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摘要:内蒙古上都发电有限公司660MW机组的锅炉由哈尔滨锅炉厂生产的HG—2141/25.4一HM型超临界直流锅炉。着重分析了本台锅炉在蒸汽参数选择、变压运行、螺旋管圈水冷壁、内置式汽水分离器和燃烧系统5个方面的技术特点。
关键词:锅炉 超临界 变压运行 螺旋管圈水冷壁 内置式汽水分离器
1 设备介绍
锅炉为变压运行、一次中间再热、平衡通风、墙式切圆燃烧、π型布置、全悬吊结构、超临界参数直流锅炉。锅炉炉膛断面尺寸为20402×20072mm。炉膛55748mm以下采用水平倾角为18.736°的螺旋水冷壁(488根),螺旋管通过中间集箱转换成垂直管屏(1468根)。锅炉采用内置式汽水分离器,锅炉燃烧采用墙式切圆燃烧方式,燃烧器布置在水冷壁墙上,在炉膛内形成一个￠10900mm旋转圆火焰。每只燃烧器中设有点火油枪,所用燃油为0号或-35号(冬季)柴油。过热蒸汽温度靠一、二级减温水进行调节,再热蒸汽温度靠锅炉尾部竖井烟道的烟气挡板进行调节,再热器同时配有事故喷水。锅炉配备7台HP碗式磨煤机、7台皮带式给煤机,采用正压、直吹式制粉系统。锅炉风烟系统配备动叶可调轴流式送风机、引风机和一次风机各2台,2台三分仓回转式空气预热器。
2 锅炉特点
2.1 超临界压力蒸汽参数选择
①过热蒸汽压力:超临界参数锅炉过热蒸汽压力在设计上采用25.4MPa。②过热蒸汽温度:过热蒸汽温度在设计上采用571℃。③再热蒸汽温度采用569℃。
2.2 变压运行设计
锅炉按变压运行要求设计,不仅能带基本负荷,也能满足快速变动负荷和低负荷的要求,低负荷时有较高的热效率,其运行特点有以下几方面。①锅炉压力随机组负荷变化,部分负荷运行时蒸汽流量减小、比容增大,使得蒸汽容积流量随负荷变化而变化的幅度不大,因此机组效率在负荷变化时可以基本保持不变。②低负荷运行时,过热汽温保持在额定值,压力降低,高压缸排汽焓值增加,再热汽温可调范围增加,提高了低负荷时的机组效率。③在部分负荷运行时,锅炉压力降低,锅炉给水泵出口压力也较低,可降低给水泵电耗。在50%负荷时,给水泵电耗只有额定负荷的40%～50%。④负荷变化能力提高。由于高压缸内温度几乎不随负荷而改变,产生的热应力也小,因而能提高负荷变化能力。
2.3 螺旋管圈水冷壁
①直流锅炉水冷壁的设计难以兼顾炉膛周界尺寸与通过水冷壁足够的质量流量的矛盾。炉膛周界尺寸是由燃烧条件决定的,当锅炉负荷和设计煤种确定后,炉膛周界尺寸也就基本确定了。在炉膛周界尺寸确定后,对垂直管圈水冷壁而言,为了保证具有足够的质量流量,在选择水冷壁管径时,会遇到很大的困难。螺旋管圈水冷壁的最大特点是在达到足够的质量流量同时,其水冷壁管径和管子根数不受炉膛周界的限制,解决了垂直管圈难以解决的兼顾炉膛周界尺寸和质量流量之间的矛盾。②采用螺旋管圈的形式,使得管间吸热偏差小,热偏差也小。③由于吸热偏差小,水冷壁进口可以不设置改善分配的节流圈,降低了阻力损失。④适用于变压运行要求。本台锅炉螺旋管根数为488根,倾角为18.736°。
带内置式启动分离器的超临界压力螺旋管圈变压运行直流锅炉水冷壁和亚临界压力锅炉水冷壁相比较,其主要不同点如下。
①严格限制水冷壁的吸热份额。对超临界变压运行锅炉水冷壁低负荷时出口焓值和高负荷出口温度有明确规定。水冷壁吸热份额如果太大,在高负荷时会造成启动分离器运行温度增高,限制了负荷变化速度;低负荷时,有可能出现较大的管间温度偏差。水冷壁吸热份额太小,有可能出现汽水混合物进入过热器系统。②水冷壁在变压运行过程中,工质经历亚临界、接近临界、超临界压力3个不同性质和特点的阶段,在设计时,要充分考虑这3个阶段的传热特性和水动力特性。③要有良好的膨胀性能和温度跟踪性能。变压运行机组要求快速启动和快速变动负荷,这就要求水冷壁刚性梁、锅炉密封部件有良好的膨胀性。对炉外的附加悬吊装置要有良好的温度跟踪性能,以减小由于温差产生的附加应力。④水冷壁的制造工艺较复杂。低合金钢材的螺旋管圈膜式水冷壁的焊接和变形的校正都较碳钢管复杂。这就要求膜式水冷壁的制造做到配合尺寸准确,变形量尽可能小,增加了制造工艺的复杂性。
2.4 内置启动分离器直流锅炉在启、停过程和低负荷时,为了锅炉本身各受热面间以及汽机间工质状态的匹配,并实现工质和热量的回收,必须备有启动系统。
2.4.1 本台锅炉采用内置式汽水分离器,汽水分离器结构简单,易于控制,容量为35%BMCR,与锅炉水冷壁最低质量流量相匹配。在启动完毕后,并不从系统中切除,而是串联在锅炉汽水流程内。它的工作参数(压力29.6 MPa,温度440℃)要求比较高,但控制阀门可以简化。采用4台立式内置式启动分离器,布置在水冷壁出口和过热器进口之间,启动分离器的下部设有1只立式储水箱。设计中考虑分离器排水的工质回收,还考虑部分热量回收。启动过程中分离器的排水直接排入疏水扩容器。
2.4.2 启动分离器的作用
汽水分离器组成循环回路,建立启动流量。实现进入分离器汽水混合物的两相分离,使分离出来器、暖管、冲转和带负荷提供汽源。
本台锅炉采用内置式启动分离器,在启动时它能起到固定蒸发终点的作用,可使汽温、给水量、燃料量的调节成为互不干扰的独立部分。分离器是启动和运行工况下某些参数的自动控制和调节信号 的信号源。
2.4.3 启动分离器的工作状况
锅炉启动点火前进入汽水分离器的流量应保持在最低负荷(35%BMCR)以下运行,参数为除氧器的参数。点火后随燃烧量的增加,进入分离器的工质压力、温度和干度不断提高,汽水混合物在分离器内实现分离。蒸汽进入过热器系统,水排入疏水扩容器实现工质回收。
2.5 燃烧系统特点
本台锅炉装有三井巴布科克低NO轴流式燃烧器(LNASB),共有4层,前后墙对称布置,每层8只共计32只燃烧器。在燃烧器中,燃烧空气被分成三股,一次风、二次风和三次风。
2.5.1 一次风
一次风由一次风机提供,进人磨煤机中携带煤粉,形成一次风粉混合物,经燃烧器一次风管送人炉膛。在一次风管靠炉膛一侧的端部,设有铸造的煤粉浓缩器,用以在煤粉气流进入炉膛之前对其进行浓缩。浓缩的煤粉气流与二次风、三次风配合,以保证在靠近燃烧器喉部处维持一个稳定的火焰。
2.5.2 二次风和三次风
在炉膛前后水冷壁上的风箱,向每只燃烧器提供二次风和三次风。二次风和三次风通过燃烧器内同心的环形通道在燃烧的不同阶段进入炉膛,有助于NO总量的降低和燃料的燃尽。燃烧器的二次风设有挡板,用以调节每个燃烧器的二次风量和三次风量的比例。二次风和三次风由各自的旋流器产生必要的旋转,三次风的旋流器被固定在燃烧器出口的最前端的位置,以便产生最强烈的旋转。二次风的旋流强度可以通过燃烧器面板上的操纵杆来改变旋流器的轴向位置进行调整。
2.5.3 中心风
除了这三种风之外,每只燃烧器还有一股中心风。向燃烧器中心提供适量的中心风以稳定油枪火焰,防止油火焰冲刷中心风管和油燃烧器旋流器,在点火设备停运时防止灰渣在此部位聚集。
2.5.4 燃尽风(OFA)
燃尽风风口包含两股独立的气流:中央部位的气流是非旋转气流,直接穿透进入炉膛中心;外围气流是旋转气流,用于和靠近炉膛水冷壁的上升烟气进行混合。外围气流的旋流强度和两股气流之间的分离程度同样由一个简单的调节杆来控制。
关键词:锅炉 超临界 变压运行 螺旋管圈水冷壁 内置式汽水分离器
1 设备介绍
锅炉为变压运行、一次中间再热、平衡通风、墙式切圆燃烧、π型布置、全悬吊结构、超临界参数直流锅炉。锅炉炉膛断面尺寸为20402×20072mm。炉膛55748mm以下采用水平倾角为18.736°的螺旋水冷壁(488根),螺旋管通过中间集箱转换成垂直管屏(1468根)。锅炉采用内置式汽水分离器,锅炉燃烧采用墙式切圆燃烧方式,燃烧器布置在水冷壁墙上,在炉膛内形成一个￠10900mm旋转圆火焰。每只燃烧器中设有点火油枪,所用燃油为0号或-35号(冬季)柴油。过热蒸汽温度靠一、二级减温水进行调节,再热蒸汽温度靠锅炉尾部竖井烟道的烟气挡板进行调节,再热器同时配有事故喷水。锅炉配备7台HP碗式磨煤机、7台皮带式给煤机,采用正压、直吹式制粉系统。锅炉风烟系统配备动叶可调轴流式送风机、引风机和一次风机各2台,2台三分仓回转式空气预热器。
2 锅炉特点
2.1 超临界压力蒸汽参数选择
①过热蒸汽压力:超临界参数锅炉过热蒸汽压力在设计上采用25.4MPa。②过热蒸汽温度:过热蒸汽温度在设计上采用571℃。③再热蒸汽温度采用569℃。
2.2 变压运行设计
锅炉按变压运行要求设计,不仅能带基本负荷,也能满足快速变动负荷和低负荷的要求,低负荷时有较高的热效率,其运行特点有以下几方面。①锅炉压力随机组负荷变化,部分负荷运行时蒸汽流量减小、比容增大,使得蒸汽容积流量随负荷变化而变化的幅度不大,因此机组效率在负荷变化时可以基本保持不变。②低负荷运行时,过热汽温保持在额定值,压力降低,高压缸排汽焓值增加,再热汽温可调范围增加,提高了低负荷时的机组效率。③在部分负荷运行时,锅炉压力降低,锅炉给水泵出口压力也较低,可降低给水泵电耗。在50%负荷时,给水泵电耗只有额定负荷的40%～50%。④负荷变化能力提高。由于高压缸内温度几乎不随负荷而改变,产生的热应力也小,因而能提高负荷变化能力。
2.3 螺旋管圈水冷壁
①直流锅炉水冷壁的设计难以兼顾炉膛周界尺寸与通过水冷壁足够的质量流量的矛盾。炉膛周界尺寸是由燃烧条件决定的,当锅炉负荷和设计煤种确定后,炉膛周界尺寸也就基本确定了。在炉膛周界尺寸确定后,对垂直管圈水冷壁而言,为了保证具有足够的质量流量,在选择水冷壁管径时,会遇到很大的困难。螺旋管圈水冷壁的最大特点是在达到足够的质量流量同时,其水冷壁管径和管子根数不受炉膛周界的限制,解决了垂直管圈难以解决的兼顾炉膛周界尺寸和质量流量之间的矛盾。②采用螺旋管圈的形式,使得管间吸热偏差小,热偏差也小。③由于吸热偏差小,水冷壁进口可以不设置改善分配的节流圈,降低了阻力损失。④适用于变压运行要求。本台锅炉螺旋管根数为488根,倾角为18.736°。
带内置式启动分离器的超临界压力螺旋管圈变压运行直流锅炉水冷壁和亚临界压力锅炉水冷壁相比较,其主要不同点如下。
①严格限制水冷壁的吸热份额。对超临界变压运行锅炉水冷壁低负荷时出口焓值和高负荷出口温度有明确规定。水冷壁吸热份额如果太大,在高负荷时会造成启动分离器运行温度增高,限制了负荷变化速度;低负荷时,有可能出现较大的管间温度偏差。水冷壁吸热份额太小,有可能出现汽水混合物进入过热器系统。②水冷壁在变压运行过程中,工质经历亚临界、接近临界、超临界压力3个不同性质和特点的阶段,在设计时,要充分考虑这3个阶段的传热特性和水动力特性。③要有良好的膨胀性能和温度跟踪性能。变压运行机组要求快速启动和快速变动负荷,这就要求水冷壁刚性梁、锅炉密封部件有良好的膨胀性。对炉外的附加悬吊装置要有良好的温度跟踪性能,以减小由于温差产生的附加应力。④水冷壁的制造工艺较复杂。低合金钢材的螺旋管圈膜式水冷壁的焊接和变形的校正都较碳钢管复杂。这就要求膜式水冷壁的制造做到配合尺寸准确,变形量尽可能小,增加了制造工艺的复杂性。
2.4 内置启动分离器直流锅炉在启、停过程和低负荷时,为了锅炉本身各受热面间以及汽机间工质状态的匹配,并实现工质和热量的回收,必须备有启动系统。
2.4.1 本台锅炉采用内置式汽水分离器,汽水分离器结构简单,易于控制,容量为35%BMCR,与锅炉水冷壁最低质量流量相匹配。在启动完毕后,并不从系统中切除,而是串联在锅炉汽水流程内。它的工作参数(压力29.6 MPa,温度440℃)要求比较高,但控制阀门可以简化。采用4台立式内置式启动分离器,布置在水冷壁出口和过热器进口之间,启动分离器的下部设有1只立式储水箱。设计中考虑分离器排水的工质回收,还考虑部分热量回收。启动过程中分离器的排水直接排入疏水扩容器。
2.4.2 启动分离器的作用
汽水分离器组成循环回路,建立启动流量。实现进入分离器汽水混合物的两相分离,使分离出来器、暖管、冲转和带负荷提供汽源。
本台锅炉采用内置式启动分离器,在启动时它能起到固定蒸发终点的作用,可使汽温、给水量、燃料量的调节成为互不干扰的独立部分。分离器是启动和运行工况下某些参数的自动控制和调节信号 的信号源。
2.4.3 启动分离器的工作状况
锅炉启动点火前进入汽水分离器的流量应保持在最低负荷(35%BMCR)以下运行,参数为除氧器的参数。点火后随燃烧量的增加,进入分离器的工质压力、温度和干度不断提高,汽水混合物在分离器内实现分离。蒸汽进入过热器系统,水排入疏水扩容器实现工质回收。
2.5 燃烧系统特点
本台锅炉装有三井巴布科克低NO轴流式燃烧器(LNASB),共有4层,前后墙对称布置,每层8只共计32只燃烧器。在燃烧器中,燃烧空气被分成三股,一次风、二次风和三次风。
2.5.1 一次风
一次风由一次风机提供,进人磨煤机中携带煤粉,形成一次风粉混合物,经燃烧器一次风管送人炉膛。在一次风管靠炉膛一侧的端部,设有铸造的煤粉浓缩器,用以在煤粉气流进入炉膛之前对其进行浓缩。浓缩的煤粉气流与二次风、三次风配合,以保证在靠近燃烧器喉部处维持一个稳定的火焰。
2.5.2 二次风和三次风
在炉膛前后水冷壁上的风箱,向每只燃烧器提供二次风和三次风。二次风和三次风通过燃烧器内同心的环形通道在燃烧的不同阶段进入炉膛,有助于NO总量的降低和燃料的燃尽。燃烧器的二次风设有挡板,用以调节每个燃烧器的二次风量和三次风量的比例。二次风和三次风由各自的旋流器产生必要的旋转,三次风的旋流器被固定在燃烧器出口的最前端的位置,以便产生最强烈的旋转。二次风的旋流强度可以通过燃烧器面板上的操纵杆来改变旋流器的轴向位置进行调整。
2.5.3 中心风
除了这三种风之外,每只燃烧器还有一股中心风。向燃烧器中心提供适量的中心风以稳定油枪火焰,防止油火焰冲刷中心风管和油燃烧器旋流器,在点火设备停运时防止灰渣在此部位聚集。
2.5.4 燃尽风(OFA)
燃尽风风口包含两股独立的气流:中央部位的气流是非旋转气流,直接穿透进入炉膛中心;外围气流是旋转气流,用于和靠近炉膛水冷壁的上升烟气进行混合。外围气流的旋流强度和两股气流之间的分离程度同样由一个简单的调节杆来控制。