日本新矶子电站超超临界压力煤粉锅炉(论文).pdf

第 3 8 卷 第 8 1 1 中 国 电 力 V o l 3 8 N o 8 圈阳 断瞄 l 2 0 0 5 年8 月 E 1 1 R I C F R A u g 2 0 0 5 日本 新 矶 子 电 站 超 超 临 界 压 力煤 粉 锅 炉 张 海 吕俊复 岳光溪 李 政 叶学军 张守玉 杨 辉 1 清华大学 热能工程系 北 京 1 0 0 0 8 4 2 上海理工大学 动力学院 上海2 0 0 0 9 3 3 中国机械设各 成套工 程公 司 北京 1 0 0 8 2 3 摘要 日本是世界上研究 和应 用超超临界压 力 U S C 发 电技术最 早和最好 的国家之一 石J J I 岛播磨 重 工株式会社 I H I 是 日本 U S C锅炉 的一个主要制造商 对 I H I 生产的具有代 表性 的 日本新 矶子电站 l号机 组 6 0 0 MW U S C煤 粉锅炉 的技术 特点和运行情 况进行介绍 该机组 的蒸 汽参数是 目前 日本最 高的 锅 炉采用一次再热和滑压运行 整体结构呈塔式结构 一些对 流受热面布置在炉膛 内 节约 占地面积并减 少 烟气流通阻力 采用了平行 烟道方式调节过 再热器蒸汽温度 边壁风 防止 高温腐蚀 高效低 N O 性 能的燃 烧器和模块式 锅炉安 装 材料选择 时充分考虑 U S C锅炉特点 锅炉投运后 的运 行结果表明 锅炉效 率 污 染物排放控制和设备 的可靠性都达 到或超过 了设计要求 关键词 超超临界压力锅炉 总体设计 材料 中 图 分 类 号 T K2 2 9 2 文献 标 识 码 B 文 章 编 号 l 0 0 4 9 6 4 9 2 0 0 5 0 8 0 0 3 2 一 O 5 0 引言 超 超 临 界 压 力 U l t r a S u p e r e r i t i e a l 简 称 US C 机 组 通 常 是 指 汽 轮 机 进 口 蒸 汽 压 力 高 于 2 7 MPa或 温 度 高 于 5 8 0 的 机 组 迄 今 为 止 在 世 界 范 围 内 投 产 的 USC 机 组 约 6 0余 台 其 中 l 00 0 MW 级 的 约l 5 台 汽 轮 机 最 大 容 量 为1 3 00MW 单 机 X Y 轴 美 国 1 9 7 2年 投 运 通 过 提 高 蒸 汽 工 质 的 温 度 和 压 力 US C机 组 大 幅 度 地 提 高 了热 效 率 相 应 地 降 低 了供 电煤 耗 同 时 也 有 效 地 降 低 了 C O 排 放 一 般 来 说 US C 机 组 的 发 电 效 率 可 达4 3 以 上 甚 至 高 达 4 7 与 增 压 流 化 床 联 合 循 环 发 电 技 术 P F B C 和 整 体 煤 气 化 联 合 循 环 发 电 技 术 I G CC 相 当 机 组 负 荷 调 节 特 性 良 好 并 且 在 扩 大 容 量 基 建 投 资 和 发 电 成 本 方 面 要 比 P F BC和 I GC C 的 优 越 在 技 术 和 商 业 应 用 上 也 比 它 们 成 熟 US C是 一 成 熟 先 进 高 效 的 发 电 技 术 是 我 国 目前 发 展 洁 净 煤 发 电 技 术 的 优 先 选 择 具 有 广 阔 的 发 展 前 景 2 日 本 是 世 界 上 研 究 和 应 用US C 发 电 技 术 最 早 和 最 好 的 国 家 之 一 在 日本 US C机 组 的 定 义 是 蒸 汽 温 度 超 过 5 9 3 的 机 组 日本 US C燃 煤 锅 炉 的研 究 和 开 发 始 于 2 0世 纪8 0年 代 初 实 践 和 应 用 则 始 于 9 o 年 代 主 要 制 造 商 有 石 川 岛 播 磨 重 工 株 式 会 社 I HI 和 三 菱 重 工 株 式 会 社 M HI 等 2 0 0 4年 统 计 数 据 表 明 I 在日 本 US C 锅 炉 市 场 中 占 有 份 额 最 大 约 4 4 在 世 界 领 域 中 也 处 于 领 先 地 位 I HI 制 造 的 日 本 第l台 US C 锅 炉 于l 9 9 3年 在 壁 南 电 厂 投 运 而 后 又 制 造 了 目 前 世 界 上 最 大 的 USC 锅 炉 1 0 5 0MW 日本 橘 湾 电 厂 2 0 0 0年 投 运 新 矶 子 电 站 Sh i n I s o g o 的l号 锅 炉 是I HI制 造 的 USC 锅 炉 中 的 又 一 代 表 作 1 锅炉机组技术特点 1 1 锅 炉简 介 新 矶 子 电 站 位 于 日本 横 滨 市 隶 属 日 本 电 源 开 发 株 式 会 社 J P0 we t 电 站 原 装 有 2 台 2 6 5 MW 机 组 投 运 于 2 0世 纪 6 0年 代 中 后 期 公 司 出 于 设 备 更 新 和 扩 容 需 要 决 定 将 在 原 有 机 组 更 换 为 2 台 6 0 0 MW 的 发 电 机 组 为 保 证 电 力 供 应 一 边 运 转 老 电 厂 一 边 建 设l号 新 机 组 待l号 机 组 投 运 后 再 拆 老 电 厂 于 原 有 厂 址 建 设 2号 机 组 l号 机 组 新 建 工 程 于l 9 9 6年 9月 动 工 2 0 0 2年 4 月 正 式 商 业 投 运 2号 机 组 尚 未 施 工 锅 炉 岛 由 I HI负 责 设 计 建 造 燃 用 日本 国 内 生 产 和 进 口 的 煤 种 锅 炉 采 用 塔 式 结 构 为 一 次 再 热 滑 压 运 行 蒸 汽 参 数 是 目前 日本 所 有 锅 炉 中最 高 的 其 主 蒸 汽 温 度 和 再 热 蒸 汽 温 度 收稿 日期 2 0 0 5 0 5 一 l 7 修回 日期 2 0 0 5 0 5 一 l 8 基金项 目 国家重点基础研究 发展规划 资助项 目 G 2 0 0 0 2 6 3 0 9 作者简 介 张海 1 9 6 7 一 男 福建 宁化人 副教授 从事洁净煤燃烧技术 研究 开发 E ma i l h a i z h a n g t s i n g h u a e d u c n 3 2 维普资讯 分 别 为 6l O o C和 61 3 见 表1 表 1 新 矶 子 电站 1号 锅 炉 机 组 主 要 参 数 Ta b 1 Ma i n p a r a me t e r s o f Sh i n I s o g o 1 b o i l e r 项 目 数值 单 机 容 量 MW 蒸 发 量 t h 主蒸 汽温度 锅炉 出口 主蒸汽压力 锅炉出 口 MP a 再热蒸 汽温度 锅炉 出口 最终 N O 排放质量浓度 mg L 6 0o l 7l 0 6 05 27 4 8 6l 3 2 0 1 2锅 炉 设计特 点 图l为 新 矶 子 电 站1号 US C 锅 炉 整 体 布 置 锅 炉 采 用 塔 式 结 构 总 高 度 为l O 0 r lfl 除 辐 射 受 热 面 外 相 当一 部 分 对 流 受 热 面 也 布 置 在 炉 膛 上部 这 种 布 置 比 常 规 锅 炉 减 少 了约 2 0 的 占 地 面 积 另 外 也 使 得 烟 气 流 动 更 加 流 畅 总 体 阻 力 减 小 见 2 相 应 地 降 低 了 厂 用 电 图 1 新 矶 子 电站 1号 USC 锅 炉 整 体 布 置 F i g 1 L a y o u t o f No 1 USC b o i l e r i n Sh i n I s o g o P o wer St a t io n 为 保 证 在 滑 压 运 行 况 下 稳 定 吸 热 炉 膛 同 路 采 用 螺 旋 管 与 光 滑 管 卡 只 结 合 的 设 汁 炉 膛 F 部 水 冷 壁 的螺 旋 管 结 构 保 i E 了 在 不 采 用 节 流 圈 的 情 况 下 吸 热 均 匀 图 3为 锅 炉 采 用 的 平 行 炯 道 设 计 存 这 种 设 计 F 过 热 蒸 汽 温 度 只 需 通 过 通 道 的 挡 板 进 行 调 节 而 不 需 通 过 喷 水 或 烟 气 再 循 环 所 以 具 有 调 温 不 影 响 燃 烧 无 喷 水 不 影 响 循 环 效 率 受 热 面 磨 损 小 伞 负 倚 范 围 再 热 蒸 汽 可 渊 煤 种 适 应 性 一和 厂 用 电 较 小 等 特 点 与 其 他 I HI锅 炉 的 设 计 卡 日似 采 用 了 贴 壁 风 来 防 止 结 渣 和 水 冷 壁 腐 蚀 图 4 贴 壁 风 从 冷 灰 斗 a 通道式 b 塔式 图 2塔 式 结构 和 常规 结 构 锅 炉 的烟 气 走 向 比较 Fig 2 Co mp a r i s o n o f f lu e g a s p a t h b e t we e n t o wer t y p e a n d c O n v e n t i O n a l b o i l e r s 图 3平行烟道设计与过热器调温 F i g 3 P a r a l l e l f lu e g a s p a t h s a n d S H t e mp e r a t u r e a d j u s t me n t 维普资讯 I 1 l 中国电力 第 卷 图 4贴 壁 风 Fi g 4 Su r r o un d i ng a i r 的 部 r l l J 二 送 受 5 Y lJ 档 体 场 的 f f j 这 f I5 分空 气 贴 近 水 冷 唑 量 热 的 壁 上 区 动 形 成J 层 氧 化 r l 气 腔 仃 r敏 地 保 护 丁 窭热 免 受 高 温 腐 蚀 和 结 渍 风 的 f 约 锅 炉 敞 皱 的 5 柑 料 的尴 择 J s 锚 r 常 咀 要 I HI 公 司 认 1 ls 锅 I J 选 择 材 料 戊 垃 岜 3 1 宵 1 高 度 r r 包 括 窿 r 岫 抗 腐 蚀 抗 汽 0 氟 化 羊 蜗 业 特 性 2 比芹 的 j f 特 性 心 适 仙 小 厚 以 降 低 热 啦 改 善运 性 3 f葛顷 L 利 料 好 制 i 占 这 样 能 僻 到 l蔫厩 的鹊 材 和降 低 制 造 l 此术 1 Hl 对 多 利 进 的 艇 厦 体 制 币 不 径 的管 材 上 挂什 J 能 测 试 新 矶 子 电 站l号锅 l 受热 面 选 用 的 材 荆 包 捕KA 3 0 4 j B f I 8 C r 一 9 N 一 3 CLI Nh N A SL 3 2I J1 I t TB 1 S I 1 0Ni r i N J I I KA I s4 l O J 3 1 I j f l Cr 2 W 一0 4Mt 等 lIl I 1 塔 式 锅 炉 常 规销 炉 的 l岛腰 罂 商 没 计 I J1j 需 特 别 考 虑锅 炉 的 热膨 胀I 粥 炉 帕 总 商 为 O E l1 妒 底 分 热 膨 怅 R崖 1 达 5 0 0II l 这 比 前 胤 钎 l5 炉 总 的热 膨 胀 最 人值 迁 夫 没 汁 巾 采川 r蛐I 卜2点 竹 施 1 受 热 面 吊牡 苻 的 楚撵 过 热 燕 汽 管 啦 盒属 温 度 I 膛 水冷 啭 n 勺 金 属 温度 川 同 f 2 埘燃 烧 器 各种 管 煤 粉 什 酋 IF 其他 管 道 睦丌 1 台适 种 类r r J 膨 胀 炉 底 最 大 热膨 胀 处 采川 毛 r 的 J 吊 架 燃 烧 器 巾置 悄 前 后墙 采f lJ 对 巾 置 这 种 3 4 均 以 硬 陇 良 低 觑 简 能 燃 烧 器 姗 5 儿 流 场 丹 佰 图 6 陵 燃 烧 分 l 外 2域 艟 流 送 人 n f l 几 肜 成 t 分 缀 燃 烧 利 降 骶 NO 的 J 成 食营 蚪 1 1 图 5燃烧器结构 示意 F i g 5 Burne r s t r u c t u r e 蔷 转 啦 固 6燃 饶 器 的 气 流 分 布 和 出 口 流 场 特 性 F i g 6 Ai r f l o w di s t r i b u t i on a n d f i e l d f ea t u r e s at t h e b u r n er o u t l e t 2 锅炉 安装与运行 卉 锅 炉 主 忭 4 方 形 是批 除 这 些 立 l 外 为 减 轻 现 场 r作 髓 昕 If 锏 绌 蜘 卅 预 距 l 站 3 0 0 k 11 远 的 I I I I 场 组 犍 然 遥 划 脱 场 进 行 模 块 式 吊摊 装受 场 地 宅 间 制 尤 果 川 常 的 塔 吊 J半 酃 丹 的模 块 川 起 重 器 J 胁 F 分 的 模 维普资讯 块 以 起 重 器 托最 人 蓖 艟 的 模 块 约l 65 0t 为 锅 炉 上 部 的 受 热 炉 卡 卜 架 于l 9 9 9 r 8 J J 始 搭 建 2 00 0 午 5 月 始 联 衔 吊 托 2 0 0l 卜3 J J F始 水 几 试 验 2 0 0l q 8 月 点 火 酞 运 i 机 2 00 2 t 4 j 投 入 商 Ik运 行 延 状 念 良 女 f c 式运 i 于期 撼 和 冉 热 熊 温 度 以 技 N0 的 排 收 质 付 浓 度 挪 达 刮 J 设 汁 求 7 为 试 运 I i J 不 同 饥 茼 F的 炉 效 以 行 实 际 的 锅 炉 效 率 燃 烧 小 iq 种 时 比 没 计 的 约 离l 燃 烧 进 i 1 煤 种 时 更 I 2 乃 2 0 0 2 f 1 I 2 0 03 r度 的 运 统 汁 数 据 苷 爱 蓥 图 7试 运 行 期 间 不 同 负 荷 下 的 锅 炉 效 率 F i g 7 Bo i l e r e ffic ien c y a t d i ff e r e n t lo a d s i n c ommi s sio n i n g 表 3新 老 机 组 烟 气 中 污 染 物 排 放 对 比 T a b 3 Comp a r i s o n o f p ol l u t a n t e mi s s i o n b e t we e n t h e old an d ne w unit s 3 结语 新 矶 子 电 站l 0 6 0 0 MW 机 址 I公 i 川 造 的 水 楚 汽 参 数 最 高 的 uS 煤 粉 IIII5 炉 J L 总 体 计 受 热 I 卣布 置 燃 烧 系 统 材 料 选 择 以 殷 锅 炙 何 鲜 的 特 点 f 1 I 代 i 亥机 2 0 0 2 4 1 4 川 投 运 以 来 运 行 状 良 女 f l 小 L j 救 术 的 发 经 验 值 得 我 旧 借 U S C技 术 Ij J f 徵 l i I I J 址 一 成 熟 先 进 高 效 的 发 I U技 术 将 成 乃我 f 发 I 乜技 术 的 优 允 选 择 r 的 发 跹 表2 2 0 0 2 和2 0 0 3 年度的运行统计数据 参考文献 Ta b 2 Th e o p er a t io n d a t a i n 2 0 0 2 a n d 2 0 0 3 电 站 在 大 C 污 染 的 防 治 采 川 f U除 除 去 炯 气 中 的 粒 物 离 效 式 排 娴 脱 硫 装 l i 0 s o 卅 放 质 射浓 发 降 低N O 排 放 厅 锅 炉 炉 膛 I j j 使 用r低 NO 燃 烧 及 分 级 燃 烧 J 一 式 存 铮5 炉 的 尾 部 还 安 装J f 排 烟 脱 销 R 丧 3为 新 岂 机 组 气 中 污 染 物 排 放 埘 比 t t J 行 3 种 染 物 粉 NO 千 SO 的 排 放 l l 卡 排 放 质 浓 度 郜 仃 降 低 新 饥 子 吧 站 1 J f 于 横 滨 f 郊 濒 I 火 海 J P o we r公 电 站 建 设 f 1 运 行 中 除 满 格 的 环 保 要 求 外 还 f 常 沣 峒 f 环 境 的 协 洲 U站 污 水 排 放 减 少 J 粉 飘 敞 降 低 噪 资 源 r u 收 L部 采 取 了 一 系 列 有 3 1 1 施 J 汤 蕴 琳 我 罔 火电 建 设 的 新 l 牌 趔 趟 临 U S C 燃 机 组一J 一电 力建 没 2 0 4 2 5 J 0 J 一 3 t i l l l i n Ne w I n i s t o tl e to r I r l t K l I l l I O l l S l I l l l i o l t i n Ch i n a r i s i n g o f u l t r a S LI p r r i t i l a l S C t t 1 一 t i t t J mil l s J H h P 0 P rC o l l s t r t l l i o n 2 0 0 4 2 5 1 0 J 一 3 2 一 待 吴 少 华 李 振 t 趟 趣 I 燃 媒 发 l 乜技 术 怂 我 t 1 j 发 展 净煤 发电技 术的 优 屯选 择 一 J I I I f i ix J 2 0 0 4 3 7 9 J 3 一l 7 J I J u n L S h a t 一 h u a I J Zh e n z h o n g LI n t l p e l t j f i J I1 r e s s t l l f o a l f i r e J f mwe r g e n e r a l i o n t e l h n h g i s l h t I r e t r I Il l i a l I l i A P f r Ch i n a f d e x c h i p c a l l t o a l I1 m P r g e l l e r d l i r f lult A o g a t I 1 r P P i1 1 J E l e I r i c P o w r 2 0 0 4 3 7 9 J 3 一J 7 3 Ij 汉 4 嘲 臻 超临 界t L H和超趟临 帆宝 l i 的 J 势 J曼r 我I q人 J 发展的广 前景 J 电站系统 1 2 0 0 4 2 0 5 8 l 0 XI l h t n r a i ZI I OU Zh e n S Il l i e l i I 1 J I t 1 4 i l i i n i a l a n d t t l l r n I p e r l r i i I a l u n i t s a n d i l s u l u l P e i O l i i l l e i t l i n Cl Ai m J 1 f1 t 1 4 1 f ll l En g i n e e I i n g 2 0 0 4 2 0 5 8 一J 0 4一黄雅 罗 超 超临 界火 力发l 乜 技 术 技 e J I I 腑 蛙 J 一 热 J 发 lU 2 0 0 2 2 2 5 HUAN Ya l u o E x l r a S l l p f r l r il l a 1 1 1 1 e l3 1 1 11 I l l I e l l r a l i I l l t I n fi q n e 3 5 维普资讯 l 中 国 电 力 第 3 8 卷 可 佩 嗣 鲷 目 懵 啊 a n d p r o s p e c t s o f i t s a p p l i c a t i o n J T h e ruml P o w e r G e n e r a t i o n 2 0 0 2 2 2 5 5 MA T S UD A T o s la i r o u N A KA MU RA S h i n o b u I WA S A K I T e t s u y a e t Co n s t r u c t i o n o f s o p h i s t i c a t e d e n v i r o n me n t a l c o n t r o l e d 6 0 O MW p u l v e r i z e d c o a l fi r e d t o w e r b o i l e r f o r u r b a n p o w e r s t a t i o n f A P r o c e e d i n g s o f t h e P i t t s b u r g h C o a l C o n f e r e n c e 2 0 0 4 C 2 0 0 4 责任编辑 孙 家振 Ul t r a s up e r c r i t i c a l c o a l fir e d b o i l e r us e d i n S hi n I s o g o Po we r St at i o n Z H A N G H a i L U J u n f u YU E G u a n g x i L I Z h e n g Y E X u e j u n Z HANG S h o u v u YANG Hu i 1 D e p a r t me n t o f T h e r m a l E n g i n e e r i n g T s i n g h u a U n i v e r s i t y B e i j i n g 1 0 0 0 8 4 C h i n a 2 Col l e ge o f Po we r En gi n e er i n g Uni v e r s i t y o f Sh a ng h a i f o r S c i e n c e Te c hn ol o g y S h an g ha i 2 00 09 3 Chi na 3 C h i n a M a c h i n e r y C o mp l e t e E q u i p m e n t E n g i n e e ri n g C o r p o r a t i o n B e i j i n g 1 0 0 8 2 5 C h i n a Ab s t r a c t J a p a n i s o n e o f t h e mo s t a d v a n c e d c o u n t rie s i n t h e d e v e l o p me n t a n d a p p l i c a t i o n o f Ul t r a s u p e r e r i t i c a l US C t e c h n o h g y a n d I s h i k a w a j i m a H a r i m a H e a v y I n d u s t ri e s I HI i s o n e o f m a j o r m a n u f a c t u r e r s fo r U S C b o i l e r s i n J a p a n T h e t e t h n i e a l f e a t u r e s a n d o p e r a t i o n s o f u n i t 1 6 0 0 MW US C b o i l e r i n S h i n I s o g o P o w e r S t a t i o n w a s i n t r o d u c e d i n t h i s p a p e r w h i c h i s o f t h e h i g h e s t s t e a m p a r a me t e r s i n J a p a n T y p i c a l l y t h e b o i l e r i s o f s i n g l e r e h e a t e r a n d s l i d i n g p r e s s u r e o p e r a t i o n b e s i d e s t h e t o we r t y p e d e s i g n s a v e s c o n s t r u c t i o n a r e a f o r c e rt a i n a mo u nt o f c on v e c t i v e h e at i ng s urfa c e s a r e a rra n g e d i ns i de t h e f u r na c e a n d i t a l s o r e d uc e s t h e r e s i s t a n ce a l o ng t he g a s c on du c t Pa r a l l e l g as c o n d u c t s a r e d e s i g n e d t o a d j u s t t h e s u p e r h e a t i n g r e h e a t i n g t e mp e r a t u r e me a n w h i l e t h e s u r r o u n d i n g a i r i n j e c t e d u p w a r d s t o p r e v e n t wat e r wa l l f r o m h i g h t e mp er at u r e c o rro s i o n a nd t h e e ffi c i e nt l o w NO b urne r a n d mo du l a r b o i l e r i ns t a l l a t i o n a r e a l s o ut i l i z e d i n t hi s s c he me Th e ma t eria l s s e l e ct i o n i s i n a c c o r da n c e wi t h t h e f e a