1981年我國引進美國燃燒工程公司（CE公司）的控制循環(huán)鍋爐技術(shù)，第一臺配300MW的1025t/h控制循環(huán)鍋爐于1987年6月在山東石橫發(fā)電廠正式投入商業(yè)運行，表示了引進工作告一段落。該機組至今已安全、可靠、經(jīng)濟地運行10多年，在這10多年中，控制循環(huán)鍋爐在國內(nèi)許多電廠投運，許多優(yōu)點逐步顯示，深受電廠歡迎。隨著使用地區(qū)的擴大，燃用煤質(zhì)的復(fù)雜化；運行要求和自動化程度提高；國產(chǎn)材料和配套件的比例增加，以及制粉系統(tǒng)多樣化，從而在鍋爐上也暴露一些新問題。上海鍋爐廠有限公司多年來針對這些問題進行深入分析研究，采取了許多改進措施，取得一定成效和實績，富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒顆粒機、木屑顆粒機、秸稈壓塊機壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。
1、控制循環(huán)鍋爐的基本評價
1981年引進的鍋爐技術(shù)，是美國CE公司80年代最新技術(shù)，為改良型控制循環(huán)CC+，即“低壓頭循環(huán)泵+爐膛水冷壁內(nèi)螺紋管”。此技術(shù)是利用內(nèi)螺紋管來防止膜態(tài)沸騰降低水冷壁管內(nèi)的質(zhì)量流速，從而降低了循環(huán)倍率及循環(huán)泵所需的壓頭和流量，減少循環(huán)泵的電耗，節(jié)約了廠用電。
石橫發(fā)電廠1025t/h控制循環(huán)鍋爐考核試驗結(jié)果證實了引進技術(shù)是成熟的、可靠的、先進的。該機組在第一年內(nèi)運行了7373小時，共發(fā)電20.19億度，年平均負(fù)荷283MW，最大負(fù)荷達(dá)338MW，創(chuàng)國內(nèi)同容量機組投產(chǎn)第一年運行最好水平。通過運行證明：機組具有調(diào)峰能力強、啟停速度快、可控性好、自動化水平高、鍋爐低負(fù)荷穩(wěn)燃性能好等優(yōu)點，解決了我國發(fā)電鍋爐長期存在的可靠性差、漏風(fēng)漏煙大、效率低、啟停時間長等問題，逐步成為電廠首選的爐型。
2、暴露和存在的問題
2.1再熱器局部超溫
石橫發(fā)電廠控制循環(huán)鍋爐（考核機組）投運2年多后，連續(xù)在末級再熱器中發(fā)生3次爆管，經(jīng)試驗測量，發(fā)現(xiàn)爐膛出口的右側(cè)煙溫比左側(cè)煙溫約高250℃左右，右側(cè)1/4寬度的再熱蒸汽溫度普遍高于左側(cè)，該處的管壁溫度已長期處于過熱超溫狀態(tài)。經(jīng)查閱相同布置的寶鋼自備電廠350MW控制循環(huán)鍋爐的情況和CE公司有關(guān)資料，發(fā)現(xiàn)這些具有典型布置結(jié)構(gòu)控制循環(huán)鍋爐的再熱器汽溫分布特性均存在類似的情況，即右側(cè)再熱蒸汽溫度普遍高于左側(cè)。
經(jīng)過詳細(xì)分析研究和現(xiàn)場實爐的測量，證明造成末級再熱器管子超溫爆管主要有3個原因：
(1)煙氣的殘余旋轉(zhuǎn)影響。控制循環(huán)鍋爐一般采用逆時針轉(zhuǎn)向的切向燃燒方法，因而爐膛出口后的水平煙道中煙氣流均偏向煙道右側(cè)，導(dǎo)致右側(cè)再熱器受熱面吸熱增多，使右側(cè)汽溫高于左側(cè)：
(2)三通結(jié)構(gòu)影響。再熱器引入處采用三通結(jié)構(gòu)，在三通區(qū)域產(chǎn)生局部渦流，造成靜壓降低，導(dǎo)致部分管子蒸汽流量降低，使熱偏差增大；
(3)材料選用問題。在末級再熱器中選用鋼102，據(jù)資料使用范圍可達(dá)600—620℃，但實際上只能用到580℃，造成材料裕度不夠。
上述3個主要原因造成了末級再熱器管子超溫爆管。
2.2燃燒器熱態(tài)不能擺動
引進型控制循環(huán)鍋爐特點之一是利用擺動式燃燒器作為調(diào)節(jié)再熱汽溫的主要手段，但在初期投運的幾臺鍋爐中發(fā)生了熱態(tài)不能擺動的問題。經(jīng)過對設(shè)計、制造、安裝、運行等各個環(huán)節(jié)進行調(diào)查研究與分析認(rèn)為：部分零件剛性不足：不能吸收膨脹的附加應(yīng)力；制造誤差過大；在運行中噴嘴結(jié)焦、變型燒壞；安裝后沒有進行調(diào)整，造成噴嘴位置不一致；運行中長期不擺動，使傳動機構(gòu)失靈等綜多因素造成了熱態(tài)時不能擺動。
2.3回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器漏風(fēng)超標(biāo)
回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器是在和鍋妒技術(shù)引進的同時，與美國CE-API公司簽訂技術(shù)引進合同的。在技術(shù)引進以后，使國內(nèi)預(yù)熱器的技術(shù)水平大大提高，但從石橫電廠引進考核機組起，預(yù)熱器的漏風(fēng)偏大，如吳涇電廠1025t/h控制循環(huán)鍋爐同樣存在預(yù)熱器漏風(fēng)偏大的問題。雖然各電廠預(yù)熱器漏風(fēng)有很大差異，但均為漏風(fēng)率沒有達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。造成預(yù)熱器漏風(fēng)偏大的原因，不僅與預(yù)熱器設(shè)計、結(jié)構(gòu)有關(guān)，且與制造、安裝、調(diào)整亦有十分密切的關(guān)系。主要可歸納為：
(1)預(yù)熱器某些密封結(jié)構(gòu)可進一步改進；
(2)制造質(zhì)量尚需嚴(yán)格控制；
(3)安裝、調(diào)整有待進一步提高；
(4)漏風(fēng)控制系統(tǒng)有待于完善、投運。
2.4主蒸汽溫度的控制問題
控制循環(huán)鍋爐的過熱器系統(tǒng)是采用輻射和對流組合式，由五個部分組成，即是爐頂及包覆過熱器、低溫過熱器、分隔屏，、后屏和末級過熱器。主蒸汽調(diào)溫主要是采用布置在分隔屏進口前的單級噴水減溫。蒸汽在噴水減溫后，通過串聯(lián)布置的分隔屏、后屏和末級過熱器等三級受熱面，時滯較大。當(dāng)減溫水量發(fā)生變化4分鐘后，主汽溫度才有反應(yīng)。尤其在運行中增投一臺磨煤機時，爐內(nèi)風(fēng)量和煤粉量突然增加，主蒸汽溫度變化較大，汽溫難以控制。且原國內(nèi)機組一直采用二級或三級噴水減溫，其第二級（或第三級）往往布置在靠近主蒸汽出口端，反應(yīng)較快，調(diào)節(jié)較靈敏，故采用一級布置后很不習(xí)慣。另外在投運初期，往往汽溫自動控制系統(tǒng)尚未投入，只能用手動調(diào)節(jié)，則汽溫更難以控制。
2.5尾部煙道的振動
按引進技術(shù)設(shè)計、制造的山東石橫5、6號爐；廣東沙角A廠4、5號爐，在試運行階段曾在尾部煙道省煤器部位發(fā)生過不同程度的振動。石橫電廠5號爐振動頻率約在53-60赫芝，噪聲約在110分貝，振動發(fā)生在電負(fù)荷229-293MW范圍內(nèi)；沙角A廠4號爐振動的頻率約在56-63赫芝，噪聲約在95分貝，振動發(fā)生在電負(fù)荷245—300MW。據(jù)了解吳涇電廠300MW、平圩電廠600MW控制循環(huán)鍋爐也曾發(fā)生過振動，國內(nèi)自行設(shè)計的鍋爐，僅在管式空氣預(yù)熱器上發(fā)生過振動，在省煤器部位發(fā)生振動尚屬首次。國內(nèi)外許多專家對鍋爐振動的研究結(jié)果建立了一系列理論，已有一整套解決方法和措施。隨著鍋爐容量增大和煙速提高，發(fā)生振動的可能性會增加。CE公司的控制循環(huán)鍋爐尾部煙速比國內(nèi)同類鍋爐略高2—3米／秒，因而發(fā)生振動可能性也相應(yīng)增加。
2.6一次風(fēng)機容量偏小
鍋爐技術(shù)引進以后，回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器從原二分倉發(fā)展為三分倉，所謂三分倉即是除煙氣分倉外，空氣側(cè)又分隔為一次風(fēng)和二次風(fēng)兩個分倉。采用這種方式具有明顯的優(yōu)點，由于對這一新系統(tǒng)缺乏設(shè)計經(jīng)驗，在選擇冷一次風(fēng)機的參數(shù)、容量和裕度時考慮不周，有些電廠所選用的一次風(fēng)機余量偏小，影響了鍋爐的出力。
在國內(nèi)應(yīng)用冷一次風(fēng)機系統(tǒng)中，不論正壓中速直吹系統(tǒng)，或者負(fù)壓倉儲制熱風(fēng)送粉系統(tǒng)都曾發(fā)生過一次風(fēng)機容量偏小問題。其主要原因是：空氣預(yù)熱器漏風(fēng)增大；電廠實際使用煤質(zhì)變差；選擇風(fēng)機的最大風(fēng)量和裕度偏小。
3、引進技術(shù)的改進和實績
控制循環(huán)鍋爐的技術(shù)引進已近20年，在這20年中經(jīng)過廣大科技人員的努力，許多暴露出來的問題得到了圓滿解決，經(jīng)過改進和優(yōu)化，許多性能已大大超出引進初期的指標(biāo)，結(jié)構(gòu)更趨合理，引進技術(shù)得到了推廣和發(fā)展。
3.1引進技術(shù)的推廣和發(fā)展
(1)燃料應(yīng)用范圍的擴大
引進初期僅為燃用煙煤類的鍋爐，至今已設(shè)計出燃用次煙煤、貧煤、褐煤和無煙煤等各種燃煤鍋爐，同時也設(shè)計出燃用重油、原油和天然氣的鍋爐，使用范圍擴大到全部化石燃料。
(3)燃燒系統(tǒng)的開發(fā)
引進時僅采用RP型中速磨系統(tǒng)，結(jié)合中國國情和燃料特性，逐步開發(fā)了各種類型的系統(tǒng)，現(xiàn)已能配HP型、MPS型中速磨、雙進雙出磨煤機系統(tǒng)以及鋼球磨中間倉儲制乏氣送粉系統(tǒng)和熱風(fēng)送粉系統(tǒng)。
爐膛燃燒系統(tǒng)由原單爐膛切圓燃燒，發(fā)展有單爐膛雙切圓燃燒。
(4)擴大控制循環(huán)鍋爐的應(yīng)用范圍
控制循環(huán)鍋爐一般作為新建電廠選擇的定型產(chǎn)品，經(jīng)我們消化開發(fā)后，已把這種技術(shù)應(yīng)用鍋爐改造工程中去。現(xiàn)已把原雙爐膛和單爐膛直流鍋爐改造成控制循環(huán)鍋爐，使控制循環(huán)鍋爐技術(shù)擴大了應(yīng)用范圍。
3.2性能上的提高
(1)鍋爐效率的提高——由表1所示，燃用煙煤時鍋爐效率已由92.3%提高到93.4%，效率提高了一個百分點。燃用貧煤時，也由91.4%提高到93%。
(2) NOx的降低——由表2所示，當(dāng)燃用煙煤時NOx排放量由初期600mg/m3左右，降到200mg/m3左右。
(3)再熱汽溫偏差的減少——經(jīng)過多年研究攻關(guān)，從各個方面采取措施來解決再熱汽溫偏差的問題，目前已取得較好效果，從熱偏差系數(shù)的降低充分反映這一情況。見表3所示。
( 4)預(yù)熱器漏風(fēng)減小——經(jīng)過一段時間的攻關(guān)，在預(yù)熱器的設(shè)計、制造、安裝上采取了有效措施后，空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)已有明顯的降低，見表4所示。
3.3結(jié)構(gòu)優(yōu)化和改進
(1)主蒸汽調(diào)溫方式由單級噴水減溫改為二級噴水減溫。原噴水減溫器放在分隔屏進口處，現(xiàn)改為分隔屏進口及末級過熱器進口分別設(shè)置一級和二級噴水減溫，滿足電廠主蒸汽溫度調(diào)節(jié)靈敏的要求。
(2)在屏式再熱器和末級再熱器之間增設(shè)了混合集箱，并進行一次左右交叉，從而減輕爐膛左右側(cè)煙溫偏差而引起的再熱蒸汽溫度的偏差，使末級再熱器的汽溫偏差大為降低，左右側(cè)汽溫更趨均勻。
（3）分隔屏結(jié)構(gòu)布置優(yōu)化。原每片分隔屏是由兩小片獨立屏片組成，見圖2所示。現(xiàn)經(jīng)優(yōu)化改進，每片分隔屏改由6小片獨立屏片組成，使每小片屏的內(nèi)外圈管子幾何長度趨于接近。
(4)燃燒器優(yōu)化。在考核機組上是采用傳統(tǒng)四角切圓燃燒，后經(jīng)優(yōu)化而采用WR型（寬調(diào)節(jié)比）燃燒器，并配同心反切燃燒系統(tǒng)，即在吳涇工程上應(yīng)用，在外高橋電廠中采用了同心反切加反反切OFA方式，從而提高了燃燒效率，改善鍋爐低負(fù)荷的性能，降低了NOx的排放量，減輕了爐膛水冷壁的結(jié)焦。
(5)空氣預(yù)熱器密封結(jié)構(gòu)的改進。減小預(yù)熱器漏風(fēng)，其密封結(jié)構(gòu)改進是非常重要的，我們在新設(shè)計預(yù)熱器中采用了雙道徑向、軸向密封，改進了中心密封結(jié)構(gòu)和軸向密封板與外殼的靜密封結(jié)構(gòu)等，使漏風(fēng)大為降低。
4、問題討論
控制循環(huán)鍋爐技術(shù)引進以后，經(jīng)過消化、吸收、改進和國產(chǎn)化，鍋爐的性能進一步提高，結(jié)構(gòu)更趨完善。但是不同用戶考慮到不同的需求，從而增加不少的新要求，這些要求與技術(shù)引進時已有很大的區(qū)別。有些問題由于理解的不同，也有些是使用要求不合理而引起的，現(xiàn)在是值得我們討論和研究，使機組更加合理完善。
(1)容量和參數(shù)
技術(shù)引進以后鍋爐的設(shè)計容量和參數(shù)起了變化，常用如表5所示。
經(jīng)過多年改進，汽輪機的熱耗已大幅度降低，在300MW額定工況下，主蒸汽流量只需874t/h，因此配300MW機組的鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量是否還需要1025t/h。
另外，過熱蒸汽和再熱蒸汽出口溫度均為541℃，而原國家參數(shù)系列標(biāo)準(zhǔn)及有關(guān)材料標(biāo)準(zhǔn)均以540℃為準(zhǔn)，因此造成一些矛盾，是否統(tǒng)一到540℃．
(2)高加切除問題
現(xiàn)國內(nèi)用戶要求在高加切除時能帶額定負(fù)荷，即300MW機組要在高加解列時帶300MW電負(fù)荷。這一問題提出是在若干年之前，高加可靠性較差，經(jīng)常解列，用電負(fù)荷又很緊張，要求多發(fā)電情況下，希望高加切除時仍能帶到額定負(fù)荷。這是很不經(jīng)濟又影響鍋爐壽命的工況，現(xiàn)在可以重新討論要不要這一要求。目前情況已有很大變化，高加設(shè)備質(zhì)量穩(wěn)定，很少發(fā)生事故，用電負(fù)荷也不緊張，并經(jīng)常降低負(fù)荷運行，
(3)過熱器一級噴水問題
引進技術(shù)300MW、600MW的控制循環(huán)鍋爐，過熱器系統(tǒng)采用一路一級噴水調(diào)溫，這一先進技術(shù)已在世界幾百臺鍋爐上使用，技術(shù)成熟，對鍋爐設(shè)計和運行帶來了許多方便，這由于當(dāng)時國內(nèi)控制技術(shù)沒有跟上和運行人員的習(xí)慣性的問題，不得不在過熱器系統(tǒng)上增加噴水點，成為二級噴水調(diào)溫。但是目前已完全可以解決，采用一級噴水調(diào)溫，其調(diào)節(jié)品質(zhì)完全達(dá)到要求。
(4)緊急放水
我國大小鍋爐均設(shè)有緊急放水的接口，在過去小容量鍋爐中緊急放水作為保證鍋筒水位穩(wěn)定的一個措施，即當(dāng)水位超過高水位時，緊急放掉一部分水。但是現(xiàn)代高參數(shù)大容量鍋爐的情況已完全不同了，水位控制和保護已十分先進、可靠，另外高參數(shù)大容量鍋爐在運行中緊急放水時，不但使鍋爐循環(huán)破壞，受熱面受損傷，并有可能發(fā)生重大事故，因此在引進控制循環(huán)鍋爐中所設(shè)置的Ø100mm口徑的緊急放水只作為水壓試驗后，或停爐冷態(tài)時放水之用。
( 5)水位表問題
目前鍋爐鍋筒上設(shè)置很多水位表接口，有些工程多達(dá)十多套，不但裝有就地水位表和差壓式遠(yuǎn)程水位表，還裝設(shè)若干套電接點水位表。這樣多的配置，不一定給鍋筒水位帶來絕對安全。因為各種水位表之間存在水位指示的差異，沒有經(jīng)過細(xì)仔的校正，反而成為發(fā)生事故的隱患。所以應(yīng)當(dāng)減少數(shù)量和品種，建議配置兩對就地水位表，4對壓差或遠(yuǎn)程水位表即可，取消電接點水位表。
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