发量： 150 t/h
额定蒸汽压力： 9.8 Mpa
额定蒸汽温度： 540 ℃
额定给水温度： 215 ℃
2、设计燃料：（平顶山低硫烟煤）

煤种
固定碳
灰分
挥发分
低位发热量
烟煤
35～50
28～40
18～25
18000～22000
3、技术经济指标
冷风温度： 30 ℃
一次风预热温度： 150 ℃
二次风预热温度： 150 ℃
排烟温度： 140 ℃
锅炉热效率： 89 %
脱硫效率（钙硫比≥2）： ≥ 80 %
燃料消耗量： 21610 kg/h
燃料颗粒度要求： ≤13 mm（其中大于1mm以上颗粒重量比不小于50%）
石灰石颗粒度要求： ≤2 mm
排污率： 2 %
4、设计数据
锅炉水阻力： 0.2 Mpa
锅炉蒸汽阻力： 1.4 Mpa
锅炉烟系统阻力： 4000 Pa
锅炉烟气量（α=1.5，t=140℃）： 261000 m3/h
锅炉风系统阻力：
一次风（包括预热器、风道、布风板、料层）： 12960 Pa
二次风（包括预热器、风道、料层）： 8750 Pa
锅炉总送风量（α=1.22，t=30℃）： 153540 m3/h
一、 二次风比为1：1或根据煤种调整为6：4。
播煤风、返料风阻力： 19500 Pa
播煤风、返料风量： 4200 m3/h
锅炉外形尺寸：
宽度（锅炉钢架中心线） ： 11000 mm（包括平台宽度15600 mm）
深度（锅炉钢架中心线） ： 19360 mm（包括平台深度23700 mm）
高度（炉顶防雨棚）： 约44100 mm
锅炉水容积： 约110 m3
5、水质要求
总硬度 ≌ 0 μmol/L
溶氧量 ≤ 7 ug/L
含铁量 ≤ 30 ug/L
含铜量 ≤ 5 ug/L
PH 8.8～9.3
含油量 ≤ 0.3 mg/L
应保证蒸汽Si02含量 ≤ 20 ug/kg
锅炉的给水、炉水、蒸汽品质均应符合GB12145-1989《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量标准》。
6、负荷调节：
允许的负荷调节范围： 40%～110%
调节方法： 风煤比调节、循环灰量调节
7、其它技术指标
锅炉初始排放烟尘浓度： ≤15000 mg/m3
循环倍率： ～20
灰与渣的比率： 5.5：4.5
高温旋风分离器分离效率： 99.5%，dc50：80um
噪声水平： ＜85dBA
五、 锅炉整体布置说明
1、燃料供应
适应烟煤、贫煤、褐煤等。
2、燃烧方式选择
根据环境保护、洁净燃烧的要求，该炉选用循环流化床燃烧方式。
为了保证较高的燃烧效率和较高的锅炉热效率，选用15～20循环倍率布置燃烧系统。为了保证燃烧的稳定性和运行的可靠性，燃烧系统采用了全密封的膜式水冷壁、水冷布风板、水冷风室结构，采用分离可靠、分离效率最高的全密封的汽冷高温旋风分离器和返料可靠性最好的U型返料器，以及床下天然气点火系统。
本锅炉分离返料系统采用汽冷高温旋风分离器，分离效率高，从根本上保证了该锅炉有较高的燃烧效率和热效率，同时克服了无冷却高温旋风分离器热惯性大和返料易堵灰结焦的缺点，缩短了锅炉启停时间，并保证了锅炉长期安全稳定运行。
3、热力系统（指锅炉各受热面沿烟气流程布置的位置和热量分配关系）
（1）烟气流程:
按炉膛（含屏式过热器）、旋风分离器、对流受热面（过热器和省煤器）、空气预热器顺序布置。
（2）根据高温高压蒸汽锅炉加热、蒸发、过热的热量分配比例特点和方便过热蒸汽温度调节的要求合理布置各受热面。
依据130t/h、170t/h及240t/h循环流化床蒸汽锅炉的设计经验和实际测试数据，布置本炉受热面积，保证该炉有110%出力能力，并能保证蒸汽参数。
4、汽水系统
锅炉正常运行时，不但要保证蒸发受热面水循环可靠，而且还必须保证给水及省煤器不发生水击，过热蒸汽不发生偏流等，本锅炉的汽水系统针对上述问题进行了合理设计。
（1）给水流程：
锅炉给水经给水操纵台进入给水分配集箱、对流受热面（省煤器）、锅筒。其中减温水由给水操纵台前引出。
（2）蒸汽流程：
蒸汽有锅筒引出后依次经过：屏式过热器、旋分过热器、Ⅰ级减温器、低温过热器、Ⅱ级减温器、高温过热器。为了克服由于烟气侧偏流引起的热偏差，沿蒸汽流程左右侧蒸汽进行了两次交叉混合。
（3）为了保证锅炉运行，锅炉汽水系统布置有排污、疏水、加药、取样等系统。详见57200-3-0汽水系统图。
六、 锅炉结构
1、燃烧系统
燃烧系统由炉膛、旋风分离器、返料器、布风板、风室组成。布风板上均匀布置合金耐热铸钢风帽，抗磨损，不漏灰。炉膛下部是燃烧室。燃烧室的截面、布风板的布置、炉膛高度能保证燃料充分的燃烧。
燃煤和石灰石由炉前3个给煤装置送入燃烧室。给煤管尺寸、位置满足锅炉在不同工况运行时的要求。落煤口上方设置有播煤风。经预热的一次风由风室经风帽均匀送入炉膛，二次风在燃烧室上部分三层送入炉膛。含固体颗粒的烟气经炉膛出口进入旋风分离器，被分离下来的颗粒经返料器送回炉膛进行循环燃烧。离开旋风分离器的烟气进入尾部烟道，冲刷尾部受热面。
燃烧完全的灰渣由布风板上的排渣管排出炉外。排渣可定排或连排。本炉可以布置冷渣机。布置的排渣管管径和位置，能保证炉渣及时顺利地排出。
该燃烧系统设置一、二次风、播煤风、点火风、返料风。
一、二次风比为1：1或根据煤种调整为6：4。控制燃烧温度在850℃～950℃时，调节一次风量和给煤量、循环灰量，可以使锅炉负荷在40%～110%之间调节。
本炉配置播煤风、返料风专用高压风机。
本炉为床下天然气点火，在风室后侧布置3台点火器。点火器燃气量单台550 m3/h，压力≥0.2 MPa。风室两侧设有防爆门。本炉点火启动时间不超过3小时，整个锅炉的启动到满负荷的时间控制在6小时左右。本炉也可采用床上人工点火。
燃烧设备包括点火系统的燃烧器，水冷布风板，风帽，水冷风室，放灰管，连接管及相应的阀门、法兰、配件、支撑件、紧固件。
2、分离、回料系统
本炉采用高温旋风分离器和U型返料器结构。该系统经1000多台锅炉，先后近二十年运行实践，证明是成熟可靠的分离形式和结构。
高温旋风分离器实炉测试分离效率不小于99.5 %。
汽冷旋风分离器内壁采用耐磨浇注料，结构简单严密，热惯性小。分离器与炉膛出口处采用非金属膨胀节进行密封，解决了膨胀问题。采用汽冷分离器冷却返料，避免了返料结焦、堵塞。分离器采用耐热铸钢中心筒，不易变形。
U型返料器由布风板、风帽、风室、返料管，舌形挡板，送风管、落灰管组成。运行中通过调节返料风量来调整返灰量。
分离、返料系统包括旋风分离器、返料器、返料风管、落灰管、落灰闸门、连通管及相应的阀门、法兰及紧固件，炉膛出口与旋风分离器连接的非金属膨胀节，返料管、二次风管、给煤管与炉膛连接的圆形不锈钢波纹膨胀节或非金属膨胀节。
3、锅筒及内部装置
锅筒内径φ1600 mm，壁厚100 mm，材料为P355GH，锅筒总长约12500 mm，重约66吨。
锅筒正常水位在锅筒中心线下180 mm，最高、低安全水位偏离锅筒正常水位±50 mm。
锅筒内部装置由旋风分离器、给水清洗装置、顶部均流孔板、连续排污管、加药管等组成。旋风分离器直径φ290 mm，共30只。
由旋风分离器出来的蒸汽穿过上部清洗孔板，在清洗孔板上由省煤器来的50%的清洁水保持30 mm厚的水层，蒸汽中部分盐溶入清洗水中后穿越锅筒顶部的多孔板，然后通过8根φ133×10 mm （20G GB5310-1995）蒸汽引出管到过热器系统。
在大直径下降管进口外布置了十字挡板，改善下降管带汽及抽空现象。锅筒上还布置了再循环、加药、紧急放水、备用等管座。
4、水冷系统
炉膛由膜式水冷壁组成，保证了炉膛的严密性。炉膛横截面为4511×8766mm，炉顶水冷标高34570 mm（炉顶水冷中心线标高），膜式水冷壁由φ60×5（20G，GB5310-1995）锅炉管和6×20.5 mm扁钢焊制而成，管节距为80.5 mm。
水冷集箱采用φ273×35（20G，GB5310-1995）锅炉管。
水冷壁下部焊有销钉用以固定高强度耐高温防磨耐火材料。保证该区域水冷壁安全可靠地工作。
水冷壁向下弯制构成水冷风室，水冷布风板。
水冷壁上设置测量孔、检修孔等。
水冷壁上的最低点设置疏水排污阀。
膜式水冷壁外侧设置数层刚性梁，保证了整个炉膛有足够的刚性。刚性梁计算相对挠度f/h=1/200。在锅炉炉膛外侧布置止晃装置。
由4根Φ325X25集中下降管和24根下降支管，及26根汽水引出管组成4个回路的水冷循环系统，4个回路分前墙1个，后墙1个，左右侧墙各1个。
5、过热器
过热器由屏式过热器、旋分过热器、高温过热器、低温过热器、炉顶管等组成。其蒸汽流程如下：锅筒→屏式过热器→旋分过热器→一级喷水减温器→低温过热器→二级喷水减温器→炉顶管→高温过热器→过热器出口集箱。（详见57200-3-0汽水系统图）
过热器系统的蒸汽经过二次左右混合与交叉，改善了在烟道宽度上由于烟气温度不均匀而引起过热蒸汽温度的偏差。采用辐射式及对流式过热器，既提高传热效果，节省金属，又改善了当锅炉工况变动时过热汽温的调节性能。减温器的两级布置，可增加蒸汽温度调节的灵敏度。
屏式过热器布置在炉膛上部出口处，垂直悬吊。沿炉膛宽度分8片，采用φ38×5、12Cr1MoVG（GB5310-1995）管子，管间节距65 mm。下部易磨损区域采用浇注料覆盖。
每个旋分过热器由200根φ38×4，15CrMoG管子、φ273×32（12Cr1MoVG）的上环形集箱和φ219×25（12Cr1MoVG）的下环形集箱组焊为一个分离器整体，蒸汽由上环形集箱引入后经过两下两上流程加热后通过上环形集箱引出。
为了减小旋分过热器热应力，蒸汽流向采用了双向流动再汇合引出的措施。旋分过热器内侧布置密排销钉覆盖浇注料。
低温过热器采用φ42×5，15CrMoG（GB5310-1995）管子，节距110　mm，共88排，逆流布置，分三组吊挂在锅炉尾部竖井内。
高温过热器采用φ38×5，12Cr1MoVG（GB5310-1995）管子，节距110　mm，共88排，顺流布置，分两组吊挂在锅炉尾部竖井内组成。
过热器易发生磨损部位加装防磨罩。
喷水减温器采用文丘里式减温器，分两级布置，分别设在低温过热器前和高温过热器前。
6、省煤器
省煤器三级顺列逆流布置。管子为φ32×4螺旋鳍片管，材料20G（GB5310-1995）。设置有省煤器进口集箱、中间集箱、出口集箱。省煤器各集箱采用φ219×25管子，材料20G，（GB5310-1995）。各组省煤器的重量均由通风梁支撑在锅炉钢架上。
省煤器易发生局部磨损处加装阻流板和定位防磨板。
7、空气预热器
空气预热器为管式卧式结构，管子规格为51X2，材料Q235-A。空气与烟气成逆向流动。上面一级为二次风预热器，下面一级为一次风预热器。空气分别由二次风机和一次风机送入。
空气预热器由预热器管箱、连通罩、框架、护板、膨胀节、人孔装置、防磨装置、紧固件组成。
每组空气预热器都设置吊钩，方便运输、安装。
空气预热器烟气流速和空气流速都控制在合理的范围内，提高了空气预热器的换热效率，避免了空气预热器烟气侧积灰。
空预器膨胀节保证了管箱的自由膨胀和空气侧的密封，保证了烟道的密封，从而避免了烟道漏风。使锅炉在较低过量空气系数下运行，提高了锅炉性能。
8、锅炉钢架
本炉构架全部为焊接连接钢结构，材料采用碳钢（Q235-B.F）。可在地震烈度为7度、地震加速度为012g的地区露天布置使用。
锅炉立柱从锅炉层零米起，钢柱与基础采用-800 mm埋入式连接。
钢架计算的荷载统计，包括支吊水管、烟风道、平台扶梯的荷载。
钢架散装出厂，满足运输条件，现场安装。
9、锅炉平台、扶梯
在锅炉的人孔门、检查门、看火孔、测量孔、吹灰器、应操作的阀门处都设置了运行检修平台。上下平台之间设有扶梯。平台之间净空设计合理。平台通道宽度850　mm，扶梯宽度700　mm，扶梯倾角为45°，方便观察、操作、维修等工作。
检修平台允许的最大荷载为250 kgf/m2。
平台和扶梯边缘都装设高度1.0米和1.2米的防护栏杆，平台采用栅格板式，并装设高度100 mm的踢脚板。
10、炉墙与保温
炉膛及旋风分离器部分炉墙采用敷管轻型炉墙与外护板结构，外护板采用压型钢板。炉膛下部燃烧室和旋风分离器内部浇注高强耐磨耐火浇注料。旋风分离器出口烟道、返料器和尾部烟道采用耐火浇注料和两层保温材料组成的炉墙结构。炉墙重量分别通过钢架传到基础上。
炉膛和旋风分离器炉墙外护板表面温度小于50℃。尾部炉墙烟温低、结构合理，炉墙的外表面温度小于50℃。
人孔门、检查门内均砌有耐火砖，该处外表面温度小于50℃。各种门孔都能开启自如，门把上的自锁装置，使炉门处有良好的密封性。
锅炉管道保温层表面温度小于50℃。
为保证炉墙安全运行，炉墙升温和降温速度应控制在每小时100～150℃之间。
11、仪表控制
锅炉控制主要分为汽水侧控制和烟气侧控制。
（1）汽水侧控制（详见汽水系统图）
汽水侧控制主要为锅炉给水量控制，过热蒸汽温度控制，过热蒸汽压力控制，炉水及蒸汽品质的控制等。锅炉在需要控制、监测的部位均设有相应的测点。汽水侧控制应与燃烧控制调整有机结合。
（2）烟气侧控制（详见锅炉燃烧系统图）
锅炉烟气侧的控制为：炉内燃料控制，炉膛温度控制，料层差压、炉膛差压控制、返料控制等。
a：在炉膛、水冷风室、旋风分离器、料腿、返料风室、一次风空预器、二次风空预器、引风机前烟道分别装有风压、烟压、风温、烟温、风量、氧量测点。以控制锅炉的燃烧过程。
b：通过对炉内燃料量控制，满足锅炉负荷变化的要求。
c：通过控制一、二次风风量，入炉燃料量控制炉内燃烧温度，达到最佳的脱硫效果。
d：通过放渣、放灰控制料层压差及炉膛差压，满足燃烧要求。
七、 锅炉所配安全附件
本锅炉设有安全阀、温度计、压力表、水位表、排气阀、电动给水阀、电动主汽阀等附件。
此外，本锅炉需要由用户单位设置超温超压报警装置，低水位联锁保护装置，超压联锁保护装置及其它保证锅炉安全运行的保护装置。
八、 锅炉脱硫、氮氧化物排放、锅炉初始排放烟尘浓度
1．锅炉运行时，可以通过给煤机向炉内添加0～2 mm的石灰石细粒进行炉内脱硫。石灰石与燃料、烟气充分混合、多次循环，煤中所含硫分在燃烧后被固化在炉渣中，并随炉渣一起排出，使烟气中的含硫量降低，SO2排放量满足GB13223-2003《火电厂大气污染物排放标准》的要求。石灰石耗量计算按脱硫剂CaCO2含量95%，活性中等计算，对应的Ca/S比约为2。
2．根据试验分析，煤中约有15～20%氮在燃烧时转换为NOX，如果采用分级燃烧方式将使NOX的排出量减少30～50%。
本炉采用分级燃烧，二次风分三层在炉膛下部收缩段布置，使其与炉内CO浓度相适应，更好地组织燃烧。一、二次风比为1：1，这时烟气中NOX排放量最少。
我公司锅炉测试NOX排放在400 mg/Nm3左右，低于GB13223-2003《火电厂大气污染排放标准》中对1000 t/h锅炉要求的氮氧化物最高允许排放浓度值650 mg/Nm3，所以说该炉的燃烧系统的设计是合理的。
3．循环床的排放烟尘浓度主要与燃料特性、分离器性能、运行操作有关。
该炉热态流化速度5 m/s，旋风分离器分离效率99.5 %，灰渣比约为5.5:4.5，锅炉初始排放烟尘浓度为15000 mg/m3。
九、 锅炉的防磨、密封、低温腐蚀等措施
1、防磨
循环流化床锅炉特有的循环流化燃烧特性，炉内受热面的磨损是不可避免的。通过实炉观察试验，发现磨损的部位是有规律的，主要发生在炉膛燃烧室浓相区、燃烧室与水冷壁的过渡区、旋风分离器的入口处、U型返料器舌形挡板处。在这些部位采取切实有效的措施，就可以防止减轻锅炉磨损：
（1）燃烧室：采用高强度耐高温复合耐火材料，该材料在工作状态下材料表层形成一层釉面，极大地提高了该材料的高温强度、耐高温性能和高温中的抗磨损、抗蚀损性能及热稳定性，因此本炉磨损严重区的耐火材料的使用寿命可达三年以上。
（2）过渡区：采用水冷壁向外弯制的避让结构和热喷涂合金技术。
（3）炉膛受热面：结构设计合理。因为在循环床锅炉中煤是低温燃烧，飞灰并未经过熔化、凝固的过程，故飞灰不如煤粉炉中硬。此外在炉内灰粒子对膜式水冷壁的撞击角很小，灰粒相对较软，在烟速合理时，运行14000小时后膜式水冷壁未发现明显的磨损现象。
（4）屏式过热器：不会有明显的磨损现象。对于其下部及炉膛出口处，由于烟气方向改变易引起磨损部位均覆盖防磨材料。
（5）对流受热面的磨损：高、低温过热器和省煤器受热面烟气流速分别为8.4m/s、7.9 m/s及7.4 m/s左右。由于烟气流速适中，并且每组过热器和省煤器前排及弯头都装有可靠的防磨装置，所以对流受热面磨损较小，运行安全可靠。
（6）空气预热器采用卧式空气预热器，烟气流速大大降低，受热面磨损轻微。
（7）流化床采用合金耐热铸钢风帽，采用合理的结构，有效降低风帽的磨损和防止漏灰。高温旋风分离器中心筒采用合金耐热铸钢制造，运行中不变形，抗磨损。
以上的这些措施，保证了锅炉能长期稳定运行。
2、密封、膨胀
循环流化床是微正压燃烧，锅炉密封性能对锅炉运行十分重要。本锅炉采用膜式水冷壁、水冷布风板、水冷风室、旋风分离器全钢板密封结构，保证了锅炉的严密性。
在锅炉需膨胀位置都设有全密封的膨胀装置。
3、低温腐蚀
理论分析认为烟气中的SO2对受热面的腐蚀及玷污没有明显直接影响，而烟气中SO3含量增加会显著地提高烟气露点温度，从而在低温受热面上凝聚造成酸腐蚀和沾污。循环流化床为低温低氧燃烧，火焰温度低，火焰区的过剩氧量少，常会显著降低SO3的转化率。该炉内加石灰石固硫，也减少了SO3的形成。
根据多数电厂的实际运行经验，当煤全硫含量小于1.8 %，最低金属温度大于80℃时，低温段预热器不会产生明显的堵灰和腐蚀，使用寿命一般在10年以上。
因此本炉防止预热器低温腐蚀的措施是：冷风温度大于30℃，排烟温度不小于140℃，并进行适当的炉内脱硫。
4、积灰
受热面积灰与烟气流速、露点温度、结构布置等因素有关。对于额定负荷，烟气流速不低于5～6 m/s时，即可大大减轻积灰。该炉对流受热面烟气流速均大于6 m/s，该炉尾部受热面不易积灰。
十、 其它
1、安装、使用请参见本锅炉安装说明书、使用说明书、图样等技术资料。
2、锅炉配套件以配套单位的技术资料为准。
3、锅炉辅机，如一次风机、二次风机、引风机、返料风机、循环水泵、除尘器、冷渣机、自控系统和烟风道等不属于锅炉供货范围。

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