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1、 国电双鸭山发电有限公司 超临界直流锅炉设备介绍 讲课人：左兴权 国电双鸭山发电有限公司发电部 超临界机组定义 水的临界压力：22.12 MPa， 临界温度：374.15 超高压机组： 12.7MPa，温度为 535/535 亚临界机组: 16.7MPa，温度为 538/538 超临界机组：一般主汽压力24MPa及以上 ,主汽和再热汽温度540-580 直流锅炉 直流锅炉没有汽包，工质一次通过蒸发部分，即循环倍率为1。 直流锅炉的另一特点是在省煤器、蒸发部分和过热器之间没有固定 不变的分界点，水在受热蒸发面中全部转变为蒸汽，沿工质整个行 程的流动阻力均由给水泵来克服。 直流锅炉的技术特点 1)
2、取消汽包，能快速启停。与自然循环锅炉相比，直流炉从冷态启 动到满负荷运行，变负荷速度可提高一倍左右。 2)适用于亚临界和超临界以及超超临界压力锅炉。 3)锅炉本体金属消耗量最少，锅炉重量轻。一台300MW自然循环锅 炉的金属重量约为5500t7200t，相同等级的直流炉的金属重量仅 有4500t5680t，一台直流锅炉大约可节省金属2000t。加上省去 了汽包的制造工艺，使锅炉制造成本降低。 4)水冷壁的流动阻力全部要靠给水泵来克服，这部分阻力约占全部 阻力的2530。所需的给水泵压头高，既提高了制造成本，又 增加了运行耗电量。 5)直流锅炉启动时约有30额定流量的工质经过水冷壁并被加热， 为
3、了回收启动工程的工质和热量并保证低负荷运行时水冷壁管内有 足够的重量流速，直流锅炉需要设置专门的启动系统，而且需要设 置过热器的高压旁路系统和再热器的低压旁路系统。加上直流锅炉 的参数比较高，需要的金属材料档次相应要提高，其总成本不低于 自然循环锅炉。 6)系统中的汽水分离器在低负荷时起汽水份离作用并维持一 定的水位，在高负荷时切换为纯直流运行，汽水分离器做 为通流承压部件。 7)为了达到较高的重量流速，必须采用小管径水冷壁。这样 ，不但提高了传热能力而且节省了金属，减轻了炉墙重量 ，同时减小了锅炉的热惯性。 8)水冷壁的金属储热量和工质储热量最小，即热惯性最小， 使快速启停的能力进一步提高，
4、适用机组调峰的要求。但 热惯性小也会带来问题，它使水冷壁对热偏差的敏感性增 强。当煤质变化或炉内火焰偏斜时，各管屏的热偏差增大 ，由此引起各管屏出口工质参数产生较大偏差，进而导致 工质流动不稳定或管子超温。 9)为保证足够的冷却能力和防止低负荷下发生水动力多值性 以及脉动，水冷壁管内工质的重量流速在MCR负荷时提高 到2000/（s）以上。加上管径减小的影响，使直流锅 炉的流动阻力显著提高。600MW以上的直流锅炉的流动阻 力一般为5.4MPa6.0MPa。 10)汽温调节的主要方式是调节燃料量与给水量之比，辅助 手段是喷水减温或烟气侧调 节。由于没有固定的汽水份界 面，随着给水流量和燃料量的
5、变化，受热面的省煤段、蒸 发段和过热段长度发生变化，汽温随着发生变化，汽温调 节比较困难。 11)负荷运行时，给水流量和压力降低，受热面入口的 工质欠焓增大，容易发生水动 力不稳定。由于给水流量 降低，水冷壁流量分配不均匀性增大；压力降低，汽水 比容变化增大；工质欠焓增大，会使蒸发段和省煤段的 阻力比值发生变化。 12)水冷壁可灵活布置，可采用螺旋管圈或垂直管屏水 冷壁。采用螺旋管圈水冷壁有利于实现变压运行。 13)超临界压力直流锅炉水冷壁管内工质温度随吸热量 而变，即管壁温度随吸热量而变。因此，热偏差对水冷 壁管壁温度的影响作用显著增大。 14)变压运行的超临界参数直流炉，在亚临界压力范围
6、和超临界压力范围内工作时，都存在工质的热膨胀现象 。并且在亚临界压力范围内可能出现膜态沸腾；在超临 界压力范围内可能出现类膜态沸腾。 15)启停速度和变负荷速度受过热器出口集箱的热应力 限制，但主要限制因素是汽轮机的热应力和胀差。 16)直流锅炉要求的给水品质高，要求凝结水进行100 的除盐处理。 17)控制系统复杂，调节装置的费用较高。 一、锅炉设备整体布置概述 国电双鸭山发电有限公司选用哈尔滨锅炉厂有 限责任公司与三井巴布科克（MB）公司合作 设计、制造的超临界本生（Benson）直流锅 炉，型号：HG-1900/25.4-YM3。一次中间再 热、变压运行，带内置式再循环泵启动系统， 固态
7、排渣、单炉膛平衡通风、型布置、全钢 构架悬吊结构。 炉膛为单炉膛，断面尺寸22.18m15.63m， 设计煤种为双鸭山烟煤，最大连续蒸发量 1900 t/h，过热器蒸汽出口温度571，再 热器蒸汽出口温度569，给水温度283.8 。 锅炉总图(纵剖图） 顶棚管标 高 67750 水下集标 高 6000 包墙下集箱 标高 47626 给水管道 接口标高 42840 再热器入口 集箱标高 46626 再热器出口 集箱标高 73320 过热 器出口 集箱标高 72720 锅炉汽水流程以内置式汽水分离器为界双流程设计 。水冷壁为膜式水冷壁，下部水冷壁及灰斗采用螺 旋管圈，上部水冷壁为垂直管屏。从冷灰
8、斗进口一 直到标高约46.459m的中间混合集箱之间为螺旋管 圈水冷壁，连接至炉膛上部的水冷壁垂直管屏和后 水冷壁吊挂管，然后经下降管引入折焰角和水平烟 道侧墙，再引入汽水分离器。锅炉给水系统配置一 台30%容量的电动给水泵和两台50%容量的汽动给 水泵。 锅炉启动系统由内置式汽水分离器、储水罐、水位 控制阀和炉水循环泵等组成。下部水冷壁采用螺旋 管圈，上部水冷壁采用一次上升垂直管屏，二者之 间用过渡集箱连接。四只启动分离器，壁厚较薄， 温度变化时热应力小，水冷壁吸热均匀，水动力特 性稳定，具有良好的变压、调峰和启动性能。 汽水分离器出来的蒸汽引至顶棚和包墙系统 ，再进入一级过热器，然后流经屏
9、式过热器 和末级过热器。锅炉过热蒸汽汽温控制主要 靠调节“煤水比”和一、二级喷水减温水量。 再热器分为低温再热器和高温再热器两段布 置，低温再热器布置于尾部双烟道中的前部 烟道，末级再热器布置于水平烟道。再热蒸 汽汽温控制主要靠尾部烟气挡板调节，辅助 用装设在再热器入口管道的事故喷水减温器 调整。 制粉系统为中速磨正压直吹系统，配置6台 ZGM113N型中速磨煤机，燃烧设计煤种时， BMCR工况下5台运行，一台备用。燃烧方式 为前后墙对冲燃烧，采用30只低NOx轴向旋 流燃烧器(LNASB)，前后墙各15只，分三层 对称布置。每台燃烧器配有一支油枪，油枪采 用机械雾化喷嘴，油枪的最大出力按30
10、 BMCR工况设计。 烟气依次流经上炉膛的屏式过热器、末级过热 器、水平烟道中的高温再热器，然后至尾部双 烟道中烟气分两路。一路流经前部烟道中的立 式和水平低温再热器、省煤器，一路流经后部 烟道的水平低温过热器、省煤器，最后流经布 置在下方的两台三分仓回转式空气预热器。 锅炉布置有98只炉膛吹灰器、24只长伸缩 式吹灰器、86只燃气脉冲吹灰器，吹灰器由 程序控制。炉膛出口两侧各装设一只烟气温 度探针。 除渣方式为固态连续除渣，采用六台螺旋式 捞渣机，装于炉膛冷灰斗下部。装设有炉膛 火焰电视监视装置、吹灰程控装置、锅炉受 热面泄漏监测装置等。自动控制部分装配炉 膛安全监控系统（FSSS），整个系
11、统的控 制调节均通过由上海FOXBORO公司生产的 DCS系统实现。 二、锅炉汽水系统及主要设 备 汽水流程图 2. 给水管道 从高加出口引来的锅炉主给水管道布置在锅炉构 架内的左侧、26.9m的标高处，规格为508mm 60mm，材料为WB36。在给水操纵台上的主给水 管道上布置有一只20”的电动闸阀和一只止回阀，电 动闸阀并联有一只10”的调节阀，调节阀的通流能力 为35%BMCR，满足锅炉启动和最低直流负荷（本 生负荷）的需要。此调节阀主要用于锅炉启动阶段 在未达到直流负荷之前的给水调节。当主给水闸阀 全开后，调节阀关闭。阀门在关闭时仍有3%BMCR 的通流量，保证省煤器和水冷壁在任何情
12、况下均有 适当的冷却。 在给水操纵台前的主给水管道上有过热器减温水总 管、循环泵过冷管、省煤器再循环管路的接头和一 只用于测量省煤器入口水流量的长颈喷嘴。 长颈喷嘴用来测量进入省煤器中给水和再循环的总 流量，这个流量一直等于或大于本生流量（ 30%BMCR），因此测量的精度可以得到保证。这 样，本生流量的测量来自一个单独的流量测量装置 ，而没有必要将来自两个流量测量装置（给水流量 和再循环流量）的信号相加，测量和控制方法简单 。此外，在锅炉启动初期，给水流量很小，测量的 给水流量精确性差。 主给水管道在标高30.300m通过三通变为35642 水平横向布置的管道，管道的两端再通过三通向上 分别
13、与前、后烟道中的各一只324mm55mm的省 煤器入口集箱相连接。 2.2 省煤器及出口连接管 在尾部的前、后烟道内低温再热器和低温过热器下均布 置有省煤器管组。省煤器采用H型双肋片管。肋片间节 距均为25mm，基管规格为44.5mm6MWTmm，材质 为SA-210C；肋片尺寸为3mm90mm195mm，材质 为酸洗碳钢板。 低温过热器出口烟道省煤器采用顺列布置，纵向节距为 100mm，纵向排数为14排，管组高度为1300mm；横向 节距为104mm，横向排数为212排，管组宽度为 21944mm；管组有效深度为7630mm。 低温再热器出口烟道省煤器同样采用顺列布置的结构形 式，纵向节距为
14、100mm，纵向排数为8排，管组高度为 700mm；横向节距为104mm，横向排数为212排，管组 宽度为21944mm；管组有效深度为4390mm。 H型鳍片省煤器 H型鳍片省煤器 两组省煤器均采用悬吊结构的方式，每组吊板悬吊在省煤 器出口集箱下，分别悬挂两排省煤器管束。吊板采用 16mm厚的钢板，材料为12Cr1MoV。两组省煤器连接出 口集箱的管束，均加装瓦形防磨罩；两组省煤器的最上排 均加装梳形防磨罩。两组省煤器管组与烟道前后墙及两侧 墙间均布置烟气阻流隔板。在吹灰器工作范围内省煤器管 布置防吹损的护板。 每组省煤器管组均有两只27350mm的出口集箱，每只 集箱上引出95根悬吊管，再
15、热器侧吊挂管为5110mm， 过热器侧吊挂管为5713mm ，材料为15CrMoG。前后 烟道中的4排悬吊管不仅承担省煤器管组的重量，其从下 至上穿过尾部烟道，还用以吊挂水平低温再热器和水平低 温过热器，并穿过后烟道顶棚管与各自的悬吊管出口集箱 连接。悬吊管出口集箱均设有放气管，然后合并成一根 768.5的放气总管与分离器入口的一根引入管相连接， 总管上设置有一只电动截止阀。当任何燃烧器点火时此阀 门关闭，当炉膛内无火焰时此阀门立即打开，该管路除用 于锅炉上水时排放空气外，另一目的是在锅炉点火之前将 省煤器中产生的蒸汽排出，避免蒸汽进入水冷壁管中影响 水动力的安全。 4只悬吊管出口集箱的两端分
16、别连接至烟道包墙两侧 的过渡集箱，过渡集箱再通过连接管在标高 46.456m处汇集成一根55980的下降管。此下降 管上接出两根386.5的管路，一根连接至省煤器再 循环管，作为循环泵停运时的暖泵管路；另一根与 贮水箱溢流管相连，作为溢流管的暖管管路，一直 将水引至溢流阀的上游，保持管路的暖态，避免当 贮水箱突然产生水位而使管路受到热冲击。这两路 暖管管路引入的水最后都会进入到贮水箱中，并被 蒸发进入过热器系统。 55980的下降管在标高11.5m处又分成两根406 60的小下降管，并分别引至炉膛冷灰斗处的两侧与 55975分配集箱连接。每根下降管分配集箱引出 16根连接管分别与水冷壁入口前、后集箱连接。 2.3 水冷壁、折焰角和水平烟道包 墙 水冷壁、折焰角和水平烟道包墙均为管子加扁钢焊接成的膜式 管屏。 给水经省煤器
