600 MW控制循環鍋爐

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600 MW控制循環鍋爐簡介
    600 MW容量級燃煤機組是我國火電建設中將要大力發展的系列之一,鍋爐基本上是從國外進口或引進技術國內製造的,按蒸發系統工質流動方式大體可分為自然循環汽……
600 MW控制循環鍋爐正文
    600 MW容量級燃煤機組是我國火電建設中將要大力發展的系列之一,鍋爐基本上是從國外進口或引進技術國內製造的,按蒸發系統工質流動方式大體可分為自然循環汽包爐、控制循環鍋爐、直流鍋爐;按燃燒方式可分為直流燃燒器四角切圓布置、旋流燃燒器牆式布置等。其中控制循環鍋爐是美國燃燒工程公司(CE)的專利,我國哈爾濱鍋爐廠、上海鍋爐廠引進此技術進行生產,已陸續在平圩、北侖、吳涇等電廠投運。國華定洲發電廠(以下簡稱定電)一期工程2×600 MW機組的2台四角切圓燃燒、控制循環鍋爐是在河北省南部電網的首次應用。
1鍋爐系統布置

定電一期工程安裝了2台上海鍋爐廠製造的亞臨界參數汽包爐,採用控制循環、一次中間再熱、單爐膛、四角切圓燃燒方式、燃燒器擺動調溫、平衡通風、固態排渣、全鋼懸吊結構、露天布置燃煤鍋爐。鍋爐的制粉系統採用中速磨冷一次風機正壓直吹式系統。

沿汽包長度方向布置6根大直徑下降管,爐水由匯合集箱匯合后,分別接至布置於爐前的3台低壓頭循環泵。每台循環泵有2隻出口閥,再由出口閥通過6根連接管引入水冷壁下部環形集箱。在環形集箱內水冷壁管入口處均裝有節流圈。?

水冷壁由爐膛四周、折焰角及延伸水平煙道底部和兩側牆組成。過熱器由爐頂管、后煙井包覆、水平煙道側牆後部、低溫過熱器、分隔屏、后屏和末級過熱器組成。再熱器由牆式再熱器、屏式再熱器和末級再熱器組成。省煤器位於后煙井低溫過熱器下方。24隻直流式燃燒器分為6層布置於爐膛下部四角,煤粉和空氣從四角送入,在爐膛中呈切圓方式燃燒。?

過熱器的汽溫調節由2級噴水來控制。再熱器的汽溫採用擺動燃燒器方式調節(投自動),再熱器進口設有事故噴水。

鍋爐燃燒系統按中速磨冷一次風直吹式制粉系統設計。?

尾部煙道下方設置2台3分倉受熱面旋轉容克式空氣預熱器。?

爐底排渣系統採用機械刮板撈渣機裝置。?
2給水和水循環系統

控制循環鍋爐的主要特點是在鍋爐循環迴路的下降管和上升管之間加裝循環泵以提高循環迴路的壓頭,因此汽包及上升管、下降管可採用較小直徑。但是加裝爐水循環泵後會消耗一定功率,一般相當於鍋爐功率的0.3%~0.4%。?

爐水循環泵的主要結構特點是將泵的葉輪和電機轉子裝在同一主軸上置於互相連通的壓力殼體內。泵體與電機是被分隔的2個腔室,配有1套較為複雜的高、低壓冷卻水系統。整個泵體和電機均由下降管支吊,這樣泵可在鍋爐熱態時隨下降管一起向下自由移動而不受膨脹限制。

定電鍋爐採用CC 循環系統,即「低壓頭循環泵+內螺紋管」,稱為改良型控制循環。下降管系統中布置了低壓頭循環泵,以保證水冷壁內介質循環安全可靠。水冷壁四周採用了內螺紋管,可以使水冷壁中的質量流速降低,流量減少。鍋爐循環倍率由自然循環方式的4降低到2左右,製造廠允許的最小循環倍率僅為1.33。系統內布置了3台循環泵,其中2台投運可以帶MCR負荷,另1台為備用。為了避免2台泵運行時,1台突然發生故障,而備用泵一時又難以啟動,從而影響到鍋爐負荷的變化,故CE推薦在正常工況下保持3台泵運行。在下水包內的每根水冷壁管入口處裝有不同孔徑的節流孔板,以控制每根水冷壁管的流量,保證爐膛運行工況變化時循環仍然均勻可靠。

鍋爐在各種負荷下均能保證水循環可靠,爐水循環泵入口不產生汽化。在循環泵的選型、布置等方面,可充分保證泵入口的實際凈正吸入壓頭(NPSHA)大於泵在該處飽和壓力下所需的凈正吸入壓頭(NPSHR),這是防止循環泵入口產生汽蝕的首要條件,此外還限制停爐、降負荷時的降溫降壓速度,與負荷變化率相協調,具體要求如下:

汽包運行壓力在3.45 MPa以上時,降溫速度為5.6 ℃/min,相應降壓速度為736 kPa/min。

汽包運行壓力在3.45 MPa以下時,降溫速度為2.8 ℃/min,相應降壓速度為46 kPa/min。
3汽包

控制循環鍋爐汽包較一般自然循環鍋爐汽包的主要差別在於它增加了1個內罩殼,並採用較低的正常水位高度。由於控制循環鍋爐的汽包上部採用內罩殼結構,與汽包內壁之間形成一個環形夾層。汽水混合物從汽包上部(自然循環鍋爐通常是由汽包側下部)引入夾層,自上而下以適當的流速均勻地傳熱給汽包內壁,使汽包上、下部分得到均勻地加熱和冷卻,減少了上、下壁溫差。在啟、停過程中,絕大部分汽包壁只與汽水混合物一種工質接觸,汽包各點的金屬溫度非常接近,不會形成過高的溫差應力,所以,不需在汽包上裝設金屬壁溫測點對控制循環鍋爐的汽包上、下及左、右兩端金屬壁溫進行控制監督,因此控制循環鍋爐的啟、停時間比自然循環鍋爐相對縮短。

汽包正常水位維持在中心線以下220 mm,遠較自然循環鍋爐汽包正常水位-50 mm為低。因為汽包所有欠焓給水都貼近下降管入口噴入,即使水位過低也不會產生汽化。同時這種設計方式還使汽側空間高度加大,汽水分離效果更好,有利於汽水分離裝置的布置,保證蒸汽品質。
4燃燒系統

直流燃燒器、四角布置、切圓燃燒是CE公司的傳統燃燒方式,這種燃燒方式因氣流在爐膛內形成一個較強烈旋轉的整體燃燒火焰,對穩定著火、強化後期混合、保證燃料完全燃燒十分有利。定電採用了正壓直吹式制粉系統,配置6台ZGM113N中速磨,燃燒器四角布置,切向燃燒。

煤粉管道從磨煤機出口供至燃燒器進口,每台磨煤機出口由4根煤粉管道接至同一層四角布置的煤粉燃燒器。每角燃燒器風箱分成14層,其中A、B、C、D、E、F 6層為一次風噴嘴,其餘8層為二次風噴嘴。一、二次風呈間隔排列,在AB、CD、EF 3層二次風室內設有啟動及助燃油槍,共12支。為了降低四角切圓燃燒引起的爐膛出口及水平煙道中煙氣的殘餘旋轉造成的煙氣側的屏間熱偏差,採用同心反切加燃盡風(OFA)和部分消旋二次風,使爐內氣流的旋轉強度具有一定的可調性。下部的啟轉二次風與一次風噴嘴偏轉15°,上部消旋二次風與一次風噴嘴向另一方向偏轉25°。燃燒器一次風噴嘴採用等間距布置,間距為1 860 mm,總距離為9 300 mm。噴燃器噴嘴擺動採用電動執行機構,在熱態運行時,一次風上下擺動各20°,二次風可上下擺動30°。二次風采用典型CE式大風箱結構,保證四角配風均勻,在煤粉氣流均勻的條件下,可有效防止切圓偏斜。

燃燒器的主要技術特點可以歸結為以下3點:?

a. 採用寬調節比煤粉噴口,即WR噴嘴,它由90°彎頭、帶水平隔板的一次風管和帶V形鈍體的噴嘴本體組成。煤粉氣流經過90°彎頭后,由於離心作用,被分成上濃下淡2股,濃煤粉氣流進入噴嘴上部,淡煤粉氣流則進入噴嘴的下部區域,而煤粉氣流中的空氣基本上按各50%進入上下兩區域,從而形成濃淡燃燒。V形鈍體能顯著增加煙氣迴流量,提高鍋爐穩燃能力。?

濃淡燃燒由於上部濃煤粉氣流所需的著火熱少,易著火,然後點燃下部的淡煤粉氣流,因此燃燒穩定性和低負荷性能好。由於濃側煤粉氣流的空氣量相對少,故同時抑制了燃料NOx的生成。?

b. 採用對沖同心正反切燃燒方式,即一次風對沖,二次風同心正反切。二次風偏離一次風射流一個角度射入爐膛,這不僅可適當推遲一、二次風的混合,而且在爐膛水平方向形成中央富燃料區,水冷壁區域富空氣區,形成沿爐膛水平方向的空氣分級。

c. 燃燒器最顯著的特點是每隻燃燒器的頂部設有燃盡風噴口(OFA),實質上就是相當於2段燃燒方式。在運行中將空氣由此噴口送入爐膛,此時下部主燃燒器區域則處於比傳統燃燒方式即氧濃度低得多的氣氛下,這樣既可避免過高的峰值溫度,減少熱力型NOx的的生成,也可以抑制燃料氮向NOx轉換的生成反應,從而達到總體上降低NOx排放的目的。燃盡風投入並迅速地與燃燒產物混合,保證燃料的完全燃盡。?
5防止結焦的技術特點

燃煤鍋爐的爐內結渣既是一個物理化學過程,也是一個非常複雜的流體力學過程。影響結渣的因素較多,不僅與煤質特性(灰熔點、灰成分、灰粘度等)有關,還與爐膛熱力參數、燃燒器的結構與爐內空氣動力工況、鍋爐運行參數等密切相關。結渣的本質可以概括地表述為:當溫度高於灰熔點的煙氣沖刷受熱面時,煙氣中熔融的灰渣粘附到受熱面上,造成結渣。

定電設計煤種為神府東勝煤,按發電廠煤粉鍋爐用煤分類標準GB 75621998《發電煤粉鍋爐用煤技術條件》可知:神府東勝煤屬於高揮發分、常灰分、常水分、低硫分、易結渣煙煤。其變形溫度DT為1 120 ℃,軟化溫度ST為1 160 ℃,流動溫度FT為1 180 ℃。

定電600 MW控制循環、切圓燃燒鍋爐防止爐內結焦的技術特點有以下4點。

a. 爐膛結構尺寸和熱負荷指標正確合理的選取是鍋爐設計成功與否的關鍵所在,在總結吳涇電廠等同類型鍋爐經驗基礎上,選取了合適的爐膛容積熱負荷、爐膛斷面熱負荷、燃燒器區域壁面熱負荷及爐膛出口煙溫。在爐膛結構尺寸和熱力參數選取上,留有較大裕度,避免了由於熱負荷偏高而引起爐膛結渣,有效地減輕了鍋爐滿負荷時的爐膛結渣傾向。

本工程爐膛斷面和高度取為:爐膛寬19.558 m,深16.940 5 m,高64.625 m。爐膛寬深比1.155,上排噴口至屏底距離為20.13 m,下排噴口至冷灰斗轉角距離為5.969 m。爐膛設計參數(BMCR)如下:

容積熱負荷:
86.48 kW/m3

截面熱負荷:





 4 618 kW/m2

有效的投影輻射受熱面熱負荷(EPRS):
174 kW/m2

燃燒器區域面積熱負荷:


 1 245 kW/m2

爐膛后屏出口煙溫:

 1 027 ℃

屏底煙溫:
1 375 ℃

b. 防止鍋爐結渣的關鍵是組織合理的爐內空氣動力場。鍋爐採用了一次風對沖、二次風同心正反切的燃燒方式,以確保形成風包煤的爐內氣流特性,防止一次風氣流貼壁。這種燃燒方式有助於在水冷壁附近形成氧化性氣氛,對減小鍋爐受熱面的結渣傾向較有利。選取合適的爐膛寬/深比,採用大切角布置燃燒器和大風箱結構,改善氣流兩側補氣條件,使四角配風均勻,再適當提高一、二次風速(一次風速26 m/s,二次風速54 m/s),增強各自的剛性,防止一次風氣流直接沖刷水冷壁而產生結渣。

c. 採取一次風對沖、二次風同心正反切的燃燒方式,通過模化試驗確定燃燒器上部的OFA層、FF層及EF層噴嘴分別反切25°和20°,合理配置正反切風的動量矩比,以減弱爐內氣流的殘餘旋轉強度,這一燃燒方式可有效地控制轉向室兩側的煙溫偏差,避免結渣。

d. 在燃燒器的結構設計中,也採取了防結渣的措施,如選取合理的煤粉噴嘴間距及適宜的單隻噴嘴熱功率,以降低燃燒器區域的熱負荷。適當提高一次風速及增加周界風的份額,以增強一次風氣流的剛性。同時,一次風速的提高和周界風份額的增加,可推遲煤粉著火,使著火點離燃燒器較遠,火焰高溫區也相應推移到爐膛中心,以避免燃燒器噴口周圍的結渣。燃燒器上下端設置二次風,也可有效防止燃燒器上下區域的結渣。


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