70MW角管式锅炉的选用及其相关问题的商榷

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70MW角管式锅炉的选用及其相关问题的商榷
-------中国石油天然气管道局〓丁亦如

【摘〓要】本文就70MW角管式锅炉的特点：全膜式水冷壁结构，上锅筒为外置式，系统回水由锅筒进入，在炉膛部分自然循环后再进入布置在烟道的旗式受热面，这样能有效降低在烟气出口处旗式受热面发生的低温腐蚀的可能性，且总内阻＜6mH2O，同样是鳞片式炉排结构，它采用的是等压风仓结构，在等压风仓和炉排面之间是若干组可调节的小风门，一改过去的分段送风，使得炉排的布风非常均匀。对炉排的倾角设计也由传统的60°改为45°，这样可基本上杜绝炉排的漏煤现象。另外，还对空气预热器的设置、除尘器的选用、分层给煤等相应配套的有关问题进行了阐述。

角管式锅炉是上海四方锅炉厂在上世纪80年代从丹麦引进的具有节能和环保为突出特点的新炉型。我们在调查和实炉考察的过程中，发现角管式锅炉比传统炉型具有更多的特点和优点，同样是鳞片式炉排结构，它采用的是等压风仓结构，在等压风仓和炉排面之间是若干组可调节的小风门，炉排布风非常均匀，这种一改过去的分段送风、沿炉排宽度方向、送风不均匀的结构，则更有利于煤在炉床上燃烧和燃尽。另外，它将电站锅炉的膜式水冷壁技术引用到工业锅炉上后，整体密封性好、漏风少，同时锅炉的体积小，我们在原定安装29MW的厂房内安装了70MW角管炉，锅炉总重仅为同类型散装炉的一半不到，可采用组合吊装，安装周期短，只需2.5－3个月；锅炉的水循环系统，在炉膛部分采用自然循环，在烟道部分的旗式对流受热面采用强制循环，加上锅筒为外置式，这样既保证了锅炉在运行时的安全性，又能确保锅炉在紧急情况下停炉时，锅炉内的水能自然流动，对锅炉起到很好的保护作用。系统回水由锅筒进入，在炉膛部分自然循环后再进入布置在烟道内的旗式受热面，这样能有效降低在烟气出口处旗式受热面发生低温腐蚀的可能性。通过在宝鸡热力公司、太原小店区集中供热和山东日照热力公司中选用，现将这种炉型的结构特点及在选用中遇到的一些相关问题提出来和大家商榷。

1、炉排结构
70MW角管式锅炉采用先进的重型链条鳞片挤压式炉排的双炉排技术，即由左右两付炉排组成，两付炉排配有各自的驱动装置，在正常运行过程中要求同步向前运动，非正常情况下，两付炉排又可作各自的单独运行。这种炉排结构与横梁式炉排比较，具有单位有效面积重量小、对制造和安装要求较低；尤其是采用等压风仓后配风精确，有利于煤的燃烧和燃尽，而且漏煤少，运行稳定和故障率相对较低等优点。图1为角管式双炉排结构简图。
对炉排的倾角设计也由传统的60°改为45°，这样可基本上杜绝炉排的漏煤现象，而且在运行中炉排片受热不受力，而传动机构受力不受热，可避免高温状态下的炉排受力变形。炉排片还具有扇形送风槽，组合的炉排通风截面比较小，通风间隙分布均匀，炉排冷却条件好，因而在运行中更安全可靠，由于消除了送风死角，可使燃煤得到充分燃烧，同时边炉排为机械密封，属重型炉排，可防止像传统型炉排两侧的过烧甚至烧坏密封铁的现象。
2、送风结构
由于煤在炉排上燃烧是分阶段分区进行的，所以沿炉排长度方向所需的空气量也是不同的。在煤的预热干燥时，可以不需要空气；在挥发物析出区，有一部分可燃气体已经开始着火，因此需要供给一部分空气，使不断析出的可燃气体着火燃烧；以后，挥发物燃烧和焦炭的燃烧区域是燃烧过程的主要部分，需要送入大量的空气；最后是炉渣的形成区域，燃烧过程已基本完毕，所以不需要很多空气，主要是炉排冷却需要送风。因此，各区所需的空气量是不等的，呈现梯形状的变化过程，即由少到多，再由多到少的变化过程；而相应的通风压头是随着着火燃烧直至燃尽是逐渐递减的。为适应链条炉的这种送风特性，传统做法由于结构上的限制，送风沿长度方向一般只设5－6段风室，同时为减少沿炉排宽度方向的风量分配不均，还采用双面进风的措施，即使是这样，炉排的通风仍很不均匀，直接影响煤的燃烧和烧尽。70MW角管式炉排，它采用的是等压风仓结构，即在炉排面下是一个大的等压风仓，由鼓风机送出的一次风经两侧送入，等压风仓和炉排面之间左右炉排各设10个分段调风装置，每段设12个可调的小风门组，整个炉排面和等压风仓之间共设有240个小风门组。因此使得煤在炉排上燃烧的全过程，均可分段按需调节送风量，满足煤在燃烧的各个阶段空气要求，从而使煤得以充分燃烧和燃尽。实践证明，采用这种等压风仓结构，依靠均布在炉排面下的小风门调节，加上炉排结构的合理性，不仅风室不漏煤，且布风均匀，风量和风压控制得当，从而极大的改善了燃烧效果，提高了燃烧效率。

3、本体和炉墙结构
3.1〓70MW角管式锅炉本体结构：系全膜式水冷壁结构，即锅炉四周及中间隔墙均采用膜式水冷壁全密封结构。膜式水冷壁由φ60管子与宽20的扁钢组成，由专用膜式壁生产线进行制造。图2为DHL70－1.6／130／70－AⅡ锅炉总图。
3.2〓单锅筒集中下降管形式：锅筒横向布置在炉膛外，不受热，具有良好的蓄水性能。下降管采用大口径无缝钢管，与锅筒及集箱的焊接采用全焊透结构。
3.3〓旗式受热面结构：在烟道内布置有旗式对流受热面，它由竖直的旗杆即通过后壁膜式壁和由弯管组成的旗面组成，弯管和旗杆管之间采用全焊透的焊接结构，旗杆中设有节流孔板，使水流沿旗面方向流动，同时又不在旗杆中形成死区。
3.4〓敷管炉墙：由于采用全密封的膜式水冷壁结构，烟气与外界完全隔离，故炉墙保温，只需选用优质复合硅酸盐或矿棉等保温材料直接敷设在水冷壁管上，外表由瓦楞彩钢板包覆，外形美观。锅炉外壁温度比环境温度高15－20℃左右，无辐射感觉。锅炉无泄漏，操作环境清洁。
3.5〓无钢架结构：整台锅炉不设独立的锅炉支撑钢架，锅炉由膜式水冷壁和下降管支撑，稳定性好，能抗8度地震。

4、锅炉内阻和循环水的热媒参数
作为大型热水锅炉，在额定的循环流量前提下，锅炉内阻应控制在10mH2O以内，锅炉房的总内阻也应控制在15mH2O以内。70MW角管式锅炉，设计额定循环水量为1000m3／h，内阻＜6mH2O，超过1000m3／h的循环水量，炉内阻明显增加。从运行的角度，我们希望锅炉的最佳循环水量应控制在设计额定循环水量的±30％以内，这样可确保锅炉的安全经济运行。在加大流量时，耗电增加，同一台锅炉10mH2O内阻与20mH2O内阻相比，一个采暖期的电费将多耗2－2.5万元。不仅如此；由于循环泵的扬程在锅炉房内部消耗太多，将直接影响给外网提供足够的资用压头，从而影响供暖效果。这种现象在直供系统中尤为明显，在间供系统中也时有发生，应引起关注。
关于循环水的热媒参数，70MW角管式锅炉提供的热媒参数为130℃／70℃，我认为是一个比较符合现状的一次网与二次网进行热交换的参数。有规范规定：关于供暖负荷计算，在实现分户热计量设计时，其卧室、起居室（厅）和卫生间等主要居住空间的室内计算温度，应按相应的设计标准提高2℃，必须指出，这并不是相应提高室内温度的标准，而只是提高供暖设计负荷，增加居住空间的散热器数量约30％。这样一来，原来二次网的供暖热媒参数设计为95℃／70℃，实际只有70℃／55℃，或者更低一些，国内供热现状表明，二次网或直供的热媒参数，一般均为70℃／55℃以下，即使是严寒期的东北地区，也达不到70℃／55℃，大部分情况在65－70℃／50－55℃之间，严寒期过后的热媒参数均在65℃／50℃以下运行。这种结果表明，室内散热器布置的数量偏多。那么在实现分户热计量后为什么还要提高2℃设计，继续增加室内散热器的数量呢？主要是实现分户热计量后，热用户要求：室内温度在值班温度6－8℃时，须在0.5－1小时内将室内温度升到20－22℃，这时除了有足够数量的散热器外，还需要有足够的热源调控，才能确保热用户的要求。所以，就目前的二次网参数70℃/55℃与一次网参数130℃／70℃（很多情况达不到130℃）已能满足要求，且就一次网温差在50－60℃时，一次网循环水量已由1.2L／m2·h降到1.0L／m2·h，甚至只有0.8L／m2·h，如果是115℃／70℃的热媒参数就不能满足要求，相反150℃／90℃的热媒参数，也没有必要。

5、排烟温度与空气预热器的设置
排烟温度应控制在150－160℃。因为排烟温度每降低12－15℃，可降低排烟热损失约1％，即提高锅炉热效率约1％。要降低排烟温度，必须多布置受热面，特别是对流受热面，如省煤器或空气预热器。但是排烟温度也不是越低越好，因为煤在燃烧过程中，煤中的S燃烧要生成SO2，在富氧的情况下少量SO2会转换成SO3，SO3在烟气温度低于500℃（有的资料认为低于250℃）时与烟气中的水蒸气反应生成H2SO4蒸汽。H2SO4蒸汽在低于烟气中酸的露点温度的金属表面上，形成H2SO4溶液，或当烟温低于烟气中酸的露点温度（130－147℃）时，在烟气中也会形成H2SO4酸雾，并沉积在金属壁面上。因此我们希望锅炉的排烟温度，在布置相应的受热面后，其排烟温度应控制在150－160℃为佳。
关于空气预热器的设置，根据70MW角管式锅炉的特点，可以布置空气预热器，也可以不布置空气预热器。我们在宝鸡热力公司、太原小店集中供热和山东日照热力公司的实践中均采用不设空气预热器的做法，理由是：70MW角管式锅炉尾部的旗式受热面结构，已能够把排烟温度降到150－160℃的范围内，另外，从以往的29MW、46MW及64MW使用的空气预热器证明，空气预热器的低温段（特别是四周）存在壁温低于烟气中水的露点温度的情况，所以曾发生较严重的低温腐蚀和堵灰现象，最后不得不拆除后运行。为此，我们推荐在热水锅炉上最好不采用空气预热器。

6、尾部漏风及其密封处理
降低锅炉排烟的过量空气系数，必须降低各处烟道的漏风，特别是尾部出渣处的漏风，不仅加重引风机的负荷，而且对炉膛燃烧极为不利。实践证明，采用马丁除渣或圆盘除渣后，再利用水冲方式的除渣系统，远不如重型框链除渣系统好。马丁除渣或圆盘除渣只能满足炉排落渣系统的尾部密封要求，有时因水封高度达不到要求，常产生漏风现象。至于尾部对流受热面的烟尘积灰，只能采用漏斗管加锁集器定时由人工排灰，或采用直通管直接排入冲灰沟内。这些做法不仅排灰不畅不力，而且可能造成大量冷风进入烟道，增加空气过剩系数，降低排烟温度，致使经过水膜除尘后的排烟温度偏低进入引风机，常因此而使引风机叶轮产生露点腐蚀和粘灰现象，从而破坏引风机的动平衡后产生震动，最后影响引风机正常运行，直至影响供热。所以一定要重视尾部漏风带来的危害。另外，炉排下部的落灰多数单位采用落灰斗（管）带锁集器的定期排灰；这次都已改为水冲一并排入冲灰沟内，这种方式同样也有漏风存在，如果采用重型框链除渣系统后，上述这些冲灰管、落灰管均可插入链条水封槽内密封，不仅可以杜绝漏风，而且0米层的地面卫生大为改善，山东日照采用重型框链除渣系统后，不仅彻底解决尾部漏风、除灰，而且在0米层可空出50－60m2的修理车间。

7、湿式除尘器的选用和双碱法脱硫
湿式除尘器加脱硫是大型热水锅炉的首选环保产品，也是城市环境的要求，但这类除尘器目前市场上有三种产品可供选择：①冲击水溶式，即在引风机风力的作用下，进风口产生有一定冲击力的风速，使烟气直接冲击水面，并产生大量的泡沫和水滴，形成强烈的水花，使烟气中的尘粒被吸收，并在沉降室中沉淀，此时，烟气中的SO2与吸收液中的Ca（OH）2发生化学反应生成CaSO4也在沉降室中沉淀，最后由刮泥板运出。这种方法简单，价廉，它的除尘和脱硫效率在烟尘排放浓度＜150mg／Nm3时，也能分别达到95％和70％的水平，在一般中小城市可以选用．盘锦市广田热力2×64MW锅炉均选用这种除尘器，从运行二年的效果来看，情况良好，除尘和脱硫都能达到预期效果。②麻石水膜脱硫除尘器，即在原麻石水膜除尘器的基础上增加了2－3道脱硫部件——旋流板。这种产品的除尘效率能达到98％以上；脱硫效率也在80％以上，是目前国内大型热水锅炉除尘脱硫的首选产品。实际上这种产品的脱硫效率随着水的碱度变化影响很大，近年来，由于采用石灰乳的脱硫工艺，使得石灰乳直接脱硫生成的CaSO3和CaSO4在水中的溶解度很小，且极易达到饱和而结晶出来，新生成的晶核附着在麻石壁和旋流板上，随后结晶出来的物质在晶核上长大，最终在麻石壁和旋流板上形成很厚（一冬运行后垢层达20mm）的垢层，导致淋水管堵塞，旋流板通道变窄，直接影响锅炉的正常运行。为此，建议采用双碱法，即在除尘器出口处加石灰乳，中和至水的PH值接近6－7时；经排放沉淀后，在污水循环泵入口池内加入纳碱（NaOH），将水的PH值调至8－9后进入除尘脱硫塔，这样便可免除因CaSO3和CaSO4的结晶而被堵塞的后果。③采用AFGD气动脱硫技术，它是运用流动剪切，紊流掺混传质物化原理和风洞设计理论相结合的新技术，它的脱硫效率可高达95％，除尘效率98％，液汽比＜0.8，系统阻力＜1800Pa。但这种设备工艺复杂，价格昂贵，目前只有少部分中小型电站锅炉上采用。
8、三辊式分层给煤装置的应用
三辊式分层给煤装置是在一辊和二辊的基础上，经过改进后增加一根湿煤搅动辊，它特别适合这类大型热水锅炉的封闭式供煤系统．它的分层克服了单辊拔煤时因煤的湿度太大而很难有效拔出燃煤，从而有可能使炉床产生断火，但有时因煤的湿度很小，煤太干，造成煤自动溜滑而失控，使煤层堆积凹凸不平，影响燃烧，双辊虽然克服了单辊的不足，但有时因煤的湿度太大，而出现棚煤现象。多数单位为解决棚煤，依靠在落煤斗处加装震动装置，其结果都没有从根本上解决问题，三辊就是为这个增加一根湿煤搅动辊，从而产生非常好的效果。另外三辊的分层装置还从筛分器上做了很大改进，新的筛分器是由钢板经过特殊工艺制成的渐缩形结构，筛分器的断面结构呈无数层，表面平整而精细，断面错落有致，可使燃烧效率达到最佳。如果是洗煤或煤面（超过60％）较多的燃煤，可选用波峰波谷筛分器，避免由于颗粒度小，且又相近，无法实现有效分层时，可选用这种筛分器，它可将煤层的上表面，沿炉排宽度方向布置成均匀的波峰波谷式，顺着炉排方向看去，好像垄沟垄台式的分行排列，其煤层的上表面积较炉排有效面积增加20－40％，这样的布煤结构，一可以在单位时间内使更多的燃煤接受炉拱的辐射，相当于炉排的有效面积在加大，从而获得更充分的燃烧空间。二是由于波谷处通风阻力相对较小，可以率先着火，并将高温火焰直接传导及对流到波峰处，随着波谷处燃烧的逐步加剧及炉排的不断运动，波峰处的燃煤逐渐坍塌而被引燃，形成一个类似人工拔火的搅动氛围，使燃烧得以尽量充分。我们在盘锦广田64MW和山东日照及太原小店的70MW锅炉上的使用，都收到了满意的效果。

9、炉拱与煤种的适应性
炉拱与煤种的适应性对燃煤锅炉的出力和燃烧效率具有决定性的影响，实践证明，改善炉拱的布置，适应煤种的要求，是提高锅炉的燃烧效率和保证出力的最有效措施。70MW角管式锅炉更是如此，只依靠前拱，没有卫燃带和后拱的支持，对于挥发份较低的烟煤，即使是三类烟煤；也很难有较好的燃烧效果。所以，不仅在前拱上希望拱高不要超过炉膛的火焰高度，以保证拱有足够的火焰充满度，并维持那里的高温。当然，拱长的影响要比拱高大得多，所以根据煤种确定拱长是很重要的，然而前拱区的温度还取决于炉膛拱区的空气动力工况，即后拱的布置形式及在前拱布置较高时，侧墙的传热作用也不能忽视，所以，必须加强与后拱和卫燃带的配合。70MW炉两侧的卫燃带高达2－2.5米，卫燃带墙厚由50mm加厚到100mm，这样墙面的温度也由400多℃提高到650多℃，这对二类烟煤的着火（烟煤的着火温度在400－500℃）大有好处，后拱也用耐热混凝土包裹，厚度为100mm，并向后延伸分别为2.5m和4.0m不等，离后联箱尚有1.0－1.5m的后拱管直接裸露在外，经过这样处理后的炉拱，在太原市小店区集中供热燃用低位发热值在17000－18000kJ／kg，挥发物在18－20％的煤时，取得较好的燃烧效果。
10、鼓风机和引风机的选用
鼓风机和引风机的选用，为了节电虽然都设变频控制，功率的选用也不宜太大，如70MW角管式锅炉，鼓风机有选132kW也有选160kW的，引风机有选355kW也有选400kW的。但不论如何，为确保离心式风机达到要求出力，应注意风机进口处的集流器和出口处的扩压管的作用。因为集流器的作用是保证气流能均匀地充满叶轮的进口断面，并使风机进口处阻力尽量减小，所以要求在风室的入口处应制成60－90°流线型，并使气流入口流速控制13－15m／s。出口处的扩压管，宜按6－8°设计，管道截面可通过计算求得：F（管道截面积m2）＝V（空气量m2／h）／3600W（空气流速m／s）。

11、锅炉仪表设置与控制
一次仪表的设置必须到位、准确，特别是重要位置的压力表和温度计以及报警系统。因为这是锅炉的眼睛，也是岗位人员实施操作的依据。二次表可一改过去的表盘，只设一台计算机显示各种参数即可，并可用图形动态模拟显示各部位的参数，运行岗位人员根据计算机屏上显示的参数，实施远程或就地操作。建议暂不设自控功能，因为热水锅炉采暖系统的自控技术尚不成熟，尤其是层燃炉的燃烧系统，根据氧量和空气过剩系数，进行自控的难度很大，所以只能利用鼓风和引风的变频调速（为节电和远程操作），送风和分风室的手动调节，使合理的煤层厚度、炉排速度，在较合理的送风量和炉膛负压等条件下，煤得以充分燃烧并燃尽。致于人工智能的控制，即先人工手燃，计算机跟着学习，把最佳燃烧过程自动编制为控制决策，进而实现计算机自动控制的整套技术，尚有待进一步实践，特别是在煤种多变，负荷变化时，更难实现。
12．结束语
上述70MW角管式锅炉是近几年发展起来的大型热水锅炉之一，与其它炉型相比较，除上述炉排和本体结构的特点外，这种炉型还具有升温快、热效率高、安全性好、故障率低和使用寿命较长等优点。但是，由于膜式水冷壁损坏后的修复难度要比同类散装锅炉稍大一些，所以对炉水的水质应符合国家标准《工业锅炉水质》（GB1576－2001）的规定，建议在供暖的间供系统中采用为好。另外，介于一般大容量的热水锅炉，炉本体受热面一般不会发生严重的低温腐蚀，尤其是膜式水冷壁结构，低温运行时炉膛内壁无结露；炉膛外壁的结露因无法与烟汽接触，故无硫腐蚀现象。虽然76MW角管式锅炉初始排尘浓度小于1800mg／Nm3，低于同类产品，但尾部对流受热面——旗面对流管上的积灰，须做定期吹扫，确保受热面清洁；以防影响换热效果。关于文中提到的：锅炉内阻与循环水的热媒参数、排烟温度与空气预热器的设置、尾部漏风及其密封处理、湿式除尘器的选用和双碱法脱硫、三辊式分层给煤装置的应用、炉拱和煤种的适应性、鼓风机的选用以及锅炉仪表的设置与控制等相关的问题，是我们在选用大容量热水锅炉中常遇到的问题，希望能通过交流，取长补短，为我国的供暖事业做点贡献。

zhw2237

好资料，谢谢了。我正在研究角管锅炉，不知道谁还能提供更详细的资料。