锅炉设计方案2.doc

锅炉设计方案2

了NOx生成量高的化学当量燃烧区，大大降低了NOx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。

图3 PM燃烧器简图

图4 PM燃烧器NOx生成量示意图
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%，MACT燃烧技术原理见图5。

图5 MACT燃烧技术原理图
MACT燃烧技术原理图：
三菱公司MACT(Mitsubishi Advanced Combustion Technology)燃烧技术的原理如下：
在炉膛的主燃烧区燃料是缺氧燃烧，炉膛过量空气系数为0.85，但在燃烧器喷口附近，由于燃烧率较低，需要的氧量较少，因此在燃烧器喷口附近的区域内是氧化性气氛，这时燃料氮氧化后生成NOx，在炉膛中间的主燃烧区，空气量仅为燃烧理论空气量的0.85，因此燃烧的过程也是一个还原的过程，这时部分NOx被还原成为NH3、HCN。主燃区的化学反应过程如下：
N + O2 ------› NO
CnHm + O2 ------› C O2 + H2O
在燃烧器的上部通过OFA喷嘴加入部分空气，使进入炉膛的空气量达到理论燃烧空气量的水平，形成一个还原脱NOx区，此还原区的化学反应过程如下：
CnHm + O2 ------› C O + H2 + CnHm
No + CnHm ------› NHi + N2 + CnHm
在OFA喷口的上方，是AA风喷口，通过AA风喷口喷入炉膛的风量为总风量的15%，在此燃尽区内的化学反应过程如下：
CnHm + O2 ------› C O2 + H2O
O2 + CO + H2 ------› C O2 + H2O
NHi + O2 ------› NO + N2
根据三菱公司现已运行机组经验，采用三菱公司特有的MACT燃烧技术燃用神木煤，烟气排放NOx含量实测值约为270—290mg/Nm3，满足我国环保标准。
玉环工程每炉配6台RP1163型中速磨煤机，BMCR和BRL时投运5台。
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。
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（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。
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，此时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，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 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已广泛采用。三菱公司已在三隅等7台超超临界锅炉中采用，并已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面仍采用传统的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已达到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。
5、锅炉启动系统
通过对三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，在玉环岛缺水的情况下，采用了经济性最好的带循环泵的内置式启动系统。三种不同的启动系统初投资及有缺点比较见下表。
种类 扩容器式 循环泵式 热交换器式
系统简单l优点
投资少；运行操作方便；l
容易实现自动控制：l
l 维修工作量少。 l 系统简单；
工质和热量回收效果好：l
系统简单；l 对除氧器设计无要求，适合于两班制和周日停机运行方式。 l
运行操作方便；l
l 容易实现自动控制；
工质和热量回收效果好；l
维修工作量少。l
运行经济性差；l缺点
要求除氧器安全阀容量增大；l
l 投资大；l不适合于两班制和周日停机运行方式。
运行操作复杂；l
转动部件的运行和维护要求高；l
l 循环泵的控制要求高。 l 投资大；
金属耗量大；l
要求除氧器安全阀容l 量增大。
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，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三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疏水扩容后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，当再循环泵事故介列时，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。
3.2 结构特点
1） 采用改进型的内螺纹管垂直水冷壁，即在上下炉膛之间加装水冷壁中间混合集箱，以减少水冷壁沿各墙宽的工质温度和管子壁温的偏差，取消早期的在大直径水冷壁下集箱内装设小直径节流孔圈的设计，改为在小直径的下联箱外面较粗的水冷壁入口管段上装焊直径较大的节流孔圈以加大节流度，提高调节流量能力，然后通过三叉管过渡的方式与小直径的水冷壁管（φ28.6）相接，用控制各回路的工质流量的方法来控制各回路管子的吸热和温度偏差。
2） 在保证水冷壁出口工质必需的过热度的前提下，采用较低的水冷壁出口温度（434℃），并把汽水分离器布置于顶棚、包墙系统的出口，这种设计和布置可以使整个水冷壁系统包括顶棚包墙管系统和分离器系统采用低合金钢SA213-T12（P12），所有膜式壁不需作焊后整屏热处理，也使工地安装焊接简化，对保证产品和安装质量有利。
3） 由于过热器和再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，而在很多其它公司（特别是欧洲公司）的设计中，超临界和超超临界锅炉过热器均采用小直径管（φ38~44.5）以控制壁厚，这样导致较高的过热器阻力。
三菱重工超临界与超超临界锅炉采用新型高热强钢业绩
电站
名称 机组号 额定
出力 过热蒸汽
压力kg/cm2g 过热
汽温℃ 再热
汽温℃ 蒸发量
t/h 燃
料 投运
日期 codecase
2328 SA213
TP310HCbN
原町 1 1000 250 566 593 2970 煤 1997-7 采用 采用
三隅 1 1000 250 600 600 2900 煤 1998-7 采用 采用
舞鹤 1 900 250 595 595 2570 煤 2003-3 采用 采用
敦贺 2 700 246 593 593 2120 煤 2000-10 采用 采用
神户 1 700 246 538 566 2340 煤 2002-3 采用 采用
岭北 2 700 246 593 593 2120 煤 2002-7 采用 采用
广野 5 600 250
24.5Mpa(a) 600 600 1770 煤 2002-7 采用 采用

4） 汽温调节手段的多样化，除过热器采用三级六点的喷水外，直流运行时主要靠改变煤/水比来调节过热汽温，再热汽温主要调节手段为烟气分配挡板，而以燃烧器摆动作为辅助调节手段，再热器还在再热汽的入口管道上加装事故喷水减温装置。过热器采用三级喷水能更好消除工质通过前级部件所造成的携带偏差，也增加了调温能力。
5） 为降低过热器阻力，过热器在顶棚和尾部烟道包墙系统采用二种旁路系统，第一个旁路系统是顶棚管路系统，只有前水冷壁出口的工质流经顶棚管；第二个旁路为包墙管系统的旁路，即由顶棚出口集箱出来的蒸汽大部分送往包墙管系统，另有小部分蒸汽不经过包墙系统而直接用连接管送往后包墙出口集箱。
水冷壁系统流程图

6)过热器正常喷水水源来自省煤器出口的水，这样可减少喷水减温器在喷水点的温度差和热应力；但在非正常情况下，如果屏式过热器和末级过热器汽温和壁温过高，则可利用由给水管引出较低温度的水喷入，达到较好的减温效果。再热器喷水水源来自给水泵中间抽头。
4．锅炉整体布置
本锅炉采用单炉膛、П型布置、悬吊结构。燃烧器布置为反向双切园燃烧方式。
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）→分隔屏过热器（二级）→屏式过热器（三级）→末级过热器（四级）；再热器为二级，即低温再热器（一级）→末级再热器（二级）。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。
水冷壁为膜式水冷壁，由于全部为垂直管屏，因此可以不必采用结构复杂的张力板来解决下部炉膛水冷壁的重量传递问题。为了使回路复杂的后水冷壁工作可靠，将后水冷壁出口集箱（折焰角斜坡管的出口集箱）出口工质分别送往后水冷壁吊挂管和水平烟道二侧包墙二个平行回路，然后再用连接管送往顶棚出口集箱，与前水冷壁和二侧水冷壁出口的工质汇合后再送往顶棚包墙系统，这样的布置方式在避免后水冷壁回路在低负荷时发生水动力的不稳定性和减少温度偏差方面较为合理和有利。
烟气流程如下：依次流经上炉膛的分隔屏过热器、屏式过热器、末级过热器、末级再热器和尾部转向室，再进入用分隔墙分成的前、后二个尾部烟道竖井，在前竖井中烟气流经低温再热器和前级省煤器，另一部分烟气则流经低温过热器和后级省煤器，在前、后二个分竖井出口布置了烟气分配挡板以调节流经前、后分竖井的烟气量，从而达到调节再热器汽温的目的。烟气流经分配挡板后通过连接烟道和回转式空气预热器排往电气除尘器和引风机。
流经省煤器出口烟气分配挡板的烟气由连接烟道送往回转式空气预热器。
锅炉启动系统为带再循环泵系统，二只立式内置式汽水分离器布置于锅炉的后部上方，由后竖井后包墙管上集箱引出的锅炉顶棚包墙系统的全部工质均通过4根连接管送入二只汽水分离器。在启动阶段，分离出的水通过水连通管与一只立式分离器贮水箱相连，而分离出来的蒸汽则送往水平低温过热器的下集箱。分离器贮水箱中的水经疏水管排入再循环泵的入口管道，作为再循环工质与给水混合后流经省煤器—水冷壁系统，进行工质回收。除启动前的水冲洗阶段水质不合格时排往扩容器系统外，在锅炉启动期间的汽水膨胀阶段、在渡过汽水膨胀阶段的最低压力运行时期以及锅炉在最低直流负荷运行期间由贮水箱底部引出的疏水均通过三只贮水箱水位调节阀送入冷凝器回收或通过炉水循环泵送入给水管道进入水冷壁进行再循环。
借助于再循环泵和给水泵，在锅炉启动期间水冷壁系统内始终保持相当于锅炉最低直流负荷流量（25%BMCR），启动初期给水泵保持5%BMCR给水流量，随锅炉出力达到5%BMCR，三只贮水箱水位调节阀全部关闭，锅炉的蒸发量随着给水量的增加而增加，而通过循环泵的再循环流量则利用泵出口管道上的再循环调节阀逐步关小来调节，当锅炉达到最小直流负荷（25%BMCR），再循环调节阀全部关闭，此时，锅炉的给水量等于锅炉的蒸发量，启动系统解列，锅炉从二相介质的再循环模式运行（即湿态运行）转为单相介质的直流运行（即干态运行）。
过热器采用煤/水比作为主要汽温调节手段，并配合三级喷水减温作为主汽温度的细调节，喷水减温每级左右二点布置以消除各级过热器的左右吸热和汽温偏差。再热器调温以烟气挡板调温为主，燃烧器摆动调温为辅，同时在再热器入口管道上布置有事故喷水装置。
制粉系统采用中速磨正压直吹式系统，每炉配6台磨煤机，B-MCR工况下5台运行，1台备用。每台磨供一层共2×4=8只燃烧器，燃
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