超临界锅炉原理及运行

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1、 超临界锅炉原理及运行绪 论第一节 600MW机组锅炉的类型和发展概况第二节 600MW控制循环锅炉第三节 600MW自然循环锅炉第四节 600MW超临界压力直流锅炉第一节 600MW机组锅炉的类型和发展 概况600MW级燃煤机组是世界多数工业发达 国家重点发展的火电主力机组， 在一些国家火 力发电机组标准系列中是一个重要的级别。 这 一容量等级的机组也是目前我国火电建设中大 力发展的系列之一。从1985年我国引进的第一台600MW火力 发电机组在元宝山电厂投运开始，我国进入了 发展600MW火电机组的年代。一、600MW机组锅炉的类型和特性 下表列出我国已投运的或在建的几台600MW级锅炉的

2、主要 设计特性。 序 号项目北仑电 厂石洞口 二厂平圩电 厂元宝山 电厂伊敏电 厂神头二 厂蓟县电 厂1制造厂或 供应商美国燃烧工 程公司（CE ）美CE瑞 士sulzer哈尔滨 锅炉厂德国斯坦 因缪勒 公司苏波道 尔斯克 （苏 IIk3)捷斯可 达公司苏波道 尔斯克( 苏 IIk3)2装机台数 容量26002600260016002500250025003炉型倒U型倒U型型塔式78T 型塔式76T 型 4投产日期1989 199219921990.19851998/995循环方式强制循 环汽包 炉超临界 压力直 流炉控制循 环汽包 炉亚临 界 压力本 生直流超临界 压力直 流炉低倍率 强制循

3、 环汽包 炉超临界 压力直 流炉6锅炉容量 (MCR工况 )(t/h)20081900200818321650165016507主蒸汽压力 (MPa)18.2125.317.318.625.017.4625.08主蒸汽温()537541540.65455455405459再热蒸汽流 量(t/h)168316131696168813801481136010再热蒸汽压 力(进/出 )(MPa)3.813/ 3.635/4.473.49/3. 314.36/4. 15/4.04.211/ 4.003/3.911再热蒸汽温 度(进/出) ()322.2/5 37338/56 6313.3/ 540.6

4、331/54 5295/545333/54 0295/54 512给水温度()279.7286272.225727525527513排烟温度 ()13013012514015313913514锅炉效率(%)92.892.5392.3991.589.590.591.515 燃料品种晋北烟煤神头府 谷 晋北烟煤平圩烟煤 元宝 山褐煤伊敏 褐煤平朔 洗中煤晋北煤16无油助燃 时最低允 许负 荷 (%)30303030503017 燃烧室出口 温度()9641235108610951050111018燃烧室容积 热强度 (W/m3)123.4 10398.91 10676.648 10319燃烧室断面

5、 热强度1.28 1061.04 1065.61 1060.97 10620过热 蒸汽 调温方式一级喷 水二级 喷水二级 喷水三级 喷水喷水三级 喷水喷水21再热蒸汽 调温方式燃烧器 摆动 +喷 水同左同左一级 喷水汽-汽热交 换器 高负荷时 喷水同左同左22燃料低位 发热 量 Qar,net(kJ/kg)224412290 1209341130 4107901819 02245823燃料全水分 Mar(%)9.6116.459.8225.123812.4624燃料灰分 Aar(%)19.777.1925.2830.0915.637.019.7725可燃基挥发 分Vdaf(%)22.8223.

6、5623.0923.744739.332.31可以看出，这些600MW级锅炉基本上是从国外 引进或用引进技术进行制造的，它的设备或技术 基本引进于美国燃烧工程公司(CE)、拔柏葛公司 (B&W)及福斯特惠勒公司(FW)，许多国家的锅炉 设计也都在不同程度上承袭了上述三公司的设计 特点。锅炉蒸发系统内工质的流动方式主要有自然循 环、控制循环、直流炉及直流复合循环四种。直 流炉适合于超临界压力及亚临界压力参数，自然 循环及控制循环只适宜于亚临界压力参数。国内 目前600MW级锅炉主要有自然循环、控制循环和 直流炉三种型式。1锅炉蒸发系统内工质的流动方式锅炉汽水循环基本方式：流向过热器324561A

7、 自然循环B 控制循环342437C 直流D 复合循环3845611循环泵； 2锅筒； 3省煤器； 4炉膛水冷壁5节流阀； 6 分配集箱； 7给水泵； 8混合器再循环量给水量水冷壁流量10050050100流量100%7 A 全负荷复合循环锅炉负荷/ 100%123456图52 亚临界压力复合循环1234576再循环量给水量10050050100水冷壁流量B 部分负荷复合循环锅炉负荷/ %1水冷壁； 2-汽水分离器； 3-省煤器； 4-混合器； 5-循环泵； 6-控制阀； 7-节流阀电站锅炉中采用自然循环锅炉是相当普 遍的。拔柏葛公司根据其在亚临界压力 直 流炉上为防止膜态沸腾而采用内螺纹管的

8、 经验，在自然循环汽包炉上亦加用内螺纹 管，以保证循环可靠，使其成为保证炉膛 水冷壁达到充分冷却的最简单、有效及可 靠的方法。(1)自然循环汽包炉 自然循环汽包炉的主要特点是流动方式简单、 运行可靠。由于自然循环锅炉具有能适应炉膛内吸收热量 变化而进行自调节的优点，因此吸收热量最多的 管子通过的水量也最多，可防止传热不均匀现象 的产生。自然循环不需用循环泵，故投资及运行费用均 可减少。在炉膛高热负荷区域为使管子得到充分冷却并 维持核态沸腾，需要一定的质量流速，而这种流 速随着汽包运行压力的升高而增加。 控制循环锅炉是美国燃烧工程公司(CE)的专利 ，我国哈尔滨锅炉厂和上海锅炉厂也引进此种锅 炉

9、的制造技术， 第一、二台600MW级的控制循环 锅炉已在安徽平圩电厂投运。控制循环锅炉的主要特点是在锅炉循环回路的 下降管和上升管之间加装循环泵以提高循环回路 的流动压头，因此汽包及上升管、下降管可采用 较小的直径。但是加装辅助循环泵，运行时需消 耗一定的功率，一般情况下循环泵消耗功率相当 于锅炉功率的0.3%-0.4% 。(2)控制循环锅炉 直流锅炉也是大容量锅炉发展方向之一。特别 是采用超临界参数的锅炉，直流锅炉是唯一能采 用的锅炉型式。本生型直流锅炉发源于德国，早期本生型锅炉 的炉膛蒸发受热面管子是多次上升垂直管屏，用 中间混合联箱与不受热的下降管互相串联。通用 压力型锅炉(UP炉)是拔

10、柏葛公司在本生炉基础上 加以改进的一种炉型。对于UP炉来说一般用于大 型超临界压力直流炉，以确保水冷壁管内的质量 流速 。(3) 直流锅炉 螺旋管圈水冷壁管圈自炉膛底部沿炉膛四周盘旋上升至炉 膛折焰角处，炉膛上部管屏改变为垂直上升管 屏，以利于管子穿墙及悬吊结构的布置。螺旋 管圈除进出口联箱外，中间不设置混合联箱， 这种管圈的优点是热偏差小，且因无中间混合 联箱，不会产生汽水混合物的不均匀分配的问 题，因此可做成全焊接的膜式水冷壁管圈。 复合循环锅炉与一般直流炉相比其优点主要 是水冷壁质量流速可按再循环停止时的负荷选取 ，因此可选用较低的质量流速，以减少流动阻力 。启动流量低时，启动系统的容量

11、可按循环泵的 工作起始点考虑，相应地可减少投资和启动热损 失，锅炉的最低负荷极限可降到10左右。由于工质流量变化小，温度变化小，相应地 减小了温度应力，有利于在低负荷下运行。由于 水冷壁的质量流速可由循环泵容量来保证，可避 免采用过小直径水冷壁管，可在锅炉出力很低时 启动汽轮发电机，因此可不要保护再热器的旁路 系统，简化了启动系统。2.燃烧方式CE公司的传统设计方法，即为四角布置直 流燃烧器的切圆燃烧方式，再热汽温调节采用 摆动燃烧器，配置HP、RP碗式中速磨煤机的 直吹式制粉系统。柏葛公司和福斯特惠勒公司的传统设计 方法，即采用旋流燃烧器前墙或前后墙对冲布 置方式，制粉系统采用MPS磨煤机或

12、双进双出 筒式钢球磨煤机的直吹式系统，再热汽温调节 一般采用烟气挡板。（1）四角切圆布置的直流燃烧器 1）采用高调节比的煤粉喷嘴高调节比喷嘴 高调节比喷嘴的外观切圆燃烧方式的锅炉，水平烟道左右两侧存 在一定的速度偏差及温度偏差，随着锅炉容量的 增加，水平烟道中的速度偏差及烟温偏差有增大 的趋势。通过适当控制一、二次风动压比和使部分射 流风反切，将一次风或部分二次风、燃尽风射流 与主体旋转气流反切，可以削弱炉膛出口气流残 余旋转，降低水平烟道左右侧烟气流速偏差。另 外，在两级过热器、再热器之间安装混合联箱或 左右交叉系统也是十分必要的，特别是对于再热 器(因为再热蒸汽压力低、比热小，汽温偏差更大

13、 )更有必要。（2）墙式布置旋流燃烧器 1）采用分级燃烧的方式、降低NOx的生成率。将一 部分小于化学当量的空气引入燃烧器，而将其余 空气由二次风口引入或从中间引入燃烧器，这样 可降低燃烧区域的过量氧量，以减少NOx的生成 量。目前国内引进的600MW机组的旋流燃烧器为双 调节切向叶片式旋流燃烧器，也称为低NOx的燃烧 器，其设计的思想是使燃烧过程按二段燃烧方式 进行，达到稳燃和遏制NOx生成量的目的。 双调节燃烧器就是指内、外二次风的可调。 调节内外二次风的挡板和导向叶片，也就改变了 内、外二次风的流量比、旋转强度，改变内外二 次风间、二次风与煤粉气流间、以及与已着火煤 粉气流问的混合，从而

14、调节着火与火焰形状。NOx及SOx的生成同样因内部燃烧区内 的氧气浓度低而受到遏制，也同样因外 部燃料过稀区域中温度相对较低而受到 遏制。因此它与直流燃烧器一样，是通 过使生成NOx的两个主要因素氧浓度 及温度不同时具备而达到遏制的目的。3炉膛结构设计炉膛设计有三个因素。首先炉膛容积应足 够大，使燃料完全燃烧，并具有足够的受热面 使烟气进人对流烟道前得到充分冷却。其次需 将NOx的生成量限制到可被接受的程度。最后 应使烟气流量保持均匀，使炉膛出口温度维持 稳定，以防锅炉对流受热面产生结渣、堵灰及 金属超温等问题。造成炉膛结渣有四个因素：每只燃烧器的热 输入量、燃烧器与侧墙及灰斗的距离、炉膛单位

15、 截面上的热输入量及燃烧器区域的热负荷。采取下列措施: 1)加大炉膛下部尺寸，以降低燃烧器区域的最大 热流量；2) 维持足够的炉膛受热面使炉膛出口烟气温度降 低；3) 加大各旋流燃烧器间的间距，加大燃烧器与炉 墙及灰斗的间距，以降低炉墙的热流量，减少 NOx的生成；4）采用“灰斗下通空气” 及“空气屏幕”的方法 ，使在灰斗倾斜槽及封闭炉墙等处易结渣的地方 形成一层由燃烧空气形成的防护层，从而产生氧 化气氛，防止结渣及堵灰； 5) 采用蒸汽吹灰，在蒸汽吹灰不足以解决问题的地 方用水力吹灰防止积灰，保持受热面清洁； 6) 加大管子的横向间距，炉膛出口处的立式管屏最 易积灰，其管屏横向节距最小应为9

16、1cm。锅炉后 部烟道采用光管，管子横向节距不得小于18cm， 管子之间距离为1013cm.二、本体布置型式及特点 大型锅炉常见的本体布置型式有以下几种： 1形布置 形布置的主要优点是： （1）锅炉的排烟口在下部，因此，转动机械和笨重 设备，如送风机，引风机及除尘器都可布置在地 面上，可以减轻厂房和锅炉构架的负载。 （2）锅炉及厂房的高度较低。 （3）在水平烟道中可以采用支吊方式比较简单的悬 吊式受热面。 （4）在尾部垂直下降烟道中，受热面易布置成逆流 传热方式，强化对流传热。图17 锅炉布置型式(a) 形布置；(b)无水平烟道形；(c)双折焰角形；(d)箱形布置(e)塔形布置；(f)半塔形布置（5）下降烟道中，气流向下流动，吹灰容易并有自吹灰作 用。 （6）尾部受热面检修方便。 （7）锅炉本身以及锅炉和汽轮机之间的连接管道都不太长 。但这种型式也