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1、文章编号:CN311508(2004)05002904循环流化床锅炉屏式过热器设计问题探讨卢友艳(上海锅炉厂有限公司,上海200245)关键词:循环流化床锅炉;屏式过热器;防磨;热膨胀;穿墙密封摘要:指出大中型循环流化床锅炉采用屏式过热器的必要性,概述了屏式过热器的布置方式,提出了设计质量流速的合理范围以及壁温计算应遵循的原则,总结了屏式过热器在结构设计中的防磨、热膨胀、穿墙密封等方面的经验。中图分类号:TK229.6+6文献标识码:B锅炉压力升高,蒸发吸热份额下降,因此,为保证合理的床温和炉膛出口温度,就必须在主循环回路布置过热器受热面。对此,Lurgi炉
2、型的做法是:在主循环回路的回料器与炉膛的连接管并联外置式换热器(FBHE),将部分过热器受热面布置于外置式换热器内,由部分循环物料向其传热,使这部分循环物料温度降低,以此来保证合理的床温和炉膛出口温度,并平衡蒸发吸热与过热器吸热的配比。外置式换热器也是运行中调节床温的有效手段。但是,外置式换热器在有效调节床温的同时,却牺牲了过热器的汽温特性。即:在低负荷时,为保证较高的燃烧效率和脱硫效率,需要保持较高的床温。为此,通过外置式换热器的循环物料量应减少,以此来提高返回炉膛的循环物料的平均温度。可是,这使得在低负荷时本来就难以保持的过热蒸汽温度更难保证。更为重要的
3、是,采用外置式换热器大大增加了锅炉的制造成本,使这一炉型至少在(220～450)t/h的高温高压(50～125MW)和(420～490)t/h的超高压(135～150MW)中间再热容量等级上缺乏市场竞争力(外置式换热器在150MW以上容量的循环流化床锅炉上还是必要的,本文对此不作详细讨论)。原芬兰奥斯龙(Ahlstrom)公司的Pyroflow炉型采用在炉膛内布置横置式异型受热面管(即所谓“Ω”管)过热器来解决以上所提到的问题。它的优点是,这部分过热器布置于炉膛内,在低前言近年来,循环流化床锅炉以其高效、低污染的突出优点得到了迅速发展。目前,国内已有多台15
4、0MW等级以下的循环流化床锅炉运行,同时,300MW等级的循环流化床锅炉也有多台订单,在不久以后将投入商业运行。同时,在老机组改造、工业企业自备电站及热电联供机组中,循环流化床锅炉也是首选的炉型。随着社会经济的发展,循环流化床锅炉的市场还会进一步扩大,将继续是锅炉领域最重要的产品之一。因此,对循环流化床锅炉屏式过热器设计问题进行研究是非常必要的。1大中型循环流化床锅炉采用屏式过热2器的必要性上世纪80年代中期至90年代初期,我国循环流化床锅炉的研究和产品开发工作在小容量(75t/h以下)徘徊时,并没有涉及到在炉膛布置屏式过热器的问题。90年代中期,国外进口以
5、及采用国外技术生产的220t/h高温高压循环流化床锅炉进入市场,带来了炉膛内布置屏式过热器的设计理念。随着锅炉容量的增加,炉膛四周水冷壁受热面积与炉膛容积之比将减小,当循环流化床锅炉的容量超过220t/h时,单靠炉膛水冷壁已无法保证合理的床温和炉膛出口温度,另一方面,随着收稿日期:20040607作者简介:卢友艳(1969),女,1992年毕业于哈尔滨电工学院热能工程专业,上海锅炉厂有限公司工程师,循环流化床锅炉责任设计师,主要从事循环流化床锅炉的设计工作。30锅炉技术第35卷负荷时炉膛水冷壁吸热份额增加的同时,这部分过热器的吸热份额同时增加,从而大大改善了
6、过热器的汽温特性“:Ω”管具有很好的抗磨损性能,可以较好地解决防磨问题。另外,与Lurgi型锅炉相比,Pyroflow炉型的成本也低得多。Py2rofiow炉型是20世纪80年代中期到90年代初国际循环流化床锅炉市场的主导产品。但是,“Ω”管的制造工艺复杂、成本高,且由于其形状不规则,壁厚不是均匀的,运行时壁温相差较大,造成其自身热应力很大,致使“Ω”管很容易开裂,从而导致机组可用率下降。20世纪90年代中期,随着芬兰奥斯龙公司被美国福斯特惠勒(FosterWheeler)公司收购,Pyroflow炉型逐步退出了循环流化床锅炉的商业市场。20世纪90年代初,
7、美国福斯特惠勒公司和原ABB-CE公司(现ALSTOM公司美国部)先后都采用了屏式过热器的设计方法。一方面,屏式过热器既保留了“Ω”管过热器的种种优点,又降低了制造成本;另一方面,通过对膨胀、密封、防磨等方面的改进设计,大大提高了机组可用率。目前,屏式过热器已成为众多循环流化床锅炉炉型所采用的经典设计模式。图1过热器结构布置图目前,国内几乎所有投运和在建的高温高压循环流化床锅炉都采用流程1的布置方式,因此,以下对屏式过热器性能和结构设计问题的讨论将以屏式过热器作为中温过热器的基础。屏式过热器的布置方式以高温高压(540℃、9.81MPa)循环流化床锅炉为例,
8、过热器系统一般为三级布置,两级喷水减温。三级中两级为
