超临界锅炉热力系统及其运行控制唐海宁

扬州第二发电有限责任公司超临界锅炉热力系统及运行控制介绍一、锅炉本体总体介绍二、锅炉启动系统三、LNASB燃烧器介绍四、风烟系统介绍目录五、制粉系统介绍六、锅炉防止结焦的措施七、兄弟电厂调试及运行中的经验一、锅炉本体总体介绍锅炉整体布置图冷灰斗燃烧器省煤器屏式过热器一级过热器末级过热器低温再热器高温再热器空预器炉膛及水冷壁锅

炉

汽

水

流

程锅炉结构特点布置于上炉膛的屏式过热器采用膜式管屏末端技术，使管屏平整防止结焦、挂渣。燃烧器喉口设计采用水冷壁让管加强喉口冷却，并采用高导热性的、光滑的碳化硅砖敷设喉口表面，以降低燃烧器喉部耐火层表面温度，抑制燃烧器区域的结焦。高温受热面采用小集箱和短管接头的布置，集箱口径小壁厚薄，降低了热应力和疲劳应力，提高了运行的可靠性。锅炉尾部采用双烟道，根据再热汽温的需要，调节烟道下方的烟气挡板来改变流过低温再热器和低温过热器的烟气量的分配，从而实现调节再热汽温的目的。二、锅炉启动系统启动系统功能满足锅炉冷态、温态、热态、和极热态启动的需要，直到锅炉达到30％BMCR最低直流负荷，由在循环模式转入直流方式运行为止只要水质合格，启动系统可完全回收工质及其所含的热量在最低直流负荷以下运行时，贮水箱出现水位，将根据水位的高低自动打开相应的水位调节阀，进行炉水再循环启动系统示意图储水箱水位控制概述在启动期间，靠炉水循环泵和给泵的协同控制来维持分离器的水位及锅炉最小循环流量。当锅炉发生水膨胀时在储水箱里会造成很高的液位，此时须靠两个排放阀的连续排放来维持分离器正常水位。随着负荷的增加，更多的水转化成蒸汽，储水箱的液位降低，直到液位低时水泵跳闸为止，在本生负荷点以上，所有水都转化成蒸汽。当循环泵和调节阀正常运行而不能达到排除储水箱多余的水时，由溢流阀来完成。溢流阀的开度指令为储水箱水位的函数，并采用储水箱压力进行修正。溢流阀的最大开度受储水箱压力的限制，当储水箱压力达到3.0MPa时，大容量溢流阀全关；当储水箱压力达到20.0MPa时，小容量溢流阀全关。贮水箱水位控制计算表明，锅炉贮水箱容积为2.161m3，分离器的容积为1.847m3，全部有效约容积为7m3，一期工程汽包的容积为665m3，因此直流炉启动时分离器水位变化很大。循环泵流量控制启动和升负荷期间贮水箱水位与循环泵流量特性参见下图。在稳定状态下，再循环流量是由贮水箱水位确定的，循环流量是锅炉负荷的函数。在稳定状态下，给水流量是本生流量与再循环流量之间的差值。循环泵流量控制StartCirculationPump30%BMCRflow30%6.0metres0%100%0%

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PTLightFirstBurners33%33%6.03%0%100%9%

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PTWaterLevelIncreasesFromSwelland3%CoolingFlow

30%33%

6.73%f(x)P+IP+I9%100%9%0%MINf(x)

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38

0WaterSwellsMore,OpenDrainValve30%33%7.653%f(x)P+IP+I9%100%9%100%MINf(x)10006.77.65

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38

0SomeWaterSteamsoff.Levelreturnsto6metres30%33%6.03%f(x)P+IP+I0%MIN100%9%f(x)

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00%EvaporationStarts30%35%5.435%f(x)P+IP+I5%MINf(x)

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35

5EvaporationIncreasesT10%30%3.7120%f(x)P+IP+I20%MIN0246810300f(x)

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35

20EvaporationIncreases30%2.030%f(x)P+IP+I30%MIN0%f(x)

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35EvaporationIncreases0%35%2.035%f(x)P+IP+I35%MIN0%75%f(x)

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35EvaporationIncreases，ValveTransfer0%40%1.540%f(x)P+IP+I40%MIN0%0%Mainvalveopenf(x)

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40SubCoolingF(x)AlarmAlarmsaturationtemperatureopenscloses

PT

TTSubCoolingValveOperationStorageVesselTemperatureTimeTsatTsat–20KTsat–30KValveopenValveClosed锅炉给水调节的总体策略

总之，机组在低负荷时，关闭给水电动隔离阀，通过启动调节阀控制给水流量，以维持通过省煤器所需的流量。同时调节电动泵速度来维持启动调节阀两端固定的差压（约0.5－0.9MPa）。当流量增加并且启动调节门阀门大于75%时，给水主隔离阀被打开，给水调节切换到可变的给水泵速度调节，根据煤水比、中间点温度及分离器出口焓进行给水量调节。炉水循环泵概要我厂炉水循环泵的生产厂家为KSB公司，循环泵和电机形成一个封闭的耦联装置，装置垂直安装，电机在泵壳的正下方。泵和电机均充注液体，压力和整个系统压力相同，电机为潜水电机，泵装置悬挂于管道上，无支撑架。炉水循环泵热力系统炉水循环泵的结构

泵和电机之间设有一个热屏蔽装置，其目的是将高温的泵和低温的电机隔开，将两者的热传导降至最低。轴承箱有两个，一个在电机上方，另一个在电机下方，轴承采用水润滑，止推轴承安装于轴的下端。止推轴承上设有径各的孔，从而可以起到辅助叶轮的作用，其目的在于保持水在电机和高压冷却器之间的循环，将泵体中由于电机的热损耗以及轴承摩擦所产生的热量传到低压冷却段上，以防电机发生超温。机组正常运行后，炉水循环泵处于热备用状态，此时通过热虹吸作用保持电机不发生超温。炉水循环泵的启动主要操作序号操

作

步

骤1确认

炉水循环泵电机侧绝缘合格，对地电阻

MΩ（大于200MΩ）；2确认冷却水增压泵启动正常，泵的联锁试验正常；3确认凝结水系统启动正常且凝水至炉水循环泵注水通道已打通，调试初需启动临时注水泵进行注水；4以约5升/分的流量冲洗装置，直到从泵壳上的排放管或从排出管线的溢水阀中流出的水清澈干净。5取水样分析，并将数据与规定的水质相比较；6关闭泵壳排放管或排出管上的阀门，然后进行注水，直到水从吸入管线的放空阀中流出7确认泵体注水系统完好，已经冲洗完毕；8确认分离器贮水箱水位≥2350mm；9确认炉水循环泵暖泵已结束，炉水和泵壳间温差＜55℃；10点动

炉炉水循环泵进行泵和电机系统的注水排气，同时注意泵出口压力（＞13bar），以确认电机转向正确；11启动炉水循环泵，记录启动电流

A，电流返回时间

s；12检查炉水循环泵出口门开或再循环门开，泵流量大于最小允许流量；13检查炉水循环泵运行正常，轴承温度、线圈温度、冷却水正常。炉水循环泵启动及运行注意事项1电机启动前必须保证电机及高压冷却器和相应的高压管线注满合格的清洁冷水；2任何时候不能使泵在无工质状态下空运行。3为防止污染电机，任何时候都不可通过泵壳向电机注水，而只能通过安装在泵体下部的注水管线进行注水。4按照产品说明书，该泵1小时内启动次数不超过4－5次，在重新启动前应让装置冷却30秒。5泵处于热备用状态时应确保低压冷却水不中断，泵运行时冷却水中断5min会使电机绕组绝缘损坏，泵停运状态下冷却水中断2小时将导致电机温度升高，超过65℃，使电机退出备用。冷却水长期中断会使电机温度升至约100℃，尽管不会使电机绕组产生破坏，但对电机绕组的使用寿命带来不利影响；6锅炉化学清洗及冲管期间应保持炉水循环泵处于连续注水状态，并配备专门的注水泵(一运一备)，以防发生设备损坏。三、LNASB燃烧器介绍NOx的形成NOx是由于燃烧过程中的多种反应产生的，然而两个主要来源是燃料型NOx和热力型NOx。燃料型NOx是由一定比例的燃料结合氮氧化形成的，但如果燃料氮的释放是在还原氛围中发生的，则NOx的形成能受到抑制。热力型NOx是由燃烧空气中的氮气同有效的氧气之间的反应生成的，生成率与炉温呈指数关系，但也取决于时间和氧的浓度。煤中存在的氮结合成化合物，单个氮原子通常与碳结合成有机氮化合物。空气中的自由氮分子，氮原子以非常强的N

N成对结合成氮分子（N2）。这种结合比C一N结合强约三倍。这些键被破裂形成NOx，C一N键将比较容易破裂，而N

N的破裂则需要更多的能量，因此大气中的氮形成NOx，只有在1500℃以上的温度下才有意义，并随温度呈指数增加，从燃料的结合氮中产生NOx在相对低的燃烧温度下发生，并且不会显示出同样的变化。由此可以看到，对燃烧区域NOx的形成两个最重要的影响因素是氧气和温度。因此控制这两个因素就意味着控制NOx的形成。燃烧器布置图LNASB燃烧器的结构图OFA喷嘴结构LNASB燃烧器的特点增大挥发份从燃料中释放出来的速率，以获得最大的挥发物生成量；在燃烧的初始阶段除了提供适量的氧以供稳定燃烧所需要以外，尽量维持一个较低氧量水平的区域，以最大限度地减少NOx生成；控制和优化燃料富集区域的温度和燃料在此区域的驻留时时间，以最大限度地减少NOx生成；增加煤焦粒子在燃料富集区域的驻留时间，以减少煤焦粒子中氮氧化物释出形成NOx的可能；及时补充燃尽所需要的其余的风量，以确保充分燃尽燃烧器喉部照片三井巴布科克公司（MitsuiBabcock）的经验表明旋流燃烧器的喉口设计对燃烧器性能（火焰稳定性、燃烧器区域结渣的控制等）和整个炉膛都有十分重要的影响。三井巴布科克公司（MitsuiBabcock）所有新设计的LNASB燃烧器都安装有一只专门设计的喉口。这个喉口有合理的旋角；喉口前缘由炉膛水冷壁管环绕；喉口表面镶衬光洁的、导热性能良好的碳化硅砖，不仅耐高温、耐磨，而且与普通耐火材料相比能够大大降低喉口表面的温度，有助于防止喉口部位结渣。大量运行经验表明，采用这种结构的喉口可以完全消除燃烧器喉口区域的结渣。四、风烟系统介绍风烟系统流程图省煤器＃3炉＃4炉电除尘A空预器B空预器引风机送风机一次风机送风机一次风机风烟系统和一期工程的对比1、风烟系统联络风道及相应挡板少于一期工程，不利于消除锅炉热偏差；2、一次风机采用双级轴流，效率有所提高，但在RB时易发生喘振问题；3、引风机采用轴流风机，入口导叶调节采取电动方式；4、送风机及引风机无润滑油站，系统简洁，一次风机润滑油及液压油分离，减少两系统的相互影响；5、空预器采用双密封结构，漏风率可以进一步降低，但要防止空预器卡涩的问题；6、采用热风再循环控制空预器冷端腐蚀，不存在暖风器堵塞的问题。送风机送风机型式：动叶可调轴流式风机ASN2730/1400运行方式：两台风机并联运行调节方式：液压动叶调节布置方式：水平对称布置，垂直进风，水平出风安装地点：室外露天生产厂家：沈阳鼓风机厂送风机性能曲线送风机叶片送风机叶片为机翼形扭曲叶片，由锻造制成，无杂质，密度高，叶片整体晶相结构紧密结合，过渡平滑，结构强度高。无润滑油系统，轴承采用油浴自润滑，动叶采用液压油驱动，液压油压和同类型设备相比较低（只需＞1.7MPa）。一次风机一次风机型式：动叶可调轴流式风机AST-1792/1120运行方式：两台风机并联运行调节方式：液压动叶调节布置方式：水平对称布置，垂直进风，水平出风叶轮级数：两级生产厂家：沈阳鼓风机厂有限公司一次风机性能曲线引风机引风机型式：静叶可调轴流式风机AN35e6（V13+40

）运行方式：两台风机并联运行调节方式：静叶调节布置方式：水平布置，两台风机的冷却风机对称布置，可调节前导叶电动执行机构安装位置从电机一端看均在风机右侧。卧式、垂直进气。生产厂家：成都电力机械厂引风机工作原理进气室前导叶集流器叶轮扩压器AN风机是一种子午加速风机，它由进气室、前导叶、集流器、叶轮、后导叶和扩压器组成。AN风机工作时，烟气进入AN风机进气室，经过前导叶的导向，在集流器中收敛加速，再经过叶轮的作功产生静压能和动压能；后导叶又将烟气的螺旋运动转化为轴向运动而进入扩压器，并在扩压器内将烟气的大部分动能转化为静压能，从而完成风机的工作过程。引风机性能曲线空气预热器每台锅炉配有两台半模式、双密封、三分仓容克式空气预热器，立式布置，烟气与空气以逆流方式换热。预热器转子采用半模式扇形仓格结构，热端和热端中间层传热元件采用DU板型。所有传热元件盒均制成较小的组件，检修时可全部从侧面检修门孔处抽出，更换非常方便。冷端传热元件及元件盒的材料采用耐低温腐蚀的Corten钢制作，可保证使用寿命大于50000小时。

空气预热器密封

双密封结构简图

预热器采用双径向、双轴向密封系统。热端静密封采用美国ALSTOM-API新结构，为迷宫式密封结构，既保证密封性能，又可使扇形板上下移动；冷端静密封采用胀缩节式，既保证了不漏风，又可以调整扇形板位置；热端和冷端静密封由通常的单侧密封改为双侧密封，既减少了漏风又提高了使用寿命。空气预热器轴承预热器采用可靠的导向和支承轴承。导向轴承采用双列向心滚子球面轴承，导向轴承装置本身可随转子热胀和冷缩而上下滑动，并能带动扇形板内侧上下移动，从而保证扇形板内侧的密封间隙保持恒定。导向轴承结构简单，更换、检修方便，配有润滑油冷却水系统，并有温度传感器接口。空气予热器的支承轴承采用向心球面滚子推力轴承，使用可靠，维护简单，更换容易，配有润滑油冷却水系统。

导向轴承支撑轴承空预器中心传动装置每台予热器配有一套中心传动装置，包括主电机、辅助电机和盘车装置，电机配备变频调速启动装置，实现软启动、无级变速。当主传动电机发生故障时，能自动切换辅助电机投入运行，确保予热器安全运行。一旦停转，转子停转报警器发出声光报警。传动装置减速机齿轮全部为硬齿面，减速机体积小、重量轻，安装调整方便，运行平稳可靠。

中心传动装置空预器换热元件转子采用半模式双密封扇形仓结构(ALSTOM-API专利)

，其优点是转子中心筒和模式扇形仓是销接结构，在工地不用焊接，不存在焊接变形。该空气预热器这种结构减小了工地焊接工作量，安装速度快。传热元件盒均制成较小的组件，检修时热端传热元件盒、中间层传热元件盒、冷端传热元件盒全部抽屉式从侧面检修门孔处抽出，安装、更换非常方便。

五、制粉系统介绍制粉系统和一期工程的对比1、一期工程采用MPS磨，二期工程采用HP磨，两种磨煤机均为中速磨，主要差别为磨辊形式的差异；2、二期磨煤机出口设置可调缩孔，而一期工程MPS磨出口为固定缩孔；3、MPS磨采用液压加载系统实现变加载，而HP磨采用弹簧变加载；4、HP磨空磨运行时磨辊和磨环之间不接触，以减少启动初期的振动；5、HP磨不设置水冲洗系统，只有一路惰性蒸汽系统；6、HP磨石子煤斗内正常有一水位，解决了一期石子煤斗易漏风而导致石子煤阴燃的问题，同时对于防止磨煤机走石子煤进水有一定的作用。HP磨概貌图制粉系统的构成

长期以来张家口发电厂HP磨煤机石子煤排放率高达1%～4%，严重影响了机组供电煤耗。后该厂通过对叶轮风环、分离器等部件的改造，使石子煤排量降到0.4%左右，机组供电煤耗降低了1.1%

。

(1）重新调整底边衬板，使之与中间衬板平齐，安装牢固。另将分离器底边衬板和中间衬板与叶轮调节罩的间隙进一步缩小到8～10mm，以使调节罩随叶轮旋转时能保持较小的、均匀的间隙，大大降低漏风量；

（2）原中间衬板改为厚24mm的16Mn钢板，提高了其耐磨性，消除原中间衬板因不耐磨而造成的脱落和断裂（影响风速和磨辊间隙调整），并消除了由于其脱落和断裂后造成的磨煤机退出运行的隐患；

（3）叶轮叶片上靠叶轮风环的内侧焊接节流环，改变了通流面积，当流量q标准状态下为80km3

/h时，满足流速v

为60m/s的要求。另外，将叶轮风环材料改为16Mn，提高了其使用寿命；

（4）从节流环外侧至叶轮风环内侧底圆间加焊厚10mm的16Mn弧型钢板，使其与叶轮外侧形成流线型喷嘴，以便一次风流过叶轮时分配更加均匀，并使阻力损失降低；

（5）恢复风道入口防护网，以防止石子煤进入风道，防止风道内积煤和结焦，减少一次风流量和压力的损失。

HP磨石子煤排放量问题六、锅炉防止结焦措施

锅炉结焦问题严重影响锅炉安全运行，北仑港#1炉存因为锅炉掉焦而造成重大人员伤亡，此外，结焦也易造成炉内受热面产生热偏差，导致管壁出现超温问题。

哈尔滨锅炉厂对于预防锅炉结焦采取了一定的措施，但锅炉在实际运行中由于煤种、配风等因素的影响，结焦问题不可避免，而哈尔滨锅炉厂锅炉本体设置的看火孔数目偏少，不利于运行人员对锅炉结焦情况进行监视。锅炉结焦问题过热器吹灰器保证清洁SuperheaterSootblowersensurecleanliness膜式过热器确保管排平整MembranedSuperheatersensurealignment炉膛水冷壁吹灰器保证清洁FurnaceWallSootblowersensurecleanliness炉膛出口烟气温度保护对流受热面FurnaceExitGasTemperatureprotectsconvectivesurface燃烧器喷口防结焦设计

BurnerOpeningSlagfreedesign防结焦措施SlagPrevention三井巴布科克屏式过热器MitsuiBabcockPlatenSuperheaterMatlaPS-6x600MW机组.MatlaPS-6x600MWUnits.自1981开始应用膜式管屏末端技术并得以验证Membranedplatentipsproveninservicesince1981.结焦完全得以控制。Ashdepositstotallyundercontrol.过热器受热面保持完好。Superheaterheatingsurfacesmaintainedfullyeffective.没有积灰，没有危害炉膛安全的掉渣的风险。Noaccumulationsofashandnoriskofdamagingfalls.燃烧器开口的设计可避免结焦BurnerOpeningDesign

AvoidsSlagging边缘管LeadingEdgeTube铺有耐火砖的喉部

RefractoryTiledThroat七、直流炉的特性介绍

由于直流炉在汽水流程没有汽包，在直流运行状态汽水之间没有一个明确的分界点，这造成燃料量、给水量、汽机调门开度发生变化时均会导致机组负荷、主汽压力、主汽温的变化，各个参数之间存在复杂的耦合关系，需要在控制回路中进行解耦。

此外，在机组启动过程中，需对分离器水位进行控制，同时维持水冷壁安全运行所需的最小流量，在本生点负荷以下运行时，锅炉又具有汽包炉的一些特性。超临界直流炉控制的复杂性汽机调门开度变化对锅炉的影响

直流锅炉汽水一次性通过的特性，使超临界锅炉动态特性受汽机调门开度变化的影响远比汽包锅炉大。当汽机调门开度发生变化，影响了机组的功率,同时也直接影响了锅炉出口末端阻力特性,改变了锅炉的被控特性。由于没有汽包的缓冲，汽机侧对直流锅炉的影响远大于对汽包锅炉的影响。其特性不但影响了锅炉的出口压力，而且由于压力的变化引起了给水流量的变化，延长了锅炉侧汽水流程的加热段，导致了温度的变化。锅炉燃料扰动对主汽压、主汽温及机组负荷的影响

燃料发生变化时，由于加热段和蒸发段缩短，锅炉储水量减少，在燃烧率扰动后经过一个较短的延迟，蒸汽量会向增加的方向变化；当燃烧率增加时，一开始由于加热段蒸发段的缩短而使蒸发量增加，也使压力、功率、温度增加。给水扰动对压力、温度、功率的影响

当给水流量扰动时，由于加热段、蒸发段延长而推出一部分蒸汽，因此开始压力和功率是增加的，但由于过热段缩短使汽温下降，最后虽然蒸汽流量增加但压力和功率还是下降，汽温经过一段时间的延迟后单调下降，最后稳定在一个较低的温度上。从上面的分析可以看出，直流锅炉的一次性通过特性，使机组的主要控制参数功率、压力、温度均受到了汽机调门开度、燃料量、给水量的影响。从而也说明直流锅炉控制系统是一个多输入、输出并具有相互耦合关联极强的特性，控制系统应进行解耦方可得到较好的控制效果。直流炉特性曲线八、兄弟电厂调试及生产过程中的经验1、屏过多次发生爆管：停炉后发现集箱中存在异物，冲管未能带走；(一)常熟二厂合理的短接管集箱和集汽集箱可延长寿命Stubheadersandmanifoldgivelongservice三井巴布科克采用短管集箱与小管连接的技术。MitsuiBabcockusestubheadersforelementswithmanytubes.高参数的现代电厂，可以只在短管集箱及与之相连的小管过渡段上采用高等级合金材料。Inthecaseofadvancedplant,usinghighsteamtemperature,thehighestgradealloyscanbelimitedtothestubheaderswithsmalldiametertransitions.有短接管的集箱口径小、壁薄，管桥间不易产生裂纹。Stubheadersaresmallerdiameter,thinnerandtheinter