600MW控制循环锅炉技术特点分析.pdf

2 0 0 4年第 4 期 河北 电 力技术 第 2 3 卷 6 O O MW 控制循环锅炉技术特点分析 An a l y s i s o n T ec h n i c a l F e a t u r e s o f 6 0 0 MW Co n t r o l l e d Ci r c u l a t i n g Bo i l e r s 黄 宣 河北省电力研究院， 河北 石家庄0 5 0 0 2 1 摘要 对利 用引进技术国内生产 的 6 0 0 MW 控制循环 、 四角 切圆燃烧锅炉的设计及结构特点进行 了介绍 ， 因其设计煤种 为灰熔点较低 的神府 东胜煤 ， 重点对炉膛特征尺 寸、 燃烧器 结构及布置、 空气动力工况控制等锅炉防止结焦的主要技 术 特点进行 了较为全面深入的分析和总结。 关键词 6 0 0 MW； 控制循环锅 炉； 结构； 防止结焦 A b s t r a c t Th i s a r t i c l e i nt r o d u c e s t h e d e s i g n a n d s t r u c t u r e l e a t u r e s of 6 0 0 MW f o u rc o me r t a n g e n t i a l f i r i n g，c o n t r o l l e d c i r c u l a t i n g d o me s t i c ma d e b o i l e r s u s i n g i mp o r t e d t e c h n o l o g y ． Th e s e bo i l e r s a r e d e s i g n e d t o f i r e S h e n f u Do n gs h e n g c o a l wi t h l o w a s h me l t i n g p o i nt ；t h e r e f o r e ， t h e i n t r o d u c t i o n i s e mp h a s i z e d o n t h e c h a mc t e r i s t i c dime n s i o n o f f u rna c e，s t ruc - t u r e a nd a r r a n g e me nt of b urne r s ，c o n t ro l o f a i r d y n a mi c c o n d i t i o n s a n d o t h e r ma j o r t e c h n i c a l f e a t u r e s f o r p r e v e n t i n g f u r n a c e f r o m s l a g g i ng ． Ke y wo r d s 6 0 0 M W ； c o n t r o l l e d c i r c u l a t i n g bo i l e r s ；s t ru c t u r e ； s l a g g i n g p r e v e n t i o n 中图分类号 T K 2 2 9 ． 6 3 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 9 8 9 8 2 0 0 4 0 40 0 0 7一O 3 6 0 0 MW 容量级燃煤机组是我国火电建设 中将 要大力发展的系列之一， 锅炉基本上是从国外进 口 或引进技术国内制造的， 按蒸发系统工质流动方式 大体可分为自然循环汽包炉 、 控制循环锅炉、 直流锅 炉； 按燃烧方式可分为直流燃烧器四角切圆布置、 旋 流燃烧器墙式布置等。其中控制循环锅炉是美国燃 烧工程公司 C E 的专利 ， 我国哈尔滨锅炉厂、 上海 锅炉厂引进此技术进行生产 ， 已陆续在平圩、 北仑、 吴泾等电厂投运。国华定洲发电厂 以下简称定电 一 期工程 2 6 0 0 MW 机组的 2台四角切 圆燃烧 控制循环锅炉是在河北省南部电网的首次应用 。 1 锅炉系统布置 定电一期工程安装了 2 台上海锅炉厂制造的亚 临界参数汽包炉 ， 采用控制循环、 一次中间再热、 单 炉膛、 四角切圆燃烧方式 、 燃烧器摆动调温、 平衡通 风、 固态排渣、 全钢悬吊结构、 露天布置燃煤锅炉。 锅炉 的制粉系统采用中速磨冷一次风机正压直吹式 系统。 沿汽包长度方向布置 6 根大直径下降管， 炉水 由汇合集箱汇合后 ， 分别接至布置于炉前 的 3台低 压头循环泵。每台循环泵有 2只出 口阀， 再 由出口 阀通过 6 根连接管引入水冷壁下部环形集箱。在环 形集箱内水冷壁管入 口处均装有节流圈。 水冷壁 由炉膛 四周 、 折焰角及延伸水平烟道底 部和两侧墙组成。过热器由炉顶管、 后烟井包覆 、 水 平烟道侧墙后部、 低温过热器、 分隔屏、 后屏 和末级 过热器组成 。再热器 由墙式再热器 、 屏式再热器和 末级再热器组成 。省煤器位于后烟井低温过热器下 方。2 4只直流式燃烧器分为 6层布置于炉膛下部 四角， 煤粉和空气从四角送入， 在炉膛中呈切圆方式 燃烧。 过热器的汽温调节由 2 级喷水来控制。再热器 的汽温采用摆动燃烧器方式调节 投 自动 ， 再热器 进 口设有事故喷水 。 锅炉燃烧系统按中速磨冷一次风直吹式制粉系 统设计。 尾部烟道下方设置 2台 3 分仓受热面旋转容克 式空气预热器。 炉底排渣系统采用机械刮板捞渣机装置。 2 给水和水循环系统 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 压头 ， 因此汽包及上升管、 下降管可采用较小直径 。 但是加装炉水循环泵后会消耗一定功率 ， 一般相 当 于锅炉功率的 0 ． 3 ～0 ． 4 ％。 收稿 日期 2 0 0 4 0 2 2 3 作者简介 黄宣 1 9 7 0 一 ， 男， 高级工程师， 主要从事电站锅炉调试与技术研究工作 。 7 维普资讯 2 0 0 4年第 4 期 河北 ‘ 电 力 技术 第 2 3卷 炉水循环泵的主要结构特点是将泵的叶轮和电 机转子装在同一 主轴上置于互相连通 的压力壳体 内。泵体与电机是被分隔的 2个腔室， 配有 1 套较 为复杂的高、 低压冷却水系统。整个泵体和电机均 由下降管支吊， 这样泵可在锅炉热态时随下降管一 起向下 自由移动而不受膨胀限制。 定 电锅炉采用 C C循环系统 ， 即“ 低压头循环 泵内螺纹管” ， 称为改良型控制循环。下降管系统 中布置 了低压头循环泵 ， 以保证水冷壁 内介质循环 安全可靠 。水冷壁 四周采用 了内螺纹管， 可 以使水 冷壁中的质量流速降低， 流量减少。锅炉循环倍率 由自然循环方式的 4降低到 2左右， 制造厂允许的 最小循环倍率仅为 1 ． 3 3 。系统内布置了 3台循环 泵， 其中 2台投运可 以带 MC R负荷， 另 1台为备 用。为了避免 2 台泵运行时， 1台突然发生故障， 而 备用泵一时又难以启动， 从而影响到锅炉负荷的变 化， 故 C E推荐在正常工况下保持 3台泵运行 。在 下水包内的每根水冷壁管人 口处装有不同孔径的节 流孔板 ， 以控制每根水冷壁管的流量， 保证炉膛运行 工况变化时循环仍然均匀可靠。 锅炉在各种负荷下均能保证水循环可靠 ， 炉水 循环泵人 口不产生汽化 。在循环泵的选型、 布置等 方面， 可充 分保 证 泵 人 口的 实际 净正 吸人 压 头 NP S H A 大于泵在该处饱和压力下所需 的净正吸 人压头 N P S HR ， 这是防止循环泵人 口产生汽蚀的 首要条件， 此外还限制停炉 、 降负荷时的降温降压速 度， 与负荷变化率相协调 ， 具体要求如下 汽包运行压力在 3 ． 4 5 MP a以上时 ， 降温速度 为 5 ． 6℃／ mi n ， 相应降压速度为 7 3 6 k P a ／ mi n 。 汽包运行压力在 3 ． 4 5 MP a以下时， 降温速度 为 2 ． 8℃／ mi n ， 相应降压速度为 4 6 k P a ／ mi n 。 3 汽 包 控制循环锅炉汽包较一般 自然循环锅炉汽包的 主要差别在于它增加了 1个内罩壳， 并采用较低 的 正常水位高度。由于控制循环锅炉的汽包上部采用 内罩壳结构 ， 与汽包 内壁之 间形成一个环形夹层 。 汽水混合物从汽包上部 自然循环锅炉通常是由汽 包侧下部 引人夹层， 自上而下以适当的流速均匀地 传热给汽包内壁， 使汽包上 、 下部分得到均匀地加热 和冷却 ， 减少了上、 下壁温差。在启、 停过程中， 绝大 部分汽包壁只与汽水混合物一种工质接触， 汽包各 点的金属温度非常接近， 不会形成过高的温差应力 ， 所以， 不需在汽包上装设金属壁温测点对控制循环 8 ‘ 锅炉的汽包上、 下及左、 右两端金属壁温进行控制监 督， 因此控制循环锅炉的启、 停时问比自然循环锅炉 相对缩短 。 汽包正常水位维持在中心线 以下 2 2 0 mm， 远 较自然循环锅炉汽包正常水位一5 0 mm 为低。因 为汽包所有欠焓给水都贴近下降管人 口喷人， 即使 水位过低也不会产生汽化。同时这种设计方式还使 汽侧空间高度加大 ， 汽水分离效果更好 ， 有利于汽水 分离装置的布置， 保证蒸汽品质。 4 燃烧系统 直流燃烧器、 四角布置 、 切圆燃烧是 C E公司的 传统燃烧方式 ， 这种燃烧方式因气流在炉膛内形成 一 个较强烈旋转的整体燃烧火焰， 对稳定着火、 强化 后期混合 、 保证燃料完全燃烧十分有利。定电采用 了正压直吹式制粉系统， 配置 6台 Z G M1 1 3 N 中速 磨， 燃烧器四角布置， 切向燃烧。 煤粉管道从磨煤机 出口供至燃烧器进 口， 每台 磨煤机出口由 4 根煤粉管道接至同一层 四角布置的 煤粉燃烧器。每角燃烧器风箱分成 1 4层， 其中 A、 B 、 C 、 D、 E 、 F 6 层为一次风喷嘴， 其余 8 层为二次风 喷嘴。一、 二次风呈间隔排列， 在 AB 、 C D、 E F 3层 二次风室内设有启动及助燃油枪 ， 共 1 2支。为了降 低四角切圆燃烧引起的炉膛出口及水平烟道中烟气 的残余旋转造成的烟气侧 的屏间热偏差 ， 采用同心 反切加燃尽风 O F A 和部分消旋二次风， 使炉内气 流的旋转强度具有一定的可调性。下部的启转二次 风与一次风喷嘴偏转 1 5 。 ， 上部消旋二次风 与一次 风喷嘴向另一方向偏转 2 5 。 。燃烧器一次风喷嘴采 用等间距布置 ， 间距为 1 8 6 0 mm， 总距离为 9 3 0 0 mm。喷燃器喷嘴摆动采用电动执行机构， 在热态 运行时， 一次风上下摆动各 2 O 。 ， 二次风可上下摆动 3 O 。 。二次风采用典型 C E式大风箱结构， 保证四角 配风均匀 ， 在煤粉气流均匀的条件下， 可有效防止切 圆偏斜 。 燃烧器的主要技术特点可以归结为以下 3点 采用宽调节 比煤粉喷 口， 即 WR喷嘴， 它 由 9 O 。 弯头、 带水平隔板的一次风管和带 V形钝体的 喷嘴本体组成。煤粉气流经过 9 O 。 弯头后， 由于离 心作用 ， 被分成上浓下淡 2股， 浓煤粉气流进人喷嘴 上部 ， 淡煤粉气流则进人喷嘴的下部区域， 而煤粉气 流中的空气基本上按各 5 O 进人上下两区域 ， 从而 形成浓淡燃烧。V形钝体能显著增加烟气回流量， 提高锅炉稳燃能力。 维普资讯 2 0 0 4年第 4 期 河北 电 力技术 第 2 3卷 浓淡燃烧 由于上部浓煤粉气流所需 的着火热 少 ， 易着火 ， 然后点燃下部的淡煤粉气流 ， 因此燃烧 稳定性和低负荷性能好。由于浓侧煤粉气流的空气 量相对少 ， 故同时抑制了燃料 NO ．的生成。 b ．采用对冲同心正反切燃烧方式 ， 即一次风对 冲， 二次风同心正反切。二次风偏离一次风射流一 个角度射人炉膛 ， 这不仅可适 当推迟一、 二次风的混 合， 而且在炉膛水平方向形成中央富燃料区， 水冷壁 区域富空气区， 形成沿炉膛水平方向的空气分级。 c ．燃烧器最显著的特点是每 只燃烧器的顶部 设有燃尽风喷 口 OF A ， 实质上就是相 当于 2段燃 烧方式 。在运行中将空气由此喷 口送人炉膛 ， 此时 下部主燃烧器区域则处于比传统燃烧方式 即氧浓度 低得多的气氛下 ， 这样既可避免过高的峰值温度， 减 少热力 型 N 的 的生 成， 也 可 以抑 制燃 料氮 向 N 转换的生成反应， 从 而达到总体上降低 NQ 排放的目的。燃尽风投人并迅速地与燃烧产物混 合 ， 保证燃料的完全燃尽。 5 防止结焦的技术特点 燃煤锅炉的炉内结渣既是一个物理化学过程， 也是一个非常复杂的流体力学过程。影响结渣的因 素较多 ， 不仅与煤质特性 灰熔点、 灰成分、 灰粘度 等 有关 ， 还与炉膛热力参数、 燃烧器的结构与炉 内 空气动力工况 、 锅炉运行参数等密切相关。结渣的 本质可以概括地表述为 当温度高于灰熔点的烟气 冲刷受热面时， 烟气中熔融的灰渣粘附到受热面上 ， 造成结渣。 定电设计煤种为神府东胜煤 ， 按发电厂煤粉锅 炉用煤分类标准 G B 7 5 6 2 1 9 9 8 发 电煤粉锅炉用 煤技术条件 可知 神府东胜煤属于高挥发分、 常灰 分、 常水分 、 低硫分 、 易结渣烟煤 。其变形温度 D T 为 】1 2 0℃， 软化温度 S T为 1 1 6 0℃， 流动温度 F T 为 1 1 8 o℃。 定电 6 0 0 MW 控制循环、 切圆燃烧锅炉防止炉 内结焦的技术特点有以下 4 点 。 a ．炉膛结构尺寸和热负荷指标正确合理的选取 是锅炉设计成功与否的关键所在 ， 在总结吴泾电厂等 同类型锅炉经验基础上， 选取了合适的炉膛容积热负 荷、 炉膛断面热负荷 、 燃烧器区域壁面热负荷及炉膛 出口烟温。在炉膛结构尺寸和热力参数选取上， 留有 较大裕度， 避免了由于热负荷偏高而引起炉膛结渣， 有效地减轻了锅炉满负荷时的炉膛结渣倾向。 本工程炉膛断面和高度取为 炉膛宽 1 9 ． 5 5 8 m， 深 1 6 ． 9 4 0 5 m， 高 6 4 ． 6 2 5 m。炉膛宽深比1 ． 1 5 5 ， 上排 喷口至屏底距离为 2 0 ． 1 3 m， 下排喷 口至冷灰斗转角 距离为5 ． 9 6 9 m。炉膛设计参数 B MC R I 下 容积热负荷 8 6 ． 4 8 k W／ m。 截面热负荷4 6 1 8 k W／ m。 有效的投影辐射受热面热 负荷 E P RS 1 7 4 k W／ m 燃烧器区域面积热负荷 1 2 4 5 k W／ m2 炉膛后屏出口烟温 1 0 2 7 oC 屏底烟温 1 3 7 5 oC b ．防止锅炉结渣的关键是组织合理的炉 内空 气动力场。锅炉采用了一次风对冲、 二次风同心正 反切的燃烧方式 ， 以确保形成风包煤 的炉 内气流特 性， 防止一次风气流贴壁。这种燃烧方式有助于在 水冷壁附近形成氧化性气氛， 对减小锅炉受热面的 结渣倾向较有利。选取合适的炉膛宽／ 深比， 采用大 切角布置燃烧器和大风箱结构 ， 改善气流两侧补气 条件， 使四角配风均匀 ， 再适当提高一、 二次风速 一 次风速 2 6 m ／ s ， 二次风速 5 4 m／ s ， 增强各 自的刚 性 ， 防止一次风气流直接冲刷水冷壁而产生结渣。 c ．采取一次风对冲、 二次风同心正反切的燃烧 方式 ， 通过模化试验确定燃烧器上部的 OF A层 、 F F 层及 E F层喷嘴分别反切 2 5 。 和 2 0 。 ， 合理配置正反 切风的动量矩比， 以减弱炉内气流的残余旋转强度， 这一燃烧方式可有效地控制转 向室两侧 的烟温偏 差， 避免结渣。 d ． 在燃烧器的结构设计中， 也采取 了防结渣的 措施， 如选取合理的煤粉喷嘴间距及适宜的单只喷 嘴热功率， 以降低燃烧器区域的热负荷。适当提高 一 次风速及增加周界风的份额 ， 以增强一次风气流 的刚性。同时， 一次风速的提高和周界风份额的增 加， 可推迟煤粉着火， 使着火点离燃烧器较远， 火焰 高温区也相应推移到炉膛中心， 以避免燃烧器喷口 周围的结渣。燃烧器上下端设置二次风， 也可有效 防止燃烧器上下区域的结渣。 参考文献 [ 1 3 陈章德． 锅炉设备 及其系统 [ M] ． 北京中国电力 出版 社． 2 0 0 0． E 2 ] 刘忠楼 ． 邵国桢． 薛林德 ， 等．6 0 0 MW 亚临界控制循环锅炉冷 态模化试验研究E J ] ． 锅炉技术， 1 9 9 6 ． 6 ． 9 维普资讯