火力發(fā)電廠超臨界鍋爐綜合介紹

1、技術(shù)專題介紹1 鄭州電力高等?？茖W(xué)校鄭州電力高等專科學(xué)校超臨界鍋爐技術(shù)概述超臨界鍋爐技術(shù)概述n水在加熱過程中存在一個狀態(tài)點臨界點n低于臨界點壓力，從低溫下的水加熱到過熱蒸汽的過程中要經(jīng)過汽化過程，即經(jīng)過水和水蒸汽共存的狀態(tài)；n而如果壓力在臨界壓力或臨界壓力以上時，水在加熱的過程中就沒有汽水共存狀態(tài)而直接從水轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝?。n臨界點的主要影響參數(shù)是壓力，水的臨界點壓力為22.115MPa。溫度溫度/壓力壓力/barbar亞臨界超臨界水分子密度與壓力、溫度關(guān)系水分子密度與壓力、溫度關(guān)系溫度溫度/壓力壓力/barbar亞臨界超臨界水分子密度與壓力、溫度關(guān)系水分子密度與壓力、溫度關(guān)系超臨界壓力下朗肯循環(huán)過

2、程的TS圖直流爐可以適用于任何壓力，但如果壓力太低，則不如自然循環(huán)鍋爐，所以一般應(yīng)用在P16MPa的鍋爐上。當(dāng)然超（超）臨界參數(shù)鍋爐必須采用直流型式電廠名稱容量 MW供電煤耗 g/kWh發(fā)電煤耗g/kWh廠用電率%華能南京電廠300324.5309.84.53華能營口電廠320337.2320.74.90華能伊敏電廠500329.53l1.25.55國華盤山電廠500331.O3l1.16.0石洞口電廠600308.2297.13.6綏中電廠800329.23l2.94.9320032003年度全國超臨界機組運行經(jīng)濟指標(biāo)統(tǒng)計數(shù)據(jù)年度全國超臨界機組運行經(jīng)濟指標(biāo)統(tǒng)計數(shù)據(jù)1.采用型布置形式2.螺旋管

3、圈水冷壁.采用前后墻對沖燃燒方式.采用新型低氮旋流燃燒器.采用回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器.采用直吹式制粉系統(tǒng).采用軸流式風(fēng)機1.采用型布置形式 型布置是傳統(tǒng)普遍采用的方式，煙氣由爐膛經(jīng)水平煙道進入尾部煙道，在尾部煙道通過各受熱面后排出。 其主要優(yōu)點是鍋爐高度較低，尾部煙道煙氣向下流動有自生吹灰作用，各受熱面易于布置成逆流形式，對傳熱有利等。DBC/BHK/BHDBDBC/BHK/BHDB 2.螺旋管圈水冷壁 對于超臨界變壓運行鍋爐，螺旋管圈水冷壁是首先應(yīng)用于超臨界變壓運行鍋爐的水冷壁型式。 爐膛水冷壁采用螺旋管圈垂直管圈方式【即下部爐膛的水冷壁采用螺旋管圈（內(nèi)螺紋管），上部爐膛的水冷壁為垂直】，保證質(zhì)量

4、流速符合要求。 水冷壁采用全焊接的膜式水冷壁 水冷壁采用一次中間混合聯(lián)箱來實現(xiàn)螺旋管至垂直水冷壁管的過渡 性能優(yōu)越、成熟可靠的水冷壁布置與選擇管徑靈活，易于獲得足夠的質(zhì)量流速螺旋管圈水冷壁所需管子根數(shù)和管徑，可通過改變管子水平傾斜角度來調(diào)整，使之獲得合理的設(shè)計值，以確保鍋爐安全運行與水冷壁自身的剛性。 管子根數(shù)大大減少，而且這種減少水冷壁管子根數(shù)的辦法不加大管子之間的節(jié)距，使管子和肋片的金屬壁溫在任何工況下都安全。 內(nèi)螺紋螺旋管圈水冷壁: 采用內(nèi)螺紋管，提高水冷壁安全裕度采用管螺旋管圈 控制合理的設(shè)計平均質(zhì)量流速，防止亞臨界狀態(tài)下的傳熱惡化，提高高負(fù)荷下的安全裕度。選取較高的質(zhì)量流速 較高的流

5、速可以確保更高的傳熱性能和流動可靠性，確保水冷壁有較高的安全性和較大的安全裕度 BRL MCR 0 5 10 15 20 25 30 35 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 主主蒸蒸汽汽流流量量, t/h 壓壓力力, MPag - 500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 3,500 4,000 4,500 質(zhì)質(zhì)量量流流速速 (kg/m2s) 過過熱熱器器出出口口壓壓力力 省省煤煤器器進進口口壓壓力力 設(shè)設(shè)計計平平均均質(zhì)質(zhì)量量流流速速 臨臨界界質(zhì)質(zhì)量量流流速速 內(nèi)螺紋管Tube Sufficient Margin 足足夠夠的的裕裕

6、量量 光管 30%MCR 50THA 70%THA 結(jié)論：通過采用內(nèi)螺紋管及選取合適的質(zhì)量流速，水冷壁安全裕度得到極大的提高，汽水阻力僅增加約10%。螺旋水冷壁螺旋水冷壁垂直水冷壁垂直水冷壁混合集箱混合集箱垂直水冷壁入口集箱垂直水冷壁入口集箱半爐膛混合，減少吸熱偏差小，適應(yīng)變壓運行半爐膛混合，減少吸熱偏差小，適應(yīng)變壓運行內(nèi)螺紋螺旋管圈水冷壁:充分均勻混合的中間過渡水冷壁垂直水冷壁 螺旋水冷壁出口 垂直水冷壁進口螺旋水冷壁 內(nèi)螺紋螺旋管圈水冷壁: 管間吸熱偏差小，適應(yīng)變壓運行燃燒器燃燒器燃燒器燃燒器燃燒器燃燒器燃燒器燃燒器水冷壁出口水冷壁出口介質(zhì)溫度介質(zhì)溫度垂直管布置水冷壁垂直管布置水冷壁螺旋上

7、升式水冷壁螺旋上升式水冷壁熱負(fù)荷熱負(fù)荷前墻側(cè)墻后墻側(cè)墻前墻側(cè)墻后墻側(cè)墻流向流向流向流向流向流向流向流向螺旋管在盤旋上升的過程中，每根管子都經(jīng)過爐膛下部高熱負(fù)荷區(qū)域的整個周界，途經(jīng)寬度方向不同熱負(fù)荷分布的區(qū)域。因此，螺旋管的每個管子，以整個長度而言，熱偏差很小 內(nèi)螺紋螺旋管圈水冷壁: 不需設(shè)置水冷壁進口節(jié)流圈流量調(diào)整困難流量調(diào)整困難 (進口節(jié)流圈進口節(jié)流圈)采用高質(zhì)量流速，且質(zhì)量流速可采用高質(zhì)量流速，且質(zhì)量流速可以自由調(diào)整。以自由調(diào)整。節(jié)流圈為針對鍋爐某一負(fù)荷、某一煤種而設(shè)計。由于節(jié)流圈的固有特性，對所有負(fù)荷進行流量合理分配、調(diào)節(jié)較為困難；機組運行一段時間，節(jié)流圈將不可避免地結(jié)垢，偏離設(shè)計值。對

8、煤種變化、爐膛結(jié)渣等所引起的爐膛熱負(fù)荷變化適應(yīng)性較差。采用較高質(zhì)量流速設(shè)計，且進口不需裝設(shè)節(jié)流圈，螺旋管圈水冷壁的傳熱、流量分配和介質(zhì)出口溫度等不會受到燃燒器、磨煤機切換等工況的影響 。對煤種變化、爐膛結(jié)渣以及機組負(fù)荷變化所引起的吸熱量的變化適應(yīng)性好，變負(fù)荷、變壓運行能力強 螺旋管圈+內(nèi)螺紋管漩渦效果 重力作用管子內(nèi)表面充滿了液體 內(nèi)螺紋螺旋管圈水冷壁:成熟的制造和安裝工藝，工地安裝方便快捷統(tǒng)計結(jié)果：采用螺旋管圈水冷壁的汕頭工程600MW超臨界鍋爐受壓件安裝焊口數(shù)約3800038000只（螺旋管圈部分約82008200只，垂直管圈部分約64006400只，共計約1460014600只)?？偟墓?/p>

9、地受壓件安裝焊口少于采用垂直管圈水冷壁的600MW超臨界鍋爐。.采用前后墻對沖燃燒方式 屏式過熱器進口煙氣分布爐膛出口煙氣溫度分布高溫過熱器進口煙氣分布2020 煙氣溫度分布高過爐膛出口250 kW/m20kW/m2屏過0 采用前后墻對沖燃燒方式:避免火焰刷墻，防止?fàn)t膛結(jié)渣后墻前墻熱煙氣和灰粒沖刷的幾率較小側(cè)墻布置的吹灰器可有效控制水冷壁的積灰 周圍的煙氣卷吸到燃燒器主氣流中 熱煙氣回流到爐膛角部 含有熔化灰粒的熱煙氣沖刷水冷壁 灰粒在水冷壁上堆積形成結(jié)渣 燃燒器爐膛水冷壁采用前后墻對沖燃燒方式燃燒器燃盡風(fēng)口前墻左側(cè)墻后墻右側(cè)墻流體溫度(oC)前墻前墻左側(cè)墻左側(cè)墻右側(cè)墻右側(cè)墻后墻后墻41040

10、0390380100%MCR切圓燃燒切圓燃燒切圓燃燒切圓燃燒(設(shè)置節(jié)流圈設(shè)置節(jié)流圈)對沖燃燒方式對沖燃燒方式20oC10oC7oC燃燒方式燃燒方式最大溫差最大溫差前后墻對沖燃燒方式:熱空氣配風(fēng)簡單可靠.采用新型低NOX旋流燃燒器將傳統(tǒng)的二次風(fēng)分為兩部分：內(nèi)二次風(fēng)（或稱為二次風(fēng)）和外二次風(fēng)（或稱為三次風(fēng)），這兩股風(fēng)均布置有各自的調(diào)風(fēng)器，以便于在運行調(diào)整風(fēng)量和旋流強度。燃燒用空氣沿射流行程逐步分級送入，在射流下游區(qū)域完全混合, ,實現(xiàn)了旋流煤粉燃燒器內(nèi)部的空氣分級燃燒，控制NOx生成量。 采用最新型旋流燃燒器：性能優(yōu)越的煤粉濃縮器一次風(fēng)粉混合物首先進入燃燒器的一次風(fēng)入口彎頭，然后經(jīng)過燃燒器一次風(fēng)管

11、和布置在一次風(fēng)管中的煤粉濃縮器，最后經(jīng)過一次風(fēng)穩(wěn)焰齒環(huán)和一次風(fēng)擴錐噴入爐膛。煤粉濃縮器使煤粉氣流產(chǎn)生徑向分離，濃煤粉氣流從一次風(fēng)管圓周外側(cè)經(jīng)過一次風(fēng)管出口處的穩(wěn)焰齒環(huán)進入環(huán)形回流區(qū)著火燃燒；淡煤粉氣流從一次風(fēng)管中心區(qū)域噴入爐內(nèi)，并進入內(nèi)回流區(qū)著火燃燒采用最新型雙調(diào)風(fēng)低旋流燃燒器：快速點火、高溫火焰一次風(fēng)管出口處的較大厚度和一次風(fēng)擴錐使一、二次風(fēng)分離并形成一個夾角，通過高速的一、二次風(fēng)的吸卷在該夾角范圍內(nèi)形成一個穩(wěn)定的高溫?zé)煔猸h(huán)形回流區(qū)。該回流區(qū)離一次風(fēng)出口很近，回流的煙氣溫度很高；而進入該回流區(qū)的是濃煤粉氣流，它所需要的著火熱大大降低；噴口出口處的穩(wěn)焰齒環(huán)可以增加煤粉氣流的湍動度，進一步提高煤

12、粉氣流的著火速度；一次風(fēng)擴錐可以推遲二次風(fēng)的混入，提高回流區(qū)域的溫度。因此在上述因素的共同作用下，煤粉氣流在離開燃燒器一次風(fēng)噴口后能夠迅速及時著火、穩(wěn)定燃燒。螺旋管圈水冷壁 主要設(shè)備：合理的水冷壁的支撐結(jié)構(gòu)垂直膜式水冷壁螺旋水冷壁出口集箱垂直水冷壁進口集箱螺旋水冷壁出口集箱垂直水冷壁進口集箱垂直搭接板垂直剛性梁水平剛性梁螺旋膜式水冷壁上部垂直水冷壁主要系統(tǒng)：汽水系統(tǒng)來至高壓缸出口水平煙道側(cè)包后豎井前包后豎井側(cè)包后豎井中隔后豎井后包水平煙道側(cè)包啟動分離器啟動分離器低過屏過高過至高壓缸一級減溫一級減溫二級減溫器二級減溫器頂棚過熱器低再高再至中壓缸事故減溫器事故減溫器省煤器去高壓缸去中壓缸來自高加來

13、自高壓缸爐膛低過屏過末過低再高再分離器貯水罐過熱器一級減溫再熱器事故減溫過熱器二級減溫.采用可靈活配置的鍋爐啟動系統(tǒng)給水控制閥鍋爐給水泵除氧器疏水?dāng)U容器冷凝水凈化器冷凝水泵高加省煤器水冷壁儲水罐啟動分離器水位控制閥啟動排污低溫過熱器屏式過熱器高溫過熱器高溫再熱器高壓缸中壓缸低壓缸冷凝器高壓旁路閥疏水閥 噴水 噴水 低壓旁路閥HPIP低溫再熱器 噴水 噴水 L P 噴水 啟動循環(huán)泵再循環(huán)管路水位控制閥低加以上兩種啟動系統(tǒng)方案我公司均可設(shè)置，正常運行時，啟動初期排入凝汽器的疏水流量不大，本公司推薦選用啟動疏水直接排入凝汽器方案。最終選型由業(yè)主和設(shè)計院進行技術(shù)經(jīng)濟比較后確定。主要設(shè)備：啟動分離器超臨界鍋爐的典型結(jié)構(gòu).在鍋爐啟停及正常運行過程中，汽水分離器均投入運行。序號名稱1筒身2汽側(cè)封頭3水側(cè)封頭4管接頭5手孔管接頭6熱電偶插座主要設(shè)備：省煤器布置位置：布置位置：布置特點：布置特點：防磨措施防磨措施: :省煤器省煤器 主要設(shè)備：空氣預(yù)熱器 鍋爐配置容克式空氣預(yù)熱器 布置在鍋爐尾部，為于鍋爐主鋼架范圍之外 爐空氣預(yù)熱器按引進技術(shù)設(shè)計、