国产600MW超超临界锅炉技术特点

发布日期：2019-03-25 作者：锅炉采购网 浏览次数：1080

国产600MW超超临界锅炉技术特点

（一) 600MW超超临界燃煤锅炉

1. 锅炉技术规范

哈尔滨锅炉厂有限责任公司由三菱重工业株式会社(Mitsuibishi Heavv Industries Co.Ltd，MHI)提供技术支持,设计的超超临界变压运行直流锅炉.采用Π型布置、单炉膛、PM主燃烧器和MACT燃烧技术、墙式切园燃烧方式、炉膛采用内螺纹管垂直上升膜式水冷壁、循环泵启动系统、一次中间再热。调温方式除煤/水比外.还采用烟气分配挡板、燃烧器摆动、喷水等方式。

锅炉采用平衡通风、半露天布置、固态排渣、全钢构架、悬吊结构。燃用徐州本地煤(设计煤种)、徐州混煤(校核煤种)。锅炉主要参数：

锅炉容量和主要参数

过热器出口压力：26.25MPa（g）

过热器出口温度： 605 ℃

再热器出口温度： 603 ℃

锅炉最大连续蒸发量最终与汽轮机的VWO工况相匹配。

过热蒸汽：

最大连续蒸发量(B-MCR) 1795 t/h

额定蒸发量(BRL) 1707 t/h

额定蒸汽压力（过热器出口） 26.25MPa(g)

额定蒸汽温度 605 ℃

再热蒸汽：蒸汽流量（B-MCR）1462 t/h

进口/出口蒸汽压力（B-MCR）待定MPa(g)

进口/出口蒸汽温度（B-MCR）351/603℃

给水温度（B-MCR） 292 ℃

2. 锅炉运行条件

(1)锅炉运行方式:带基本负荷并参与调峰。

(2)制粉系统:采用中速磨煤机直吹式制粉系统.每炉配6台磨煤机.煤粉细度按200目筛通过率为75% 。

(3)给水调节:机组配置2 X 50%BMCR调速汽动给水泵和一台启动用30%BMCR容量的电动调速给水泵。

(4)汽轮机旁路系统:暂定40%容量一级旁路。

(5)锅炉在燃用设计煤种时，不投油最低稳燃负荷为35%BMCR。

(6)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。

(7)低的NOx排放.锅炉排烟NOx含量不超过400 mg/Nm3(干烟气6%O2)。

3. 锅炉技术特点

电厂工程的锅炉是采用MHT技术设计的垂直水冷壁超超临界直流锅炉。MHI于80年中期开发了采用内螺纹管的垂直管圈水冷壁的变压运行超超临界锅炉.首台机组于1989年投入商业运行.迄今己有约11台700 MW ~1 000MW采用垂直管圈水冷壁的超超临界锅炉和超超临界锅炉投入运行，其中超超临界机组4台(1 000)。

3.1锅炉总体布置

锅炉的汽水流程以内置式汽水分离器为分界点.从水冷壁入口集箱到汽水分离器为水冷壁系统.从分离器出口到过热器出口集箱为过热器系统.另有省煤器系统、再热器系统和启动系统。

过热器采用四级布置，即低温过热器(一级过热器)-分隔屏过热器(二级过热器)屏式过热器(三级过热器)升末级过热器(四级过热器)；再热器采用一级布置.即低温再热器(一级再热器)升末级再热器(二级再热器)。其中低温再热器和低温过热器分别布置于尾部烟道的前、后竖井中.均为逆流布置。在上炉膛、折焰角和水平烟道内分别布置了分隔屏过热器、屏式过热器、末级过热器和末级再热器，由于烟温较高均采用顺流布置.所有过热器、再热器和省煤器部件均采用顺列布置，以便于检修和密封防止结渣和积灰。

3.2燃烧方式

锅炉燃烧器采用墙式布置切圆燃烧。该燃烧方式的特点为:

( 1)将整个炉膛作为一个大燃烧室组织燃烧，因此对每只燃烧器的风量、粉量的控制要求不需严格，并且操作简单。

(2)使燃烧器出口具有较大的空间，气流不易受到水冷壁的影响造成贴墙.从而有利少防止水冷壁的结焦。

(3)炉膛内气流旋转强烈，与煤粉颗粒混合好，而且延长了煤粉颗粒在炉内流动路程.利于煤粉的燃烬。对煤种适应性强.容易适应煤种的变化。

(4)火焰和烟气流场稳定，火焰充满度好.能够最大限度地利用炉膛空间。并且温度分配均匀，使炉膛出口烟温偏差大大降低.有利少锅炉安全运行。

(5)煤粉气流受水冷壁水冷影响程度要大大小于角式切圆燃烧.从而强化煤粉气流的着火特性和增加低负荷稳燃的能力。

(6)采用PM燃烧器具有良好的燃烧稳定性。

(7)燃烧器采用墙式切圆燃烧方式.与传统的四角切圆燃烧方式相比.有诸多优势。

(8) PM燃烧器采用浓淡燃烧降低NOx生成。

(9)采用燃尽风(OFA)控制燃烧反应当量，降低NOx排放。采用MACT( Mitsubishi Advanced Combustion Technology)燃烧技术

进一步降低NOx排放。

锅炉采用了MHI的PM型燃烧器和MACT燃烧系统，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.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NOx生成量高的化学当量燃烧区，大大降低了NOx生成量。PM燃烧器由于将每层煤粉喷嘴分开成上下一组.增加了燃烧器区域高度，降低了燃烧器区域壁而热负荷有利少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附加风(AA)喷嘴达到分层燃烧目的.这样整个炉膛沿高度分成三个燃烧区域.即下部为主燃烧区，中部为还原区，上部为燃尽区，这种MACT分层燃烧系统可使NOx生成量减少25 %。

3.3炉膛及水冷壁

电厂工程锅炉炉膛断面尺寸为17666mm(宽)/17628mm(深)，炉膛截而热负荷为4.6MW/m2.炉膛容积热负荷为84KW/m3。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，对于灰熔点低、易结渣的核煤煤种， BMCR工况下炉膛出口烟温970 ℃.比灰份软化温度低220 ℃。综上所述，锅炉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。

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SA- 213 T12四头内螺纹管焊成，与螺旋管圈相比垂直型水冷壁的主要优点为:

(1)结构简单、便于安装。

(2)不需用复杂的张力板结构.启动或负荷变化时热应力较小。

(3)较好的正向流动特性.在各种工况下保证水动力的稳定性。

(4)阻力较小.比螺旋管圈水冷壁少约1/3。

(5)不易结渣

在传统的一次上升垂直水冷壁的基础上，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，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约1/3以上。

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。

内螺纹管的采用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超临界直流三个阶段.内螺纹管的采用有利于防止亚临界低干度区发生膜态沸腾和控制近临界高干度区发生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。

3.4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等部件。

水冷壁管材主要取决于所选用的水冷壁出口温度.由于阚山电厂工程锅炉水冷壁出口温度较低.为434 ℃.因此仍可采用低铬的SA-213 T12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不需要焊后热处理.使工地安装焊接简化.对保证产品和安装质量有利。

由于阚山电厂工程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烟气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.锅炉的二级过热器(屏式过热器)和四级过热器的蛇形管(炉内部分)均由超级304H( ASMECode Case 2328)和HR3C (ASME Code Case 2115)组成.前者为含铜达3%的细晶粒奥氏体钢.即18Cr10Ni3Cu.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。这二种钢材在日本的蒸汽温度达600 ℃等级的超超临界锅炉己广泛采用。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。

在锅炉再热器出口集箱和导管钢材方而仍采用传统的9Cr1Mo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617 ℃左右.在此温度下采用P91集箱的壁厚将达到140mm，

而且其抗高温氧化的能力也大大下降，考虑以上因素后，在高温的过热器集箱和导管钢材方面采用日本住友金属开发的HCM12A材料即P122.这种钢材具有高的热强性和良好的炕烟气腐蚀能力，解决了高温氧化的问题。

由于过热器大量采用优质高热强钢.管壁相对较薄.因此各级过热器可以采用较大直径的蛇形管( φ51~60)保证较低的过热器阻力。

3.5锅炉启动系统

电厂工程锅炉采用带循环泵的启动系统.在启动过程中能回收工质及热量。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SA387-11的低铬钢制成.锅炉配备2台汽水分离器和一只分离器贮水箱。

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。

启动分离器系统为内置式，锅炉负荷小于25%BMCR的最低直流负荷时，启动系统为湿态运行.分离器起汽水分离作用，分离出来的过热汽进入过热器.水则通过水连通管进入分离器贮水箱，通过再循环系统再循环，当机组渡膨胀时，贮水箱中的水由三只水位控制阀(分离器疏水调节阀)排入锅炉扩容系统或汽机冷凝器系统(根据炉水水质情况决定)，锅炉负荷达到25%BMCR后，锅炉运行方式由再循环模式转入直流运行模式，启动系统也由湿态转为干态.即分离器内己全部为蒸汽，它只起到一个中间集箱的作用。

综上所述，电厂600MW超超临界机组的锅炉具有以下主要特点:

1) 采用内螺纹管改进型垂直水冷壁，加装了中间混合集箱及两级分配器，进一步减少了水冷壁偏差，并将节流管圈装于水冷壁下联箱外面的水冷壁管上以便于调试、简化结构。

2) 采用低NOx的改进型PM主燃烧器，分级燃烧技术。

3) 采用墙式布置切圆燃烧方式。同时A-A的偏转角度可现场调节。以获得均匀的炉内空气动力场和热负荷分配，降低炉膛出口烟气温度场和水冷壁出口工质温度的偏差。

4) 采用较大的炉膛截面和容积，较低的炉膛断面热负荷、容积热负荷和炉膛出口烟温。

5) 过热汽温调温方式为煤水比加三级喷水，再热汽为烟气挡板调温、燃烧器摆动并装有事故紧急喷水。

6) 过热器采用四级布置，再热器为二级布置。为了降低超超临界锅炉因主汽/再热汽温提高到605℃/ 603℃所导致的高温级管子的烟侧高温腐蚀和内壁蒸汽氧化问题，采用了经过长期运行考验的25Cr20Ni奥氏体钢。

7) 采用带有再循环泵的启动低负荷系统，能回收启动阶段的工质和热量并增加了运行的灵活性。

关键词： 国产600MW超超临界锅炉技术特点