超临界机组受热面布置.ppt

1、四.超临界机组受热面布置，影响锅炉机组受热面布置的主要因素，炉膛结构对锅炉性能的影响，蒸汽温度调节方式和受热面传热特性，锅炉型号：DG1900/25.4-1锅炉为单炉膛、一次再热、平衡通风、室外布置、固体排渣、全钢架全悬挂结构的超临界参数变压直流锅炉。中速磨直吹式制粉系统配有6台磨机(一台备用)，配有旋流燃烧器HT-NR3，前后壁为对向燃烧。该机组配有250B-MCR蒸汽驱动调速给水泵和一台30 B-MCR电动调速给水泵。采用35B-MCR系列高、低容量汽轮机旁路。锅炉的主要极限尺寸和影响锅炉机组1受热面布置的主要因素。锅炉参数对受热面布置的影响机组的亚临界压力可达19.6兆帕，接近临界参数，

2、所需蒸发热量大大降低，而过热热量、再热热量和预热热量大大增加。然而，在设计水冷壁受热面时，主要考虑的是燃烧稳定性、提高燃尽率、防止结渣、控制炉膛出口烟气温度和壁膜沸腾，并且炉膛内需要布置足够数量的辐射受热面。在额定负荷下，不仅要满足蒸发和吸热的需要，还要控制炉膛出口的烟气温度。因此，一方面，给水预热过程的一部分被转移到水冷壁，另一方面，由于过热器和再热器受热面的增加，为了提高传热效果，解决炉内辐射受热面不足的矛盾，部分过热器和再热器被转移到炉的上部或炉附近。形成具有辐射加对流的过热器或再热器系统。超超临界机组蒸汽参数的提高对锅炉的寿命和运行可靠性有很大影响。蒸汽温度对机组的国产化率影响不大，但

3、对锅炉制造成本有影响。特别是初始蒸汽温度升高后，除了管道的高热强度外，还必须考虑管道内壁的高温腐蚀和蒸汽氧化问题。当蒸汽温度达到600时，末级过热器和再热器的最高壁温可达到650以上。此时，烟气侧高温腐蚀和蒸汽侧蒸汽氧化的问题将更加突出。因此，希望高温受热面尽可能布置在烟气温度较低的区域，屏式过热器也尽可能布置在温度较低的区域。蒸汽温度调节方式对受热面布置的影响蒸汽温度调节方式是对受热面布置起决定性作用的另一个重要因素。目前，摆动燃烧器和烟气挡板被广泛使用，主要用于调节再热蒸汽温度。过热蒸汽温度主要由喷水调节。摆动燃烧器温度调节对受热面的影响使用摆动燃烧器时，过热器受热面不仅会扩散到炉膛内的高

4、温区，还会扩展到尾部的对流烟道，形成一个辐射对流的过热器系统。这种布置可以获得平缓的蒸汽温度变化特性，减小蒸汽温度随负荷的变化，有助于减小蒸汽温度调节范围，减小减温水流量，控制过热蒸汽温度的波动范围。同时，为了提高再热蒸汽温度的调节能力，再热器也向炉膛移动或靠近，以增强辐射传热。在炉内设置壁再热器时，再热器的受热面比烟气挡板的受热面大幅度减小约65，可将再热蒸汽的流动阻力控制在0.2兆帕以下，因此，再热蒸汽温度的调节响应特性较为敏感。通常，再热蒸汽温度在一分钟内开始变化，并在大约1520分钟后趋于稳定。蒸汽温度达到稳定的时间首先是相关的烟气挡板温度调节对受热面布置的影响采用烟气挡板温度调节时，

5、再热器受热面布置在尾部烟道内，对流传热强，必须布置大量低温对流受热面，以保证蒸汽温度调节效果。与摆动燃烧器相比，带烟气挡板的锅炉过热器受热面减少了25%左右。由于再热器有大量受热面，且位于调节再热蒸汽温度的低温烟道中，蒸汽温度调节反应的灵敏度较差。测试表明，从挡板开始大约1.2分钟后，蒸汽温度发生变化。一般来说，蒸汽温度稳定的时间比摆动燃烧器稍长。燃烧方式对受热面布置的影响燃烧方式首先影响炉膛结构，而炉膛受热面不仅是决定锅炉性能的最重要受热面，而且还影响其它受热面的布置。旋流燃烧器对冲方式下，由于旋转气流衰减速度较快，单个燃烧器的旋转射流强度较小，气流旋转动量矩在火焰对冲向上转向时基本消失。当

6、火焰到达炉膛出口时，自然没有残余旋转。因此，在选定的炉膛容积热强度不变的情况下，采用扁矩形炉膛结构可以适当降低炉膛高度，增加旋流燃烧器中心线之间的距离，从而减少结渣，减少NOx生成，减少热偏差，避免水冷壁高温腐蚀和传热恶化。同时，烟道宽度大，其他受热面布置灵活。直流燃烧器采用切向燃烧方式，对燃煤锅炉有广泛的适应性。然而，由于火焰的高转速和高粘度，火焰旋转动量矩的衰减较慢，因此当火焰到达炉膛出口时仍有残余旋转。当选定的炉膛体积热负荷恒定时，由于方形炉膛结构，炉膛周长相对较小。同时，为了减少残余旋转的影响，有必要适当增加炉膛高度。可以看出，燃烧方式对炉膛结构有决定性的影响。正常情况下，四角燃烧锅炉

7、的烟道宽度相对较小，这也会影响其他受热面的布置。炉膛结构对锅炉性能的影响。燃烧煤粉的要求炉膛作为燃烧室，结构和容积合理，是保证锅炉正常运行的前提。燃烧煤粉时，对炉膛的基本要求是：产生良好的点火，稳定的燃烧调节，并保证燃料的燃尽性能。炉膛受热面布置足够的蒸发受热面，不结渣，不发生水冷壁传热恶化，尽可能减少污染物的产生，对煤质和负荷的变化有广泛的适应性，减少炉膛受热面的受热偏差。近年来，世界上拥有先进技术的国家的熔炉周长增加了1215。适当增加炉膛容积可以改善锅炉运行性能。随着炉膛容积、燃料在炉膛内停留时间和炉膛高度的增加，煤粉燃尽率增加，飞灰可燃物减少，燃烧效率提高。炉膛内可设置足够的受热面，使

8、烟气充分冷却，便于控制炉膛出口烟气温度，防止结渣，有利于提高锅炉燃烧各种煤质的适应性。过热器和再热器的布置提供了良好的条件，可以布置大量的辐射式过热器和再热器受热面，有利于改善过热蒸汽温度和再热蒸汽温度的变化特性，缓解亚临界压力下汽化潜热减少带来的矛盾。随着炉膛周长的增加，可以布置大量的水冷壁，这样可以降低管道中的质量蒸汽含量，提高水冷壁的安全裕度。它也是通过降低燃烧器区域的热负荷、分级配风技术和降低单个燃烧器的功率，可以降低燃烧器中心区域的燃烧温度，减少燃烧器区域热负荷的不均匀分布，有利于防止结渣，减少NOx排放，减少环境污染，避免或减少水冷壁的高温腐蚀。对于四角锅炉，提高炉膛高度可以充分减

9、弱火焰残余旋转，减小炉膛出口烟气温度和速度的偏差，减少过热器和再热器的热偏差和高温腐蚀。有利于避免四管爆炸和泄漏，提高锅炉运行的可靠性。适当增大炉膛容积，降低炉膛容积热负荷，可以减少炉膛内非等温烟气温度分布。结果表明，随着辐射光密度的增加，辐射层的非等温性增强。辐射光密度包括辐射介质的密度和辐射光线的光程长度。当燃料性质、锅炉容量和参数、锅炉负荷等条件固定时，随着炉膛容积的增加，炉膛内辐射介质密度减小，有效辐射层厚度(光程长度)增加，从而影响炉膛内高温烟气辐射层的温度场。因此，适当降低炉膛容积热负荷不仅影响炉膛内的传热，而且降低烟气温度分布的不均匀性，对减小水冷壁与过热器之间的热偏差有很大的作

10、用，有利于提高水循环和过热器运行的安全性，对直流锅炉的水动力特性和传热特性有较大的意义。随着炉膛容积的增加，炉膛整体温度降低，燃料停留时间增加。对火不好，但对倦怠有好处。切圆燃烧锅炉的残余旋转不仅使炉膛出口烟气温度偏离，而且使烟气速度偏离。烟温偏差一般为100，严重情况下为300。沿烟道宽度方向，烟气速度偏差高达10m/s。这将对炉膛出口受热面的传热产生很大影响，这是炉膛出口屏式过热器及其后续受热面超温的重要原因。减少残余旋转的措施燃烧器顶部的二次空气反向切向旋转，称为无涡流二次空气。减小切圆直径或对角对置气流布置以适当增加炉膛高度和炉膛容积，采用旋流燃烧器的对置燃烧方式，燃烧稳定性主要取决于

11、单个燃烧器的工况，即单个燃烧器的稳定燃烧能力强。这样，炉膛出口烟气温度和烟气速度的偏差只与燃烧器的切换方式有关。没有因气流残余旋转而导致的过热器超温。评价炉膛结构的参数1)炉膛结构的耐火稳定性炉膛截面热负荷的参数qaBjQar，净/A，着火性差和灰熔点温度高的煤取大值。燃烧器区域的壁面热负荷qr越大，燃烧器区域的温度水平越高，这有利于点火，但容易结渣。炉膛点火稳定性指数Jwqaqr沿炉膛高度方向延长或增加燃烧器之间的距离。2)炉膛结构的燃尽参数炉膛容积热负荷(qv大，燃尽差，容量增加，qv减小)燃料在炉膛中的停留时间(从燃烧器最后一个空气中心到筛网下端的距离/炉膛内烟气的平均上升速度)炉膛结构

12、结渣参数Jzqaqr(越大，越可能结渣)与Jw正好相反。结渣还与气流是否直接撞击壁和还原气氛有关。蒸汽温度调节方式和受热面传热特性，1。蒸汽温度过热器和再热器在摆动燃烧器条件下为辐射对流，辐射过热器的吸热约占过热器系统的4050%，大屏过热器和后屏过热器的蒸汽温升较大。纯对流传热大容量锅炉的过热器和再热器通常串联布置。根据传热学，对流放热系数与烟气流量的0.8次方成正比，根据热平衡方程，过热器的吸热能力与蒸汽流量的1次方成正比。当锅炉负荷变化时，蒸汽流量对蒸汽温度的影响大于烟气流量。当负荷降低50%时，过热器侧对流烟道受热面传热系数降低32.6%，再热器侧对流烟道传热系数降低24.4%。例如，

13、参数1。700兆瓦机组采用典型的超临界参数，主蒸汽温度和再热蒸汽温度分别为571和569。在此参数水平上，上海锅炉厂有限公司拥有丰富的600兆瓦锅炉成功设计和运行经验。因此，对于700兆瓦超临界锅炉，建议采用与600兆瓦超临界锅炉相同的布置形式，只需相应加大炉膛和受热面的尺寸，无需进行新的设计。2的参数选择考虑了两个方面。800兆瓦单位。首先，所选参数应符合国家发电设备行业政策的要求；其次，应考虑SA-335 P92主蒸汽管道材料和锅炉高级合金材料的当前价格和供应状况。通过对27MPa、566/600和27MPa、600/600超超临界参数的技术经济比较，可知27MPa、566/600参数锅炉

14、的性价比优于27 MPa、600，因为SA-335 P92主蒸汽管道材料和锅炉高温段受热面高合金材料均依赖进口，价格大幅上涨，供货周期长。由于800MW超超临界机组主蒸汽出口温度较低，为常规超临界锅炉的温度，过热器材料选择余地较大，国际上已成功投运单炉膛单切圆双烟道布置的锅炉。因此，对于800兆瓦超超临界锅炉，选择与600兆瓦超临界锅炉相同的布置在设计方案上已经成熟，机组运行的安全性和可靠性也得到了保证，华能玉环电厂、华电邹县电厂、外高桥三期等1000兆瓦超超超临界机组的成功投运，标志着我国在超超超临界火电技术领域取得了跨越式发展。 与国外相比，火力发电技术缩短了30-40年，达到国际先进水平

15、，为我国在该领域扩大高参数、大容量机组奠定了坚实基础。 世界超临界机组技术的发展趋势表明，开发更大容量、更高压力和温度参数的机组是超超临界机组的发展方向，以进一步提高机组经济性，降低机组成本，获得良好的性价比。因此，上海锅炉厂有限公司在1000兆瓦超超临界锅炉成功的基础上，自行开发研制了1200兆瓦超超临界锅炉。在锅炉设计阶段，着重分析和考虑了影响其可行性的几个方面。锅炉类型选择在1000兆瓦的容量水平。从已投产和正在设计的机组来看，选择塔式锅炉或双烟道锅炉是成熟可靠的。然而，当容量在1000兆瓦的基础上继续增加时，人们认为塔式锅炉的选择对于未来的运行更安全、更可靠。原因如下：1)塔式锅炉的选

16、择是综合考虑炉膛尺寸和受热面布置匹配的结果；随着机组容量的增加，锅炉炉膛的截面和容积也需要相应扩大。对于常规双烟道切向燃烧锅炉，机组容量已达到800兆瓦以上，并引入双切向燃烧方案(主要以受热面布置为准)。目前，我国1000兆瓦级切向燃烧的双烟道锅炉都采用了双切向燃烧。如果机组容量达到1200兆瓦以上，如果连续选择这种类型的锅炉，很难匹配炉膛的宽度和深度以及布置受热面。至于拖车2)塔式锅炉更适合高参数机组的发展；在目前的超超临界锅炉(压力27兆帕，600/600)中，HR3C和Super 304H已广泛应用于高温受热面，是商用锅炉受热面使用的最高等级材料。如果超超临界锅炉的参数进一步提高，在目前的材料使用条件下，降低锅炉烟气温度和蒸汽温度的偏差是唯一的选择。与双烟道锅炉相比，普遍认为炉膛出口和受热面左右烟气温度偏差较小。因此，在没有比