高温高压循环流化床锅炉过热器系统布置方式探讨
周一工
（上海锅炉厂有限公司，上海 200245）
摘 要:分析了三种高温高压循环流化床锅炉过热器系统布置方式的优缺点，并对此进行了定量分析，提出了高温高压循环流化床锅炉过热器系统布置的优化方案。
关键词:循环流化床锅炉 过热器系统
布置方式
1前言
130～450t/h高温高压循环流化床锅炉是中小容量发电机组（25～100MW）的重要配套锅炉，主要用于老机组改造、工业企业自备电站及热电联供机组。目前，国内已有100多台130～450t/h高温高压循环流化床锅炉签订了供货合同，其中30多台已投入运行。随着社会经济的发展，130～450t/h高温高压循环流化床锅炉的市场还会进一步扩大，将继续是循环流化床锅炉领域最重要的产品之一。因此，对高温高压循环流化床锅炉过热器系统布置方式进行研究是非常必要的。
2常规的过热器系统布置方案
高温高压（540℃，9.81MPa）循环流化床锅炉过热器系统一般为三级布置，两级喷水减温。三级中两级为布置于尾部烟道的对流过热器，一级为布置于炉膛的屏式过热器，其结构布置见图1。
常规的过热器系统流程为：锅筒→包墙过热器→对流过热器Ⅱ→一级喷水减温器→屏式过热器→二级喷水减温器→对流过热器→主蒸汽管道。
根据壁温和强度计算选用的材料一般为：包墙过热器、对流过热器Ⅱ下部为20G，对流过热器Ⅱ上部为15CrMoG，屏式过热器为12Cr1MoVG，对流过热器Ⅰ下部为12Cr1MoVG，上部为SA213－T91。
布置方式存在两个缺点：一是蒸汽连接管道需炉前、炉后引三次（锅筒至包墙过热器，对流过热器Ⅱ至屏式过热器，屏式过热器至对流过热器Ⅰ），管道阻力损失大，布置困难，管道及支吊架成本高；二是各级受热面温压设计不尽合理，总的金属耗量较大，使用材料规格较高。因此，我们推荐以下两种过热器系统布置方案供参考。
3推荐布置方案Ⅰ
推荐布置方案Ⅰ的过热器系统流程为：锅筒→包墙过热器→对流过热器Ⅱ→一级喷水减温器→对流过热器Ⅰ→二级喷水减温器→屏式过热器→主蒸汽管道。
根据壁温和强度计算选用的材料一般为：包墙过热器、对流过热器Ⅱ为20G，对流过热器Ⅰ下部为15CrMoG，上部为12Cr1MoVG，屏式过热器为SA213－T91或SA213－TP304H。
这种布置方式有两个优点：一是减少了蒸汽连接管道炉前、炉后的连接(锅筒至包墙过热器，对流过热器Ⅰ至屏式过热器，共二次)，从而降低了管道阻力损失，优化了管道布置；二是提高了对流过热器Ⅰ的传热温压，可减少对流过热器Ⅰ受热面20～30%，同时，也优化了尾部烟道布置。
这种布置方式的缺点是屏式过热器需采用高等级的材料。但是，由于屏式过热器传热温压大（是对流过热器的2倍左右），传热系数高（是对流过热器的2．5倍左右），因此，屏式过热器所用的材料很少，仅为过热器受热面总重量的1／10～1／15。经核算，该方案中屏式过热器的受热面重量与常规布置方案中对流过热器Ⅰ所需的SA213－T91重量基本相当。
与常规布置方案相比，本布置方案可使过热器系统造价降低5～6％。
4推荐布置方案Ⅱ
推荐布置方案Ⅱ的过热器系统流程为：锅筒→屏式过热器→包墙过热器→一级喷水减温器→对流过热器Ⅱ→二级喷水减温器→对流过热器Ⅰ→主蒸汽管道。
根据壁温和强度计算选用的材料一般为：屏式过热器、包墙过热器为20G，对流过热器Ⅱ下部为20G，上部为15CrMoG，对流过热器Ⅰ下部为12Cr1MoVG，上部为SA213－T91。
这种布置方式的优点：一是蒸汽连接管道炉前、炉后的连接仅为一次（屏式过热器至包墙过热器），进一步降低了管道阻力损失，减少了连接管道和支吊架；二是屏式过热器可使用碳钢材料，并且不提高包墙过热器的材料等级，包墙过热器的管子和鳍片仍可使用碳钢材料。
这种布置方式的缺点是对流过热器Ⅱ的传热温压有所降低，需增加10％左右的受热面。
与常规布置方案相比，本布置方案可使过热器系统造价降低2～3％。
5定量分析
以一台260t/h高温高压循环流化床锅炉为例，对以上三个过热器系统布置方案进行定量分析。
5.1计算
基本参数：
主蒸汽流量：260t/h，主蒸汽温度：540℃，主蒸汽压力：9.81MPa，锅筒工作压力：10.8MPa，饱和温度：317℃，给水温度：215℃。
对三种布置方案进行受热面积的比较，先作如下假定：包墙过热器面积相同，为转向室120m2，对流过热器Ⅰ附加受热面70m2，对流过热器Ⅱ附加受热面210m2，材料均为20G；喷水量相同，为一级喷水8.5t/h，二级喷水4.0t/h；炉膛温度相同，为890℃；尾部烟道进口温度相同，为905℃；对流过热器Ⅰ、对流过热器Ⅱ防磨罩及穿出炉外的不受热部分按4％计；屏式过热器下部防磨区及穿出炉外的不受热部分按10％计。
5.2计算结果
三种方案的受热面积见表1。
5.3三个方案的受热面经济性比较
经济性比较的基础条件如下，比较结果见表2。
a.对流过热器Ⅰ、对流过热器Ⅱ管子Φ38×5，单位重量为34.1kg/m2。
b.屏式过热器管子Φ42×6，屏式过热器为膜式壁，节距60mm，鳍片为18×6，单位重量为55.7kg/m2（包括管子和鳍片，屏式过热器受热面积按平板计，屏式过热器管屏双面受热）。
c.材料价格：20G为5800元／吨；15CrMoG为7500元／吨；12Cr1MoVG为8500元／吨；SA213-T91为24000元／吨。
d.因加工费用与材料价格呈比较固定的比例关系，为方便比较，只比较受热面的材料价格，不考虑加工费用。
e.屏式过热器鳍片与管子采用同种材料。鳍片的价格比管子低，但膜式壁的加工费用较高，管屏价格按同等重量的管子计算误差较小。
f.因三个方案的包墙过热器受热面积和材料相同，不参加经济性比较。
6结论
从以上的计算和分析比较中可以看出，推荐方案Ⅰ和推荐方案Ⅱ都比过热器系统的常规布置方案更加经济，其中推荐方案Ⅰ的经济性最好。并且，两种推荐方案都不存在布置上的困难，运行的安全性也没有问题。因此，这两种推荐方案在设计中都可以运用。
尽管在以上的计算和分析中没有考虑汽冷式旋风分离器，但在实际应用中可将汽冷式旋风分离器作为包墙过热器的一部分，以上的分析结论仍然是正确的。
参考文献
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