生物质燃烧机前后墙对冲布置型330MW锅炉的设计特点
摘  要：介绍宁夏中宁发电厂330 MW锅炉的设计特点，该锅炉采用了自主开发的生物质燃烧机前后墙对冲布置的方式。阐述了锅炉本体设计和生物质燃烧机对冲布置的一些措施。性能试验和实际运行情况表明，该锅炉的设计是成功的。图6表2参1
    宇夏中宁发电厂2X 330 MW锅炉是我公司设计的生物质燃烧机前后墙对冲布置型式的锅炉，也是国内首台自主开发的该类型锅炉。该锅炉是在总结国内300 MW级机组锅炉运行经验的基础上，特别是在我公司为宁夏石嘴山电厂提供的4X 330 MW生物质燃烧机前培布置锅炉成功运行经验的基础上，结合中宁电厂地理条件、煤质特点等设计的，采用了成熟可靠的技术和先进的设计、制造标准和运行可靠的结构。
1锅炉总体布置
1.1锅炉型式
    锅炉为亚临界参数汽包炉，自然循环，单炉膛，双烟道低NO。轴向旋流式燃烧器，前后墙对冲布置，采用5台中速磨煤机，冷一次风直吹式制粉系统。BMCR工况下4磨运行，1台备用。尾部双烟道布置，烟气挡板调温，三分仓容克式回转式空气预热器，固态排渣，刮板捞渣机，钢构架，全悬吊，一次再热，平衡通风，全封闭岛式布置（图1）。
1.2燃料特性（表1）
    根据对煤质特性的分析，设计煤种与校核煤种均属于易着火、易燃尽的煤种，但结焦严重，在设计中应采取相应的措施。
1.3生物质燃烧机前后墙对冲布置的特点
1.3.1对冲燃烧的优点
    前后墙对冲燃烧，不仅可以强化煤粉气流的扰动与混合，增加气流在炉膛中的充满度，而且沿炉膛宽度方向热负荷及烟气温度分布更均匀，在减少炉膛出口左右侧烟温偏差方面比四角切圆燃烧具有明显的优势。同时，对减少高温区受热面局部发生高蠕变及高温腐蚀的可能性具有较好的作用。
1.3.2燃烧器布置
    中宁电厂2×330 MW锅炉采用了25台双通道带有煤粉浓缩器装置的轴向生物质燃烧机，燃烧器呈前后墙对冲布置，其中前墙3排，后墙2排，每排水平排列5台，相邻燃烧器的旋向相反（图2）。为防止炉膛结焦，选取了较大的炉膛断面(15504 rruu×13224 mrn)，较低的炉膛断面热负荷(qF一4.14 MW／m2)及较低的炉膛容积热负荷（g，一96. 54 kWfn3）；同时，燃烧器上、下层中心之间的距离为8 m，最边上燃烧器到侧墙的距离为3.154 m，后墙两层燃烧器之间的距离为8m，这对防止炉膛结焦是非常有利的。
1.3.3然烧器布置合理性的验证
    为验证燃烧器布置的合理性，华北电力大学对炉膛的燃烧过程进行了数值模拟。通过对燃烧器两相流的数值模拟，证实该炉生物质燃烧机煤粉进入炉膛沿轴向分布均匀，煤粉切向速度不大，轴向速度也不大，二次风有较大的旋转动量。这样有利于煤粉气流的扰动和混合，火焰不易冲墙，燃烧器设计合理；炉内烟温、热负荷、烟速分布合理，燃烧器布置合理。
2锅炉本体
2.1锅炉参数
    该锅炉是配上海汽轮机厂330 MW汽机的锅炉（不超压），锅炉参数示于表2。
    从上表可以看出：BMCR工况下主蒸汽流量为1112.4 t厶，再热蒸汽流量为934.1 t/h,汽机不超压；而常规不超压的锅炉，BMCR工况下主蒸汽流量为1025 t舡再热蒸汽流量为834 t/ho二者相比过热器蒸汽阻力增加了约18%，再热器阻力增加了约25%。而锅炉技术协议中对阻力的要求仍按常规300 MW锅炉进伉即过热蒸汽阻力≤1. 373 MPa，再热蒸汽阻力≤0. 176 MPa。为满足技术协议的要求，需对过热系统、再热系统的设计进行改进、优化。
2.2  降低过热器、再热器蒸汽阻力的措施
2. 2.1过热器系统
    蒸汽流程：汽包出来的蒸汽流经顶棚入口集箱一顶棚管一顶棚出口集箱后分成两路，一路流经尾部前、后包墙管一尾部侧包墙一分隔墙上集箱，另一路进入低再悬吊管一分隔墙下集箱一分隔墙上集箱，两路汇合后进入低过悬吊管一低过入口集箱一低过出口集箱一连接管一分隔屏一后屏一高过一汽机。
    根据实际运行情况，常规300 MW锅炉过热器蒸汽阻力可达到1. 75 MPa。因此，对中宁电厂330MW锅炉过热器系统进行了一系列的优化，其过热器系统图示于图4。
    蒸汽流程：汽包出来的蒸汽流经顶棚入口集箱后分成两路，一路流经顶棚管，另一路通过4根旁通管进入顶棚出口集箱，从顶棚出口集箱出来的蒸汽一部分流经尾部前、后包墙管，另一部分通过2根旁通管，进入分隔墙上集箱，再通过低再悬吊管、分隔墙一分隔墙下集箱一低过入口集箱一低过出口集箱一连接簪一分隔屏一后屏一高过一汽机。
    比较图3和图4可以看出：过热器系统主要进行了如下优化：
    (1)顶棚旁路管及过热器连接管数量增多。
    (2)尾部包墙的流程进行了改变，低过的悬吊管改为省煤器悬吊，增加了从顶棚出口集箱到分隔墙上集箱的旁通管。
    (3)增大了三通及连接管的直径。
    (4)后屏由20片改为21片。
    根据汽水阻力计算，过热器蒸汽侧力可控制在1. 373 M Pa以内。
2.2.2再热器系统
    再热器由低温和高温两部分组成。低温再热器由4个水平管组和一个垂直管组组成；高温再热器由8管圈并绕而成，垂直悬吊于水平烟道。为减少再热蒸汽阻力，采取了如下措施：
    (1)取消了低温再热器与高温再热器之间的集箱，之间的管子采用2片变1片，内外交叉的连接方式，可减少流量偏差。
    (2)增大连接管和进、出口集箱的直径。
    (3)将高温再热器的管径由中51加大到+60。
2.3保证蒸汽品质的措施
    因锅炉蒸发量增大，汽包内件的汽水分离能力也应随之加大，内件设计要进行优化。
    锅筒采用单锅筒，锅筒内径为1743 nuu,壁犀145 mm，筒身长20.1 m，两端为球形封头，锅筒有足够的水容积。
    汽水混合物进入锅筒，沿着锅筒圆周两侧流经环形夹套，并沿切向进入一次分离元件。环形夹套与锅筒同心，可把炉水与省煤器来的给水跟锅筒内壁分隔开，使锅筒下半部的内壁温度保持与汽水混合物相同的温度，减少了锅筒上下壁温差值，从而可加快锅炉启、停速度。
    一次分离元件为切向导流式旋风分离器(图5)，简体直径+292 mm，呈锥形，顶部斜置初级波形板分离装置。汽水混合物从切向进入旋风筒，筒内装有导流叶片，由旋转产生的离心力将水滴抛向筒壁，沿筒壁下流经导叶盘进入水空间，蒸汽则上升进入初级波形板分离装置，进一步进行分离。蒸汽通过，水滴滞留在波形板上，由于相对速度较低，分离出来的水滴不会被蒸汽走，沿着分离装置出口的下缘板滴下返回水空间。
    沿锅筒长度布置两排旋风分离器，共计126个，每只旋风分离器平均负荷8. 83 t/h。
    从旋风分离器出来的蒸汽以均等的低速继续向上流动，进入锅筒顶部的二级波形分离装置，该装置由160块波形板组成，分4组呈双V形沿锅筒长度布置，蒸汽通过波形板形成的曲折行径，具有较低的相对速度，分离出来的水滴不会被带走，沿着波形板T流，从疏水管返回水空间，进一步分离出的蒸汽经80块均汽孔板流入蒸汽引出管。
3  燃烧器
    燃烧器前后墙布置，前墙3排，后墙2排。25个燃烧器采用与支持框架为一体的独立风箱结构，独立风箱向每一排5个双通道轴向旋流式燃烧器提供内外二次风，一台磨煤机供应每一排的5个燃烧器，使给入热量沿整个炉膛宽度均匀分布，以保持最小的温度偏差。
    25个生物质燃烧机中，13个为顺时针旋向（即一次风、内外二次风及油枪稳燃罩旋向均为顺时针旋向），另外12个为逆时针旋向。
    从中心风进入位置看，有12个从燃烧器右侧接口进入，其余13个从燃烧器左侧接口进入。
    (1)采用分级送风技术，煤粉燃烧所需空气，分别从内二次风道、外二次风道和中心风管进入，使二次风在煤粉燃烧过程中分级逐步送入煤粉气流。内二次风量较小，可确保煤粉初期的燃烧反应在偏离化学当量比的状态下进行，燃烧区域氧量相对不足，可有效抑制燃料型NOx的生成；同时由于氧量的不足，削减了火焰温度峰值，也可降低温度型NOx的生成水平。
    大部分空气从外二次风道送入，风量大，风速高，极大地提高外二次风与煤粉气流昀动压比，气流后期湍动混合强烈，使焦炭燃烧后期所需的氧气及时输送到煤粉表面，促进剩余焦碳的燃尽，降低飞灰中的可燃物含旦，提高燃烧效率。
    少量的空气从中心风管送入，为煤粉燃烧根部提供必要的氧气，有利于煤粉的稳定着火，中心风速较低，可保证高温烟气回流区的稳定。燃烧器停运时，中心风起到冷却燃烧器喷口的作用。
    (2)燃烧器内二次风道装有轴向可动旋流叶轮，外二次风则装有轴向固定旋流叶轮，使二次风形成旋转气流。内二次风的旋转强度、内外二次风的风量可通过拉杆进行调节。通过调节内二次风的旋流强度和内外二次风的风量分配，能更大限度地改变整个燃烧器的旋流强度，有效地改变燃烧器出口处回流区的大小、位置以及各股风之间的混合，使燃烧器有较强的煤种适应能力。
    (3)燃烧器一次风管由切向蜗壳引入煤粉分配器，煤粉由叶片旋转导向，使煤粉气流在一次风道内旋转，改善了煤粉气流浓度周向分布不均的现象。在煤粉分配器出口处又装有纵向均流槽，使煤粉在
一次风道内沿径向也均匀分布。煤粉旋转导向叶片和纵向均流槽均为耐磨铸钢制成。
    (4)燃烧器又采用了煤粉浓淡燃烧技术，在煤粉喷口出口，装设4个煤粉浓缩器。利用煤粉气流旋转的惯性，使得煤粉在4个煤粉浓缩器附近密集，形成煤粉浓相区，从而沿圆周上形成四股浓、淡煤粉气流，实现沿圆周分布的浓淡燃烧，特别有利于煤粉的稳燃和抑制NOx的生成。
    (5)燃烧器一次风出口处设有火焰稳燃器。它由稳燃齿和稳燃环二部分组成。稳燃齿可对煤粉的分布进行合理的调整，当煤粉气流绕流过稳燃齿时，在其圆周形成小涡流圈，附在高温回流区的根部，在小涡流区内，煤粉极易着火，并将热量传给未着火的煤粉，强化煤粉的着火。同时，大量煤粉颗粒流过稳燃齿日寸，其运动轨道将向中心偏转，射入高温烟气回流区，形成较高的煤粉浓度，回流区内的湍动度也较高，这种高温度、高浓度、高湍动的同时存在，形成了局部煤粉有利的着火条件，煤粉气流可在此区域内被迅速加热，实现及时着火和稳定燃烧。在稳燃齿外设有火焰稳燃环，其作用可避免内二次风过早与煤粉混合，有利于煤粉着火稳定。
3.2生物质燃烧机改进措施
    (1)以前采用同类燃烧器的锅炉大渣中有少量
没有燃烧昀煤粉，使大渣可燃物含量较高。通过改
进浓缩器、稳燃环、稳燃齿的结构及燃烧器的设计参
数，彻底解决了燃烧器掉粉的问题，大渣可燃物含量
大大降低。
    (2)针对同类型燃烧器存在二次风门及旋流强度调节拉杆操作困难，特别是在热状态下很难拉动拉杆的问题本工程将拉杆操作机构进行改进，同时将拉杆上的普通螺纹改为梯形螺纹，现场运行调节灵活，操作简单。
    (3)本工程燃烧器端部煤粉喷口、内二次风喷口及外二次风喷口材料由以前的不锈钢改为特种耐热铸钢，解决了以前存在的喷口变形、烧损的问题。
    (4)对稳燃齿的结构和材料进行了改进，解决了以往稳燃齿烧损的问题。
    (5)根据同类型燃烧器运行的经验，将一次风管内易磨损处的碳钢材料改为耐磨材料，大大减少了燃烧器的检修和维护工作量。
5结论
    宁夏中宁电厂2×330 MW锅炉是我公司自主开发设计的配上汽330 MW汽机的生物质燃烧机前后墙对冲布置锅炉。从实际运行情况及性能试验结果来看，锅炉的设计是成功的，达到或超过了技术协议的要求。