立式MS6111FA燃机强制循环余热锅炉设计

余 热 锅 炉2 0 1 5 2 1 7 立式M S 6 1 1 1 F A燃机强制循 环 余热锅炉设 计 杭州锅炉集团股份有限公司陈伟迎 摘要 本 文介绍 了 MS 6 1 1 1 F A型立 式燃机循 环余热锅 炉的方案设计 ， 在总结 该型强制循环 余热锅炉 的设计特 点及优缺 点的基础 上 ， 对 其发展进行 了思考 。 关键词 燃气一蒸汽联合循环 立式余热锅炉设计 强制循环 1引言 燃气一蒸汽联合循环 电站是 目前 国际 上发展最快 的发 电形式 。 以其环境友好， 能 源利用率高 已成为世界各 国在城市 中心解 决环境保护问题， 提供清洁 电力和蒸汽 的首 选方案， 随着我 国对环境 问题 的日益重视和 天然气开发项 目投入 的不断加大， 该机组在 城市负荷中心和工业园区迅速发展 n 】 ， 燃气 一 蒸汽联合循 环是利用天然气在燃气轮机 内 燃烧后， 所产生的高温高压气体推动燃机涡 轮做功发电， 做功后 的高温尾气进入余热锅 炉 ， 产生过热蒸汽， 进入蒸汽轮机进 一步发 电。 余热锅炉是燃气一 蒸汽联合循环 发电 的重要设备之一 ， 它 的技术水平直接影响整 个联合循环机组 的发电效率、 设备可用率和 单位造价， 因此要全面提高燃气一蒸汽联合 循环发 电机组 的技术水平， 就不能忽视余热 锅炉技术 的研 究开发工作 口 】 。 燃气一蒸汽联 合循环 中的余热锅炉按结 构上分立式和 卧 式两种方式， 按水循环特性分为强制循环和 自然循环 。 本文将 介绍 与 P G6 1 1 I ( F A) 型燃 机相 匹配的双压 自除氧无补燃立式强制循 环 MS 6 1 1 1 F A R 型余热锅炉 的工艺系统设 计 ， 并在总结其优缺点基础上对其发展进行 展 望 。 2设计特点 2 1 锅炉结构概述 与 P G 6 1 1 I ( F A ) 型燃机相匹配的双压 白 除氧无补燃立式 强制循环燃机 余热锅炉 由 入 口转 角烟道、 锅炉本体受热面 管箱 、 出口 烟道及烟 囱、 钢架、 平 台扶 梯、 高压锅筒 、 低 压锅筒、 除氧器及水箱、 高低压给水泵、 强制 热水循环泵等组成 ( 见图 1 所 示 ：1 入 口膨 胀节 2入 口转角 烟道 3受热 面管箱 4出 口 烟道 5烟 囱 6高压锅 筒 7低压 锅筒 8除氧 器 9钢架及平 台扶梯 ) 。 其 中锅 炉本 体受热 面管箱按烟气流动方向 ( 即图中由下至上 ) ， 又分为 高压过热器管箱、 高压蒸发器 2 管箱 、 高压蒸发器 1 &高压省煤器 3管箱、 低压过热器 &高压省煤器 2管箱 、 低压 蒸发器 &高压省煤器 1 &低压省煤器管箱、 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 8 余 热 锅 炉 2 0 1 5 2 除氧蒸发器 &凝结水加热器管箱。 当锅炉进入工作状态时， 燃机排气水平 流 向锅炉底部的入 口转角烟道， 依次流经本 体各受热面， 经换热后的烟气最后从烟 囱排 向大气。 锅炉的汽水系统 由前述各受热面管 箱、 高压锅筒、 低压锅筒、 除氧水箱、 高低压 给水泵、 强制循环泵、 减温器、 过热器集汽集 箱所组成。 、 锅炉的凝结水、 经凝结水操纵台进入凝 结水加热器 ， 经加热后， 接近饱和温度 的水 进入除氧器， 与来 自除氧蒸发器 的饱和蒸汽 混合除氧后进入除氧水箱， 除氧水箱中的一 l J I 口 部分水经除氧热水循环泵进入除氧蒸发器 ， 加热成汽水混合物 。 饱和蒸汽作为热源进入 除氧器， 除氧水箱中的另一部分水进入给水 泵， 作为锅炉的给水。 锅炉的给水经各 自给水泵、 给水操纵台 进 入省煤器 ， 经加热后， 接近饱和温度 的水 进入锅 筒， 锅筒 内的水经下降管、 强制热水 循环泵后进入蒸发器 ， 在蒸发器 内受热后成 为汽水混合物又回到锅筒， 在锅筒 内进行汽 水分离， 分离 下来 的水 回到锅筒 的水 空间， 饱和蒸汽则通过饱和蒸汽 引 出管被送 到过 热器 ， 饱和蒸汽在过热器 内被加热成过热蒸 5 厂 8 _ ， 4 、 -1罩 ， l ， ， _ 【 ： 夏 ： ： 一 - 一 _ 二 ： 一 1 J 1 I - 。 17 一_ _- J 图1 锅 炉结构 图 汽 ， 然 后经 减 温 器 调 温， 达到 规 定 的 蒸 汽温 度 后， 经主 汽 管 被 送 入 汽 轮 机。 2 2技术规范 设计方案中的 主要技术规范需考 虑燃 机 排气 参 数， 锅 炉 设 计 参 数 和 锅炉给水、 炉水、 蒸 汽 品质 等 的规 范， 其 中燃机排气参数 和锅炉设计参数具 体 见 表 1 ， 锅 炉 给 水、 炉水、 蒸汽品质 符合 GB T 1 2 1 4 5 2 0 0 8 火力发电机 组及蒸汽动力设备 水汽质量 标准的 要求。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 余 热 锅 炉2 0 1 5 2 1 9 表 1 ： 燃机排气参数和锅炉设计参数 燃机排气参数 锅炉设计参数 序号 内容 单位 设计工况 内容 单位 设计工况 1 环境温度 3 5 高压锅炉 出口蒸汽压力 MP a g 8 4 5 2 大气压力 K P a l O 1 - 3 高压锅炉 出口蒸汽温度 5 4 0 3 相对湿度 9 8 高压锅炉最大连续蒸发量 t h l 1 5 2 3 4 排气流量 t h 6 8 4 1 低压锅炉 出口蒸汽压力 MP a g 0 5 8 5 排气温度 6 2 3 3 低压锅炉 出口蒸汽温度 2 5 1 2 6 排气成分A t “ V 0 8 5 低压锅 炉最大连 续蒸发量 t h 1 2 2 2 7 排气成分N 2 V 7 1 2 2 高、低压锅炉给水温度 1 4 8 2 8 排气成分0 2 V l 1 9 2 凝结水进口介质温度 4 3 8 9 排气成分C O 2 V 3 7 1 排烟温度 9 2 5 1 0 排气成分H 2 0 V 1 2 I 3 3主要工艺系统设计 3 1 锅筒及 内部装置 3 1 1高、 低压锅筒 高压 锅 筒 内径 为 1 9 0 0 mm， 低 压 锅 筒 内径 为 1 2 5 0 mm， 简 体 直 段 长 度 均 为 7 5 0 0 mm， 两 端相 配椭 球 形封 头， 并设有 人 孔装置 。 该锅筒通过两个支座搁置在钢架梁 上 。 为保证锅炉正常运行时获得 良好 的蒸 汽 品质 ， 在锅 筒 内设 置 了二级汽 水分 离装 置。 一级分离为 圆弧挡板惯性分 离器 ， 二级 分离为带钢丝 网的波形板分离器 。 在锅筒 内 部还设置 了给水分配管、 加药管和排污 管。 在锅筒上还设有水位计、 平衡容器、 电接 点 液位 计、 压力表和安全 阀等装置 ， 以供锅 炉 运行时监督、 控制用。 3 1 2除氧器 本锅炉配置的除氧器 由除氧头、 除氧水 箱组成， 除氧水箱 内径为 2 6 0 0 mm， 筒体直 段长度为 6 6 0 0 mm， 两端相配椭球形封头。 除 氧头 内径 1 4 0 0 mm。 除氧器和水箱起到 了 对给水除氧和储水的作用。 同时又具备了蒸 发系统 中锅筒 的功能。 除氧水箱通过两个支 座 ( 一个活动支座 ， 一个 固定支座 )搁置在 钢架梁上。 在除氧水箱 内部设有加药管和排污管， 同时在该水箱上还设有水位计、 平衡容器、 电接点液位计、 压 力表和 安全阀等装置， 供 锅炉运行时监督、 控制用 。 3 2本体受热面管箱 本锅炉 由上述六个管箱组成 了整 台锅 炉 的换热系统。 分别 为高压 过热器管箱、 高 压蒸发器 2管箱、 高压蒸发器 1高压省煤器 3管箱、 低压过热器高压省煤器 2管箱、 低压 蒸发器高压省煤器 1低压省煤器管箱、 除氧 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 余 热 锅 炉 2 0 1 5 2 蒸发器凝结水加热器管箱 。 每个管箱 由换热 面管子、 集箱、 管板、 侧板和密封箱组成一整 体模块结构 ， 换热面管子采用水平错列布置 的螺旋鳍片管结构。 每个管箱有前后管板和 隔板作为管子支撑， 鳍片管穿在管板和 隔板 的管孔内， 锅炉运行时膨胀 自由。 各换热面 管箱均在工厂组装成一体 出 厂， 在 电厂安装 时 白上而下 依次相焊 ， 可在 很短 的时间 内完成本体换热面管箱的安装 工作。 管箱吊挂与最上层管箱 ( 除氧蒸发 器凝结水加热器 1 的吊耳相连接， 将所有换 热面管箱 的重量 ( 还包括入 口转角烟道、 出 口烟道 的重量 ) 传递到钢架 的顶板梁上 ， 使 锅炉运行时整体 向下 自由膨胀。 3 3减温器和过热器出口集汽集箱 本锅炉在高压过热器 2入 口前设置 了 减温器， 用以调节和控制高压过热蒸汽的气 温。 高压蒸汽 的减温方式采 用喷水减温 ， 减 温器 由集箱、 笛形 管和 内衬 混合管组成， 高 压蒸汽减温器 的混合管长度 为约 5 m。 以保 证减温器工作时， 水和蒸汽在该区段内充分 混合， 保护减温器集箱 ， 使其免受疲劳损坏 。 高低压锅炉 的过热器 出 口集汽集箱上 均设置了安全阀、 压力表、 温度计与测量仪 表 ， 供锅炉运行时监督和控制用， 在其上还 布置有启动排汽和疏水管路， 供锅炉启动 时 用 。 3 4本体钢架和主烟 囱钢架 本锅炉 钢架 采用双框 架全钢 结构 ， 按 A I S C标准设计。 均采用大型 H型钢制成。 钢 架采用桁架式结构， 高强螺栓连接 。 本体钢 架将支撑整 台锅炉正常运行时所产生的允 许载荷 以及风载、 地震等载荷 ， 并将其 平稳 地传递至地面基础， 确保锅炉在允许载荷范 围内长期安全可靠的运行。 3 5烟道 烟道 由入 口转角烟道、 出口烟道和主烟 囱组成 ， 入 口转角烟道通过一非金属膨胀节 与燃机排气烟道相接 。 用 以吸收本锅炉热态 运行时所产 生的向下及 向前 的双向位移量 ， 避免产生 由热膨胀 引起 的推力。 各烟道、 烟 囱均采用钢制密封壳体形式， 根据各烟道 、 烟囱所在部位 的工作条件和工作特点， 在外 侧采用 了不 同的钢制加强结构， 以承受锅炉 正常运行时烟气的内压和冲击， 使其能长期 安全可靠的工作。 3 6其他装置 本锅炉在凝 结水加热器上面布置 了一 层水力清洗装置 。 在停炉时， 如需对受热面 进行清洗， 可通 过此装 置进行 水力清洗 ， 清 洗水压力为 1 O 1 5 MP a ， 同时在入 口转角烟 道的最低点设有排水 口， 以确保受热面在进 行水力清洗时， 清洗水顺利的排出烟道 。 此外， 本锅 炉配有两 台高压给水泵 ， 两 台低压给水泵， 两 台高压热水循环泵， 两 台 低压热水循环泵和两台除氧热水循环泵， 其 它还配有排污扩容器等 。 4立式强制循环型燃机余热锅炉的优缺点及 发展思考 4 1 立式强制循环型燃机余热锅炉的优缺点 余热锅 炉采用 立 式强制循 环结 构， 其 优 点如下 ：一、 采用 强制循 环泵， 水循环条 件好 ； 二、 受热面布置灵活、 传热好、 热效率 高 ： 三 、 烟道、 烟 囱和锅 炉合二为一结构紧 凑、 占地 面积 小 ；四、 管箱 结构现场安装方 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 余 热 锅 炉 2 0 1 5 2 2 1 便， 安装周期短， 机动性好。 但其也有 自身的 缺点， 主要是配备 强制循环 泵， 增加 电耗和 运行成本 ； 锅炉入 口转角增加烟气阻力 。 4 2燃机余热锅炉发展的思考 国家 “ 十二五 ”规划 中明确 ，2 0 1 5年 全国总燃煤量封顶在 4 1 亿吨， 因此 ， 减少燃 煤 比例， 增加清洁 能源 的供应势在 必行， 采 用天然气作为燃料的燃机发 电也就成为 能 源结构调整的发展趋势。 从能源利用和环境 保护来说， 燃气一蒸汽联合循环具有能源利 用 率高， 环保效益 明显， 可在 负荷 中心建设 等优点， 也可以满足城市燃煤机组升级换代 的需要。 但到 目前为止 ， 燃气一蒸汽联合循环发 电的发展至少需要解决 以下两方面 的问题 ， 首先， 燃机 电厂 的供气可靠性存在风 险， 现 阶段我 国天然气资源量 总体不足 ，2 0 1 3 年 国内天然气 总消费量为 1 8 4 7亿 m ， 进 口 量 4 2 1 亿 m ， 预 计 2 0 2 0年 将 突 破 4 0 0 0亿 m， ， 进 口量 1 5 0 0亿 ms 。 因此为了发展燃气一 蒸汽联合循环发 电机组， 必须提高天然气 的 供应水平。 其次， 在运行成本上， 我 国天然气 的价格相对煤价格偏高 。 因此， 在燃机发 电 上还 需要从 政策角度 给予相应 的电价政策 支持。 5结束语 与 P G 6 1 1 I ( F A) 型燃机相匹配 的立式双 压 自除氧无补燃强制循环燃机余热锅炉， 具 有热效率 高， 占地面积小、 启动快和布置灵 活等优点， 作为燃气 一 蒸汽联合循环 的重要 设备之一 ， 它在设计和制造上均 已是成熟