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(jìn)了前蘇聯(lián)和美國的鍋爐技術(shù)，而這兩個(gè)國家700 MW以上的超（超）臨界機(jī)組基本上是采用兀型鍋爐，國內(nèi)教育、科研、設(shè)計(jì)、制造部門對(duì)塔式爐的研究很少；另外由于亞臨界及以下參數(shù)Ⅱ型爐運(yùn)行成熟可靠，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
木屑顆粒機(jī)、
秸稈顆粒機(jī)、
秸稈壓塊機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。
塔式鍋爐雖然在國內(nèi)投運(yùn)很少，但發(fā)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(yùn)，但在建和擬建的1000 MW塔式爐約有10臺(tái)。
1、鍋爐特點(diǎn)
1.1爐內(nèi)煙氣流場均勻
鍋爐由于存在折煙角，煙氣從爐膛轉(zhuǎn)向水平煙道有90。的拐彎，對(duì)于爐內(nèi)假想切圓為逆時(shí)針的鍋爐來說，爐膛出口斷面右側(cè)煙氣的煙溫和流速高于左側(cè)，下部的煙溫高于上部煙溫。因此，爐膛出口斷面右側(cè)管屏下部的熱負(fù)荷最高。國內(nèi)的運(yùn)行實(shí)踐也證明爆管也往往在此處發(fā)生。這種熱偏差的嚴(yán)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(jié)構(gòu)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(fēng)反向旋轉(zhuǎn)等，但是收效并不明顯。對(duì)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(gè)火球旋轉(zhuǎn)方向相反以降低熱偏差。這相當(dāng)于把一個(gè)1000 MW的燃燒空間分割為2個(gè)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(nèi)，當(dāng)呈線渦狀態(tài)的煙氣通過受熱面時(shí)沒有經(jīng)過轉(zhuǎn)彎，不產(chǎn)生二次渦。而且，線渦在運(yùn)動(dòng)中能量耗散少，壽命長，環(huán)向動(dòng)量基本守恒，從而使得煙氣流場均勻。
1.2對(duì)流受熱面受熱均勻
燃燒煙氣在爐膛上部的對(duì)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(duì)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(huì)造成屏間的不均勻傳熱。當(dāng)然，尚未耗散的旋流會(huì)在單根管子的對(duì)稱點(diǎn)產(chǎn)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(jí)過熱器，管內(nèi)蒸汽溫度相對(duì)較低，局部較高的熱通量不會(huì)導(dǎo)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(yuǎn)比兀型爐均勻。
1.3較高的材料安全裕度
由于在對(duì)流受熱面中煙氣側(cè)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(qū)域，使得在相同蒸汽參數(shù)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(diǎn)對(duì)于高參數(shù)機(jī)組，特別是超臨界及超超臨界機(jī)組尤為可貴。
1.4提高對(duì)流受熱面的傳熱利用系數(shù)
均勻的煙氣速度場及溫度場避免了煙氣的折向運(yùn)動(dòng)，提高了對(duì)流受熱面的傳熱利用系數(shù)，與其他爐型相比，在對(duì)流受熱面的進(jìn)、出口煙氣和蒸汽參數(shù)相同的條件下，塔式爐的對(duì)流受熱面的傳熱面積可明顯減少。
1.5大大降低對(duì)流受熱面的磨損
對(duì)流受熱面的磨損與煙氣中灰粒運(yùn)動(dòng)速度的三次方成正比。對(duì)于切圓燃燒的ri爐而言，在爐膛出口處的煙氣殘余旋流會(huì)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(zhuǎn)折會(huì)造成水平煙道內(nèi)煙速的上下木均勻，而進(jìn)入尾部的煙氣轉(zhuǎn)折又會(huì)導(dǎo)致垂直煙道內(nèi)煙速的前后不均勻。這使得煙速較高區(qū)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(yuǎn)遠(yuǎn)高于平均值。另外，煙氣在轉(zhuǎn)彎過程中，煙灰在離心力的作用下會(huì)產(chǎn)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(duì)流受熱面的磨損速率遠(yuǎn)低于其它爐型。
在n型爐中，尾部垂直煙道內(nèi)的灰粒，由于其重力的原因，其運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(yuǎn)低于其它爐型。而灰粒的這種運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)也有利于燃盡。在相同煤粉細(xì)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(duì)流受熱面的較高的傳熱效率，使其可選擇相對(duì)較低的煙速，這更使塔式爐的磨損速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其它爐型，而這對(duì)于高參數(shù)的大型鍋爐尤為重要。塔式爐的這種低磨損率的特點(diǎn)尤其適合于燃用高灰分的煤種。
1.6較低的煙風(fēng)系統(tǒng)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(duì)較少的對(duì)流受熱面，使得整個(gè)鍋爐的煙風(fēng)系統(tǒng)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(fēng)機(jī)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(zhì)量輕的灰分。對(duì)于安裝SCR脫硝反應(yīng)器的鍋爐，這些灰很容易造成反應(yīng)器內(nèi)催化劑的堵塞，輕則引起催化劑中毒，重則造成鍋爐停爐。
對(duì)于n型爐，煙氣中的灰顆粒一部分在折煙角開始轉(zhuǎn)向，一部分在折煙角的上方開始轉(zhuǎn)向，煙氣在轉(zhuǎn)向過程中由于流場紊亂，灰顆粒相互碰撞的機(jī)會(huì)增加。這個(gè)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(jié)，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(jìn)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(jìn)入催化劑。
對(duì)于塔式爐，流場比較均勻，灰顆粒相互碰撞的機(jī)會(huì)較低。另外，爐膛上方灰運(yùn)動(dòng)的行程長，灰的運(yùn)動(dòng)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(dāng)較少灰顆粒隨煙氣到達(dá)第一煙道的頂端轉(zhuǎn)彎處時(shí)，煙氣溫度已經(jīng)在350℃左右，灰顆粒硬得多，相互碰撞粘結(jié)的可能性因此要小很多，一部分灰反而會(huì)因相互碰撞而分裂。因此，塔式爐產(chǎn)生大顆粒灰進(jìn)入脫硝反應(yīng)器的可能性要小很多。
1.8具備優(yōu)異的備用和快速啟動(dòng)特點(diǎn)
塔式爐所有的對(duì)流受熱面均采用水平布置，具有很強(qiáng)的自疏水能力。無論是鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)，還是鍋爐備用后啟動(dòng)，塔式爐都能較快完成對(duì)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(jī)沖轉(zhuǎn)的要求，縮短了啟動(dòng)時(shí)間。
1.9有利于解決汽輪機(jī)固體顆粒侵蝕問題
SPE較多發(fā)生在鍋爐啟動(dòng)階段，因鍋爐受熱面受熱沖擊引起管子汽側(cè)氧化鐵剝離并形成固體顆粒，使汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)和高、中壓缸第1級(jí)葉片產(chǎn)生侵蝕。美、日等國在這方面都有很多經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，許多超臨界大機(jī)組在投產(chǎn)若干年后，由于嚴(yán)重的SPE而不得不更換調(diào)節(jié)級(jí)和中壓缸第1級(jí)動(dòng)、靜葉井。對(duì)于布置有垂直過熱器及再熱器的兀型爐，在啟動(dòng)及低負(fù)荷階段，低流量的蒸汽動(dòng)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(fù)荷階段時(shí)，這些物體才可能被沖出，此時(shí)的蒸汽動(dòng)量所攜帶的硬質(zhì)顆粒對(duì)汽輪機(jī)葉片所產(chǎn)生的侵蝕性最大。
對(duì)于塔式爐，對(duì)流受熱采用水平布置，啟動(dòng)階段產(chǎn)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(tǒng)直接送人凝汽器。按德國規(guī)范，只有當(dāng)凝結(jié)水合格，包括含鐵量達(dá)標(biāo)后才能沖轉(zhuǎn)汽輪機(jī)，故SPE也就不再成為問題。
1.10有利于高效超臨界技術(shù)發(fā)展
隨著高效超臨界發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展，蒸汽參數(shù)越來越高。按照美國能源部計(jì)劃，到2015年，蒸汽參數(shù)的目標(biāo)為760℃/760℃/60℃，而歐盟的蒸汽參數(shù)AD-700計(jì)劃的目標(biāo)為720℃/720℃/20℃，屆時(shí)，主、再熱蒸汽的過熱度大大增加，加之煙溫不能相應(yīng)上升的前提，對(duì)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(duì)流受熱面的面積，同時(shí)，對(duì)于同等的容量，由于效率的上升，熱負(fù)荷大幅下降，其輻射受熱面反而大幅減少。對(duì)于兀型爐，這種對(duì)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(duì)于塔式爐而言，這根本不是問題。
1.11塔式爐屏底溫度應(yīng)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(jié)焦，所以從防止結(jié)焦的角度講，塔式爐屏底溫度應(yīng)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(yīng)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(jí)機(jī)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(fèi)用比Ⅱ型爐高30 m左右，地震風(fēng)險(xiǎn)大的地區(qū)不宜采用塔式爐。
2、調(diào)試技術(shù)
1 000 MW塔式爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。
2.1冷態(tài)試驗(yàn)
塔式爐燃燒系統(tǒng)采用低NOx同軸燃燒系統(tǒng)(LNCFS)，與上海鍋爐廠常規(guī)的超臨界鍋爐相比，主要區(qū)別在于每臺(tái)磨煤機(jī)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(tái)磨煤機(jī)對(duì)應(yīng)兩層煤粉火嘴。
在鍋爐冷態(tài)試驗(yàn)過程中。不僅要通過可調(diào)縮孔調(diào)勻每臺(tái)磨煤機(jī)出口的四根煤粉管的風(fēng)速，還要檢查每個(gè)褲衩管后的兩根煤粉管風(fēng)速的均勻性，如果超過允許值，則要通過改造來調(diào)勻，以保證鍋爐熱態(tài)運(yùn)行時(shí)爐內(nèi)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(yàn)取消。
2.2化學(xué)清洗
塔式鍋爐分為爐膛部分和尾部煙道部分，爐膛內(nèi)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(yù)熱器的作用，并沒有布置任何的受熱面。爐膛上部沿?zé)煔饬鲃?dòng)方向依次布置有一級(jí)過熱器、三級(jí)過熱器、二級(jí)再熱器、二級(jí)過熱器、一級(jí)再熱器和省煤器。
由于塔式爐所有的對(duì)流受熱面均為水平布置，能排盡管內(nèi)積酸或積水，并有效防止雜物在管內(nèi)沉積，故過熱器及再熱器等整個(gè)受熱面都可被納入酸洗范疇。
為解決再熱器內(nèi)流速過低的問題，可將再熱器系統(tǒng)4個(gè)減溫器的芯子抽出，加入臨時(shí)閥芯。酸洗中可將其中的2個(gè)開啟，另2個(gè)關(guān)閉，過一定時(shí)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(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行大流量水沖洗，可將電動(dòng)給水泵與2臺(tái)凝結(jié)水泵臨時(shí)并聯(lián)運(yùn)行，流量高達(dá)4 200 t/h．利用其大的動(dòng)量將系統(tǒng)內(nèi)的各種沉淀的垢物和雜質(zhì)帶出系統(tǒng)。
2.3蒸汽沖管
根據(jù)德國塔式爐的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，過熱器和再熱器酸洗后，只要在首次啟動(dòng)階段通過大容量旁路進(jìn)行大流量的冷態(tài)清洗及帶旁路啟動(dòng)，就可達(dá)到汽輪機(jī)進(jìn)汽的蒸汽品質(zhì)要求而無需進(jìn)行吹管。
但在外高橋電廠的四臺(tái)塔式爐調(diào)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(wěn)壓沖管，最高穩(wěn)定熱負(fù)荷達(dá)45qoBMCR．持續(xù)約20 min，每天只進(jìn)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(shí)間，讓管子內(nèi)壁氧化物等通過這種冷熱循環(huán)而自然剝離，提高沖管的效果。連續(xù)沖5—7 d，靶板基本上就能合格。
2.4帶旁路啟動(dòng)
1000 MW超超臨界鍋爐按照歐洲典型設(shè)計(jì)，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(shè)置。
按中、美、日等國的技術(shù)規(guī)范，新機(jī)組調(diào)試階段允許蒸汽品質(zhì)低于正常運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，通過不同負(fù)荷階段的“洗硅”等調(diào)試步驟，不斷改善汽水品質(zhì)以逐步達(dá)到生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。在此過程中，不可避免地造成大量低標(biāo)準(zhǔn)的蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)。但德國的超（超）臨界機(jī)組，即使在調(diào)試階段，也必須執(zhí)行正常運(yùn)行的蒸汽品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。因此，在汽輪機(jī)啟動(dòng)前，要經(jīng)過一個(gè)鍋爐帶旁路運(yùn)行過程，并維持相當(dāng)?shù)臒嶝?fù)荷。通過采取加大爐水的置換力度及投入凝結(jié)水精處理系統(tǒng)等措施以逐步提高汽水品質(zhì)。經(jīng)過數(shù)天甚至數(shù)星期的時(shí)間，當(dāng)主、再熱蒸氣及凝結(jié)水質(zhì)符合標(biāo)準(zhǔn)后才能沖轉(zhuǎn)汽輪機(jī)。這一程序不僅應(yīng)用于基建階段，即使在投產(chǎn)后，機(jī)組的每次冷態(tài)啟動(dòng)都必須先帶旁路運(yùn)行。用這種方法實(shí)際上起到兩個(gè)作用：一是相當(dāng)于洗硅，二是將啟動(dòng)過程中產(chǎn)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(diào)試及啟動(dòng)階段低標(biāo)準(zhǔn)蒸汽對(duì)汽輪機(jī)通流部分造成的侵害，大大減輕了SPE問題，這對(duì)百萬千瓦級(jí)超（超）臨界汽輪機(jī)尤為重要。
3、結(jié)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(yōu)點(diǎn)，在我國1 000 MW及以上超超臨界機(jī)組中必將占據(jù)主導(dǎo)地位。
(2)我國相關(guān)科研、制造機(jī)構(gòu)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)塔式爐的研究和開發(fā)，以充分發(fā)揮其在節(jié)能減排中的作用。
(3)鍋爐廠和電建單位應(yīng)采取有效的管理和技術(shù)措施來保證受熱面內(nèi)部的清潔度，在塔式爐酸洗后對(duì)過、再熱器聯(lián)箱、三叉管及死角等處采用內(nèi)窺鏡和拍片等手段進(jìn)行檢查，在保證安全的基礎(chǔ)上可考慮取消蒸汽沖管，可節(jié)省可觀的沖管費(fèi)用。
(4)在鍋爐設(shè)計(jì)過程中，鍋爐廠應(yīng)適當(dāng)降低屏底溫度設(shè)計(jì)值，防止燃燒室出口受熱面結(jié)焦。
(5)調(diào)試和運(yùn)行單位在機(jī)組調(diào)試和運(yùn)行過程中應(yīng)充分重視帶旁路啟動(dòng)對(duì)防止汽輪機(jī)SPE問題的作用，嚴(yán)格按照鍋爐蒸汽品質(zhì)符合生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)再?zèng)_轉(zhuǎn)汽輪機(jī)。
相關(guān)生物質(zhì)鍋爐顆粒機(jī)產(chǎn)品：
1、
生物質(zhì)蒸鍋
2、
秸稈壓塊機(jī)
3、
木屑顆粒機(jī)
