600MW超临界火电机组过热器和再热器的结构、布置和流程

1、600MW本工程过热器和再热器的设计特点过热器、再热器系统是锅炉最重要的承压部件之一，其设计成功与否关系到锅炉整体性能的优劣，并影响锅炉的安全可靠运行。在设计中充分考虑过热器、再热器在运行过程中可能遇到的问题，合理布置各级受热面，正确划分各级受热面的吸热比率，使其可靠性高、经济性好和对负荷适应性强，从而保证锅炉安全可靠经济的运行是锅炉设计中要着重考虑的问题之一。从提高锅炉运行调节时的可靠性出发，本公司过热器及再热器系统的布置方式采用了日立-巴布科克公司典型的布置方式和结构形式，过热器采用辐射-对流型，再热器为纯对流型。其中，过热器采用燃料/给水比和两级喷水来调节汽温，而再热器用尾部烟气挡板调节

2、汽温。过热器、再热器系统设计有以下特点：合理布置过热器、再热器系统各级受热面，正确分配它们的吸热比率,以适应各种运行因素的变化，从而保证锅炉安全稳定运行。在锅炉各运行工况下，各级受热面的焓增如下焓-压力曲线图所示。制约过热器、再热器受热面级数划分，辐射对流受热面的匹配及总体布置，各级受热面吸热比率的因素较多，诸如锅炉参数、工质侧阻力、金属材料的温度极限、汽温调节方式及技术经济指标等等。就本锅炉而言，由于采用了尾部烟气挡板调节再热汽温，故要求布置比摆动燃烧器调温锅炉更多的辐射过热器以补偿低负荷时由于尾部过热器侧烟量减少而导致的对流吸热不足。因此，本工程我们布置了较多的辐射式及半辐射过热器，以获得

3、良好的汽温特性。在锅炉B-MCR工况下，过热器侧的烟气挡板全开，再热器侧烟气挡板部份打开，当负荷逐渐降低，再热器侧的挡板开度逐渐增加，过热器侧挡板开度逐渐关小，流经低温再热器的烟气份额占整个烟气量百分比就增大，从而达到调节再热汽温的目的。合理划分各级过热器比例，使各级过热器的焓增合适，使汽侧偏差能控制在合理范围之内，且末级过热器焓增相对较小，有利于控制汽温偏差，减少末级汽温调节惯性，汽温调节特性好。8王后旦arawuLLJPressure-EnthalpyDiagram焓压图顶棚、包墙Furnace炉膛I-省煤器Roof&CageEconomizer8王后旦arawuLLJPressure-E

4、nthalpyDiagram焓压图顶棚、包墙Furnace炉膛I-省煤器Roof&CageEconomizerPlatensuperheaterPrimarysuperheaiei图721焓-压力曲线图当锅炉负荷从B-MCR变化到45%B-MCR时，喷水量最大变化幅度约156吨/小时左右，不仅调节特性好，而且传热面积的布置留有足够的裕度。即使在切高加负荷带600MW这种非正常工况运行,减温系统也能满足要求。再热器系统分为两级，低温再热器布置后竖井烟道前烟道内，高温再热器布置在水平烟道末级过热器的后面。由于采用了挡板调温，本工程布置了较多参与汽温调节的低温再热器受热面，使得汽温调节灵敏。在锅炉设

5、计中，布置较多的低温再热器受热面，其焓增较大，增加了尾部烟气挡板调温的灵敏度。两级再热器间的吸热比率分配合理，变化平稳。再热器侧设计烟气份额的变化完全能使再热蒸汽在各种负荷下达到设计出力。挡板开度处于可调节的有效区域，调节裕度大，具有很高的灵敏性。在锅炉复合变压中间负荷运行下,应减少末级过热器和高温再热器的吸热以更好控制蒸汽温度。过热器、再热器受热面管壁厚及选材留有足够裕度,确保受热面在各种负荷运行时均安全可靠。过热器、再热器受热面选材采用日立-巴布科克公司的方法进行壁温计算,校核管子的壁温,合理选用每段管材,并留有较大的裕度。对过热器、再热器管系采用日立-巴布科克公司成熟的结构。锅炉各大系统

6、有足够的柔性，运行时膨胀自由；受热面的布置方式充分考虑防止结渣，使受热面保持完好。屏式过热器的优化布置使出口段不暴露在强烈的辐射中。各级过热器及再热器受热面管选用合理的材质，充分考虑锅炉在长期运行及频繁启停过程中可能造成的疲劳及蠕变等多种应力的影响，使锅炉能长期、安全、可靠、稳定的运行。在设计中充分考虑管子之间的相对位移，进行周到细致的考虑，采用多种可保证相对滑动的先进结构，保证锅炉在运行时管子可以有相对位移，管子之间不会产生磨损或产生附加的应力。本工程过热器和再热器的结构和布置过热器来自启动分离器的蒸汽由连接管导入顶棚。在高烟温辐射区域，顶棚管规格76.2X16.7,数量为170根，材质SA

7、-213T2,节距114.3,扁钢厚度9mm,材质15CrMo；在炉膛上部高温过热器区域，管径变为63.5X11,数量为170根，材质SA-213T2,节距114.3；在水平烟道高温再热器区域，管径变为57X9.9,数量为170根，材质SA-213T2,节距114.3；后竖井区域材质管径为57X9.9,数量为170根，材质SA-209T1a,节距114.3。蒸汽从顶棚出口集箱经连接管进入包墙过热器,包墙过热器分两侧包墙、中隔墙、前、后包墙,包墙为全焊接膜式壁结构。前包墙,后竖井进口段拉稀成前后两排,光管布置,前排管子为45,承载，后排管子为38.1,节距228.6,其余膜式壁段管子为38.1,

8、节距114.3；中隔墙，后竖井后烟道进口段拉稀成前后两排，光管布置，前排管子为45,承载，后排管子为38.1,节距228.6,其余膜式壁段管子为38.1,节距114.3；后包墙、侧包墙，管子规格34,节距101.6；水平烟道后部侧包墙，管子规格31.8,节距63.5；吊挂管，规格为57,节距228.6。包墙系统管子材质均为SA-213T2。后烟道深度为8.33m,布置低温过热器受热面。经过包墙系统加热后的蒸汽进入低温过热器,低温过热器蛇形管布置在后竖井后烟道内,分为水平段和垂直出口段。低温过热器水平段共1段,由4根管子绕成,共168排,管排横向节距114.3,管段下部分管子规格为45X7.1,

9、管段上部分管子规格为45X7.9,材质SA-213T12；低过垂直段管子由水平段的两排管合成垂直段的一排管，管子规格为45X7.9,材质SA-213T12,横向节距228.6mm,共84排。低温过热器水平段管组通过包墙过热器吊挂管悬吊在大板梁上,垂直出口段通过低过出口集箱悬吊在大板梁上。屏式过热器布置在炉膛上部区域，为全辐射受热面，在炉深方向布置了2排，两排屏之间紧挨着布置，每一排管屏沿炉宽方向布置13片屏，共26片。屏式过热器管屏的横向节距S1=1371.6，纵向节距S2=57,炉内受热面管子均采用SA-213Tp347H材料。每片屏由24根管组成，管屏入口段与出口段采用不同的管子壁厚，内外

10、圈管采用不同的管子规格。管屏入口段管子规格为：最外圈管50.8X8.4/其余管45X7.4；管屏出口段管子规格为：最外圈管50.8X12.3/其余管45X10.8。屏式过热器管屏的横向节距S1=1371.6纵向节距S2=57,炉内受热面管子采用SA-213T91、SA-213Tp347H图7-23屏式过热器材料分界图两种材料。沿炉膛深度方向图图724低温再热器材料分界图的两片屏之间紧挨布置。为保证管屏的平整，防止管子的出列和错位及焦渣的生成，屏式过热器布置有定位滑动、管屏夹持管等结构。每片屏式过热器出口集箱与汇集集箱相连，蒸汽在汇集集箱中混合，并经第二级减温器后，进入高温过热器。高温过热器蛇形

11、管位于折焰角上部，沿炉宽方向布置有31片,管排横向节距S1=609.6,管子纵向节距S2=57,每片管屏由20根管子并联绕制而成，炉内受热面管子的材质均为SA-213Tp347H。管屏内外圈管采用不同的管子规格，管屏最外圈管50.8X8.9/其余管45X7.8。蒸汽从高过入口集箱(609.6X128,SA335P22)经蛇形管加热后进入高过出口集箱(609.6X108,SA335P91),品质合格蒸汽由连接管(540X80,SA335P91)从出口集箱两端引出，上行后合并成单根蒸汽导管(575.1X84,SA335P91)送入汽轮机高压缸。再热器低再蛇形管由水平段和垂直段两部分组成。水平段分三

12、组水平布置于后竖井前烟道内,由6根管子绕制而成，低再横向节距S1=114.3,沿炉宽方向共布置168排。下面两组管子规格57X4.5,管排的纵向节距S2=76,材质SA-210C。上组管子分两部分，下部分管子规格50.8X4.5,材质SA-210C；上部分管子规格50.8X4.5,材质15GrMoG。低再出口垂直段由两片相邻的水平蛇形管合并而成，横向节距228.6mm,横向排数84排，管子规格50.8X4.8,材质12Cr1MoVG。高温再热器布置于末级过热器后的水平烟道内，蒸汽从高再进口集箱(736.6X43,SA335P11)经蛇形管屏加热后进入高再出口集箱(736.6X43,SA335P

13、11),蛇形管屏共84片，每片管屏由10根管子并绕成U形，管子规格50.8X4.5,横向节距228.6，纵向节距70,炉内受热面管子均为SA-213Tp347H材料。二.过热器和再热器系统蒸汽流程过热器、再热器系统结构均采用了日立-巴布科克公司典型布置形式。大量锅炉运行实践表明,锅炉具有良好的负荷调节性能,能长期安全可靠的运行。过热器、再热器蒸汽流程图如下图所示。去高压缸汽水分离器顶棚过热器包墙过热器低温过热器屏式过热器末级过热器低温再热器高温再热器过热器一级减温器过热器二级减温器(ID再热器减温器图725过热器、再热器蒸汽流程图过热器系统过热器系统按蒸汽流向可分为四级：顶棚和包墙过热器、低温

14、过热器、屏式过热器及末级过热器。其中主受热面为低温过热器、屏式过热器、末级过热器。屏式过热器布置在炉膛的上部,沿炉深方向并联了两排屏式过热器管屏,每排管屏为13片,共26片,主要吸收炉图图726过热蒸汽温度性能曲线膛内的辐射热量。末级过热器布置在出口折焰角的上方，炉膛后墙水冷壁吊挂管之前，沿炉宽方向布置有31片。低温过热器布置在后竖井后侧烟道内，低温过热器顺列逆流布置，靠对流传热吸收热量。过热器系统的汽温调节采用燃料/给水比和两级四点喷水减温，一次左右交叉以减少左右侧汽温偏差。再热器系统再热器受热面分为两级，即高温再热器和低温再热器。高温再热器布置在水平烟道内紧接着末级过热器之后，低温再热器布

15、置在后竖井的前侧烟道内。高温再热器为顺列逆流布置。低温再热器也是顺列逆流布置，均为纯对流受热面。再热器的汽温调节主要靠改变烟气挡板的开度来改变流经它们的烟气流量达到调温。在低温过热器的入口管道上布置了事故喷水减温器。三.过热器、再热器性能特性1.过热蒸汽温度性能曲线7006506005505004508001200160020000400700650600550500450800120016002000040035%B-MCR_50%MCR75%MCR100%ECR_T-MCR_B-MCR主蒸汽流量2.再热蒸汽温度性能曲线)(温汽/再热器出口00005060800120016004501008

16、06040量水喷器热再0)(温汽/再热器出口0000506080012001600450100806040量水喷器热再040035%B-MCR50%MCR75%MCR100%ECRT-MCR202000B-MCR额份气烟主蒸汽流量图727再热蒸汽温度性能曲线过热器、再热器系统采用合理的结构形式，减少热偏差，降低蒸汽侧阻力。各级过热器、再热器的连接采用合理的引入引出方式。过热器系统、再热器系统各有一次左右交叉，即屏式过热器出口与末级过热器之间、低温再热器出口与高温再热器之间各进行了一次左右交叉。各级过热器、再热器之间的连接也采用了大管道连接，使蒸汽能充分混合。引入引出管尽量对称布置，减少静压差，使流量分配均匀，减少汽温偏差。合理选用各级受热面管子的规格,取得与热负荷相适应的蒸汽流量。即使同一级的过热器，管子规格也根据结构和所处的位置不同而有所不同。如低温再热器水平管组根据在蒸汽流程中的不同的位置和温度变化情况采用了不同的管子直径和材料，使受热面管材的布置更为合理。过热器设有两级喷水，在低过至屏式过热器,屏式过热器至末级过热器之间的连接管上均装有喷水减温装置。同一级减温设有左右两个喷水点，两侧减温管路分别用单独的调节阀调节左右两侧管路上的喷水量,消除左右侧汽温偏