塔式鍋爐在我國占有量比n型鍋爐少得多，其原因是我國長期以來先后引進了前蘇聯和美國的鍋爐技術，而這兩個國家700 MW以上的超（超）臨界機組基本上是采用兀型鍋爐，國內教育、科研、設計、制造部門對塔式爐的研究很少；另外由于亞臨界及以下參數Ⅱ型爐運行成熟可靠，富通新能源生產銷售生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒木屑顆粒機、秸稈顆粒機、秸稈壓塊機壓制的生物質顆粒燃料。
    塔式鍋爐雖然在國內投運很少，但發展迅速，目前在建和擬建的1 000 MW超超臨界鍋爐中占到了約70%的份額。我省雖然還沒有塔式爐投運，但在建和擬建的1000 MW塔式爐約有10臺。
1、鍋爐特點
1.1爐內煙氣流場均勻
    鍋爐由于存在折煙角，煙氣從爐膛轉向水平煙道有90。的拐彎，對于爐內假想切圓為逆時針的鍋爐來說，爐膛出口斷面右側煙氣的煙溫和流速高于左側，下部的煙溫高于上部煙溫。因此，爐膛出口斷面右側管屏下部的熱負荷最高。國內的運行實踐也證明爆管也往往在此處發生。這種熱偏差的嚴重程度隨著鍋爐容量的上升而增大。這是采用四角切圓燃燒的型鍋爐在結構上的缺陷。雖然，各鍋爐廠也采取了一些措施，比如采用二次風反向旋轉等，但是收效并不明顯。對于1 000 MW的鍋爐，哈爾濱鍋爐廠采用雙火球切向燃燒的方式，2個火球旋轉方向相反以降低熱偏差。這相當于把一個1000 MW的燃燒空間分割為2個500 MW的燃燒空間，但并不能消除熱偏差。
    1 000 MW塔式爐采用四角切圓燃燒的方式，所有受熱面都布置在第一煙道內，當呈線渦狀態的煙氣通過受熱面時沒有經過轉彎，不產生二次渦。而且，線渦在運動中能量耗散少，壽命長，環向動量基本守恒，從而使得煙氣流場均勻。
1.2對流受熱面受熱均勻
    燃燒煙氣在爐膛上部的對流受熱面中徑直向上，其速度場及溫度場分布均勻，不存在流場不均勻造成的傳熱偏差。其切向燃燒方式在燃燒室出口處的煙氣殘余旋流在水平對流受熱面的整流作用下迅速耗散，且殘余旋流矢量與煙氣的宏觀速度矢量垂直，并不會造成屏間的不均勻傳熱。當然，尚未耗散的旋流會在單根管子的對稱點產生局部較高的熱通量，但布置在燃燒室出口處的受熱面為一級過熱器，管內蒸汽溫度相對較低，局部較高的熱通量不會導致管壁的超溫。均勻的煙氣流場分布形成了均勻的過熱器及再熱器煙氣溫度分布，并使得過熱器、再熱器蒸汽出口溫度分布均勻。圖1為塔式爐與Ⅱ型爐高溫過熱器出口汽溫沿爐膛寬度方向上的比較，從圖中可以看出，塔式爐溫度分布遠比兀型爐均勻。
1.3較高的材料安全裕度
    由于在對流受熱面中煙氣側的速度場及溫度場分布均勻，傳熱均勻。高溫過熱器及高溫再熱器壁面沒有局部的高溫區域，使得在相同蒸汽參數及相同管子材料的前提下，塔式爐與其他爐型相比，具有較高的安全裕度。這種特點對于高參數機組，特別是超臨界及超超臨界機組尤為可貴。
1.4提高對流受熱面的傳熱利用系數
    均勻的煙氣速度場及溫度場避免了煙氣的折向運動，提高了對流受熱面的傳熱利用系數，與其他爐型相比，在對流受熱面的進、出口煙氣和蒸汽參數相同的條件下，塔式爐的對流受熱面的傳熱面積可明顯減少。
1.5大大降低對流受熱面的磨損
    對流受熱面的磨損與煙氣中灰粒運動速度的三次方成正比。對于切圓燃燒的ri爐而言，在爐膛出口處的煙氣殘余旋流會造成水平煙道煙速的左右不均勻，即使采用消旋措施或采用旋向相反的雙爐膛．也只是降低不均勻程度而已。另外，其爐膛出口的煙氣轉折會造成水平煙道內煙速的上下木均勻，而進入尾部的煙氣轉折又會導致垂直煙道內煙速的前后不均勻。這使得煙速較高區域的磨損大大增加。特別是在爐膛出口的水平煙道處，其上下左右的煙速不均勻，使得最高煙速處的磨損速率遠遠高于平均值。另外，煙氣在轉彎過程中，煙灰在離心力的作用下會產生分離，造成煙道沿截面上煙灰濃度分布的不均勻，更加劇了局部磨損。與此相比，塔式爐均勻的煙氣速度場，使得其對流受熱面的磨損速率遠低于其它爐型。
    在n型爐中，尾部垂直煙道內的灰粒，由于其重力的原因，其運動速度高于煙速。而在塔式爐中，由于煙速向上，與灰粒的重力方向相反，灰粒運動速度低于煙速。塔式爐的煙灰速度比煙氣速度平均降低1m/s，因此，即使在煙速相同的情況下，塔式爐的磨損速率也遠低于其它爐型。而灰粒的這種運動特點也有利于燃盡。在相同煤粉細度的情況下．塔式爐的燃盡率要高于其他爐型。另外，由于塔式爐對流受熱面的較高的傳熱效率，使其可選擇相對較低的煙速，這更使塔式爐的磨損速率遠遠低于其它爐型，而這對于高參數的大型鍋爐尤為重要。塔式爐的這種低磨損率的特點尤其適合于燃用高灰分的煤種。
1.6較低的煙風系統阻力
    塔式爐上部與爐膛等截面的大煙道及均衡的煙氣流場，相對較少的對流受熱面，使得整個鍋爐的煙風系統阻力明顯低于其他爐型，總阻力約為同比見型爐的5/6，從而降低了風機的耗電量。
1.7形成大顆粒灰的幾率少
    大顆粒灰一般是指直徑大于4 mm、中空、體積大但質量輕的灰分。對于安裝SCR脫硝反應器的鍋爐，這些灰很容易造成反應器內催化劑的堵塞，輕則引起催化劑中毒，重則造成鍋爐停爐。
    對于n型爐，煙氣中的灰顆粒一部分在折煙角開始轉向，一部分在折煙角的上方開始轉向，煙氣在轉向過程中由于流場紊亂，灰顆粒相互碰撞的機會增加。這個位置煙氣的溫度都在l000℃以上，灰粒很軟，碰撞后很容易相互粘結，體積變大：尤其是在折煙角的向火面處，流場最紊亂而煙氣溫度最高，最容易生成大顆粒灰。灰顆粒進入尾部煙道后，隨著煙氣溫度的降低而變硬，形成大顆粒灰落下進入催化劑。
    對于塔式爐，流場比較均勻，灰顆粒相互碰撞的機會較低。另外，爐膛上方灰運動的行程長，灰的運動方向與重力方向相反，灰顆粒大到一定程度后就不能被煙氣攜帶而返回爐膛或懸浮在爐膛中。當較少灰顆粒隨煙氣到達第一煙道的頂端轉彎處時，煙氣溫度已經在350℃左右，灰顆粒硬得多，相互碰撞粘結的可能性因此要小很多，一部分灰反而會因相互碰撞而分裂。因此，塔式爐產生大顆粒灰進入脫硝反應器的可能性要小很多。
1.8具備優異的備用和快速啟動特點
    塔式爐所有的對流受熱面均采用水平布置，具有很強的自疏水能力。無論是鍋爐冷態啟動，還是鍋爐備用后啟動，塔式爐都能較快完成對流受熱面的疏水過程，使鍋爐主蒸汽和再熱蒸汽溫度及早滿足汽機沖轉的要求，縮短了啟動時間。
1.9有利于解決汽輪機固體顆粒侵蝕問題
    SPE較多發生在鍋爐啟動階段，因鍋爐受熱面受熱沖擊引起管子汽側氧化鐵剝離并形成固體顆粒，使汽輪機調節級和高、中壓缸第1級葉片產生侵蝕。美、日等國在這方面都有很多經驗教訓，許多超臨界大機組在投產若干年后，由于嚴重的SPE而不得不更換調節級和中壓缸第1級動、靜葉井。對于布置有垂直過熱器及再熱器的兀型爐，在啟動及低負荷階段，低流量的蒸汽動量不足以將氧化鐵剝離物及大的金屬顆粒帶出垂直管段，直到高負荷階段時，這些物體才可能被沖出，此時的蒸汽動量所攜帶的硬質顆粒對汽輪機葉片所產生的侵蝕性最大。
    對于塔式爐，對流受熱采用水平布置，啟動階段產生的氧化鐵剝離物及金屬顆粒極另被蒸汽沖走，并被旁路系統直接送人凝汽器。按德國規范，只有當凝結水合格，包括含鐵量達標后才能沖轉汽輪機，故SPE也就不再成為問題。
1.10有利于高效超臨界技術發展
    隨著高效超臨界發電技術的不斷發展，蒸汽參數越來越高。按照美國能源部計劃，到2015年，蒸汽參數的目標為760℃/760℃/60℃，而歐盟的蒸汽參數AD-700計劃的目標為720℃/720℃/20℃，屆時，主、再熱蒸汽的過熱度大大增加，加之煙溫不能相應上升的前提，對流受熱面的傳熱平均溫壓將顯著下降，這就需要大大增加對流受熱面的面積，同時，對于同等的容量，由于效率的上升，熱負荷大幅下降，其輻射受熱面反而大幅減少。對于兀型爐，這種對流受熱面與輻射受熱面比例的大幅變化，其布置的難度將驟然增加，但對于塔式爐而言，這根本不是問題。
1.11塔式爐屏底溫度應等同于n型爐的爐膛出口溫度
    一方面，塔式爐燃燒室出口煙速比較低，而且布置的是水平受熱面，水平受熱面比垂直受熱面更容易結焦，所以從防止結焦的角度講，塔式爐屏底溫度應降低；另一方面塔式爐爐膛截面積較小，從保證煤粉燃盡及降低NOx排放濃度的角度講，塔式爐屏底溫度應降低。德國就是將塔式爐屏底溫度怍為爐膛出口溫度。
1.12百萬千瓦級機組塔式爐比n型爐高
    通常百萬千瓦塔式爐投資、安裝及檢修費用比Ⅱ型爐高30 m左右，地震風險大的地區不宜采用塔式爐。
2、調試技術
    1 000 MW塔式爐主要設計參數見表1。
2.1冷態試驗
    塔式爐燃燒系統采用低NOx同軸燃燒系統(LNCFS)，與上海鍋爐廠常規的超臨界鍋爐相比，主要區別在于每臺磨煤機出口有四根煤粉管，在爐膛四角通過褲衩管將每根煤粉管分成上下布置的兩根煤粉管，這樣每臺磨煤機對應兩層煤粉火嘴。
  在鍋爐冷態試驗過程中。不僅要通過可調縮孔調勻每臺磨煤機出口的四根煤粉管的風速，還要檢查每個褲衩管后的兩根煤粉管風速的均勻性，如果超過允許值，則要通過改造來調勻，以保證鍋爐熱態運行時爐內燃燒的均勻性。
    考慮到塔式爐燃燒室出口的第一煙道與爐膛同等截面，且一致性地垂直向上，可以將爐膛出口氣流均布試驗取消。
2.2化學清洗
    塔式鍋爐分為爐膛部分和尾部煙道部分，爐膛內部布置了所有的過熱器、再熱器和省煤器的受熱面，尾部煙道僅僅起到連接爐膛和空氣預熱器的作用，并沒有布置任何的受熱面。爐膛上部沿煙氣流動方向依次布置有一級過熱器、三級過熱器、二級再熱器、二級過熱器、一級再熱器和省煤器。
    由于塔式爐所有的對流受熱面均為水平布置，能排盡管內積酸或積水，并有效防止雜物在管內沉積，故過熱器及再熱器等整個受熱面都可被納入酸洗范疇。
    為解決再熱器內流速過低的問題，可將再熱器系統4個減溫器的芯子抽出，加入臨時閥芯。酸洗中可將其中的2個開啟，另2個關閉，過一定時間后再切換，這使再熱器中的流速提高了l倍。
    為滿足酸洗前后對整個系統進行大流量水沖洗，可將電動給水泵與2臺凝結水泵臨時并聯運行，流量高達4 200 t/h．利用其大的動量將系統內的各種沉淀的垢物和雜質帶出系統。
2.3蒸汽沖管
    根據德國塔式爐的運行經驗，過熱器和再熱器酸洗后，只要在首次啟動階段通過大容量旁路進行大流量的冷態清洗及帶旁路啟動，就可達到汽輪機進汽的蒸汽品質要求而無需進行吹管。
    但在外高橋電廠的四臺塔式爐調試過程中。，鑒于我國還沒有取消沖管的先例以及各方覺得沒有把握，采用無臨沖閥的開式穩壓沖管，最高穩定熱負荷達45qoBMCR．持續約20 min，每天只進行一次。這樣，每次的平均間隔超過20 h，使鍋爐有充分的冷卻時間，讓管子內壁氧化物等通過這種冷熱循環而自然剝離，提高沖管的效果。連續沖5—7 d，靶板基本上就能合格。
2.4帶旁路啟動
    1000 MW超超臨界鍋爐按照歐洲典型設計，配置100%高壓旁路和65%的低壓旁路，取消了過熱器出口安全閥的設置。
    按中、美、日等國的技術規范，新機組調試階段允許蒸汽品質低于正常運行標準，通過不同負荷階段的“洗硅”等調試步驟，不斷改善汽水品質以逐步達到生產標準。在此過程中，不可避免地造成大量低標準的蒸汽進入汽輪機。但德國的超（超）臨界機組，即使在調試階段，也必須執行正常運行的蒸汽品質標準。因此，在汽輪機啟動前，要經過一個鍋爐帶旁路運行過程，并維持相當的熱負荷。通過采取加大爐水的置換力度及投入凝結水精處理系統等措施以逐步提高汽水品質。經過數天甚至數星期的時間，當主、再熱蒸氣及凝結水質符合標準后才能沖轉汽輪機。這一程序不僅應用于基建階段，即使在投產后，機組的每次冷態啟動都必須先帶旁路運行。用這種方法實際上起到兩個作用：一是相當于洗硅，二是將啟動過程中產生的氧化鐵剝離物及固體顆粒直接排入凝汽器。因此，可徹底杜絕調試及啟動階段低標準蒸汽對汽輪機通流部分造成的侵害，大大減輕了SPE問題，這對百萬千瓦級超（超）臨界汽輪機尤為重要。
3、結論
    (1)塔式爐具有能有效地防止受熱面超溫和SPE問題及磨損輕等優點，在我國1 000 MW及以上超超臨界機組中必將占據主導地位。
    (2)我國相關科研、制造機構應加強對塔式爐的研究和開發，以充分發揮其在節能減排中的作用。
    (3)鍋爐廠和電建單位應采取有效的管理和技術措施來保證受熱面內部的清潔度，在塔式爐酸洗后對過、再熱器聯箱、三叉管及死角等處采用內窺鏡和拍片等手段進行檢查，在保證安全的基礎上可考慮取消蒸汽沖管，可節省可觀的沖管費用。
    (4)在鍋爐設計過程中，鍋爐廠應適當降低屏底溫度設計值，防止燃燒室出口受熱面結焦。
    (5)調試和運行單位在機組調試和運行過程中應充分重視帶旁路啟動對防止汽輪機SPE問題的作用，嚴格按照鍋爐蒸汽品質符合生產標準再沖轉汽輪機。


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