1000MW超超临界塔式褐煤锅炉的研究.pdf

第 1期 2 0 1 4年 1月 锅炉制造 BOI LER MANUF ACTURI NG NO ． 1 J a n． 2 01 4 文章 编号 C N 2 31 2 4 9 2 0 1 4 0 1 0 0 1 7 0 4 1 0 0 0 MW 超超临界塔式褐煤锅炉的研究 魏国华， 宋宝军， 夏 良伟 哈尔滨锅炉厂有限责任公司， 黑龙江 哈 尔滨 1 5 0 0 4 6 摘要 探讨了开发和设计大容量超超临界塔式褐煤锅炉的必要性 ， 介绍了哈尔滨锅炉厂有限责任公司 自主 开发的 1 0 0 0 MW超超临界塔式褐煤锅炉的初步方案和主要设计结构特点。 关键词 超 超临界 ； 塔 式 ； 褐煤 ； 锅炉 中图分类号 T K 2 2 9 文献标 识码 A Re s e a r c h o n I O 0 0 M W e USC To we r Ty pe Li g n i t e fir e d Bo i l e r W e i G u o h u a ， S o n g B a o j u n ， X i a L i a n g w e i H a r b i n B o i l e r C o ． ， L t d ． ， Ha r b i n 1 5 0 0 4 6 ， C h i n a Abs t r a c t Th i s a r t i c l e d i s c us s t he n e c e s s i t y o f r e s e a r c h o n l a r g e c a p a c i t y US C t o we r t y p e l i g n i t e p o w e r p l a n t bo i l e r， i n t r o d u c e s t he HBC S r e s e a r c h o n 1 0 0 0MW e US C t o we r t y p e l i g n i t efir e d b o i l e r ， p r e s e n t s t h e p r i ma r y p l a n f o r t h e b o i l e r d e s i g n a n d i t s ma i n d e s i g n c h a r a c t e r i s t i c ， a n d S O o n ． Ke y wo r d s US C； t o we r t y p e；l i g n i t e；b o i l e r 1 我 国发展 1 0 o 0 MW 超超 临界塔 式 褐煤锅 炉的必要性 褐煤燃烧技术一直是世界性难题。褐煤 的煤 化度低 ， 属劣质煤 ， 具 有发热值较 低 ， 水 分 、 灰分 高 、 易结渣等特点。我 国褐煤储量具大且价格低 廉 ， 占全国煤炭储量的 1 3 ％ 。包括 目前在建 的燃 煤机 组 在 内， 我 国褐 煤 发 电机 组 单 机 容 量 2 0 0 M W 总装机容量仅 占全 国火力发电总装机 容量的 3 ％左右， 以配中速磨居多， 且这些机组多为 亚临界或超临界机组。国内目前 已投运参数最高的 褐煤塔式锅炉为哈尔滨锅炉厂有限责任公司 自主设 计制造的华能九台6 6 0 M W 超临界塔式锅炉。 国外塔式褐煤锅炉 的主要 国家是德 国， 其最 收稿 日期 2 0 1 3 0 9 2 8 作者简 介 魏国华， 工作于哈尔滨锅炉厂有限责任公 司。 大的超超临界褐煤锅 炉为装于 N e U r a t h 诺伊拉 特 F G电厂的 1 1 0 0 MW 锅炉 ， 塔式布置 、 单切 圆燃烧 、 正方形炉膛 、 主汽压力 为 2 9 ． 2 MP a 。国 外 除德 国外 ， 其 它 国家新增 的褐煤 锅炉 容量 以 6 0 0 MW ～ 7 0 0 MW 居多 ， 而且以亚临界和超临界参 数居多， 因生产年代久远 ， 无论锅炉设计方案或蒸 汽参数均已落后 。 目前国内运行 的超超临界机组均燃用烟煤 ， 如外高桥 、 宁海等电厂。风扇磨制粉 系统塔式锅 炉以其独有的炉型特点 ， 成为燃用 高水分褐煤锅 炉的理想炉型。因此 ， 在 国内外没有燃用老年褐 煤超超临界锅炉技术的形式下 ， 从 我国电力工业 的可持续发展 的角度出发 ， 立足 自主开发超超临 界塔式褐煤锅炉将具有十分重要 的意义 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 8 锅炉制造 总第 2 4 3 期 2 我国开发超超临界 1 0 0 0 M W 塔式 褐煤锅炉的可行性 目前我国已完成了 1 0 0 0 M W 等级超超临界 燃煤锅炉设 计 和制造 技术 的产 业化升 级 ， 锻炼 和培养了一大批充分掌握超超 临界锅炉关键技 术的研发 队伍 ， 如锅炉 的结 构布置 、 主要热力参 数选取 、 材料性能研究 、 锅炉运行 调试及制造工 艺等 。 此外 ， 上都二 、 三期 6 0 0 MW 和伊 敏二期 、 三 期 6 0 0 M W 等大容量亚 临界和超 临界褐煤锅炉的 设计、 制造与运行， 尤其是华能九台6 6 0 M W 超临 界褐煤塔式锅炉成功投运的设计和制造经验、 以 及其优异 的性能表现， 为超超临界 1 0 0 0 M W 塔式 褐煤锅炉的开发提供了宝贵的研制经验。 3 锅炉设计主要技术特点 超超临界塔式褐煤锅炉具有如下特点 1 炉内各级受热面水平布置 ， 因此具有较强 的自疏水能力和快速启动的特点。另外， 炉内受 热面管束经过酸洗后管内清洁度较高， 有利于降 低吹管成本。 2 烟气温度偏差小 。 3 煤粉颗粒 易燃尽。由于煤粉颗粒 自下而 上随烟气流动 ， 流动方 向与 自身重力方向相反 ， 运 动速度低于烟气流速 ， 因此具有较长 的炉 内停 留 和燃尽时间。 4 炉 内受热 面管屏不 易发生积灰 。由于塔 式锅炉各级受热面为水 平布置 ， 且 自上而下横 向 节距逐渐增加 ， 灰粒下落过程中所受 阻挡相对较 小， 因此受热面不易出现严重积灰现象。 5 炉内各级受热面受烟气冲刷和磨损相对 较小 。塔式炉中烟气垂 直上升流经各级受热面， 烟气 中所携带的灰粒与 自身重力方 向相反 ， 因此 灰的流动行程长、 流速低， 对受热面的磨损较低， 维修费用较小。 6 锅炉本体的膨胀方向和位移一致， 因此受 热面和其他部件的支吊结构相对简单。 7 中下部水冷壁采用螺旋管圈结构， 同一 断面上都水冷壁管束吸热较均匀， 管间热应力 小 ， 对负荷 和温度变化适应性 强 ， 不 易引发水冷 壁裂纹 。 8 过、 再 热器工质温度 分布均匀 ， 材料选取 裕度较大。 4 锅炉设计条件与设计参数 1 0 0 0 M W超超临界塔式褐煤锅炉， 水冷壁为 螺旋管圈 垂直管束结构 ， 单炉膛八 角切圆燃烧 方式， 风扇磨煤机制粉系统， 一次中间再热器， 平 衡通风 ， 采用紧身封闭、 全钢构架、 全悬吊结构。 4 ． 1煤质资料 本方案参考的设计和校核煤种的煤质及灰成 分分析见表 1 所示。 表 1 煤质分析 收到基低位发热量Q n e t ． a r ． P k J k g 1 1 4 1 0 1 0 8 8 0 哈 氏可磨性系数HG I ／ 7 8 8 1 冲刷磨损指数 K e ／0 ． 4 0 ． 7 变形温度D T ℃ 1 3 5 0 l 2 2 0 灰 熔 软化温度 S T ℃ 1 3 6 0 1 2 5 0 性 流动温度 丌 ℃ 1 3 8 0 1 2 7 0 从煤质分析的收到基水份 、 挥发份 、 低位发热 量及哈氏可磨性系数等分析 ， 设计煤种和校核煤种 均为褐煤， 属于高水份、 高挥发份、 低可磨性、 中等 发热值 、 易着火、 中等灰份 、 极易结渣的褐煤。从 煤质磨损指数分析 ， 设计煤种为磨损性不强煤质。 4 ． 2锅炉设计参数 表 2 设计参数 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 魏国华 ， 等 1 0 0 0 MW超超临界塔式褐煤锅炉的研究 l 9 5 超超临界 1 O 0 O M W 塔式褐煤锅炉 设计方案的确定 5 ． 1炉膛型式和主要特征参数 1 0 0 0 MW 超超临界塔 式褐煤锅炉方案 ， 是在 全面总结和借鉴国内外大容量褐煤锅炉运行经验 的基础上确定 的。表 3列举 了国内外部分大容量 褐煤锅炉的主要数据 。 根据 国内外经验 ， 超超临界 1 0 0 0 MW 塔式锅 炉在燃用我 国高水分褐煤时 ， 必须选取足够大的 炉膛尺寸， 以保证获得适宜的炉膛断面热负荷、 容 积热负荷足够以及较低 的炉膛 出 口烟气温度 ， 避 免水冷壁结渣和减轻烟气偏差。本工程炉膛主要 特性参数如表 4所示 。 表 3 典型大容量超临界和超超临界褐煤锅炉炉膛主要数据 炉膛 出口烟温 ℃ 炉膛截面热负荷 MW mI 2 炉膛容积热负荷 k W m 燃烧器 区域热负荷 MW mI 2 燃尽 高度 m 本工程煤质 S Tl 3 5 0℃ 燃用 结渣性褐煤元 宝山鹕 炉取值 3 ． 9 燃用结渣性褐煤元宝山 3炉取值 6 0 ． 8 燃用结渣性褐煤元宝山 3炉取值 2 4 ． 2 5 ． 2结构特点 1 水冷壁采用螺旋管圈 中下部水冷壁 垂 直管屏 上部水冷壁 ， 中间采用过渡集箱。中下 部水冷壁管圈的螺旋上升方向与火焰 的切 圆旋转 方向相反， 水冷壁吸热更加均匀， 有利于降低水冷 壁出 口工质 的温度偏差和获得均匀的金属壁温。 2 锅炉采用塔式布置 ， 炉 内受热面水平布置 于炉膛上部 。热烟气依次流经一级过热器 、 三级 过热器 、 高温再热器 、 二级过热器 、 低温再热器和 省煤器， 各级受热面中的工质与烟气存在较大的 温度偏差， 保证了各级受热面的吸热。 3 采用八角切圆燃烧方式， 燃烧器的固定采用 水冷套结构， 能够有效的对燃烧器喷口进行冷却。 4 水冷壁螺旋管圈通过张力板进行悬 吊， 张 力板均匀布置于冷灰斗和过渡集箱之间的管壁外 表面 ， 其荷载通过梳形板传递给垂直管屏。 5 炉 内各级受热面采用水平布置 ， 为全疏水 型 ， 其悬 吊通过一级过热器人 口段 的垂直管束来 实现， 结构简单统一。 6 省煤器采用顺列布置 ， 大 口径光管 的采用 不仅有利于获得更好 的对流换热和较低的系统 阻 力 ， 同时在省煤器烟气入 口的四周墙壁上设置 了 烟气阻流板 ， 有利于降低各排管束的磨损 ； 7 过热器汽温调节通过调节煤水 比和二级喷 水实现， 再热器系统汽温通过布置于两级再热器之 间的减温器喷水进行调节， 具有调温灵敏、 热惰性 小的优点， 可精细控制再热器出口的蒸汽温度。 8 锅炉配 8台风扇磨煤机 ， 八角布置 ， B MC R 工况下 6运备 1检修 。炉膛水冷壁每面墙布置二 组燃烧器每组燃烧器对应 1台风扇磨煤 机 ， 8台 磨带 8组燃烧器 。 9 制粉系统采用三介质干燥 ， 干燥剂分别为高 温炉烟、 热风和冷炉烟。高温炉烟取自布置于水冷 壁混合集箱以上垂直水冷壁区域的八个高温炉烟抽 烟 口 每面墙布置 2只抽炉烟 口 ， 冷炉烟取 自除尘 器后 ， 热风取 自二分仓空气回转式预热器出口。 6 结 语 随着 国内煤质资源的 日益紧张和价格 的不断 高涨， 高水分褐煤以其较大的储量和低廉的价格 逐渐成为大容量机组的主要燃料 ， 褐煤机组在我 国火 电机组 中所 占比例 的正在不断增大。同时 ， 市场对高效、 节能、 低排放的大容量、 高参数锅炉 的需求也在日益增加。作为国内褐煤锅炉方面经 瑚 如 l 5 ， v ≥ “ ≥ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 锅炉制造 总第 2 4 3期 验最多 、 炉型最全的锅炉设计和制造企业 ， 哈锅在 成功开发出超超临界 1 0 0 0 M W 褐煤 1 T 型锅炉后 ， 再次 开 发 出采 用风 扇 磨制 粉 系统 的超超 临 界 1 0 0 0 MW 塔式褐煤锅炉 ， 尤其适用于燃用 国内外 高水分劣质褐煤 ， 进一步增 强了我 国 1 0 0 0 MW 等 级超超临界锅炉对褐煤 的适应性 ， 对我 国火力发 电技术的发展具有重要意义 。 参考文献 [ 1 ] 张殿军， 尹向梅．1 0 0 0 MW 超超临界褐煤锅炉的研 究与初步设计[ J ] ．动力工程， 2 0 1 0 ， 3 0 8 5 5 9 56 6． [ 2 ] 高子瑜 ， 徐雪元 ， 姚丹花．国内首台超临界塔式褐 煤锅炉研究与开发 [ J ] ． 锅炉制造， 2 0 1 0 ， 2 15， l1 ． [ 3 ] 高子瑜 ， 徐雪元， 姚丹花．1 0 0 0 M W 超超临界锅炉塔 式锅炉设计特点[ J ] ． 锅炉技术 ， 2 0 0 6， 3 7 1 1 5 ， 4 9． 『 4 ] 叶勇健 ．1 0 0 0 MW 机组 塔式 锅炉 与 兀 型锅 炉之 比 较[ J ] ． 2 0 0 7 ， 3 8 4 1 5， 2 4 ． [ 上接第 1 6页] 3 锅炉冷态循环清洗 。启动锅炉 B C P再循 环泵 ， 并使锅炉循环水流量为 2 0 ％MC R， 此时 3 6 0 阀全开。分离器水位变化时 ， 依靠 3 6 1阀的调节 维持分离器储水罐水位。在水质合适时开启疏水 泵 出口至冷凝器管路 电动闸阀 ， 同时关闭疏水泵 出口至系统外 水处理站 管路电动 闸阀 ， 启动系 统清洗 水 由排 往 系 统 外 切 换 至 冷凝 器。维 持 2 5 ％B MC R清洗流量进行循环清洗 ， 直至省煤 器入 口水质合格 ， 冷态循环清洗结束 。循环清洗 时仅 7 ％B MC R流量的清洗水通过 3 6 1阀排出。 4 热态清洗 。锅炉点火 ， 提高温度进行热态 清洗， 在此阶段应注意水质检测 ， 防止管子内壁结 垢。热态清洗时 ， 清洗水全部排至冷凝器， 应注意 出现汽水受热膨胀会导致储水罐水位突然升高， 应 保证 3 6 1阀能正常控制储水罐水位。热态清洗过 程 中B C P再循环管路流量维持在2 0 ％MC R， 3 6 0阀 全开 ， 启动 电动锅炉给水泵 B F P ， 维持锅 炉给水 流量 省煤器人 口 为 2 5 ％BM C R流量。 5 3 6 0阀水 位 控 制。当 蒸 汽量 达 到 7 ％ MC R时 ， 关 闭 3 6 1阀， 此后 ， 启动分离器储水罐水 位 由 3 6 0阀控制。随锅炉产生蒸 汽量逐 渐增加 ， 3 6 0阀逐渐关小 ， 通过减小循环泵流量来控 制储 水罐水位 ， 如图 4 a 。此时为维持省煤器入 口流 量 2 5 ％BMC R不变， 要逐渐增加给水流量。 6 湿干态转换 。当进入分离器 的工质全部 变为蒸汽时 ， 进行湿干态转换 ， 汽水分离器转入干 态运行 ， 此后锅炉进入直流状态 ， 循环泵停运 ， 3 6 0 阀关闭 ， 投入暖管管路 ， 锅炉进入滑压运行状态 。 2 ． 3 运行 中注意问题 1 锅炉启动过程中， 要维持 2 5 ％B M C R给 水流量 ， 其中循 环泵提供 2 0 ％MC R， 给水泵提供 5 ％MC R， 随着锅炉产汽量增加 ， 循环泵提供给水 量逐渐减少 ， 给水泵提供流量逐渐增加 ， 给水量主 要有给水泵系统调节控制。 2 锅炉启动中， 3 6 1阀主要用于储水罐高水 位控制 ， 当水位低 时， 3 6 1阀将关 闭， 此 时水位 由 循环泵 出口3 6 0阀控制。 3 启动过程中要投入循环泵最小流量管路 和过冷管路 ， 保证循环泵安全运行 。直流运行状 态要投入再循环泵和储水罐水位调节 阀的暖泵 、 暖阀及暖管管路。 4 锅炉启动过程 中要防止循环泵跳闸引起 锅炉给水流量低触发 MF T动作。由于循环泵运 行所需静压头由分离器水位提 供 ， 水位过低 时会 造成循环泵跳闸， 因此在干、 湿态转换阶段要避免 分离器液位的大幅波动 ， 循环泵启动时 ， 关 闭出 口 电动门和调节门， 运行时要逐渐开大调节门， 停炉 过程中要等分离器水位正常后 ， 再启动循环泵 。 3 结束语 东方锅炉厂超临界锅炉 3 6 1阀简化启动系统 和带循环泵并联启动系统 已在我国广泛使用 ， 了 解熟悉该启动系统运行操作过程对机组经济安全 运行有重要意义。简化启动系统启 动操作简单 ， 但会造成工质及热量 的损失 ， 在启动过程 中还存 在过热汽超温问题 ； 带循环泵启动系统的辅助系 统多 ， 操作复杂 ， 主要注意循环泵运行安全及对水 位控制问题 。 参考文献 [ 1 ] 东方锅炉厂超临界锅炉说明书． [ 2 ] 张磊， 张立华． 燃煤锅炉机组． 北京， 中国电力出 版社 ， 2 0 0 6 ． [ 3 ] 谭立峰， 等． 超临界直流锅炉启动过程中应特别注 意的问题 J ] ． 锅炉制造 ， 2 0 1 2年0 6期． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m