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1、西安电力高等专科学校毕业论文超超临界锅炉燃烧设备设计特点分析动力工程系 火电厂集控运行专业 沙谭谭 指导教师：何方摘要随着我国经济的快速发展，对能源、电力的需求日益增加，使在电力生产过程中产生的污染物造成了严重的环境问题，而氮氧化物（NOx）是主要的大气污染物之一。氮氧化物的排放量中60%来自于煤的燃烧,因此煤燃烧造成的环境污染已成为制约我国国民经济和社会持续发展的一个重要影响因素，能够有效抑制减少NOX排放，是关乎电力工业可持续发展的重要因素。我国三大动力设备厂分别引进不同的技术设计生产超（超）临界电站锅炉，力求节能减排、高效洁净燃烧。文章分析比较了四种广泛应用于当前超超临界锅炉的燃烧技术和
2、系统。这些技术也是当前我国最为先进的燃烧技术的典型代表。关键词：锅炉燃烧器； 结构；设计特点；节能减排；高效燃烧；洁净环保前言近年来，随着各国政府对环保及可持续发展经济的日益重视，高效环保、节能减排，越来越重要，电力生产过程中产生的污染物造成了严重的环境问题，而氮氧化物（NOx）是主要的大气污染物之一。氮氧化物的排放量中60%来自于煤的燃烧,因此煤燃烧造成的环境污染已成为制约我国国民经济和社会持续发展的一个重要影响因素，而火力发电厂要想长久立足，就必须在这方面做出对策。而发展超（超）临界发电技术是今后一段时间内火力发电的必经之路。超临界发电技术从开始发展至今，已逐步进入快速发展阶段。我国发展超
3、临界虽然起步较晚，但速度很快，从引进国外技术到实现自主设计生产、从进口机组到发展适应本国国情的国产机组，目前，我国的超临界发电技术已较成熟，各项技术指标已达到国际先进水平。截止2012年底，已投运的超超临界机组已超过60台。这些机组虽然来源于不同的技术，但共同点是都能实现较为清洁的燃烧、都能达到较高的稳燃水平、都能不同程度的减轻炉膛的结渣以及减轻炉膛出口的烟温偏差。本文将对比分析国内主要的超超临界锅炉所采用的燃烧技术和燃烧系统，从系统的布置、燃烧设备的结构特点等多方面进行阐述。20目 录1.超（超）临界机组概况31.1超（超）临界机组的发展历程31.2超（超）临界机组的发展现状31.3超（超）
4、临界火电机组的优势和问题41.3.1超（超）临界机组的主要优势41.3.2存在的主要问题42.超临界锅炉的工作原理和基本形式62.1直流锅炉的工作原理62.2直流锅炉的工作特点62.3直流锅炉的基本形式72.3.1垂直管屏型(本生型)72.3.2回带管圈型(苏尔寿型)82.3.3水平围绕管圈型(拉姆辛型)83.国产超（超）临界锅炉燃烧系统设计特点93.1上海锅炉厂燃烧器的设计特点93.1.1低NOx切向燃烧技术（LNCFS）93.1.2燃烧器的布置你的附图3、4、5在哪里？93.1.3 LNCFS的技术特点103.2哈尔滨锅炉厂直流燃烧器的设计特点113.2.1低NOx PM煤粉燃烧器的设计原
5、理113.2.2低NOx PM煤粉燃烧器的设计特点123.3哈尔滨锅炉厂旋流燃烧器的设计特点133.3.1低NOx轴向旋流燃烧器布置方式133.3.2 LNASB燃烧器结构和原理133.4东方锅炉厂HT-NR3型旋流燃烧器的设计特点143.4.1锅炉燃烧器布置143.4.2燃烧器配风143.4.3 HTNR-3燃烧器结构特点153.4.4 HT-NR3型燃烧器的点火及启动油枪174.总结19参考文献201.超（超）临界机组概况工程热力学将水的临界状态点的参数定义为：压力为22.115MPa,温度为 374.15 。在水的参数达到该临界点时，水的完全汽化会在一瞬间完成，即在临界点时，在饱和水和饱
6、和蒸汽之间不再有汽、水共存的二相区存在，当水蒸气参数值大于上述临界状态点的压力和温度值时，则称其为超临界状态。超临界机组是指蒸汽压力达到临界状态的发电机组。关于超超临界机组的划分，世界上尚未有统一的规范，而在中国电力行业蒸汽参数达到27MPa/580/600以上的高效超高临界机组，属于超超临界机组。1.1超（超）临界机组的发展历程超（超）临界机组的发展历大致可分为两个阶段。第一阶段大致从上个世纪50 年代80 年代，主要以美国、德国、日本等国为技术代表。初期技术发展的起步参数就是超临界参数。而以美国为核心，追求高压/双再的超超临界参数。结果，早期的超超临界机组，更注重提高初压（30MPa或以上
7、）,迫使采用二次再热。使结构与系统趋于复杂，运行控制难度更难，并忽视了当时技术水平和材料水平，使机组可用率不高。-导致了诸如机组运行可靠性差等问题的发生。在经历了初期过高的参数后，从上世纪60 年代后期开始美国超临界机组大规模发展时期所采用的参数均降低到常规超临界参数。直至上世纪80年代，美国超临界机组的参数基本稳定在这个水平。绝大部分超临界机组的蒸汽参数为24.13MPa主蒸汽温度和在热蒸汽温度为538-566。而从上世纪80年代初期开始 ，由于材料的进步和发展，尤其是锅炉和汽轮机材料性能的大幅度改进，以及对电厂水化学方面认识的深入，克服了早期超临界机组所遇到的问题。期间对已投运的机组进行了
8、优化改造，大大提高了机组的经济性、可靠性、运行灵活性，其可靠性和可利用指标已经达到甚至超过相应的亚临界机组。超临界机组的市场逐步转移到欧洲及日本，并涌现出一批新超临界机组。第二阶段大致是从20世纪90年代开始的，这时候国际上高效超临界机组进入了快速发展的阶段，其原因在于环保要求日益严格，同时新材料的开发成功和常规超临界技术的成功也为高效超临界机组的发展提供了必要的条件。在这个阶段，技术主要以日本为代表，进入新一轮发展阶段：即在保证机组高可靠性、高可用率的前提下采用更高的蒸汽温度和压力。主要以日本(三菱、东芝、日立)、欧洲(西门子、阿尔斯通)的技术为主。而日本以川越电厂31Pa /654/566
9、/566超超临界为代表，开拓了一条从引进到自主开发，有步骤有计划的发展之路，成为当今超超临界技术领先国家。1.2超（超）临界机组的发展现状我国自20世纪八九十年代开始引进和发展超临界机组。而早期引进的多台300、500、600、800 MW等超临界机组均已成功投运，并取得了一些重要的调试和运行经验。21世纪初引进的900 、1000MW超临界和超超临界机组相继建成并投入运行。世界各国超临界机组的起步容量不同，考虑到国内原有五大电网对单机容量的需求和国内已有600MW亚临界机组的实际情况，我国发展超临界机组的起步容量定为600MW.而从技术性经济性以及机组配用材料方面考虑，参数初步定为压力24-
10、25 MPa、温度538-566、一次再热。目前我国超超临界锅炉的主要设计生产厂家主要有：哈尔滨锅炉厂、上海锅炉厂、东方锅炉厂、北京巴威公司，分别采用日本三菱公司技术、法国阿尔斯技术、日本巴布科克-日立公司技术、英国三井巴布科克公司技术设计和制造；而哈尔滨汽轮机厂、上海锅炉汽轮机厂、东方汽轮机厂分别采用日本东芝公司技术、德国西门子公司技术、日本日立公司技术设计和制造。哈尔滨锅炉厂选定日本三菱公司作为技术支持方。目前日本三菱公司是全球著名的发电设备和重型机械制造公司之一，在开发超临界和超超临界技术方面走在世界的前列，采用内螺纹管垂直管圈、变压运行的超超临界锅炉在技术上代表了当前高效超临界锅炉的最
11、新水平。它也是生产超临界和超超临界锅炉最多和最大的火力发电设备制造商。东方锅炉和巴布科克-日立共同合作，全面进行产品的技术设计、制造技术等方面的工作。BHK公司在超临界本生直流锅炉方面具有世界一流的技术和良好的业绩。BHK自60年代起就在研究超临界直流炉的技术，对于发展大容量高参数锅炉，BHK在十分重视煤粉燃烧技术、烟气脱硫、脱硝技术开发的同时，还十分重视耐热新钢种的研制与使用。BHK的超临界本生直流炉上以下特点：高的可靠性、制造精良、利用率高、参数高、效率高、环保措施好、降低成本，大模块化组合率。上海锅炉厂引进的超临界技术领域始终处于领先地位，它的技术先进、可靠，使电厂的运行效率更高，运行成
12、本更低，同时也更能满足环保要求，也曾做过多种技术引进方案，但从技术的连续性和技术的先进性两方面考虑，最终还是决定引进阿尔斯通超临界技术。1.3超（超）临界火电机组的优势和问题1.3.1超（超）临界机组的主要优势（1）热效率高、热耗低。由于超临界机组的参数和容量比较高，因此蒸汽的的初参数就比较高，所以就提高了机组的循环热效率，而蒸汽参数相同的情况下，机组容量增加，其热耗率就有所降低。据统计超临界机组比亚临界机组可降低热耗2%3，提高效率2.5% 5%.（2）相对减少了对环境的污染由于超临界机组比压临界机组的煤耗降低，而且锅炉设计中采用了低NOX燃烧技术，电厂所排放到大气中的二氧化碳、二氧化硫、氧
13、化氮及烟尘均可以减少，超临界机组有利于环保,故可节约燃料，降低能源消耗和大气污染物的排放量。扩大燃料范围1.3.2存在的主要问题（1）材料方面由于超临界机组温度和压力很高，因此对材料就有了更高的要求尤其是材料的热强性能、抗高温腐蚀和氧化能力、冷加工和热加工性能等。（2）燃烧方面由于超临界机组的燃烧方式主要是单切园双切园和旋流燃烧器前后墙对冲燃烧，在控制和调节上相对比较难，而容量的增大势必引起炉膛断面热负荷的增大。受热面受温度的影响增大。不利于炉膛燃烧的安全运行。（3）可靠性由于超临界压力锅炉由于参数高，锅炉停炉事故的概率比亚临界多，降低了设备的可用率和可靠性。同时由于温度过高，所采用的高温材料
14、已接近适用温度的极限，高温材料的焊接性能也不完全掌握，因此在机组调试和投产试运行阶段较容易出现因安装、冲管和制造质量等问题引起锅炉受热面爆管等问题；另外，超临界压力锅炉出现管线破裂和起动阀泄漏故障时影响较大。早期投运的超超临界机组这方面问题比较突出。而随着重视程度的提高和经验的积累，从目前已投运的超临界机组的运行情况来看，大容量超超临界机组商业运行的可靠性已经达到相当先进的水平。2.超临界锅炉的工作原理和基本形式根据锅炉蒸发系统中工质的流动方式，锅炉可分为自然循环锅炉、强制循环锅炉和直流锅炉三种类型。而600MW超临界锅炉通常采用直流锅炉。因此了解直流锅炉的结构特点及其工作原理是非常重要的。它
15、是超临界锅炉发展的一个方向。2.1直流锅炉的工作原理图1 直流锅炉工作原理直流锅炉没有汽包,整个锅炉是由许多管子并联,并用联箱连接而成的.在给水泵压头的作用下,给水顺序一次通过加热、蒸发、过热各个受热面，即工质沿锅炉汽水管道流过，依次完成水加热、汽化和蒸汽过热全过程，最后蒸汽过热到所给定的温度，由于工质的运动是靠给水泵的压头来推动的，所以在直流锅炉的所有受热面中工质都是强制流动的。在高压自然循环汽包锅炉的蒸发受热面中，循环一次大约只有10%左右的水被汽化为蒸汽。但在下流锅炉的蒸发受热面中，由于工质仅一次通过，因此水将一次全部（100%）蒸蒸发完毕，成为于包和蒸汽。所以，按照循环倍率的定义，直流锅炉的循环倍率，即在稳定流动时给水量应等于蒸发量在低于临界压力的直流锅炉中，工质的状态和参数变化大致如图1所示。由于流动阻力，沿受热管子长度工质的焓逐渐降低；由于工质不断吸热，工质的焓逐渐增大、比容在逐渐增大、温度在加热段和过热段也逐渐升高。只有在蒸发段，工质的温度等于该处压力下的饱和温度但由于压力是逐渐降低的，所以和温度在这个区段略有下降。2.2直流锅炉的工作特点同汽包炉相比，直流锅炉具有如下特点：(1)由于没有汽包，因此直流锅炉水的加热、蒸发和蒸汽过热的受热面并没有固定的界限。过热气温往往随着负荷的变动而波动较大，过热段易积盐，超温。(2)由于没
