锅炉炉膛防爆压力及烟气系统设计压力研究.doc

锅炉炉膛防爆压力及烟气系统设计压力研究目 录1. 概述12. 锅炉炉膛防爆压力和烟道设计压力选取现状分析13. 烟气系统设计压力的影响因素64. 锅炉炉膛防内爆设计压力研究205. 烟道设计压力研究266. 结论301. 概述随着我国国民经济的快速发展，国家环保政策日益严格，环保标准不断提高，新建火电机组对减少烟气污染物的排放愈来愈重视，大力加强了治理的力度。近年来，愈来愈多的新建机组同步建设脱硝、脱硫装置，部分机组为达到粉尘排放要求采用了布袋除尘器或电袋除尘器，这些措施使得锅炉烟气系统配置的变化增加，烟道阻力有所增加，引风机压头有所提高。锅炉炉膛防爆压力（炉膛设计瞬态压力）的选择与引风机的压头有一定关系，国内外的相关规程规定存在一定的矛盾，近年来随着烟气系统总阻力的增加，各工程在锅炉炉膛设计瞬态压力的选择上不尽统一，且有不断升高的现象；烟气系统设备（脱硝装置、空气预热器、除尘器等）的设计压力，国内现行规程规定中没有明确的规定；而烟道设计压力与炉膛设计压力和引风机压头有关，当炉膛设计瞬态压力与引风机TB压头不一致时，国内现行规程已不能完全适用，烟道设计压力需考虑各种工况合理选取，目前也存在各设计单位对烟道设计压力取值不统一的问题。因此，认真研究炉膛承压能力取值以及烟气系统设计压力，对规范设计、合理控制工程造价有着重要的意义。根据目前锅炉机组的应用情况，本项目仅针对大容量煤粉炉的锅炉炉膛防内爆压力及烟气系统设计压力进行研究。2. 锅炉炉膛防爆压力和烟道设计压力选取现状分析2.1锅炉炉膛防爆压力选取现状分析国内现行的锅炉炉膛防爆压力选取的相关规程有：l 火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程（DL/T5121-2000），以下简称烟规。l 电站煤粉锅炉炉膛防爆规程（DL/T435-2004），以下简称炉膛防爆规程。上述规程均参考了美国NFPA8502多燃烧器锅炉炉膛防外爆/内爆标准。原电力工业部热工自动化标准化技术委员会曾出版NFPA8502多燃烧器锅炉炉膛防外爆/内爆标准1995年版，2001年NFPA85Boiler and Combustion Systems对原NFPA8501-8506进行了整合编辑，经2004年、2007年修订，目前最新版本为NFPA85Boiler and Combustion Systems（2007年版），以下简称NFPA85-2007。2.1.1 国内现行技术规程的相关内容1) 按烟规，引进型锅炉炉膛防爆设计压力按NFPA8502多燃烧器锅炉炉膛防外爆/内爆规程规定应满足下列要求：a) 瞬态正压按环境温度下送风机试验台风压确定，但不必要求超过+8.7kPa（通常取+8.7kPa）；b) 瞬态负压按环境温度下吸风机试验台风压确定，但不必要求更低于-8.7kPa（通常取-8.7kPa）；c) 当锅炉尾部采用的烟气净化设备阻力较大，环境温度下吸风机试验台风压低于-8.7kPa时（如-10kPa），必须考虑增大的设计负压。2) 按炉膛防爆规程a) 炉膛结构应能承受非正常情况所出现的瞬态压力。在此压力下，炉膛不应由于任何支撑部件发生弯曲或屈服而导致永久变形。b) 炉膛设计瞬态压力不应低于±8.7kPa，有关说明见附录B。c) 无论由于什么原因使引风机选型点的能力超过-8.7kPa时，炉膛设计瞬态负压都应考虑予以增加。2.1.2 NFPA85-2007相关内容NFPA85-2007关于炉膛设计瞬态负压取值的规定如下：当炉膛压力控制系统依照，炉膛设计瞬态负压取值为-8.7kPa，不必要求高于此值。当环境温度下引风机TB点能力低于-8.7kPa，例如-6.72kPa，炉膛设计瞬态负压可按环境温度下引风机TB点能力选取，不必高于此值。其附录中对此给予了说明：由于空预器下游风压损失较大或其它原因（如风机试验台裕度过大）而导致引风机压头增加，当引风机试验台能力高于8.7kPa较多时，应考虑增加设计负压。例如环境温度下引风机TB点能力为-3.7kPa，最小的设计瞬态负压为-3.7kPa；环境温度下引风机TB点能力为-9.9kPa，最小的设计瞬态负压为-8.7kPa。2.1.3 锅炉炉膛防爆压力选取现状我国上世纪80年代至90年代间，大多数工程中尚未考虑烟气脱硫系统和脱硝系统的设置，炉膛防爆压力一般均按不低于±8.7kPa选取，也有一些进口机组按环境温度下引风机TB点压头选取，低于±8.7kPa。在电力工业部1996年出版的内部资料进口大容量电站锅炉及附属设备技术谈判指南中也提出：炉膛结构部件（包括刚性梁、炉顶密封装置、水冷壁与灰斗的联接部分等）进行外爆内爆强度计算时，炉膛的设计承压能力一般按大于5800Pa考虑，瞬间承受能力应不低于±8700Pa。随着烟气脱硫系统在火电机组上的应用，烟气系统总阻力有所增加，并对炉膛设计瞬态压力的选取进行了一些探讨。在我国环保要求新建工程预留脱硫空间后，在当时亚临界工程的招标过程中，一些工程考虑了安装烟气脱硫装置后烟气系统总阻力的增加，锅炉厂核算后认为适当减小刚性梁的间距，将炉膛防爆压力设计提高至±9.98kPa是可行的，之后很多工程在锅炉机组招标时要求炉膛设计瞬态压力为±9.98kPa（或±9.9kPa、±9.8kPa），也有部分工程仍采用±8.7kPa。2000年后颁布的烟规和炉膛防爆规程中也相应提出了“当锅炉尾部采用的烟气净化设备阻力较大，环境温度下吸风机试验台风压低于-8.7kPa时（如-10kPa），必须考虑增大的设计负压。”及“无论由于什么原因使引风机选型点的能力超过-8.7kPa时，炉膛设计瞬态负压都应考虑予以增加。”的条款。从NFPA标准和国内现行规程来看，炉膛防爆压力未要求考虑引风机与脱硫增压风机负压叠加的工况。但当采用引风机与脱硫增压风机合并设置，或采用设置脱硝装置并选用布袋除尘器等系统配置时，则引风机环境温度下的TB点压头有可能高于8.7kPa。从上文中可以看出，当引风机环境温度下的TB点压头高于8.7kPa时，国内外现行的规程对炉膛设计瞬态压力的选取有一些不同，NFPA85-2007规定的锅炉炉膛最小设计瞬态负压为-8.7kPa，当引风机试验台能力高于-8.7kPa较多时，可考虑增加设计负压；而国内现行规程则要求按引风机试验台能力选取。对于炉膛设计压力的概念，是将炉膛防内爆设计瞬态压力除以一个安全系数换算得到的，此安全系数为材料按屈服极限确定基本许用应力时的安全系数。在火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程（DL/T5121-2000）中分为引进型和传统型，对于引进型锅炉安全系数取1.67，传统型锅炉取1.5。在进口大容量电站锅炉及附属设备技术谈判指南中规定炉膛的设计承压能力一般按大于5800Pa考虑，瞬间承受能力应不低于±8700Pa，取用了1.5的安全系数。美国NFPA的标准中仅对炉膛设计瞬态压力给予规定，并没有规定安全系数的取值。随着烟气系统配置的多样化以及对国内外标准的不同解读，目前工程中对炉膛防爆压力的选取不尽统一，部分大型机组的锅炉炉膛设计压力和设计瞬态压力的选取见表2.1。表2.1 部分机组锅炉炉膛设计压力的选取电厂名称容量炉型及制造厂 炉膛设计/ 瞬态防爆压力（Pa）盘山电厂2×600MW四角燃烧，哈锅±5220 / ±8718 ns1.67禹州电厂2×350MW四角燃烧，哈锅±5200 / ±8700 ns1.67阳城电厂6×350MWW火焰炉，美F.W±3894 /±6320 ns1.6西柏坡电厂2×300MW对冲燃烧，北京B.W±4000 / ±6000 ns1.5托克托二期2×600MW对冲燃烧，北京B.W±5930/ ±8890 ns1.5宣化电厂2×300MW对冲燃烧，北京B.W±5980/±9980 ns1.67托克托三期2×600MW对冲燃烧，东锅±5800/±8700 ns1.5大同三期2×660MW对冲燃烧，东锅±5980/±9980 ns1.67黄骅一期2×600MW四角燃烧，上锅±5980/±9980 ns1.67炉膛设计瞬态压力的提高，一方面提高了锅炉设备的造价，另一方面也受炉膛结构设计的限制。对于大容量高参数机组，炉膛截面较大而水冷壁管径较细，这个问题更加严重，在设计配合中各锅炉厂均表示对于大机组炉膛设计瞬态压力±9.98kPa已基本上达到炉膛结构设计的极限，且国外锅炉在增加脱硫系统和脱硝系统后，炉膛设计瞬态压力并没有增加。参数越高的锅炉，提高炉膛设计压力在结构上实现的难度更大。根据某锅炉厂提供的参考资料，600MW机组亚临界锅炉的水冷壁管直径为60mm，而超临界锅炉只有38.1mm，超超临界仅有28.6mm。表2.2是某锅炉厂对600MW亚临界及超临界锅炉本体在炉膛设计瞬态压力为±8700Pa和±9800Pa时炉膛本体刚性梁重量及最大间距比较。表2.2 600MW机组不同炉膛瞬时压力时锅炉刚性梁重量及最大间距对比表工程名称炉膛瞬时压力为±8.7kPa炉膛瞬时压力为±9.8 kPa刚性梁重量(吨)前水冷壁刚性梁最大允许间距(mm)刚性梁重量(吨)前水冷壁刚性梁最大允许间距(mm)某600MW亚临界锅炉62633937503200某600MW超临界锅炉1021230512002170注：以上数据均为哈锅的估算值，刚性梁重量仅针对锅炉本体，不含风道、烟道及预热器壳体。对于超超临界锅炉的刚性梁间距更小，如防爆压力再行增加，炉膛结构将难以实现。综上所述，对炉膛设计瞬态压力应进行深入的分析，合理选取，不宜一味增加炉膛设计瞬态压力的取值。2.2 烟道设计压力选取现状分析2.2.1 烟规烟道介质设计压力按烟规附录D烟风道介质设计压力表规定：空气预热器出口至除尘器入口烟道：设计压力采用1.1倍的炉膛设计负压值。除尘器出口至引风机入口烟道：设计压力采用1.2倍的炉膛设计负压值。引风机出口至水平总烟道入口烟道：设计压力采用+2kPa。水平总烟道：对锥型筒烟囱，水平总烟道设计压力采用-2kPa，对直型筒烟囱，水平总烟道设计压力采用+2kPa。目前的工程设计中大多遵循烟规的上述规定。但随着同步建设脱硝、脱硫装置或安装布袋除尘器等因素，使引风机的压头增大，脱硫系统又有是否设GGH、是否设脱硫旁路、脱硫增压风机是否与引风机合并等多种不同设计，某些工况已超出了现行烟规编制所考虑的范围，尤其是高压头引风机的烟道设计压力、脱硫烟道设计压力更加值得探讨和研究。2.2.2 脱硫装置相关的烟道设计压力现状分析对于脱硫烟道的设计压力，目前国内尚没有统一的规定。脱硫系统招标目前较多采用脱硫岛整岛总承包形式，也有工程由总承包商负责整个脱硫岛性能保证，负责整个脱硫岛的基本设计、核心部分详细设计及关键设备和部件供货，其余详细设计由主体设计院完成。各脱硫总承包商由于引进技术不同，脱硫岛各部分烟道的设计压力取值也有所差异，且总承包商本身在不同工程中投标的数据也不完全一样，以下举例为部分投标商在某些工程中投标数据：投标总承包商GGH前原烟道（KPa）GGH后原烟道（KPa）GGH前净烟道（KPa）GGH后净烟道（KPa）1龙源4，64，64，64，62荏原2，42，42，42，43川崎4，43.62.51.34苏源环保5，55，55，55，55山东三融4，54，34，34，16天地环保4，64，64，64，67博奇4，44，44，44，48大唐环境2，42，42，42，4咨询部分脱硫设计厂家，他们对国外技术支持方的烟道设计压力标准的确定也了解不足，甚至有的脱硫设计厂家考虑烟道的加固肋量太大，钢材耗量太多，而修改国外标准，降低烟道设计压力。针对这种情况，应对脱硫系统烟道设计压力的选取要求进行规范，根据脱硫系统的不同配置合理选取烟道设计压力。与脱硫系统相关的引风机出口至水平总烟道入口烟道及水平总烟道设计压力原按烟规标准取+2kPa及±2kPa。当采用脱硫系统时，需对这部分烟道的设计压力和保护控制予以研究。2.3 脱硝装置、静电除尘器设计压力选取现状分析脱硝装置是随着环保标准的提高近些年开始建设或工程中预留。早期的脱硝装置招标文件并未对其设计压力进行要求，而是由脱硝投标商自行设计，某工程烟道系统及反应器的设计压力为+2.05kPa、-6.8kPa，还有工程采用±6.9kPa、±6.38kPa。除尘器本体的设计压力按1995年施行的电力规划设计总院批准的火力发电厂电除尘器规范书（DG-CC-95-40）附件一“电除尘器选型导则”中相关规定，取炉膛承压能力（一般不低于±4 kPa）的150%，实际是指传统型锅炉，而对应引进型煤粉炉（炉膛设计压力一般不低于±5.2 kPa），材料按屈服极限确定基本许用应力时的安全系数为1.67，则除尘器的设计压力应为炉膛防爆压力，即±8.7kPa，或增大至±9.98kPa（或±9.9kPa、±9.8kPa）。但目前工程实际应用中，除尘器技术协议中的设计压力不尽相同，有些工程采用±8.7kPa或±9.98kPa的炉膛防爆压力，有些工程按烟道设计压力的选取原则来选取。建议烟气系统设计压力研究中涵盖设备设计压力的选取。3. 烟气系统设计压力的影响因素3.1烟气系统阻力构成典型的火电厂烟气系统流程图见3.1-3.2。图3.1脱硫系统带旁路的烟气流程图3.2脱硫系统不带旁路的烟气流程除脱硫系统和脱硝系统的阻力外，锅炉烟气系统阻力还包括锅炉尾部烟道、空预器、除尘器前烟道、除尘器、除尘器后烟道的阻力。表3.1统计了部分600MW-1000MW机组在未考虑脱硫和脱硝时的烟气系统阻力。表3.1 未考虑脱硫和脱硝时的烟气系统阻力(BMCR工况)工程1工程2 工程3 工程4 工程5 工程6 工程7 工程8 机组类型亚临界600MW亚临界600MW亚临界600MW亚临界600MW超临界660MW超临界600MW超临界660MW超超临界1000MW锅炉制造厂巴威东锅上锅哈锅东锅哈锅上锅上锅排烟温度114.2115.6131137.5122116.6125124.2锅炉尾部烟道阻力（含自生通风）Pa1575100016421682148015401724.82260空预器阻力Pa1145105510301245105012001150.41100空预器至除尘器的烟道阻力Pa345.7381.8416.4532.7391.6215.1380.1306.3除尘器阻力294.3294.3196.2294.3294.3200264.9300除尘器至引风机的烟道阻力Pa290.7269.1368.3333.8366.2288.2422.9357.9引风机后烟道及烟囱阻力Pa597.9689.21108.7939.8889.31094.1908.61343烟囱自生通风Pa582.9496.3589.3717.3526.9588.7466.1715引风机进口压力Pa3758.23082.83759.84228.43988.83624.64154.64324.2BMCR工况系统计算阻力（修正后）Pa3773.23275.74279.24450.94351.24182.54597.15090.6TB点压头Pa50324368570159555780521261586888.7折算到环境温度下的TB压头Pa68225942805585877989719785549573.63.2 烟气系统设计压力考虑因素烟气系统设计压力需考虑的因素在烟规，“烟风系统的介质设计压力按最大运行压力、锅炉总燃料跳闸（MFT）时烟风道介质压力、最低介质设计压力确定。”烟规，“从送风机出口至烟囱之间的烟风系统，凡与炉膛相连通的烟风道必须考虑炉膛爆炸压力的影响。”烟道设计压力取值在烟规附录D中明确：空预器出口至除尘器入口的烟道为1.1(-)Pfds，除尘器出口至引风机入口的烟道为1.2(-)Pfds，其中Pfds为锅炉MFT时炉膛瞬态压力下对应的炉膛设计压力。烟气系统运行压力见图3.3、图3.4。图3.3 烟气系统（带脱硫旁路）运行压力图3.4 烟气系统（不带脱硫旁路）运行压力从图3.3和图3.4中可以看出，烟气系统中的运行压力变化趋势。锅炉MFT导致烟气温度和压力急剧降低，将引起使炉膛负压（绝对值）大幅增加。考虑烟道阻力因素，烟道负压（绝对值）将高于炉膛负压，因此，锅炉MFT时烟道介质设计压力应高于炉膛设计压力，其数值应与烟道的阻力有关。在北疆电厂的设计配合过程中，就此向上海锅炉厂进行咨询，上海锅炉厂表示按照ALSTOM的标准，烟道设计压力取决于烟道介质最大运行压力、锅炉MFT时烟道负压以及烟道设计压力的最低标准，这个原则与烟规是一致的，烟道设计压力的最低标准同样是±8w.g.(2kPa)。按ALSTOM的标准，锅炉MFT时烟道设计负压与炉膛设计负压的关系为：NPDES=NPFURN.DES.-0.15PGAS 式中：NPDES为锅炉MFT时烟道设计负压；NPFURN.DES.为锅炉MFT时炉膛设计负压；PGAS为炉膛与烟道间的压降。向哈尔滨锅炉厂咨询烟道设计压力事宜，锅炉厂在查阅资料后说明，引进型600MW亚临界机组锅炉尾部烟道的设计负压确实低于炉膛设计负压，但并未提供两者的相互关系。从图3.5可以看出某电厂锅炉发生MFT时炉膛负压随时间的变化。图3.5 某电厂锅炉MFT时炉膛负压变化为比较各工程烟道介质最大运行压力、上锅提供的ALSTOM标准锅炉MFT时烟道设计负压，以及按烟规选取的烟道设计压力，计算表3.1中各工程的烟道及设备的三项压力值，汇总于表3.2。烟道介质最大运行压力的选取，目前尚无明确的规程规定。从烟气系统分析可以看出，其取值与烟气系统的配置有关，例如采用的风机形式、脱硫系统是否设置旁路烟道等均对烟道介质的最大运行压力有影响。对于常规工程（静电除尘器、引风机与增压风机分别设置），由于运行中炉膛负压的波动以及空预器等设备阻力有可能增加，进而会引起引风机前烟道负压增加，因此烟道介质最大运行压力的选取建议按BMCR工况运行压力×引风机压头选型裕量来考虑。烟气系统的设备，例如空气预热器、除尘器等的设计压力，按设备出口压力选取。表3.2 常规工程（未设置脱硝装置、除尘器为静电除尘器）的烟道设计压力项目单位烟道介质最大运行压力ALSTOM标准下锅炉MFT时烟道设计负压按烟规选取烟道设计压力工程1空气预热器Pa3770.7 5618.0 除尘器进口烟道Pa4231.7 5669.9 5731除尘器Pa4624.2 5714.0 引风机进口烟道Pa5011.8 5757.6 6252工程2空气预热器Pa2850.4 5518.3 除尘器进口烟道Pa3359.5 5575.5 5731除尘器Pa3751.9 5619.7 引风机进口烟道Pa4110.8 5660.0 6252工程3空气预热器Pa3702.0 5610.8 除尘器进口烟道Pa4256.7 5673.3 5731除尘器Pa4518.1 5702.7 引风机进口烟道Pa5008.7 5757.9 6252工程4空气预热器Pa4104.5 5649.1 除尘器进口烟道Pa4817.2 5729.0 5731除尘器Pa5211.0 5773.1 引风机进口烟道Pa5657.6 5823.2 6252工程5空气预热器Pa3914.4 5589.5 除尘器进口烟道Pa4436.3 5648.2 5731除尘器Pa4828.6 5692.4 引风机进口烟道Pa5316.7 5747.3 6252工程6空气预热器Pa3706.0 5621.0 除尘器进口烟道Pa3974.0 5653.3 5731除尘器Pa4223.3 5683.3 引风机进口烟道Pa4582.4 5726.5 6252工程7空气预热器Pa4134.6 5641.3 除尘器进口烟道Pa4643.8 5698.3 5731除尘器Pa4998.6 5738.0 引风机进口烟道Pa5565.1 5801.5 6252工程8空气预热器Pa4478.0 5714.0 除尘器进口烟道Pa4886.2 5759.9 5731除尘器Pa5286.0 5804.9 引风机进口烟道Pa5851.6 5858.6 6252说明：炉膛设计瞬态负压均按8700Pa，安全系数取1.67考虑，炉膛设计负压5210Pa。当未考虑设置脱硝装置时，烟道设计压力从表3.2可以看出：l 烟规中烟道介质设计压力取值方法是简化取值方法，既考虑了烟道介质最大运行压力，又考虑了锅炉MFT时的设计负压，对于常规工程是安全的。l 按ALSTOM锅炉MFT设计负压的计算标准，常规工程烟道设计负压基本上取决于锅炉MFT时的设计负压。3.3 设置脱硝装置对烟气系统设计压力的影响当锅炉空预器前设置烟气脱硝系统时，锅炉尾部烟气系统的阻力有所增加，在表3.2的基础上考虑设置脱硝系统后阻力的增加。各工程烟道设计压力见表3.3，一般考虑SCR装置备用层投入后，BMCR工况下脱硝装置的阻力在800-1000Pa左右，表3.3中脱硝装置阻力取为1000Pa。表3.3 设置脱硝装置的烟道设计压力项目单位烟道介质最大运行压力ALSTOM标准下锅炉MFT时烟道设计负压按烟规选取烟道设计压力工程1脱硝装置Pa3543.85596.3 空气预热器Pa5104.3 5768.0 除尘器进口烟道Pa5565.3 5819.9 5731除尘器Pa5957.7 5864.0 引风机进口烟道Pa6345.4 5907.6 6252工程2脱硝装置Pa2743.65510.0 空气预热器Pa4183.8 5668.3 除尘器进口烟道Pa4693.0 5725.5 5731除尘器Pa5085.4 5769.7 引风机进口烟道Pa5444.2 5810.0 6252工程3脱硝装置Pa3630.05606.3 空气预热器Pa5034.2 5760.8 除尘器进口烟道Pa5588.9 5823.3 5731除尘器Pa5850.3 5852.7 引风机进口烟道Pa6340.9 5907.9 6252工程4脱硝装置Pa3738.55612.3 空气预热器Pa5442.5 5799.1 除尘器进口烟道Pa6155.2 5879.0 5731除尘器Pa6549.0 5923.1 引风机进口烟道Pa6995.6 5973.2 6252工程5脱硝装置Pa3806.25582.0 空气预热器Pa5247.3 5739.5 除尘器进口烟道Pa5769.2 5798.2 5731除尘器Pa6161.5 5842.4 引风机进口烟道Pa6649.6 5897.3 6252工程6脱硝装置Pa3410.45591.0 空气预热器Pa4952.2 5771.0 除尘器进口烟道Pa5220.2 5803.3 5731除尘器Pa5469.5 5833.3 引风机进口烟道Pa5828.6 5876.5 6252工程7脱硝装置Pa3893.85618.7 空气预热器Pa5474.1 5791.3 除尘器进口烟道Pa5983.3 5848.3 5731除尘器Pa6338.1 5888.0 引风机进口烟道Pa6904.6 5951.5 6252工程8脱硝装置Pa4359.6 5699.0 空气预热器Pa5812.0 5864.0 除尘器进口烟道Pa6220.2 5909.9 5731除尘器Pa6620.1 5954.9 引风机进口烟道Pa7185.7 6008.6 6252设置脱硝装置增加了锅炉尾部烟道阻力，烟道设计压力从表3.3中可以看出：l 烟规中烟道介质设计压力取值不能完全覆盖所有设置脱硝装置的工程，具体工程中应予以核算。l 越靠近锅炉炉膛的烟道和设备，设计负压受锅炉MFT时烟气温度和压力降低的影响越大，远离炉膛则受到锅炉MFT的影响越小。l 空预器及其上游的设备和烟道，设计负压取决于锅炉MFT时的设计负压。l 空预器下游的设备和烟道，设计负压应对比烟道介质最大运行压力和锅炉MFT时烟道设计负压，取其大值。3.4风机形式对锅炉炉膛防爆的影响近年来，国内大型机组引风机大多采用轴流风机，也有部分机组采用离心风机。图3.23.5分别为动叶可调轴流风机、静叶可调轴流风机以及离心风机的特性曲线示例以及离心风机和动调风机的对比曲线，从风机特性曲线可以看出，在零流量时离心风机压头较高，轴流风机相对低一些。图3.2 动叶可调轴流风机的性能曲线示例图3.3 静叶可调轴流风机的性能曲线示例：图3.4 离心风机的性能曲线示例：图3.5 带入口导流器的离心风机与动叶可调轴流风机的性能曲线对比就系统阻力特性而言，当介质流量越大时，炉膛承受的压力相对于引风机入口的吸力衰减越多，流量较小时炉膛承受的压力与引风机入口吸力越接近；从图3.5的特性曲线对比可以看出，轴流风机即使在风机叶片开度较大而烟气通道出现问题时，其失速曲线决定了小流量时压头降低，而离心风机则会在小流量下压头较高。因此，就防止炉膛内爆的角度而言，采用轴流风机较为有利。3.5 高压头引风机对烟气系统设计压力的影响当工程中采用布袋除尘器、设置SCR脱硝装置、引风机与增压风机合并等方案时，均会引起引风机压头的升高。当引风机压头升高到一定程度时，引风机前烟道的设计压力将取决于介质最大运行压力。对于高压头引风机的一个值得讨论的问题是，是否需考虑烟道通路关闭的问题。从本文4.2炉膛压力控制策略中可以看出，保证从送风机入口至烟囱的通风通道畅通是炉膛压力控制策略的重要内容之一，当炉膛压力控制系统符合NFPA炉膛防内爆的有关规定，风机启动、运行、停机的各工况下烟风道通路均应保持，运行中不应出现烟风道通路关闭的情况。NFPA85-2007也指出：没有一个标准可以保证消除炉膛内爆，NFPA85-2007标准6.5章提供了设备加固和操作步骤、控制系统以及联锁系统的限制和可靠性间的一种平衡，以使导致炉膛内爆的条件发生的机会最小。如果假定最坏的条件（即冷空气、高压头的引风机、送风机流量切断、在引风机运行情况下引风控制挡板开启），则即使结构设计合理也无法保护炉膛。采用NFPA85-2007标准6.5章中的措施，如果引风机压头设计合理，则炉膛损坏可能性很小。如果引风机压头增加太大，应当对引风机的特性做特别的考虑，或特别的烟道设计或特别的仪表或控制系统。因此，当采用完善的控制系统时，烟道系统设计压力可不考虑烟风道通路关闭的情况。3.6 锅炉冷态启动方式对烟气系统设计压力的影响目前国内大型机组引风机启动时均采用关门启动，即启动时风机进口或出口风门短暂关闭，至风机电机到全转速后打开风门。大多数工程采用关闭引风机入口挡板的方式，也有部分工程在DCS设计中采用关闭出口挡板或进出口挡板均关闭的方式。上述方式均可实现引风机关门启动，从引风机在烟气系统中的布置位置和运行工况来看，相对而言关闭引风机入口挡板的方式较为合理，当引风机与增压风机合并设置时，为防止风机倒转，也不排除引风机进、出口风门均关闭的方式，此时进口风门的开启宜比出口风门略有延时。因此引风机进出口风门间的风道要考虑风机启动的工况，并注意冷态启动时压头需折算到环境温度下，烟气系统也需考虑其影响。由于此过程时间很短，可当作瞬态工况考虑。通过对风机运行工况的分析，并考虑风机电机容量有限，瞬态核算工况不需按环境温度下风机TB点开度的最大压头考虑，仅考虑冷态启动工况的风机压头，其取值建议按风机最小开度下的零流量压头选取，设计压力瞬态压力/ns，ns为屈服极限安全系数。对于引风机前的烟道，当引风机出口阻力不大时，引风机前烟道介质最大运行压力时已考虑了高压头的因素，基本不需再核算冷态启动工况。当采用引风机与脱硫增压风机合并设置等引风机后烟道系统阻力较大时，对于除尘器至引风机入口的烟道建议将冷态启动工况的风机压头作为瞬态工况予以核算；考虑到对设备的保护等级不宜低于烟道，除尘器建议同样予以核算；由于除尘器内空间较大，有一定的缓冲作用，除尘器前的烟道可不再核算。当风机采用引风机进、出口风门均关闭的启动方式时，对于引风机后出口关断门前的烟道，由于运行压力一般较低，应将冷态启动工况的风机压头作为瞬态工况予以核算。3.7 引风机和脱硫增压风机合并设置对烟气系统设计压力的影响脱硫系统设置GGH时，为避免旁路快速开启时引起炉膛负压的波动过大，建议脱硫系统单独设置增压风机，与锅炉引风机串联使用。为保证GGH或增压风机故障情况下的锅炉安全，烟气通道需注意保持畅通，故建议设置旁路烟道，此时旁路烟道仅做为事故备用措施，其烟气流速取值可提高。当脱硫系统不设GGH时，可以采用引风机和脱硫增压风机合并设置。如上文所述，此时，应核算风机冷态启动工况的瞬态压力，另外由于引风机出口压头还需克服脱硫系统的阻力，风机出口运行压力将有所提高，风机出口烟道设计压力将相应提高。引风机入口烟道的设计压力将分设置脱硫旁路或不设脱硫旁路两种情况，在下节讨论。3.8 脱硫旁路设置对烟气系统设计压力的影响设置脱硫旁路时，引风机出口烟气系统相对复杂，对于每炉1塔的脱硫系统而言，脱硫旁路烟道、脱硫装置进出口烟道均为单路，需对脱硫系统烟气通路的控制和保护给予充分的重视，并采取必要措施保证烟气系统畅通。脱硫系统烟气通路的建立和保持也应成为炉膛压力保护策略中的一部分。当引风机与增压风机合并且脱硫系统设置旁路烟道时，在切除脱硫系统时引风机出口的系统阻力将降低，由于这种工况运行时风机压头裕量较大，引风机入口烟道介质可能出现的最大运行压力将提高。例如，在炉膛压力保护定值允许的条件下，空气预热器等烟气系统阻力加大的情况下，锅炉仍保持运行，此时烟道介质的最大运行压力有可能高于BMCR工况运行压力×引风机压头选型裕量。因此建议烟道介质最大运行压力按BMCR工况运行压力×引风机压头选型裕量+N，其中N取锅炉MFT负压保护定值与切投脱硫系统的最大运行阻力差之间的较小值。切投脱硫系统的最大运行阻力差（脱硫系统BMCR工况运行阻力-脱硫旁路BMCR工况运行阻力）×引风机压头选型裕量。表3.4为各工程引风机采用引风机和脱硫增压风机合并设置、同时考虑克服脱硝系统阻力（简称“三合一”风机）并设置脱硫旁路的烟道设计压力，烟道介质最大运行压力增加了炉膛压力MFT保护值和脱硫系统运行阻力的较小值，为便于比较，本文均按2000Pa考虑。表3.4 “三合一”风机设脱硫旁路的烟道设计压力项目单位烟道介质最大运行压力ALSTOM标准下锅炉MFT时烟道设计负压工程1脱硝装置Pa5543.85596.3 空气预热器Pa7104.3 5768.0 除尘器进口烟道Pa7565.3 5819.9 除尘器Pa7957.7 5864.0 引风机进口烟道Pa8345.4 5907.6 工程2脱硝装置Pa4743.65510.0 空气预热器Pa6183.8 5668.3 除尘器进口烟道Pa6693.0 5725.5 除尘器Pa7085.4 5769.7 引风机进口烟道Pa7444.2 5810.0 工程3脱硝装置Pa5630.05606.3 空气预热器Pa7034.2 5760.8 除尘器进口烟道Pa7588.9 5823.3 除尘器Pa7850.3 5852.7 引风机进口烟道Pa8340.9 5907.9 工程4脱硝装置Pa5738.55612.3 空气预热器Pa7442.5 5799.1 除尘器进口烟道Pa8155.2 5879.0 除尘器Pa8549.0 5923.1 引风机进口烟道Pa8995.6 5973.2 工程5脱硝装置Pa5806.25582.0 空气预热器Pa7247.3 5