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生物质锅炉新闻动态
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600MW超超临界锅炉设计探讨
发布时间：2013-10-24 08:59 来源：未知
当前，世界燃煤火力发电技术己进入了超超临界时代，其发展思路是采用先进蒸汽参数，提高电厂循环效率，以降低发电成本和有害物质的排放。目前的主／再热蒸汽温度水平已达到600℃，随着材料技术的发展，未来10～20年间将开发出蒸汽参数更高(30～35 MPa，650√700℃)的二次再热机组，机组热效率向50% ～55%迈进。
中国政府高度重视超超临界发电技术的开发研究，己将“超超临界燃煤发电技术”列入国家"863计划”，本文全面介绍了中国首批600 MW超超临界燃煤锅炉的设计特点，并对设计中采用的新技术进行探讨。富通新能源生产销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧颗�；⒛拘伎帕；怪频纳镏士帕Ｈ剂希蔽颐腔褂写罅康难钅灸拘伎帕Ｈ剂虾陀衩捉崭芽帕Ｈ剂铣鍪�。
1、锅炉设计条件
本锅炉设计条件是与广东河源电厂600 MW超超临界燃煤锅炉技术规范书中提出的技术要求和国际上及我国燃煤电站的发展趋势一致的。
1.1设计煤种
设计煤种为安徽淮南烟煤，校核煤种1为山西保德烟煤，校核煤种2为晋北烟煤。表1列出了设计和校核煤种的煤质特性。
由表1可见，安徽淮南烟煤和山西保德烟煤均是低钙、低钠、低硫、高灰熔点、高挥发分、易燃尽同时不易结渣的动力用煤：而晋北烟煤相比之下则极易结渣。
1.2蒸汽参数
广东河源电厂600 MW机组选定锅炉出口蒸汽参数为26.15 MPa(g)/605c/603℃，对应汽机的入口参数为26MPa(a)/600 0C/600℃，锅炉给水温度293℃。
广东河源电厂600 MW超超临界机组的锅炉由哈锅与三菱重工(MHI)联合设计与制造，汽机则由哈尔滨汽轮机公司与三菱重工(MHI)联合设计与制造。
1.3运行方式和工况要求
(1)机组承�；靖汉�，但能参与调峰，采用定一滑一定运行方式。
(2)锅炉在燃用设计煤种时，不投油最低稳燃负荷为35% BMCR。
(3)锅炉有良好的启动特性和负荷变化适应性，锅炉的动态特性能满足机动性的要求。
(4)本锅炉在25%至100%负荷范围内以纯直流方式运行，在25%负荷以下以带循环泵的再循环方式运行，启动系统用以保证启动的安全可靠性和经济性。
(5)低的NO。排放，锅炉出口NO。排量不超过400mg/Nm3（干烟气6%02）。
2、锅炉设计
2.1炉型
锅炉采用超超临界参数，变压运行，垂直管圈水冷壁直流炉、一次中间再热，再热汽调温采用尾部烟气挡板，锅炉采用强化单切圆燃烧方式，平衡通风、固态排渣，全钢悬吊构架，露天布置燃煤锅炉。
蒸汽流量：
主蒸汽流量：1795 t/h (BMCR)，1633 t/h (BRL)：
再热汽流量：1464 t/h (BMCR)，1339 t/h (BRL)；
蒸汽压力：
过热器出口：26.15 MPa.g (BMCR);
再热器入口：4.83 MPa.g (BMCR);
再热器出口：4.59MPa.g (BMCR);
蒸汽温度：
过热器出口：605℃(BMCR);
再热器入口：350℃(BMCR);
再热器出口：603℃(BMCR);
给水温度293℃(BMCR)。
锅炉热力参数如下：炉膛容积热负荷84 MW/m3；炉膛截面热负荷4.6 MW／rri2;炉膛出口烟温970℃；屏底烟温1300℃；锅炉保证效率93.32%(BRL)。
2.2燃烧方式和炉膛尺寸
广东河源电厂600 MW超超临界锅炉采用了MHI墙式布置切圆燃烧方式，它具有炉膛热负荷分布均匀、温度偏差小、火焰和烟气流场稳定、煤种适应性强等优点。
本锅炉炉膛断面尺寸为17666 mm（宽）x17628 mm（深），炉膛全高为63.3 m，炉膛截面热负荷为4.6 MW／m2，炉膛容积热负荷为84 MW/m3，这些数据均低于MHI己投运的数台600 MW燃煤超超临界锅炉的数据，符合规范书的规定。炉膛的高度基本上取决于炉膛出口烟温和保证煤粉的燃尽，根据经验和规范书的要求，对于灰熔点低、易结渣的设计和核煤煤种，其炉膛出口烟温为970℃，比灰分软化温度低150以上。综上所述，炉膛的设计较为保守，可以确保在炉膛内和对流受热面不结渣，安全运行。
2.3燃烧系统
燃烧系统设计的主要任务是：良好的燃尽、低负荷稳燃、低NO。排放和防止结渣。
根据这些要求，广东河源电厂600 MW超超临界锅炉采用了MHI的PM型燃烧器和MACT燃烧系统，PM型的燃烧器见图1，风粉混合物通过入口分离器分成浓淡二股分别通过浓相和淡相二只喷嘴进入炉膛，由图2可以看出浓相煤粉浓度高，所需着火热量少，利于着火和稳燃；由淡相补充后期所需的空气，利于煤粉的燃尽，同时浓淡燃烧均偏离了NO。生成量高的化学当量燃烧区，大大降低了NO。生成量，与传统的切向燃烧器相比，NOx生成量可显著降低。PM燃烧器由于将每层煤粉喷嘴分开成上下二组，增加了燃烧器区域高度，降低了燃烧器区域壁面热负荷，有利于防止高热负荷区结焦。
MACT燃烧系统，就是在PM主燃烧器上方一定高度增设二层AA风（附加风）喷嘴达到分级燃烧目的，这样整个炉膛沿高度分成3个燃烧区域，即下部为主燃烧区，中部为还原区，上部为燃尽区，这种MACT分级燃烧系统可使NO。生成量减少25%。
河源工程每炉配6台HP1003型中速磨煤机，BMCR和BRL时投运5台，一台备用。
锅炉不投油最低稳燃负荷为35% BMCR，锅炉点火和助燃采用轻柴油，油燃烧器的总输入热量按30% BMCR，油枪采用机械雾化式。
2.4炉膛水冷壁
600 MW超超临界锅炉采用了MHI开发的世界上最先进的垂直管圈水冷壁，膜式水冷壁采用15CrMoG四头内螺纹管焊成，与螺旋管圈相比，垂直型水冷壁的主要优点为：结构简单、便于安装：不需用复杂的张力板结构，启动或负荷变化时热应力较小；较好的正向流动特性，在各种工况下保证水动力的稳定性；阻力较小，比螺旋管圈水冷壁少1/3；不易结渣。
在传统的一次上升垂直水冷壁的基础上，本工程中又加装了带有二级分配器的水冷壁中间集箱，以降低水冷壁出口沿炉膛周界的工质温度偏差。根据MHI的经验，加装了带有二级混合器的水冷壁中间集箱后，水冷壁出口温度偏差可减少1/3以上。
超超临界垂直管圈水冷壁与螺旋管圈水冷壁比较，具有正向流动特性，因此锅炉水冷壁管中的流量分配与其吸热量是匹配的。与螺旋管圈水冷壁管内质量流速相比，由于垂直管圈水冷壁管采用较低的管内的质量流速，因此水冷壁管内水的流速较低，沿程阻力与螺旋管圈水冷壁相比较小，在整个上升水冷壁管的阻力之中净位压头占主导地位，因此垂直管圈水冷壁中的流量分配是正的流量特性，能与管子的吸热量很好的匹配，使水冷壁管得壁温更加均匀。
另一项重大改进是将水冷壁入口的控制流量的节流孔圈由传统的装在水冷壁下集箱内改为装在水冷壁集箱的出口管接头上，以便于在运行和调试过程中更换节流孔圈，同时由于增加了装节流孔圈的管段直径，因此也提高流量调节的幅度。
为增加水冷壁入口节流孔圈的节流程度，将两根∮28的水冷壁管合并成为一根∮38的管子，然后再由两根∮38的管子合并为一根舛2的管子，在较粗的管子上面加装较大的节流孔圈可以起到较好的节流效果。同时内螺纹管的采用又进一步提高了水冷壁的可靠性，由于滑压运行的超超临界锅炉的运行中要经历启动阶段的再循环模式、亚临界和近临界的直流运行和超临界直流等3个阶段，内螺纹管的采用有利于防止亚临界低干度区发生DNB（膜态沸腾）和控制近临界高干度区发生DRO（干涸）时壁温上升的幅度，此外还可以采用较低的质量流速以达到降低水冷壁阻力目的，近年来，内螺纹管在超临界和超超临界锅炉上己被各公司广泛采用。
对于垂直管圈水冷壁的设计一般按相邻两管出口温差130℃来计算30年使用寿命，但在水冷壁入口节流孔圈经过调试后，水冷壁出口相邻两管的出口温度保证控制在30℃以内，因此水冷壁的运行是安全的。
2.5承压部件钢材
超超临界技术的发展是建立在材料技术进步的基础上，提高主蒸汽参数特别是温度时主要受影响的承压部件为炉膛水冷壁、高温过热器和高温再热器这些部件。
水冷壁管材主要决定于所选用的水冷壁出口温度，由于本锅炉水冷壁出口温度较低(431℃)因此仍可采用低铬的15CrMoG管子，这种膜式水冷壁管屏不需作整屏焊后热处理，现场安装对接焊口也下需要焊后热处理。
由于本锅炉的主汽温度和再热汽温度分别为605℃和603℃，在这样高的温度下，高温过热器和再热器管的最高壁温可达到640～650℃，除了要求钢材有很好的热强性外，管子内壁的蒸汽氧化和外壁的高温腐蚀问题也不能忽视，必须采用热强性高、抗蒸汽氧化和烟侧高温腐蚀的新型高铬奥氏体钢。本锅炉的三级过热器（屏式过热器）和四级过热器的蛇形管（炉内部分）均由超级304H (ASME Code Case2328)和HR3C (ASME Code Case 2115)组成，前者为含铜达3%的细晶粒奥氏体钢，即18CrlONi3Cu，后者为含铬达25%含镍达20%并含有少量铌的高铬奥氏体钢，即25Cr20NiNb。这两种钢材在日本的蒸汽温度达600℃等级的超超临界锅炉已广泛采用。三菱公司己在三隅等7台超超临界锅炉中采用，并己取得了良好的运行业绩。
在高温的集箱和导管钢材方面仍采用传统的9CrlMo，即SA-335 P91，这种钢材具有高的热强性和良好的工艺性（即焊接性能）。在锅炉过热器出口由于蒸汽温度己达到600℃，同时考虑蒸汽温度偏差，最高蒸汽温度约为6”℃左右，在此温度下采用P91集箱的壁厚将达到140 mm．而且其抗高温氧化的能力也大大下降，考虑以上因素后，锅炉过热器出口集箱材料采用含Cr量达12%的P92，解决了高温氧化的问题。
2.6锅炉启动系统
通过对3种内置式启动系统的比较，我们认为虽然带循环泵的启动系统初投资大，但启动过程中能回收工质及热量，因此采用了经济性最好的带循环泵的内置式启动系统。
由于水冷壁系统的出口温度即分离器的入口温度为434℃，因此分离器和贮水箱均由SA335-P12制成，它们是除过热器出口集箱外的仅有厚壁元件，每台锅炉配备2台汽水分离器和一只分离器贮水箱。
为了尽可能减少启动期间工质热损失，由分离器贮水箱底部引出的疏水总管的3根通往疏水扩容器的支管上各装一只大直径的分离器疏水（水位）调节阀和节流孔板，在启动初期包括冷态清冼、汽水膨胀和热态清洗期间，只要水质合格就将这些扩容后的疏水全部送往冷凝器回收，若水质不合格，则排向废水集水槽不予回收。
由于装设了上述大直径疏水调节阀，当再循环泵事故解列时，锅炉也能完成正常的启动，前提是必须装一只容量足够的大气式疏水扩容器，这是由于冷凝器接收分离器疏水的数量所限制的。
由于锅炉的最低直流负荷为25% BMCR，再循环泵的设计流量也按25% BMCR．但在启动过程中再循环泵的最大实际流量也只有20% BMCR，其原因是在启动过程初期锅炉给水泵始终保持着5% BMCR的最小给水量，而整个启动过程中水冷壁系统始终保持25% BMCR的流量不变。采用再循环泵后可以大大减少启动初期的工质及热量的损失。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≡瘛�
3、结束语
国际上600 MW容量等级超超临界燃煤发电机组已是成熟技术，机组可用率已达到传统的超临界机组的水平。面对中国对电力的迫切需要和发电行业的激烈竞争以及日益严格的环保要求，中国已经出现对大容量超超临界机组的市场要求。
三菱重工所提供的技术支持和所采用的各项先进技术将和我公司已有的雄厚的设计和制造方面的能力相结合，我们深信作为中国首批600 MW等级超超临界锅炉的河源电厂锅炉将代表当前国际上最先进水平的超超临界燃煤锅炉技术，在大幅度提高中国的火力发电的经济性、可靠性和改善环保方面将作出重大贡献。
