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350MW超临界锅炉设备选型的分析及探讨
发布时间：2013-10-04 08:35 来源：未知
我国自上世纪90年代引进超临界燃煤发电机组技术以来，超临界机组已得到了越来越广泛的认可和使用，因此在设计、安装、调试、运行等方面也积累了相当多的经验。同时由丁各个电厂选用的煤种以及电厂所处地域的环境特点各有不同，在具体的设备选型过程中又都存在着不同的要求。下面以新疆准东2×350MW超临界在建机组为例，具体分析有关设备选型中的一些方法和问题。
一、锅炉的燃料特性及参数
神华新疆准东电厂一期为东方锅炉厂引进BHK公司技术设计生产的2×350MW超临界间接空冷燃煤发电机组，配两台超临界参数变压运行螺旋管圈、一次中间再热、前后墙对冲燃烧、平衡通风、固态排渣、紧身封闭布置、全钢构架、全钢架悬吊结构的Ⅱ型单炉膛直流锅炉。表1为锅炉的主要设计参数。
煤种采用采用新疆准东煤田西部矿区五彩湾井田的烟煤，煤质分析如表2。富通新能源生产销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧颗粒机、木屑颗粒机压制的生物质颗粒燃料，同时我们还有大量的杨木木屑颗粒燃料和玉米秸秆颗粒燃料出售。
二、锅炉机组的设备选型与分析
1．制粉系统。准东电厂一期工程中制粉系统采用带MPS磨煤机冷一次风机正压直吹式系统设计，每台炉配备5台磨煤机，其中一台备用。
在正压直吹制粉系统中，一般电厂有选用中速磨煤机的，也有选用双进双出磨煤机的，该工程选用设计煤种HCl=102．可磨性指数较大，属于易磨煤的范围，且由于电厂属坑口电站，燃煤供应较为稳定，故MPS中速磨煤机可以满足煤粉细度的要求。
此外，在煤粉细度可以保证的前提下，该工程选用MPS中速磨较双进双出磨煤机而言，投资成本和运行成本而言都相对较低。一方面，从制粉电耗来说，中速磨煤机制粉系统的电耗一般为(8-9)Kw．h，吨煤，而双进双出磨煤机的直吹式制粉系统的电耗较高，一般为(14-17) Kw．h，吨煤，因此从运行成本来讲，中速磨煤机更为经济；另一方面，从初投资来说，中速磨煤机的直吹式制粉系统中辅助设备数量较少，而双进双出磨煤机的直吹式制粉系统辅助设备数量繁多，特别不同于其他磨煤机的是单台双进双出磨煤机要配备两台原煤仓，两台给煤机，所以从初投资的角度考虑中速磨煤机的正压直吹式制粉系统投资相对较低。
2．燃烧系统。燃烧设备是锅炉中最关键的设备，其性能优劣不仅关系到炉内能否组织良好燃烧、低负荷能否达到稳燃的问题，同时也关系到能否有效降低NOx排放量的问题。该工程选用的煤种为新疆准东煤田西部矿区五彩湾井田的烟煤，燃烧器采用最新型低NOx旋流燃烧器，燃烧方式采用前后墙对冲燃烧方式。燃烧器初步设计参数见表3，
每组燃烧器总高度为7.77m（不含燃尽风），燃烧器数量为4x5（布置l层微油油枪和l层常规油枪）。常规油枪单只出力约1500 kg/h微油点火的单只油枪出力不大于100 kg/h。
对于东方锅炉厂设计的超临界机组，所采用的最新型低NOx旋流燃烧器一方面具有煤粉燃烧温度和煤种适应好的特点，另一方面同时降低了NOx的排放量。其主要工作原理是在一次风管内装置煤粉浓缩器，煤粉浓缩器使煤粉气流产生径向分离，浓煤粉气流从一次风管圆周外侧经过一次风管出口处的稳焰齿环进入环形回流区着火燃烧；淡煤粉气流从一次风管中心区域喷入炉内，并进入内回流区着火燃烧。同时将传统的二次风分为两部分：内二次风和外二次风，这两股风均布置有各自的调风器，以便于在运行调整风量和旋流强度。
低NOx旋流燃烧器采用“火焰内NOx还原”的思想，实现了单喷口分级燃烧，在不降低火焰温度的同时使得NOx的排放急剧减少；同时整个炉膛内燃尽风占近20%的总风量的设置，将整个炉膛分为燃烧器区、还原区、燃尽区，组织了全炉膛的分级燃烧，在这两方面的共同作用下使得NOx排放的减少和未燃烬碳损失的增加这一矛盾得到了很好的解决，既可以达到高效率燃烧，同时又实现了低NOx排放。
对于煤粉锅炉而言，煤粉和燃烧空气由燃烧器给入，风粉气流的燃烧是在炉膛内的流动过程中完成的。炉内的燃烧过程相当复杂，从而使得炉膛布置、燃烧器结构以及燃烧过程间的关系更为复杂，同时还需要考虑燃料燃烧特性和灰分特性等问题。该工程中选用的煤种特点是挥发分高，水分大，具有一定的结渣倾向，综合考虑以上因素并参考其他投运的超临界机组，最终确定了炉膛的尺寸，炉膛宽15101.2mm，深13678.8mm，高58000，在设计煤种B-MCR工况下，其截面热负荷为4.47 MW/m2，容积热负荷为86.80 kW/m3，燃烧器区域面积热负荷为1.49 MW/m2。
3．水冷壁系统。该工程水冷壁结构采用全焊接的膜式水冷壁，分为上下2部分，内螺纹管螺旋管圈位于炉膛下部组成膜式水冷壁，围绕炉膛螺旋上升，从而使得在炉膛中的吸热量比较均匀，炉膛内热负荷沿高度、深度和宽度的分布不均匀对管壁的热偏差问题基本影响不大，炉膛上部通过中间过渡段水冷壁转换成垂直上升管，可保证必要的工质流速和受热均匀性，特别适用于变压运行。具体参数如表4。
超临界机组螺旋管圈水冷壁较垂直管圈水冷壁可以更容易地满足变压运行的要求。由于管子根数少，采用了较高的质量流速，在所有的负荷范围内均能保证管壁温度不超过允许温度，并且在压力较低时水动力也十分稳定。同时由于水冷壁管圈绕炉膛周界盘旋上升，各根管子受热较均匀，使得水冷壁出口温度偏差小，下部螺旋管圈采用内螺纹管，提高了水冷壁安全裕度，不需在水冷壁入口处加设节流圈。
此外水冷壁布置和燃烧设备的选型二者并不是孤立的。燃烧对水冷壁工质吸热有影响、水冷壁的布置反过来又会对燃烧设备的安装及正常运行产生影响，对于螺旋管罔型水冷壁选择旋流燃烧器较直流燃烧器更易于设备的布置和安装。
4．过热器、再热器系统。过热器采用3级布置，即低温过热器、屏式过热器和末级过热器；再热器为两级布置，即低温再热器和末级再热器。具体参数如表5、6所示
过热器配置二级喷水减温装置，且左右能分别调节。一级喷
水减温的位置在后屏过热器前，二级喷水减温位于高温过热器前。再热器主要采用挡板调温。正常工况再热蒸汽不采用喷水减温，事故上况下减温器的喷水量约3%再热蒸汽流量。
5．锅炉启动系统。超临界锅炉的启动系统与汽轮机旁路系统统称为启动旁路系统，系统匹配的好坏是锅炉安全、经济启停、低负荷运行的重要保证。直流锅炉在启动过程中必须保持最低的循环水流量，使水冷壁内有足够的水流量冷却水冷壁。由于启动初期燃料量投入的少，进入锅炉的水不能全部转变为蒸汽，采用内置分离器进行汽水分离，并由相应管路组成启动系统，该系统同时在启动前可作为循环清洗的回路，并在启动过程中回收工质和热量。内置式启动分离器系统由于疏水回收系统不同，基本可分为扩容器式、循环泵式和不带循环泵式三种。
该工程选用了带扩容器式启动系统。启动系统相关参数见表5。
带扩容器式的启动系统的热量损失介于另两种系统之间。它在启动过程中，满足除氧器参数时可以回收并利用大部分工质和热量，仅在储水箱水位较高时有部分水排入凝汽器造成热量损失，但工质可以回收。该启动系统最大的优势在于既可以带基本负荷，也可以深度调峰。停炉过程中可以同收大部分热量和全部工质，且不用再循环泵，厂用电少，运行经济性较好。
6．除渣系统
本工程的除渣系统采用的是风冷式机械除渣系统，炉底除渣装置采用风冷式排渣机。风冷式除渣系统在提高锅炉热效率、节约水资源、灰的综合利用等方面具有非常明显的优势。
传统的湿式排渣系统排渣直接落入水槽中，可燃物不能继续燃烧，产生机械不完全燃烧热损失，而风冷式排渣系统采用空气冷却热渣，不会发生大渣和水粒化产生的爆炸现象，渣中未完全燃烧的炭在于式排渣机中再燃烧，燃烧后的热量和热渣中所含的热量由冷却风带入炉膛，减少热量损失，从而提高了锅炉的热效率。此外风冷式排渣系统采用自然风冷却热渣，不需要水冷却热渣，可以大量地节约水资源，同时无废水排放，不需设置水处理系统，可以节省占地面积和投资，利于环保。排出的干渣中氧化钙等物质未被破坏，可直接用作建筑材料，综合利用率高。富通新能源生产销售的生物质锅炉以及木屑颗�；怪频纳镏士帕Ｈ剂鲜强突遣淮淼难≡�。
三、结论及建议
1．准东电厂350MW超临界锅炉设计理念较为新颖，技术先进，综合考虑了设计煤种水分大难着火、降低NOx排放量、减小总体电耗等多方面因素，可以为其他超临界机组的建设提供借鉴和参考。
2．以已投产的300MW、600MW超临界锅炉机组调试和生产的性能参数为依据，吸取经验教训，通过精准的设备选型为今后机组的运行和生产管理提供了较大的优化空间。
3．超临界机组引进我国已有相当一段时间，但由于我国各地煤种、环境特点各有不同，因此在具体的设备选型过程中，不可照搬照抄，要根据各自的实际情况选择相应的设备，从而实现超临界机组综合效率的提升。
