130t振动炉排生物质锅炉设计实施说明.docx

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130t振动炉排生物质锅炉设计实施说明

生物锅炉设计说明

一、锅炉简介

本锅炉是采用丹麦BWE公司先进的生物燃料燃烧技术的130t/h振动炉排高温高压蒸汽锅炉。

锅炉为高温、高压参数自然循环炉，单锅筒、单炉膛、平衡通风、室内布置、固态排渣、全钢构架、底部支撑结构型锅炉。

本锅炉设计燃料为棉花秸秆，可掺烧碎木片、树枝等。

这种生物质燃料含有包括氯化物在内的多种盐，燃烧产生的烟气具有很强的腐蚀性。

另外它们燃烧产生的灰分熔点较低，容易粘结在受热面管子外表面，形成渣层，会降低受热而的传热系数。

因此：

在高温受热段的管系采用特殊的材料与结构，以及有效的除灰措施，防止腐蚀和大量渣层产生。

本锅炉采用振动炉排的燃烧方式。

锅炉汽水系统采用自然循环，炉膛外集中下降管结构。

该锅炉采用"M"型布置，炉膛和过热器通道采用全封闭的膜式壁结构，很好的保证了锅炉的密封性能。

过热蒸汽采用四级加热，两级喷水减温方式，使过热蒸汽温度有很大的调节裕量，以保证锅炉蒸汽参数。

尾部竖井内布置有两级省煤器、一级高压烟气冷却器和两级低压烟气冷却器。

空气预热器布置在烟道以外，采用水冷加热的方式，有效的避免了尾部烟道的低温腐蚀。

锅炉采用轻柴油点火启动，在炉膛右侧墙装有启动燃烧器。

锅炉室内布置，购价全部为金属结构，按7级地震烈度设计。

二、设计规范及技术依据

—1996版《蒸汽锅炉安全技术监察规程》

—JB/T6696—1993《电站锅炉技术条件》

—DL/5047—1989《电力建设施工及验收规范》（锅炉机组篇）

—GB12145—1989《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量标准》

—GB10184—1988《电站锅炉性能试验规程》

—GB13223—1996《火电厂大气污染排放标准》

—GB12348—1999《工业企业厂界噪声标准》

等有关国家标准。

其中设计技术依据：

—锅炉热力计算按《锅炉机组热力计算标准方法》

—强度计算按GB9222—2008《水管锅炉受压元件强度计算》

—烟风阻力计算按《锅炉设备空气动力计算标准方法》

等锅炉专业标准

三、供用户资料

根据《蒸汽锅炉安全技术监察规程》要求，并且保证用户进行锅炉安装、运行、维护和检修有必要的技术依据和资料，锅炉随机提供详尽的技术资料，供用户资料详见：

W1305100TM《供客户图纸清单》

W1305100JM《供客户技术文件清单》

四、锅炉主要技术经济指标和有个数据

1、锅炉参数

额定蒸发量：

130t/h

额定蒸汽压力：

9.2MPa

额定蒸汽温度：

540℃

额定给水温度：

210℃

燃料－

种类

含碳量

含氢量

含氧最

含氮量

含硫量

含灰量

水分

挥发分

低位发热量

Cy％

Hy％

0y％

Ny％

Sy％

Ay％

.Wy％

vy％

Qdwy％（KJ/Kg）

棉花

秸秆

46.11

5．9

35．01

0．32

0.18

2.57

9.92．

71.1

16460

3、技术经济指标

冷风温度：

35℃

一次风预热温度190℃

一、二次风预热温度190℃．

二次风占总风量之比1：

1

排烟温度124℃

锅炉热效率92%

燃料消耗量22266.02Kg/h

燃料粒度要求＜100mm100%

＜50mm90%

>5mm5%

排污率2%

设计数据

锅炉外形尺寸

宽度（锅炉架中心线）24687mm

深度（锅炉钢架中心线）32388nm

锅筒中心线标度23150mm

锅炉本体最高点标高26074mm

5、水质要求

锅炉的给水、炉水、蒸汽品质均应符合GB12145-19M0《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量标准》；且符合用户的特殊要求。

6、负荷调节：

允许的负荷调节范围：

40％～100％

调节方法：

风燃料比调节

7、其它技术指标

灰与渣的比率：

8：

2

NOx排放量＜450mg/Nm3

CO排放量＜650mg/Nm3

噪声水平＜85dBA

五、锅炉整体布置说明

该锅炉是在总结了丹麦BWE公司以往生物质能锅炉的大量设计经验、运行经验，并针对燃料的特点，以及燃烧特性进行开发设计的。

1、燃料供应

锅炉的主要燃料是棉花秸秆，另外可掺烧碎木片、树枝等生物质燃料。

这些燃料经过加工到一定的尺寸后由输料机进入炉顶料仓，然后由几级螺旋给料机送入炉膛下部燃烧。

2、燃烧方式选择

根据环境保护、洁净燃烧的要球，以及这种生物质燃料的燃烧特性，选用水冷振动炉排前部风力给料的燃烧方式。

振动炉排由振动机构、风室、支撑件和炉排水冷壁组成，炉排水冷壁由全膜式壁组成，其上开有许多小孔，一次风进入炉底风室后，再由炉排水冷壁上的小孔进入炉膛，为燃料提供所需的氧。

燃料由于强风的作用进入炉膛时被抛至炉排后部，在此处由于高温烟气和一次风的作用逐步预热，干燥、着火、燃烧。

随着振动机构的工作，燃料边燃烧边向炉排前部运动，直至燃尽，最后灰渣落入炉前的除渣口。

在炉膛下部，前后墙各布置有许多二次风口，这些二次风约占总风量的一半。

二次风在此锅炉的燃烧中起到十分关键的作用，二次风搅拌炉内气体使之混合，使炉内烟气产生漩涡，延长悬浮的飞灰及飞灰可燃物在炉内的行程，使飞灰及飞灰可燃物进一步降低。

它的合理使用可以使飞灰量减少，使飞灰可燃物降低。

另外对悬浮可燃物供给部分空气，有利于提高锅炉效率，有利于降低锅炉初始排烟浓度，有利于设计锅炉的节能与环保。

3、热力系统

（1）烟气流程：

按炉膛（含三级过热器）、第二烟气通道（含四级过热器）、第三烟气通道（含一、一二级过热器）和尾部对流受热面（包括省煤器和烟气冷却器）。

空气预热器不在烟气通道内，它是由热水和空气换热。

（2）各受热面间的吸热量分配和布置受热面面积。

根据高温高压蒸汽锅炉加热、蒸发、过热的热量分配比例、特点和方便过热蒸汽温度调节的要求合理布置各受热面。

六、锅炉汽水系统

锅炉正常运行时，不但要保证蒸发受热面水循环可靠，而且还必须保证给水及省煤器不发生水击，过热蒸汽不发生偏流等，本锅炉的汽水系统针对上述问题进行了合理设计。

1、给水流程：

锅炉给水分高压给水和低压给水，高压给水经给水调节阀后分为两路，一路直接进入省煤器，另一路经由高压空气预热器、高压烟气冷却器后进入省煤器，最后从省煤器进入锅筒。

低压给水从除氧器经过两台低压循环水泵进入低压空气预热器、低压烟气预热器后再回到除氧器。

2、蒸汽流程：

蒸汽由锅筒引出后依次经过：

一级过热器、一级减温器、二级过热器、二级减温器、三级过热器、三级减温器、四级过热器，最后由主蒸汽管进入汽轮机。

3、为了保证锅炉运行，锅炉汽水系统还布置了有排污、疏水、加药、取样等系统。

详见W1305100-3-0汽水系统图。

1、锅筒：

锅筒内径为1600mm，壁厚为100mm，筒体全长12120mm，筒身由P355GH钢板卷焊而成，封头是用同种钢板冲压而成。

锅筒内部装置由孔板分离装置、钢丝网分离器，连续排污管等组成。

由孔板分离装置出来的蒸汽经过钢丝网分离器后，由蒸汽引出管进入过热器系统。

在集中下降管进口处布置了十字挡板，改善下降管带汽及抽孔现象。

锅筒上除布置必需的管座外，还布置了再循环管座，备用管座。

为防止低温的给水与温度较高的锅筒壁直接接触，在管子与锅筒筒壁的连接处接有套管接头，给水进入锅筒之后，进入给水分配管，使给水沿锅筒纵向均匀分布。

锅筒内正常水位在锅筒中心线处，最高、最低安全水位即正常水位为上下各50mm。

锅筒装有两只就地水位表，此外还装有三只电接点水位表、三只平衡容器，可把锅筒水位显示在操纵盘上并具有报警的功能。

为提高蒸汽的品质，降低炉水的含盐浓度，锅筒上装有连续排污管连续排污率为1％。

锅筒支撑在两根集中下降管上，另外与水冷集箱和过热器系统的连接管起到稳固作用，锅筒可沿轴向自由胀缩。

2、水冷系统

水冷系统受热面由炉排水冷壁、侧水冷壁、前水冷壁、后一、后二、后三水冷壁、后三中间水冷壁以及炉顶水冷壁组成。

炉膛横截面为9120X5760mm2,炉顶标高为21500mm。

炉排水冷壁由φ38X6的管子和6X22mm扁钢焊制而成，扁钢上钻有不同间距的φ4.5的小孔，作为一次风的通风孔。

侧水冷壁由φ57X7的管子和6X23mm扁钢焊制而成。

前水冷壁、后一、后二、及炉顶水冷壁由φ57X5的管子和6X23mm扁钢焊制而成。

后三及后三中间水冷壁由φ38X4和6X42mm扁钢焊制而成。

整个水冷壁受热面形成三个烟气通道，分别为炉膛、烟气通道二和三。

汽水引出管由φ168X10及φ133X10钢管组成，2根φ406X28大直径下降管由锅筒引出后布置在炉侧，再由

φ133管子引入两侧下集箱。

在两集中下降管上分别装有加酸、加碱、取样装置。

集中下降管由底部装置支撑在基础上，在其上方与侧墙下集连接，起加固作用。

水冷壁两侧下集箱由φ273X50的管子制成，通过其下方的支座支撑在底部支撑装置上。

两集箱之间有连接管，作为前后水冷壁的下集箱和连通集箱，这些集箱有一个膨胀中心，向四个方向膨胀，因此，侧下集箱的支座与底部支撑装置之间是可相对移动的。

水冷壁及其与之相连的其他部件、附件的重量全部通过侧下集箱传至底部支撑装置上。

水冷壁上设置测量孔、检修孔、观察孔等。

水冷壁上的最低点设置放水排污阀。

膜式水冷壁外侧设置数层刚性梁，保证了整个炉膛有足够的刚性。

3、燃烧系统

燃烧系统由燃烧室、炉排、风室组成。

炉排水冷壁上开有很多φ4.5的小孔，作为一次风的通风口，炉排下部是风室。

燃烧室的截面、炉排的面积大小、炉膛高度能保证燃料充分的燃烧。

燃料由炉前6个螺旋绞笼给料装置送入燃烧室。

给料管尺寸、位置满足锅炉在不同工况运行时的要求。

炉膛进料口处设有送料风，取自空气预热器后的热风，用来把燃料送入炉排后部。

经预热的一次风由风室经炉排水冷壁上的小孔送入燃烧室，一二次风在燃烧室的前后墙送入。

一、二次风风量各占总空气最的50%，调节一、二次风量、给料量，可以使锅炉负荷在40%～100%之间调节。

燃烧后的灰渣由炉前的排渣口排出炉外。

在排渣口下方设有捞渣机，能使灰渣安全有效的排出炉外。

在二、三烟气通道下方设有一个落灰口，从过热器落入的灰渣可坠落后进入下方的捞渣机，排出炉外。

4.过热器

本锅炉过热器分四级，饱和蒸汽由锅筒上的饱和蒸汽连接管引入饱和蒸汽汇集集箱，沿连接管进入一级过热器，一级过热器逆流顺列布置，从一级过热器出来后经过一级减温器减温后进入二级过热器，然后再经过二级减温器、三级过热器、三级减温器、四级过热器后进入主蒸汽管。

一、二级过热器管系均由φ38X4.5的管子组成，顺列布置，位于第三烟一、二级过热器管系均由φ38X4.的怜子组成，顺列布置，位于第三烟气通道。

三、四级过热器均由φ33.7X5.h的管子组成，顺列混流布置，分别位于炉膛出口和第二烟气通道。

过热器系统采用喷水减温，这样既可保证汽轮机获得合乎要求的过热蒸汽，又能保证过热器管不致于因工作条件恶化而烧坏，使过热器的辐射吸热份额增加，可使锅炉在100-70%负荷范围内汽温特性不随负荷变化，喷水调节量大大减少。

一为保证安全运行，一、二级过热器采用l5CrMoG（GB5310-1995）、空气预热器由φ25X3.2的螺旋鳍片蛇形管组成，横向排列在空气通道内，由两侧的钢板支撑。

高低压空气预热器在厂内组装完毕，方便安装。

空气预热器设计的水流速和空气流速都控制在合理的范围内，提高了空气预热器的换热效率。

12CrMoVG（GB5310-1995）的无缝钢管，三四级过热器采用TP347H的不锈钢管，防止高温腐蚀对管子造成大的损害，增加了运行的可靠性。

5、省煤器和烟气冷却器

省煤器和烟气冷却器由φ38X420G（GB5310—1995）管子弯制而成的方形鳍片蛇形管组成，支撑在尾部竖井内的两侧支撑板和通风梁上。

给水沿蛇形管自下而上与烟气成逆向流动，可将管内可能产生的气体及时带出，管子沿烟气方向顺列布置，纵横节距均为79mm。

省煤器分两组，烟气冷却器有高低压之分。

高压烟气冷却器与省煤器串联，低压烟气冷却器与低压空气预热器形成单独的回路，用来冷却尾部烟气，使达到理想的排烟温度。

各组蛇形管每组之间布置了人孔门，便于检修、清灰。

省煤器和烟气冷却器处设有内护板，起到密封和防低温腐蚀的作用。

蛇形管穿墙处采用严格密封结构，保证管子热膨胀时炉墙的密封性。

6、空气预热器

空气预热器布置在烟气通道外，为水加热空气的形式，分为高压空气预热器和低压空气预热器。

高压空气预热器中的水冷却后进入高压烟气冷却器中加热，再并入给水管进入省煤器。

低压空气预热器在低压循环管路上，由两台低压循环水泵从除氧器中给水，空气与水成逆流布置。

空气预热器由φ25X3.2的螺旋鳍片蛇形管组成，横向排列在空气通道内，由两侧的钢板支撑。

高低压空气预热器在厂内组装完毕，方便安装。

空气预热器设计的水流速和空气流速都控制在合理的范围内，提高了空气预热器的换热效率。

高低压空气预热器之间设有人孔门，便于检修。

空气预热器设计的水流速和空气流速都控制在合理的范围内，提高了空气预

热器的换热效率。

高低压空气预热器之间设有人孔门，便于检修。

低压空气预热器进出口处设有水旁路，当出口水温过低时开启旁路阀门，可以有效的避免低温腐蚀的发生，有利于保护低压烟气冷却器出口管子。

7、锅炉钢架

锅炉本体钢架分为锅炉主钢架和外围副钢架，为焊接连接的钢结构。

按地震烈度7度设防。

锅炉立柱从锅炉层零米起，钢柱与基础采用螺栓连接和埋入式连接，具体连接方式由设计院设计。

钢架计算的荷载统计，包括支吊水管，烟风道、平台扶梯的荷载，需承受运转层荷载必须经我公司同意方可实施。

钢架散装出厂，满足运输条件。

8、平台、扶梯

在锅炉的人孔门、检查门、看火孔、测量孔、集箱手孔处以及应操作的阀门

处都设置了运行检修平台。

上下平台之间设有扶梯。

平台之间净空间设计合理，方便观察、操作、维修。

检修平台允许的最人荷载为250kgf/m2。

平台和扶梯边缘都装设高度1.2米的防护栏杆，平台采用栅格板式，并装设高度120mm的踢脚板。

9、炉墙与保温

炉膛部分以及所有膜式水冷壁外侧均采用敷管式轻型炉墙，为柔性保温材料，炉墙重量分别通过水冷壁传到基础上。

炉膛炉墙外护板表面温度小于50℃。

炉膛落渣口处四周内侧浇注复合材料耐火混凝土，该材料耐温达12000C。

该材料性能可以有效地阻止由于炉温变化而引起的交变热应力，由于发生化学反应引起的相关变化，而造成体积变化所产生的微裂纹扩展，从而大大提高了材料的高温强度，耐温性能和高温中的抗磨损抗灰渣侵蚀损性能及热稳定性。

尾部受热面外侧有内护板，内外护板间填满柔性保温材料，具有可靠的保温性能，所以炉墙的外表面温度小于50℃。

人孔门、检查门内均有耐火混凝土．该处外表面温度小于50℃。

各种门孔

都能开启自如，门把上的自锁装置，使炉门处有良好的密封性。

锅炉管道保温层表面温度小于50℃。

10、仪表控制

锅炉控制主要分为汽水侧控制和烟气侧控制。

（1）汽水侧控制（详见汽水系统图）

（2）烟气侧控制（详见锅炉燃烧系统图）

锅炉烟气侧的控制为：

炉内燃料控制，炉膛温度控制等。

a：

在炉膛、风室、空气预热器、引风机前烟道分别装有风压、烟压、风温、烟温、风量、氧量测点，以控制锅炉的燃烧过程。

b：

通过对入炉燃料量控制，满足对锅炉负荷变化的要求。

c：

通过控制一、二次风量，入炉燃料量控制炉内燃烧温度，达到最佳的燃烧效果。

八、锅炉所配安全附件

本锅炉设有安全阀、温度计、压力表、双色水位计、平衡容器、电接点水位计等安全附件。

九、锅炉密封、高温腐蚀、低温腐蚀等措施的说明

1．密封、膨胀

锅炉密封性能对锅炉运行十分垂要，既保证了锅炉的安全性、清洁性，又捉高了锅炉的热效率。

本锅炉炉膛和各级过热器对流烟道处均采用膜式水冷壁，尾部对流烟道采用内外两层护板，保证了锅炉的严密性，保证了锅炉运行的可靠性。

在锅炉需膨胀位置都设有全密封的膨胀装置。

2.高温腐蚀

由于生物质燃料含有包括氯化物在内的多种盐，燃烧产生的烟气具有很强的腐蚀性，在三、四级过热器区域会对受热面管子产生高温腐蚀。

根据丹麦BWE公司多年的运行经验，此处采用了耐腐蚀性较强的不锈钢材料（TP347H），增加了过热器的运行可靠性。

3.低温腐蚀

本锅炉设计规范冷风温度35℃，排烟温度124℃，如果直接把空气预热器布置在尾部烟道内，出口处的管子壁温会达到烟气的酸露点温度，造成严重的低温腐蚀现象。

因此，把空气预热器布置在烟道外，用高温给水加热冷空气。

高压给水温度约为210℃，低压给水约为158℃，两级加热可把空气加热至190℃。

此时低压空气预热器的出口水温约为90℃，此温度的水再进入低压烟气冷却器加热，保证了烟气出口处管子的壁温高于酸露点以上。

另外，在低压空气预热器进出口处设置有水旁路，当出口水温过低时，打开旁路阀门，保证低压烟气冷却器的给水不低于90℃。

因此本锅炉的设计完全避免了低温腐蚀的发生。

4.积灰

受热面积灰与烟气流速、露点温度、结构布置等因素有关。

根据实践经验，生物质燃料燃烧产生的灰分熔点较低，具有很强有力粘附性，容易附着在受热面管子上。

因此，在各受热面烟道处设有大量的吹灰器，保证了烟道的畅通及换热。

十、其它

1、安装和使用请见本锅炉安装说明书、使用说明书、图样等技术资料。

2、锅炉的配套件以配套生产的技术资料为准。

3、锅炉辅机，如送风机、引风机、水泵、除尘器、冷渣机和自控系统、烟风道等由用户根据设计院的要求另行订货供应。

在130t/h振动炉排生物质直燃锅炉上进行了性能试验，试验结果表明锅炉效率偏低的主要原因是鳍片式低压烟气冷却器积灰和低温腐蚀泄漏后堵管造成的排烟温度高、燃料发热量偏低和排烟中含有大量CO。

而锅炉出力偏低是由于燃料含水量过大造成的。

基于试验结果提出改进低压烟气冷却器结构、优化锅炉配风和降低燃料水分可以提高锅炉效率和实际出力。