300mwcfb锅炉水冷壁防磨及传热特性分析

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1、第1章引言1.1研究背景及意义根据我国的能源特点，煤炭在我国的能源结构占主导地位的状况已持续了几十年。近年来，随着石油、天然气和水力资源开发量的增加，煤炭在能源结构中的比例有所减少，但其消费量占一次能源总消费量的70%左右•且发电能源长期以煤炭为主的格局仍将持续相当长的时期。我国煤炭资源大部分位于西北•远离发达的东南沿海。在优质煤运输向东南沿海的同时，每年遗留近亿吨劣质煤及肝石尚待经济合理利用。因此，洁净煤发电技术和低热值煤炭有效利用对于实现我国能源的可持续发展意义重大。在各种燃煤发电技术中・循环流化床(CFB)锅炉燃烧技术具有的燃

2、料适应性广、燃烧效率高，能有效燃烧包括劣质煤和固体垃圾在内的许多低热值燃料等优点，上述优点使其成为当今世界先进可靠的洁净燃煤技术之一，在国内外电站锅炉得到推广应用，并持续向大型化发展。CFB锅炉燃烧技术的研究始于上个世纪七十年代，是在鼓泡流化床和化工行业的CFBT艺基础上发展起来的。几十年来，作为一种新型的洁净煤发电技术逐渐应用电站锅炉领域。与常规燃烧方式相比•CFB燃烧技术主要有以下特点⑴2】:(1)燃料适应性广。CFB锅炉内大量的物料处于流化燃烧状态，燃料入炉后迅速与大量的炽热床料混合燃烧•床层温度不会明显降低。因此既可烧各种优

3、质煤，也可以烧各种劣质燃料。(2)燃烧效率高。CFB锅炉燃烧室内气固混合良好，大部分未燃烬的颗粒能经旋冈分离器分离后被重新送入炉膛反复循环燃烧，为燃料提供了足够的燃烧时间。(3)污染物排放低。由于燃烧温度较低(850〜950°C)，可以在燃烧过程中加脱硫剂方便地实现炉内脱硫，在钙硫摩尔比1.15〜2.15的情况下可以达到90%以上的脱硫效率。由于CFB锅炉是低温燃烧，而且燃烧过程在整个炉膛高度上进行的，所以可以方便地组织分级燃烧，有效地抑制NO,的生成，降低NO,排放。(4)截面热强度高。CFB锅炉的截面热负荷约为3.5〜4.5MW

4、/H?，接近或高于煤粉炉，锅炉设备相对紧凑。(5)负荷调节性能好。CFB锅炉的负荷调节范围大*可以在20%〜100%负荷范围内调整。只需要调节给煤量和空气量就可以达到变负荷的目的。(6)运行成本低。由于CFB锅炉的燃料适应性好，可以采用劣质燃料，燃料要比煤粉炉低；此外，CFB锅炉的炉渣还可以综合利用•作为水泥熟料的添加物。国外从上个世纪80年代幵始步入CFB锅炉的快速发展时期。近年来>国外的CFB锅炉技术逐渐向大型化和高参数方向发展。其主要炉型有Lurgi型、Pyroflow型及FW型。虽各技术流派各有特点•但相互融合、技术趋同的趋

5、势十分明显。目前，国外300MW级CFB锅炉的技术已经比较成熟。投入运行的最大容量CFB锅炉为波兰460MW级超临界CFB锅炉•炉型为FW型，同时该公司也已经完成了法国电力公司600MW级超临界CFB锅炉的设计。1965年，我国建成第一台燃烧油页岩的工业流化床锅炉。此后，CFB锅炉很快在全国得到推广，其中多数为中小型工业锅炉。上个世纪80年代，国内CFB燃烧技术也开始飞速发展。1995年12月国内第一座41Ot/h高温高压CFB锅炉示范电站在四川内江高坝发电厂成功投运。自2000年以来，采用引进技术与自主幵发相结合的方式•设计制造了

6、一批大型CFB锅炉。目前•我国已具备自主设计制造50/100/200MW和300MW等级CFB锅炉的能力和业绩近年来，国内已投运30余台300MW容量等级CFB锅炉，正在建设或已订货的300MW容量等级CFB锅炉尚有20余台⑶。然而•因CFB锅炉的燃烧方式与传统锅炉不同，它是通过高速运行的气流带动固体物料在炉膛内循环燃烧，并经过物料分离设备和再循环设备将物料送返炉膛，达到高效燃烧的目的。受其特殊的燃烧方式以及其它因素的影响CFB锅炉实际运行中存在运行时数少、磨损严重、出力不足等问题•许多锅炉运行不长即出现水冷壁管磨损爆管泄漏，因水冷

7、壁磨损爆管造成的事故接近锅炉事故停炉总数的50%。世界上投运最早的一台较大容量的CFB锅炉为德国杜易斯堡第一热电厂267t/h炉，在运行了约3500h后，水冷壁的一根管子磨损爆管导致被迫停炉，英国每年更换的锅炉水冷壁管子也以万米计⑷。水冷壁磨损爆管的问题在国内也比较常见。1989年•湖南省8家电厂因水冷壁磨损导致爆漏占总事故的42%。1992年，西北某电网锅炉受热面管磨损事故占总事故57%。云南云天化股份有限公司的一台75t/h炉，从2000年7月至2001年7月共计运行了7250h，由于磨损而导致的停炉事故占停炉总数的19.0%。

8、垂直水冷壁受热面管子磨损爆管已是CFB锅炉被迫停炉的主要原因之一。水冷壁磨损问题已严重制约了CFB锅炉的应用和发展。因此，研究CFB锅炉炉内受热面的磨损机理及其影响因素，制定行之有效的炉内受热面防治磨损技术措施，特别是水冷壁受热面的防