超臨界機(jī)組受熱面布置課件

四、超臨界機(jī)組受熱面布置影響鍋爐機(jī)組受熱面布置的主要因素爐膛結(jié)構(gòu)對(duì)鍋爐性能的影響汽溫調(diào)節(jié)方式與受熱面?zhèn)鳠崽匦藻仩t型號(hào)：DG1900/25.4-Ⅱ1鍋爐為超臨界參數(shù)變壓直流爐，單爐膛、一次再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐。中速磨直吹式制粉系統(tǒng)，配6臺(tái)磨(1臺(tái)備用)，裝設(shè)旋流式HT-NR3型燃燒器，前后墻布置，對(duì)沖燃燒。機(jī)組配置2×50％B-MCR汽動(dòng)調(diào)速給水泵和1臺(tái)30％B-MCR電動(dòng)調(diào)速給水泵。采用35％B-MCR容量高、低壓串聯(lián)汽機(jī)旁路。鍋爐主要界限尺寸鍋爐深度

mm44500鍋爐寬度(外側(cè)柱)mm44000鍋爐寬度(內(nèi)側(cè)柱)mm25000大板梁標(biāo)高mm85900爐膛寬度

mm19419.2爐膛深度

mm15456.8頂棚拐點(diǎn)標(biāo)高

mm72800水平煙道深

mm5486.4后豎井低溫再熱器煙道深度

mm6604后豎井低溫過熱器煙道深度

mm8331.2水冷壁下集箱標(biāo)高mm5800超超臨界機(jī)組蒸汽參數(shù)提高對(duì)鍋爐壽命和運(yùn)行可靠性影響很大蒸汽溫度不會(huì)對(duì)機(jī)組的國產(chǎn)化比例產(chǎn)生很大的影響，但是對(duì)鍋爐制造成本卻有影響，特別是蒸汽初溫提高后，除要求管材具有高熱強(qiáng)度以外，必須考慮由此引起的高溫腐蝕和管子內(nèi)壁的蒸汽氧化問題。當(dāng)蒸汽溫度達(dá)到600℃，末級(jí)過熱器和再熱器最高壁溫可達(dá)到650℃以上，此時(shí)管子煙氣側(cè)的高溫腐蝕和汽側(cè)的蒸汽氧化問題將更加突出。因此希望將高溫受熱面盡量布置在煙氣溫度比較低的區(qū)域，屏式過熱器也盡量處在較低的溫度區(qū)域。2汽溫調(diào)節(jié)方式對(duì)受熱面布置的影響汽溫調(diào)節(jié)方式是對(duì)受熱面布置起決定作用的另一個(gè)重要因素。目前采用較多的方法是擺動(dòng)式燃燒器和煙氣擋板，主要用于調(diào)節(jié)再熱汽溫。過熱汽溫的調(diào)節(jié)以噴水減溫為主。1）擺動(dòng)式燃燒器調(diào)溫對(duì)受熱面的影響采用擺動(dòng)式燃燒器時(shí)，過熱器受熱面不僅會(huì)向爐內(nèi)高溫區(qū)域擴(kuò)散，而且還會(huì)向尾部對(duì)流煙道擴(kuò)展，形成輻射加對(duì)流的過熱器系統(tǒng)，這種布置方式可以獲得平緩的汽溫變化特性，使汽溫隨負(fù)荷變化的幅度減小，有利于降低汽溫調(diào)節(jié)幅度，減少減溫水量，控制過熱汽溫的波動(dòng)幅度。同時(shí)為了提高再熱汽溫的調(diào)節(jié)能力，再熱器也向爐膛內(nèi)移動(dòng)或靠近，以增強(qiáng)輻射傳熱。2）煙氣擋板調(diào)溫對(duì)受熱面布置的影響采用煙氣擋板調(diào)溫時(shí)候，再熱器受熱面布置在對(duì)流傳熱較強(qiáng)的尾部煙道內(nèi)，而且必須布置數(shù)量較多的低溫對(duì)流受熱面以保證汽溫調(diào)節(jié)效果。與擺動(dòng)式燃燒器調(diào)溫方式相比較，采用煙氣擋板調(diào)溫的鍋爐過熱器受熱面減少約25％。由于再熱器受熱面數(shù)量較多并且處于低溫?zé)煹勒{(diào)節(jié)再熱汽溫，因此汽溫調(diào)節(jié)反應(yīng)的靈敏性較差。試驗(yàn)表明，從擋板開始動(dòng)作，大約經(jīng)過1.2分鐘汽溫開始變化，一般情況下，汽溫達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間比擺動(dòng)式燃燒器調(diào)溫的時(shí)間略長(zhǎng)一些。3燃燒方式對(duì)受熱面布置的影響燃燒方式首先影響到爐膛結(jié)構(gòu)，而爐膛受熱面既是決定鍋爐性能的最重要的受熱面，也會(huì)影響其它受熱面的布置。采用旋流燃燒器的對(duì)沖方式，由于旋轉(zhuǎn)氣流的衰減速度比較快，并且單個(gè)燃燒器的旋轉(zhuǎn)射流強(qiáng)度比較小，因此火焰對(duì)沖向上折轉(zhuǎn)的過程中，氣流的旋轉(zhuǎn)動(dòng)量矩基本消失?；鹧娴竭_(dá)爐膛出口處，自然不存在殘余旋轉(zhuǎn)。所以當(dāng)選擇的爐膛容積熱強(qiáng)度一定時(shí)，可以適當(dāng)降低爐膛高度，同時(shí)采用扁矩型的爐膛結(jié)構(gòu)，可以增大旋流式燃燒器中心線間的距離，以減輕結(jié)渣，降低NOx的生成量，減小熱偏差，避免水冷壁高溫腐蝕和傳熱惡化等。同時(shí)，煙道寬度較大，其它受熱面布置比較靈活。

采用直流燃燒器四角切圓燃燒方式，對(duì)鍋爐燃用煤種有較寬的適應(yīng)能力。但是由于旋轉(zhuǎn)速度高并且火焰黏度比較大，火焰的旋轉(zhuǎn)動(dòng)量矩衰減比較慢，使火焰到達(dá)爐膛出口時(shí)，仍然存在殘余旋轉(zhuǎn)。當(dāng)選擇的爐膛容積熱負(fù)荷一定時(shí)，由于采用接近正方形的爐膛結(jié)構(gòu)，爐膛周界比較小，同時(shí)為減輕殘余旋轉(zhuǎn)的影響，需要適當(dāng)增大爐膛高度?？梢?，燃燒方式對(duì)爐膛的結(jié)構(gòu)起著決定性的影響作用。一般情況下，四角燃燒鍋爐的煙道寬度比較小，也會(huì)影響到其它受熱面的布置。2爐膛容積對(duì)鍋爐運(yùn)行性能的影響近年來為了提高電站鍋爐的運(yùn)行可靠性和燃用多種煤質(zhì)的適應(yīng)性，鍋爐包括四角燃燒鍋爐爐膛容積和爐膛周界有相對(duì)增大的趨勢(shì)，甚至接近對(duì)沖燃燒鍋爐的爐膛周界尺寸。世界上技術(shù)先進(jìn)的國家近年來爐膛周界增大12％－15％。適當(dāng)增大爐膛容積，可以提高鍋爐運(yùn)行性能。

具體表現(xiàn)在爐膛容積增大，燃料在爐內(nèi)的停留時(shí)間延長(zhǎng)，爐膛高度增加，可提高煤粉燃盡率，降低飛灰可燃物，提高燃燒效率。爐內(nèi)可以布置足夠的受熱面，使煙氣充分冷氣，易于控制爐膛出口煙氣溫度并防止結(jié)渣，有利于提高鍋爐燃用多種煤質(zhì)的適應(yīng)性。為過熱器和再熱器的布置提供了良好的條件，可布置較多數(shù)量的輻射式過熱器和再熱器受熱面，有利于改善過熱汽溫和再熱汽溫的變化特性，并緩解了亞臨界壓力下汽化潛熱減小引起的矛盾。爐膛周界增大可以布置數(shù)量較多的水冷壁，降低管內(nèi)的質(zhì)量含汽率，提高水冷壁的安全裕度。還可以靈活調(diào)節(jié)燃燒器區(qū)域的溫度水平，這是提高鍋爐對(duì)多煤種適應(yīng)性的重要調(diào)節(jié)。配合降低燃燒器區(qū)域的熱負(fù)荷和分級(jí)配風(fēng)技術(shù)以及減小單只燃燒器的功率，可降低燃燒器中心區(qū)域的燃燒溫度，同時(shí)可以減小燃燒器區(qū)域的熱負(fù)荷分配不均程度，有利于防止結(jié)渣，減小NOx的排放量，減輕環(huán)境污染，避免或減輕水冷壁的高溫腐蝕。對(duì)四角燃燒鍋爐，提高爐膛高度可使火焰殘余旋轉(zhuǎn)得到充分衰減，減小爐膛出口煙溫的偏差和煙氣速度的偏差，減小過熱器和再熱器的熱偏差和高溫腐蝕。有利于避免四管爆漏，提高鍋爐運(yùn)行可靠性。3四角切圓燃燒鍋爐的殘余旋轉(zhuǎn)殘余旋轉(zhuǎn)不但使?fàn)t膛出口處的煙氣溫度有偏差，而且使煙氣速度也有偏差。一般煙溫偏差達(dá)100℃，嚴(yán)重的可達(dá)300℃。沿?zé)煹缹挾确较蛏?，煙速偏差最高達(dá)10m/s。這會(huì)對(duì)爐膛出口處的受熱面?zhèn)鳠岙a(chǎn)生極大影響，是造成爐膛出口屏式過熱器和其后受熱面超溫的重要原因。

減輕殘余旋轉(zhuǎn)的措施：燃燒器頂部二次風(fēng)反切圓旋轉(zhuǎn)，稱為消旋二次風(fēng)。減小切圓直徑或?qū)菤饬鲗?duì)沖布置適當(dāng)增加爐膛高度和爐膛容積采用旋流燃燒器的對(duì)沖燃燒方式，燃燒穩(wěn)定性主要取決于單個(gè)燃燒器的工作狀況，即單個(gè)燃燒器的穩(wěn)定燃燒能力強(qiáng)。這樣爐膛出口煙溫和煙速偏差只與燃燒器的投停方式有關(guān)。不存在由于氣流殘余旋轉(zhuǎn)而引起的過熱器超溫。4評(píng)價(jià)爐膛結(jié)構(gòu)的參數(shù)1）爐膛結(jié)構(gòu)著火穩(wěn)定性參數(shù)

爐膛斷面熱負(fù)荷qa＝BjQar,net/A,著火性差，灰熔點(diǎn)溫度高的煤取大值。燃燒器區(qū)域壁面熱負(fù)荷qr，其值越大，說明燃燒器區(qū)域溫度水平越高，對(duì)著火有利，但是容易結(jié)渣。爐膛著火穩(wěn)定性指數(shù)Jw＝qa＋qr，將燃燒器沿爐膛高度方向拉長(zhǎng)或增大燃燒器的間距。汽溫調(diào)節(jié)方式與受熱面?zhèn)鳠崽匦?采用擺動(dòng)式燃燒器條件汽溫過熱器與再熱器均為輻射＋對(duì)流，輻射過熱器的吸熱量約占過熱器系統(tǒng)的40－50％，大屏過熱器和后屏過熱器的蒸汽溫升比較大。后屏過熱器純對(duì)流傳熱量占20％，管間高溫?zé)煔廨椛湔?5％，接受爐膛高溫火焰的直接輻射15％。爐膛上部的分割屏過熱器（前屏、大屏）汽溫特性為輻射式。當(dāng)鍋爐負(fù)荷下降時(shí)，輻射式過熱器吸熱量增加，燃燒器向上擺動(dòng)，導(dǎo)致輻射吸熱量疊加，引起超溫。低負(fù)荷，減溫水量增加，高負(fù)荷，減溫水量減小。負(fù)荷降低50－60％MCR，過熱器減溫水量達(dá)到最大。2采用煙氣擋板條件汽溫負(fù)荷降低，過熱器減溫水量減小，負(fù)荷升高，過熱器減溫水量增加。大容量鍋爐的過熱器和再熱器一般都采用順列布置，根據(jù)傳熱學(xué)可知，對(duì)流放熱系數(shù)與煙氣流速的0.8次方成正比，根據(jù)熱平衡方程可知，過熱器吸熱量與蒸汽流速的一次方成正比。當(dāng)鍋爐負(fù)荷變化時(shí)，蒸汽流量對(duì)汽溫的影響比煙氣流速的影響要大一些。負(fù)荷下降50%時(shí)，過熱器側(cè)對(duì)流煙道中受熱面?zhèn)鳠嵯禂?shù)下降32.6%,再熱器側(cè)對(duì)流煙道中受熱面?zhèn)鳠嵯禂?shù)下降24.4%實(shí)例

1.700MW機(jī)組參數(shù)采用典型的超臨界參數(shù)，主蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度分別為571℃和569℃，在該參數(shù)等級(jí)上海鍋爐廠有限公司擁有豐富的600MW等級(jí)鍋爐的成功設(shè)計(jì)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，因此對(duì)于700MW超臨界鍋爐推薦采用與600MW等級(jí)超臨界鍋爐相同布置形式，只需對(duì)爐膛和受熱面尺寸相應(yīng)放大即可，無需進(jìn)行全新設(shè)計(jì)。由于800MW超超臨界機(jī)組主蒸汽出口溫度較低，為常規(guī)的超臨界鍋爐的溫度，對(duì)于過熱器的選材可以有較大的余量空間，而國際上也擁有該容量采用單爐膛單切圓的雙煙道布置鍋爐成功投運(yùn)的業(yè)績(jī)，因此對(duì)于800MW超超臨界鍋爐，選擇與600MW等級(jí)超臨界鍋爐相同布置方式，在設(shè)計(jì)方案上是成熟的，機(jī)組運(yùn)行的安全性、可靠性上也同樣是有保證的。3上鍋1200MW等級(jí)超超臨界鍋爐研制華能玉環(huán)電廠、華電鄒縣電廠、外高橋三期等1000MW超超臨界機(jī)組相繼成功投入運(yùn)行，標(biāo)志我國在超超臨界火電技術(shù)領(lǐng)域上有了跨越式的發(fā)展，火力發(fā)電技術(shù)與國外縮短30年到40年，達(dá)到國際先進(jìn)水平，并為我國在該領(lǐng)域上拓展更高參數(shù)和更大容量的機(jī)組打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。世界上USC技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)表明，開發(fā)更大容量、更高壓力和溫度參數(shù)的機(jī)組，以進(jìn)一步提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，降低機(jī)組單位造價(jià)，獲得良好的性價(jià)比是超超臨界機(jī)組發(fā)展的方向。為此，上海鍋爐廠有限公司在1000MW超超臨界鍋爐獲得成功的基礎(chǔ)上，自行開發(fā)和研制了1200MW超超臨界鍋爐，在鍋爐方案設(shè)計(jì)階段，著重對(duì)影響其可行性的幾個(gè)方面作了重點(diǎn)分析和考慮。3）選擇塔式鍋爐更有利于減少汽輪機(jī)SPE；水平布置的受熱面有利于減少汽輪機(jī)固體顆粒侵蝕（SPE）的危害。因?yàn)殡S著蒸汽溫度的上升，受熱面管內(nèi)的高溫蒸汽氧化現(xiàn)象加劇，當(dāng)機(jī)組發(fā)生較大的負(fù)荷變化，尤其在啟停中，因受冷熱溫度應(yīng)力的作用，氧化顆粒很容易脫落。因此，SPE現(xiàn)象較多發(fā)生在鍋爐啟動(dòng)階段，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