百萬機組的結(jié)構(gòu)特點和新材料應(yīng)用情況

百萬機組的結(jié)構(gòu)特點和新材料應(yīng)用情況第1頁/共78頁百萬機組鍋爐的典型參數(shù)東鍋鄒縣百萬機組鍋爐參數(shù)哈鍋玉環(huán)1號機組鍋爐主要參數(shù)上鍋寧海百萬機組鍋爐主要參數(shù)

第2頁/共78頁東鍋鄒縣百萬機組鍋爐主要參數(shù)參數(shù)名稱單位數(shù)值機組電負荷MW1000過熱蒸汽流量t/h3033過熱蒸汽出口壓力MPa(a)26.25過熱蒸汽出口溫度℃605再熱蒸汽流量mm2469.7再熱蒸汽進口壓力MPa(a)5.1再熱蒸汽出口壓力MPa(a)4.9再熱蒸汽進口溫度℃354.2再熱蒸汽出口溫度℃603給水溫度℃302.4第3頁/共78頁哈鍋玉環(huán)1號機組鍋爐主要參數(shù)主蒸汽流量： 2953t/h

再熱汽流量： 2446t/h

蒸汽壓力

過熱器出口： 27.46MPa

再熱器入口： 6.14MPa

再熱器出口： 5.94MPa

蒸汽溫度

過熱器出口： 605℃

再熱器入口： 377℃

再熱器出口： 603℃

給水溫度

298℃第4頁/共78頁上鍋寧海百萬機組鍋爐主要參數(shù)第5頁/共78頁東鍋鄒縣鍋爐效率:>93.8%哈鍋玉環(huán)鍋爐效率：>93.7%上鍋寧海鍋爐效率：

>93.7%第6頁/共78頁百萬機組鍋爐的典型結(jié)構(gòu)Π型鍋爐的典型結(jié)構(gòu)超超臨界參數(shù),直流爐，一次中間再熱單爐膛,對沖燃燒方式，Π型布置全鋼構(gòu)架,全懸吊結(jié)構(gòu),露天布置固態(tài)排渣,平衡通風尾部雙煙道，煙氣擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫塔式鍋爐的典型結(jié)構(gòu)

第7頁/共78頁Π型鍋爐的典型結(jié)構(gòu)（東鍋日立）第8頁/共78頁哈鍋引進日本東芝的超臨界直流鍋爐

第9頁/共78頁巴威鍋爐第10頁/共78頁汽水流程鍋爐汽水流程過熱蒸汽流程:頂棚包墻低過一級減溫器屏過二級減溫器高過過熱器采用煤水比和兩級噴水減溫調(diào)節(jié)汽溫。再熱蒸汽流程:低再事故減溫器高再再熱器采用尾部煙氣擋板調(diào)調(diào)節(jié)汽溫，噴水作為事故手段。第11頁/共78頁結(jié)構(gòu)特點

Π型鍋爐其主要優(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。

第12頁/共78頁上鍋引進阿爾斯通技術(shù)的塔式鍋爐第13頁/共78頁塔式布置鍋爐優(yōu)點塔式鍋爐–適合于大容量高參數(shù)超超臨界鍋爐

煙氣溫度和速度分布均勻

水冷壁出口及過熱器、再熱器出口汽溫偏差小塔式鍋爐–適合于燃用易結(jié)渣煤種

低的燃燒室出口煙氣溫度

煙氣溫度及熱負荷分布均勻第14頁/共78頁塔式布置鍋爐優(yōu)點塔式鍋爐-具備優(yōu)異的備用和快速啟動特點所有的受熱面均采用水平布置，具有很強的自疏水能力

受壓件防磨蝕性能好塔式鍋爐–結(jié)構(gòu)簡單，布置規(guī)正受熱面布置呈上部緊湊，下部寬松方式，減少并避免了堵灰現(xiàn)象；懸吊結(jié)構(gòu)規(guī)則，支撐結(jié)構(gòu)簡單；運行過程中鍋爐能自由膨脹；占地面積小；第15頁/共78頁水冷壁系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)

中間聯(lián)箱系統(tǒng)螺旋水冷壁管圈（內(nèi)壁螺旋）垂直水冷壁管圈（內(nèi)壁螺旋）第16頁/共78頁水冷壁系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中間混合集箱和一、二級混合器第17頁/共78頁中間水冷壁系統(tǒng)第18頁/共78頁水冷壁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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垂直水冷壁

螺旋水冷壁出口

垂直水冷壁進口螺旋水冷壁第19頁/共78頁內(nèi)螺紋＋螺旋管圈水冷壁優(yōu)點技術(shù)特點：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】，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。水冷壁管管壁溫度均勻。易于獲得足夠的質(zhì)量流速，保證質(zhì)量流速符合要求。布置與選擇管徑靈活，自由選擇管子尺寸和數(shù)量。可采用較大管徑的水冷壁管子，水冷壁管屏剛性好,抗干擾能力強。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。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。

第20頁/共78頁垂直水冷壁+內(nèi)螺紋管螺旋水冷壁+內(nèi)螺紋管負荷變化和煤種變化適應(yīng)性對比節(jié)流圈為針對鍋爐某一負荷、某一煤種而設(shè)計。由于節(jié)流圈的固有特性，對所有負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。對煤種變化、爐膛結(jié)渣等所引起的爐膛熱負荷變化適應(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)渣以及機組負荷變化所引起的吸熱量的變化適應(yīng)性好，變負荷、變壓運行能力強。第21頁/共78頁垂直水冷壁管的優(yōu)點

水冷壁結(jié)構(gòu)簡單，垂直水冷壁管便于更換和檢查。垂直水冷壁易于除渣。在由各水冷壁下集箱引出的水冷壁入口管段，按不同的回路裝有不同孔徑的節(jié)流孔圈，具有如下優(yōu)點：不必采用壁厚的大直徑水冷壁下集箱，簡化了結(jié)構(gòu)，不需定期維修。便于節(jié)流孔圈的調(diào)試。第22頁/共78頁節(jié)流圈的結(jié)構(gòu)

225130Steamflow第23頁/共78頁節(jié)流圈的作用各受熱面入口采用節(jié)流短管進行截流，調(diào)整各管子的流動阻力，來平衡同屏各管子的流量及蒸汽溫度。圖示為節(jié)流短管的結(jié)構(gòu)第24頁/共78頁過熱器管節(jié)流圈規(guī)格1000MW三過入口節(jié)流短管從前向后數(shù)管子對應(yīng)的節(jié)流孔圈直徑1 無孔圈 2無孔圈3 15.6mm 413mm5 13mm 611.4mm7 11.4mm 811.1mm9 11.1mm 1010.5mm11 10.5mm 1210.5mm13 18.2mm1000MW四過入口節(jié)流短管從前向后數(shù)管子對應(yīng)的節(jié)流孔圈直徑1無孔圈 2無孔圈3無孔圈 411.4mm511.4mm 610.5mm710.5mm 810.5mm910.5mm 109.8mm119.8mm 129.8mm139.8mm 149.8mm159.8mm 1610.5mm第25頁/共78頁節(jié)流圈規(guī)格1000MW二過入口節(jié)流短管從入口外圈管數(shù)管子號及對應(yīng)的節(jié)流孔圈1無孔圈 217.3mm317.3mm 413.7mm513.7mm 613.7mm713.7mm 813.7mm912.4mm 1012.4mm1112.4mm 1212.4mm1312.4mm 1412.4mm1517.3mm1000MW末再入口節(jié)流短管從外圈管數(shù)管子號對應(yīng)的節(jié)流孔圈直徑1無孔圈 232.1mm332.1mm 4無孔圈5無孔圈 627.4mm727.4mm 827.4mm927.4mm第26頁/共78頁屏過節(jié)流圈布置示意圖

第27頁/共78頁水冷壁節(jié)流圈結(jié)構(gòu)第28頁/共78頁水冷壁管節(jié)流圈的作用在由各水冷壁下集箱引出的水冷壁入口管段上，根據(jù)水動力計算的結(jié)果，按不同的回路裝有不同孔徑的節(jié)流孔圈，以控制各回路水冷壁管的流量，以保證合理的質(zhì)量流速和水冷壁出口溫度的均勻性和管壁金屬溫度在允許范圍內(nèi)。第29頁/共78頁噴燃器的布置單切圓燃燒器雙切圓燃燒器對沖燃燒器

第30頁/共78頁燃燒器布置型式π型布置鍋爐爐膛內(nèi)火焰結(jié)構(gòu)比較內(nèi)容前后墻對沖燃燒切圓燃燒切圓燃燒塔式布置鍋爐爐型前墻后墻火焰沖刷水冷壁幾率差（帶有熔融態(tài)灰的熱煙氣易沖刷水冷壁管壁，發(fā)生結(jié)焦、積灰）小大大爐內(nèi)空氣動力場均勻旋轉(zhuǎn)氣流旋轉(zhuǎn)氣流爐膛防結(jié)渣性能好第31頁/共78頁比較采用前后墻對沖燃燒方式:鍋爐容易大型化，爐膛兩側(cè)燃燒均衡。能夠使熱量輸入沿爐膛寬度方向較均勻分布，隨著鍋爐容量的增加，一般只須調(diào)整爐膛寬度來增加爐膛斷面。隨著鍋爐容量的增加，爐膛的斷面也相應(yīng)增加，可以方便的增加一定數(shù)量的燃燒器，保證爐內(nèi)火焰有較好的充滿情況，保證均衡的燃燒熱負荷。第32頁/共78頁采用前后墻對沖燃燒方式:避免火焰刷墻，防止爐膛結(jié)渣技術(shù)特點：

消除煙氣旋轉(zhuǎn)，單個燃燒器具有良好的燃料、空氣分布，獨特的燃燒器喉口設(shè)計結(jié)構(gòu)，能夠避免燃燒器區(qū)域結(jié)渣和腐蝕。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①周圍的煙氣卷吸到燃燒器主氣流中②

熱煙氣回流到爐膛角部③含有熔化灰粒的熱煙氣沖刷水冷壁④灰粒在水冷壁上堆積形成結(jié)渣④③①燃燒器爐膛水冷壁②第33頁/共78頁上部爐膛寬度方向上的煙氣溫度和速度分布比較均勻，使水冷壁出口溫度偏差較小，也就有利于降低過熱蒸汽溫度偏差，保證過熱器和再熱器的安全性。流體溫度(oC)前墻左側(cè)墻右側(cè)墻后墻410400390380100%MCR采用前后墻對沖燃燒方式:鍋爐水冷壁出口溫度偏差小第34頁/共78頁八角切向燃燒的特點將整個爐膛作為二個大燃燒器組織燃燒，因此對每只燃燒器的風量、粉量的控制簡單。鍋爐負荷變化時，燃燒器按層切換，使爐膛各水平截面熱負荷分布均勻。對煤種適應(yīng)性強。由于爐膛內(nèi)氣流旋轉(zhuǎn)強烈，與煤粉顆?；旌虾?，而且延長了煤粉顆粒在爐內(nèi)流動路程。解決了鍋爐爐膛出口左右煙溫偏差問題第35頁/共78頁燃燒器布置圖(水平)第36頁/共78頁爐膛水平熱負荷分布第37頁/共78頁燃燒器偏差第38頁/共78頁四角切圓燃燒方式第39頁/共78頁B,C,D,E層一次風所處的溫度場分布第40頁/共78頁F層一次風所處的溫度場分布第41頁/共78頁第42頁/共78頁第43頁/共78頁第44頁/共78頁第45頁/共78頁第46頁/共78頁各部件應(yīng)用的材料各種受熱面管子的材料性能典型Π型爐受熱面用材典型塔式爐受熱面用材部分汽機部件用材第47頁/共78頁051015202510001100120013001400Temperature,FStress,ksiTP304HTP347HTP347HFGTP310HCbNUNS30432(Super304H)FerriticAustenitic第48頁/共78頁高級不銹鋼管許用應(yīng)力對比在600～700℃范圍內(nèi)：

Super304H具有更高的強度和許用應(yīng)力（比TP347HFG高20%，比HR3C高5%）

HR3C具有更好的耐煙氣腐蝕性能0溫度(℃)許用應(yīng)力(MPa)25Cr,20Ni,Cb,V(HR3C)5506006507007505010015018Cr,10Ni,Ti,Cb(TP347HFG)18Cr,9Ni,3Cu,Cb,N(Super304H)高溫級耐熱鋼的特性第49頁/共78頁

HR3C和SUPER304H抗煙氣腐蝕性能高溫級耐熱鋼的特性第50頁/共78頁

溫度(℃)

腐蝕減薄厚度(μm)0Time:1,000hSUPER304HHR3C-噴丸后SUPER304H5506006507007508002030405010HR3C和SUPER304H蒸汽側(cè)抗氧化性能高溫級耐熱鋼的特性第51頁/共78頁鉻含量和高溫煙氣腐蝕的關(guān)系第52頁/共78頁晶粒度和蒸汽氧化的關(guān)系第53頁/共78頁第54頁/共78頁主蒸汽和高溫再熱蒸汽管道選材大容量超超臨界機組的主蒸汽和高溫再熱蒸汽管道，將比常規(guī)超臨界機組面臨更高壓力和更高溫度的考驗。首先，管道材料的高溫蠕變強度必須滿足由于管道熱膨脹而引起的熱應(yīng)力的要求。一般來說，適合于作為高溫蒸汽管道的材料，其在工作溫度下的105小時蠕變應(yīng)力值應(yīng)達到90~100MPa。同時，還要求管道材料的熱膨脹系數(shù)比較小且導(dǎo)熱率較大，從而能夠降低管道內(nèi)的熱應(yīng)力水平。超臨界工程主蒸汽及熱再熱蒸汽管道可選擇的材料較多，有P92、P122、E911等新材料，也包括應(yīng)用已較多的P91材料，但由于目前我國各工程均在建設(shè)中，國外工程運行時間業(yè)不長，尚有許多問題需要現(xiàn)在及今后面對。第55頁/共78頁T/P92材料許用應(yīng)力第56頁/共78頁受熱面選材及溫度第57頁/共78頁典型Π型爐受熱面用材哈鍋用材巴威用材第58頁/共78頁內(nèi)螺紋管垂直水冷壁規(guī)格和材質(zhì)管子外徑28.6mm壁厚5.8mm節(jié)距44.5mm材料15CrMoG中間混合集箱和一、二級混合器第59頁/共78頁過熱器系統(tǒng)圖低溫過熱器分隔屏后屏過熱器末級過熱器流體冷卻夾管流體冷卻間隔管第60頁/共78頁過熱器規(guī)格和材質(zhì)項目單位水平低過立式低過 分隔屏屏過末過管子規(guī)格(外徑×最小壁厚)mmφ50.8×8.1~8.4Φ50.8×8.4~8.9Φ60.3×7.9~9.3Φ54.0×7.2~8.9Φ60.3×9.4~15.1Φ54.0×8.4~13Φ63.5×10.8Φ50.8×10.3Φ63.5×6.6~7.5Φ50.8×6.2~8.6Φ63.5×12.0Φ50.8×11.6Φ57.1×8.4~13.3Φ48.6×9.9Φ57.1×6.8Φ48.6×5.9~8.3Φ63.5×19.1Φ46.8×8.3材質(zhì)15CrMoG15CrMoGSA-213TP347H12Cr1MoVGSA-213TP347HHR3CSuper304HSA213T91SA-213TP347HHR3CSuper304HSA213T91HR3CSuper304H外壁溫度內(nèi)壁溫度第61頁/共78頁再熱器系統(tǒng)圖低溫再熱器末級再熱器減溫器第62頁/共78頁再熱器規(guī)格和材質(zhì)第63頁/共78頁省煤器在整個正常運行包括負荷變化時都應(yīng)保證省煤器出口過冷

第64頁/共78頁ACDEBFGHITubeMaterialA

Platen(Secondary)Superheater

SA-213T23/T92,SA-213TP347HB

TertiarySuperheater

SA-213T92,SA-213TP347H

Super304HC

FinishingSuperheater

SA-213T92,SA-213TP347H

Super304H,HR3CD

SecondaryReheaterInlet

SA213T91,SA-213TP347H

E

SecondaryReheaterOutlet

SA-213T92,

SA-213TP347H

Sup304H,HR3CF

PrimaryReheaterOutlet

12Cr1MoVG,SA-213T22G

PrimaryReheaterInlet

20G,15CrMoG

H

PrimarySuperheater

15CrMoG,12Cr1MoVGI

Economizer

SA210C,15CrMoG第65頁/共78頁頂棚入口管（頂棚以上）SA-213T91Φ51×6.0/6.0/6.5爐內(nèi)下行管SA-213T91 Φ51×7.5/7.0/8.0屏底部及爐內(nèi)上行管SA-213TP347HΦ51×7.0/6.5/7.5SUPER304H Φ51×7.0/6.5/7.5頂棚出口管（頂棚以上）SA-213T92 Φ51×7.5/7.0/8.0PlatenSH(屏式過熱器）第66頁/共78頁頂棚入口管（頂棚以上）SA-213T92 Φ51×6.5/6.0/6.5爐內(nèi)下行管SA-213TP347HΦ51×7.0/6.5/7.5SUPER-304H Φ51×6.5/6.0/6.5爐內(nèi)上行管及夾持管SA-213TP347HΦ51×7.5/8.0/8.5SUPER304H Φ51×8.5/8.5/8.5~9.0頂棚出口管（頂棚以上）SA-213T92 Φ51×11.0/11.0/12.0IntermediateSH(中間級過熱器）第67頁/共78頁頂棚入口管（頂棚以上）SA-213T92 Φ44.5×7.0/6.5/7.0爐內(nèi)下行管SUPER304 Φ44.5×6.5/6.0/7.0HR3C Φ44.5×6.5/6.0/7.0爐內(nèi)上行管HR3C Φ44.5×8.5/8.0/9.0頂棚出口管（頂棚以上）SA-213T92 Φ44.5×11.0/11.0/12.0FinalSH(末級過熱器）第68頁/共78頁頂棚入口管（頂棚以上）SA-213T92 Φ51×4.0爐內(nèi)受熱管SA-213TP347HΦ51×4.0SUPER304 Φ51×4.0HR3C Φ51×4.0頂棚入口管（頂棚以上）SA-213T91 Φ51×4.0FinalRHBank(高溫再熱器管組）第69頁/共78頁頂棚出口管（頂棚以上）SA-213T22 Φ51×4.0爐內(nèi)受熱管SA-213T91 Φ51×4.0SA-213T22 Φ51×4.0IntermediateReheater

Bank(中間再熱器管組）第70頁/共78頁典型塔式爐用材水冷壁系統(tǒng)過熱器系統(tǒng)再熱器系統(tǒng)第71頁/共78頁水冷壁系統(tǒng)下水冷壁：螺旋管圈26.21度

Φ38.17.33、SA-209T1

Φ38.17.33、SA-213T12

Φ38.17.33、SA-213T23 772根

S