410t/h高压循环流化床锅炉智能控制系统

410t/h高压循环流化床锅炉

一、主要设计参数

为借鉴国外循环流化床锅炉技术的成功经验，加快发展循环流化床燃烧技术，以及探索四川火力发电厂燃用高硫高灰煤的有效途径，我国从奥斯龙公司购进一台410t/h Pyroflow 型循环流化床锅炉及自动控制系统和主要辅助设备，1996年在四川内江示范电站投产运行。该型锅炉代表当时的世界先进水平。
锅炉设计煤种的人炉粒径为O-7mm（煤质分析数据) ；采用石灰石作为脱硫剂．对于设计燃料和给定的石灰石，在过量空气系数保持1.2 和Ca/S摩尔比为2.2的条件下，要求标准状况下烟气中气体污染物排放量NO₂（200mg/m³，SO₂《700mg/m³，石灰石特性和颗粒筛分,锅炉技术规范列于表。
二、锅炉整体布置与技术特点
1 ．锅炉整体布置
锅炉为露天布置，采用悬吊与支承结合的方式固定；锅炉构架为全钢结构，采用高强度螺栓联接。锅炉汽包、炉膛、对流过热器和尾部竖并上段（含省煤器）均采用悬吊固定，炉膛前布置的两个旋风分离器和空气预热器用支承方式固定。钢构架两侧中．心距为25.8m ，前后中心距为30m ，大板梁标高为47.2m ，锅炉顶部标高为50m，汽包悬挂在炉膛和尾部竖井之间炉顶的大板梁上，汽包中心标高为42.7m , 4 根集中下降管穿过第一级过热器后的斜烟道，并通过下部分配联箱与水冷壁相连接，形成蒸发系统的自然循环回路。炉膛由膜式水冷壁构成，中部标高位置布置n 管屏第二级过热器。炉膛顶部由后墙水冷壁前向后折弯形成斜炉顶，其上的烟气通道内沿烟气流向先后布置第三级过热器、第一级过热器。与常规煤粉锅炉相仿，省煤器和管式空预器布置在尾部竖井的对流烟道内。
2 ．锅炉技术特点
炉内物料采用高温循环，分离器内工作温度与炉膛温度（约900℃）接近。炉膛中部设置第二级过热器（日管屏），沿炉膛后墙侧布置翼墙式双面曝光水冷壁，以平衡和增强炉膛内换热并弥补蒸发受热面的不足。少量引风机出口烟气经烟气再循环风机加压后作为流化冷却介质进人流化床冷渣器。与高温底渣换热后的烟气及携带的细颗粒进人炉膛下部，形成烟气再循环，亦起着冷却下部床体和调节床温的作用。在4 根循环灰回料管上给人燃煤和石灰石，并采取分级供风方式燃烧，同时实现炉内脱硫、控制NO₂生成量和煤的流化燃烧。炉底布风板采用了弯管式风帽。这种风帽具有易于操作，布风均匀，运行中不易损坏等特点。循环灰控制采用流化密封送灰器（自平衡式U型阀），流化及控制风由专用罗茨风机多点供入，由浮子流量计指示各点供风量。在锅炉前墙布置两个高温旋风分离器。每台分离器下的立管在U 型阀分叉为两根向下倾斜的输灰管（每根输灰管上设有燃煤及石灰石给人装置），形成分叉管，使回灰及燃料等均匀给人炉膛。采用流化循环点火启动方式，这种点火方式既可保护炉内耐火防磨材料，又可消除爆燃引起床温剧升而结焦的问题。
3 ，锅炉系统布置
锅炉系统布置图。该锅炉主要包括燃烧室、高温旋风分离器、分叉回料密封槽等物料循环系统、煤和石灰石输送装置、灰渣冷却器、风机、烟道、风道、汽水系统和静电除尘器等，
( 1 ）主循环回路
燃烧室、高温旋风分离器、分叉回料密封装置（送灰器）三部分构成主循环回路。燃烧室分为上下两部分．四周以膜式水冷壁密封。下部主要是燃烧和脱硫区，该区的膜式水冷壁用一定厚度的耐火材料覆盖。此处床料的密度最大，旋涡很强烈，所有的燃料和燃烧风均在此区域送入燃烧室。全部床温和压力测量所需要的穿孔均位于这一区域。上部燃烧室由膜式水冷壁构成，热量由烟气和床料传送给膜式水冷壁使水冷壁内水部分地蒸发成蒸汽。在炉内水平布置有管过热器。
两个直径为7.5m的旋风分离器布置在炉前．旋风分离器本身由钢板制成，内部衬有耐火材料。耐火材料分为两层，贴近钢板的一层是绝热耐火材料，厚180mm；贴近烟气的一层是厚12Omm的耐磨材料。烟气出口中心管由耐热材料制成．插人旋风分离器内一定深度，以提高分离效率。
由旋风分离器捕捉到的颗粒沿旋风分离器下的立管流入回料密封装里。为使返回炉内的物料与床料混合均匀，减少单个回料口的负荷，每个立管配置两个回料密封装t ，分别位于立管两边，成分叉形布置。回料密封装置中的物料被从回料装置底部喷出的高压流化风所流化。煤和石灰石也被送入回料密封装里中，并与返回的颗粒混合后进人燃烧室。占燃烧总风量50 ％的一次风从沪膛底部布风板送人以流化床料，在燃烧室中，床料处于沸腾燃烧状态，沪温控制在850-900℃，满负荷时为897℃，气流上升速度为5m /s.气固之间的混合非常强烈，一部分大颗粒在燃烧上升的过程中会掉下来，世成物料的床内循环，而大部分固体颗粒被烟气携带出椒烧室后进人高温旋风分离器，经分离器捕捉下来后，再经分叉回料密封装置重新送回炉内燃烧，形成了床料的外循环。
( 2 ）煤和石灰石输送系统
原煤经过两级破碎到最大颗粒小于7mm后，存于细煤仓内。从细煤仓输出的煤通过埋刮板给煤机、链式给煤机再由螺旋给煤机和旋转阀将煤输送至分叉回料密封装置中。在旋转阀后面引入二次风，以提供正压密封并帮助燃料输送。石灰石经过两级破碎成石灰石粉，最大粒径小于700 m 。石灰石粉被送到石灰石粉仓，再经过螺旋给料机，最后通过气力输送至分叉回料槽中，煤、石灰石与旋风分离器来的颗粒在此借助高压流化风进行强烈混合并送人燃烧室。
( 3 ）烟风系统
一次风系统用以流化床料，并为然料的燃烧提供一部分空气。二次风系统协助完成嫩烧，并可控制燃烧温度，促进局部形成低温，以降低NO₂的生成量。风量的分配比例为一次风量和二次风量各约占总燃烧风量的50％.引风机将烟气经由烟囱排人大气，引风机系统与一般锅炉相同。
一次风由两台离心式风机（设计风量标准状况下46.07m³/s静压19591Pa ）从大气中吸人，经过暖风器，再进入锅炉尾部烟道中的管式空气预热器（温度提高到220℃），然后进人燃烧室下部的风室，最后经燃烧室底部布风板喷管形成高速气流进人床内，以流化床料并提供燃烧用空气。暖风器的作用是先将一次风温度提高到106℃，以防止尾部烟道中的管式空气预热器在启动或低负荷运行时．由于低的烟气温度而被腐蚀．
二次风由一台离心式风机（设计风量标准状况下28.37m³/s,静压985OPa ）从大气中吸人，先经暖风器再进管式空气预热器将空气温度提高到220℃ 后，在离布风板3.6m和32m处分别以上二次风和下二次风的形式送人炉膛，以实现分级燃烧。这样燃料可以完全燃烧而没有过多的NOz 生成。在启动时，二次风也用作启动燃烧器的燃烧用风。燃料在嫩烧室燃烧后．烟气首先通过旋风分离器，较粗的颗粒在此处被分离出来并经分叉回料密封装置重新送回床内。烟气携带较细的飞灰通过锅炉的对流受热面后温度降低至136℃，进人静电除尘器并在此被分离出来。烟气由两台引风机（设计风量标准状况下67. 26 m³/s ，静压6726Pa）抽吸经静电除尘器和烟囱排人大气。在最大连续出力下，旋风分离器区域的温度在815-900℃之间，炉膛上部压力为-50Pa。
为冷却冷渣器中底灰，设计有烟气再循环系统。由一台离心式风机（设计风量标准状况下11. 4m³/s、静压17920Pa ）作为再循环风机，从引风机出口吸人烟气，再送人流化床冷渣器冷却底灰，然后从冷渣器上部进人床内。
锅炉设有高庆风系统，其作用是流化分又回料密封装置内的循环物料。高压风系统使用了两台单级罗茨鼓风机（单台风机设计风量标准状况下1.64m³/、静压60000Pa ）。一台运行，另一台备用。为最大连续工况下的各种风机的实际运行参数。
( 4 ) 除灰系统
底灰从燃烧室排出后，通过流化床冷渣器和水冷螺旋排渣机，将底灰从900℃ 冷却到大约260℃，再由链式输送机将灰送至灰库。有六个流化床冷渣器，其中四个位于燃烧室后墙，另外在两侧各配备一个。用再循环烟气作为流化床冷渣器的流化介质。通过调节水冷绞龙的转速，可以对燃烧室中的床料进行控制．因此它是整个循环流化床燃烧工艺控制中的一个重要组成部分。当燃料和石灰石的给料量一定时，如果增加排灰，床料量减少，床压下降；如果减少排灰，床料量增加，床压上升。
飞灰从尾部烟道和除尘器下部各个灰斗排出，通过气力输送装置送至飞灰库，然后装车运出。飞灰库设置有干式和湿式两种排灰系统。
锅炉设计了静电除尘器飞灰再循环系统。静电除尘器第一个电场下部灰斗中的飞灰，通过仓泵部分地送入再循环灰斗，再经螺旋卸灰机排出，由一次风输送到锅炉后墙左角离布风板3.6m高处进人燃烧室。除尘器飞灰再循环对锅炉运行有明显的积极作用：第一，提高’了碳的燃尽率；第二，提高了石灰石的利用率；第三，调节床温，使锅炉保持最佳的脱硫温度，从而提高了脱硫效率（当循环飞灰增大时，床内温度下降，反之亦然）。
( 5 ）启动燃烧器
启动燃烧器位于布风板上方2.ll 处，启动燃烧器共有5只，后墙布里3只，左右侧墙各1只。燃烧器的总出力是50％最大燃烧率，即142MW 。启动燃烧器的主要作用是在锅炉冷态启动时将床温提高到煤的着火温度650℃ ，另一个作用是保证煤燃烧初始阶段的稳定．当床温高于800℃时，煤就能维持自着火。这时，启动燃烧器的负荷逐渐减少，煤的投料量逐渐增大。当启动燃烧器的负荷可降至零，且床温又高于800℃时，启动燃烧器停止运行。
床喷枪共有11 只，布置在布风板上方0.71m 处。其中，前墙布置5只，后墙布置6只。床喷枪主要作用是当煤中断时承担一定负荷，维持床温。
锅炉还设有两个风道燃烧器，布置在一次风道中。启动时，风道燃烧器可以对一次风进行加热；当煤中断时，风道燃烧器也可以用于维持床温。
( 6 ）汽水系统
汽水系统采用自然循环方式。锅炉配备两台电动给水泵，一台运行，一台备用。给水泵经省煤器后进人汽包与炉水混合，再经下降管进人水冷壁下部的进口联箱。炉水在水冷壁中坡高温烟气和固体物料加热，部分水蒸发成蒸汽，汽水混合物返回汽包后，经汽水分离器分离出饱和蒸汽。饱和蒸汽进入位于炉膛后部烟道水平通道的第一级过热器后再进人位于炉膛中部的第二级过热器，最后进人位于第一级过热器前的第三级过热器（其中第一级、第三级为屏式过热器，第二级为。管过热器）.在第一级和第二级过热器出口均设置有喷水减温器，用来调整过热蒸汽温度；另外，过热器为辐射一对流混合型。因此，当锅炉负荷在沁写-100％范围内变化时，主蒸汽温度保持稳定。
汽水系统的流程为：给水经省煤器加热后进人汽包，再通过4根价457.5mm 的下降管进人炉膛后端外布置的锅炉底部分配联箱（下降管穿过第一级过热器后的烟道向下供水）。其扣后墙水冷壁联箱亦向水冷布风板管子供水，而布风板管子又向前墙联箱供水。后墙侧的冀窗式水冷壁亦采用膜式壁，后联箱分出6根分支联箱向翼墙式水冷壁供水。在炉顶，侧墙及攀墙上升管汽水直接进人汽包，后墙上升管在锅炉顶部向前折弯，形成水冷炉顶，然后在一个共同联箱中和前墙水冷壁上升管的汽水混合物相混合，经“捕渣”管屏（Screen Fipe）后注入汽包。饱和蒸汽流出汽包后依次经过第一、二、三级过热器，最后送往汽轮机。汽水流呈
( 7 ）控制系统
循环流化床锅炉的控制系统与常规煤粉锅炉有较大的差别，主要体现在风量控制及燃烧系统上。由于循环流化床锅炉设置有床内的物料循环，与煤粉锅炉相比，增加了石灰石、灰循环及底灰控制系统，对控制系统的要求比煤粉锅炉的高得多，控制方案由奥斯龙公司设计，控制系统则选用美国福克斯波罗（FOXBORO ）公司研究开发的I / A ’S（智能自动化系统），构成整个控制系统的核心。I/A 'S主要由软件和硬件两大部分组成，且这两大部分是相互独立的，软件的升级和硬件的升级换代均可相互支持。该机组控制系统采用先进的分散控制系统，具有较高的自动化控制水平。