目前主要國內制造廠1000MW超超臨界鍋爐設備及特點

第五章目前主要國內制造廠1000MW超超臨界鍋爐設備及特點概述我國電力工業(yè)以煤為主要燃料，以煤為主的發(fā)電格局在今后相當長的時期內不會改變。超臨界機組在國際上已經(jīng)是商業(yè)化成熟的發(fā)電技術，對于超臨界機組，一般可以分為兩個層次，一個是常規(guī)超臨界機組（ConventionalSupercritical）,其中主汽壓力一般為240bar左右，主汽和再熱蒸汽溫度為540－560℃，另一個是高效超臨界機組（HighEfficiencySupercriticalCycle）,通常也稱為超超臨界機組（UltraSupercritical）或者高參數(shù)超臨界機組（AdvancedSupercritical）,其中主汽壓力為280～300bar，主汽和再熱蒸汽溫度為580～600目前我國超超臨界鍋爐的主要設計生產(chǎn)廠家主要有：哈爾濱鍋爐廠（簡稱HBC），其技術支持方為日本三菱重工業(yè)株式會社（MHI）；東方鍋爐廠（簡稱DBC），其技術支持方為日本巴布科克-日立公司（BHK）；上海鍋爐廠（簡稱SBWL）的技術支持方為美國阿爾斯通公司（API）。哈爾濱鍋爐廠選定三菱重工株式會社（MHI）作為技術支持方。MHI是全球著名的發(fā)電設備和重型機械制造公司之一，在開發(fā)超臨界和超超臨界技術方面走在世界的前列，到目前為止已投運的容量大于500MW的超臨界和超超臨界鍋爐已達60臺，其中采用螺旋管圈水冷壁的變壓運行超臨界鍋爐為21臺，采用新型的垂直管圈水冷壁的變壓超臨界鍋爐和超超臨界鍋爐已投運12臺。采用內螺紋管垂直管圈、變壓運行的超超臨界鍋爐在技術上代表了當前高效超臨界鍋爐的最新水平。到2003年，MHI已生產(chǎn)了68臺超臨界鍋爐和超超臨界鍋爐，其中500MW以上的鍋爐為59臺，而1000MW的超臨界和超超臨界鍋爐共有7臺；如以運行方式分類，則32臺為定壓運行，36臺為變壓運行；如從蒸汽參數(shù)上看，超超臨界鍋爐共有9臺，其中2臺為31MPa，566/566/566℃二次再熱，其余均為一次再熱，蒸汽壓力為24.1～24.5MPa，蒸汽溫度為566/593，593/593直至600/600℃。MHI是目前世界上生產(chǎn)超臨界和超超臨界鍋爐最多和最大的火力發(fā)電設備制造商。哈鍋是國家大型電站鍋爐的科研與開發(fā)基地，高度重視新產(chǎn)品的開發(fā)工作，哈鍋與國內高等院校及研究所合作完成了多項超臨界鍋爐關鍵技術的開發(fā)研究，并完成了黑龍江省雙鴨山垂直管圈變壓運行超臨界鍋爐方案，為完成好玉環(huán)項目打下了堅實的基礎東方鍋爐和巴布科克-日立共同合作，全面進行產(chǎn)品的技術設計、制造技術等方面的工作，各項工作都在有序的進行之中。BHK公司在超臨界本生直流鍋爐方面具有世界一流的技術和良好的業(yè)績。BHK自60年代起就在研究超臨界直流爐的技術，對于發(fā)展大容量高參數(shù)鍋爐，BHK在十分重視煤粉燃燒技術、煙氣脫硫、脫硝技術開發(fā)的同時，還十分重視耐熱新鋼種的研制與使用。到現(xiàn)在已銷售約13臺500MW及以下的亞臨界壓力本生爐和21臺600MW及以上容量的超臨界壓力本生型直流鍋爐，自90年代以來600MW及以上容量的13臺超臨界壓力鍋爐全部都是按變壓運行帶中間負荷調峰、低污染排放設計的本生直流爐，其中燃煤爐12臺。BHK的超臨界本生直流爐上以下特點：a高的可靠性、制造精良、利用率高b性能優(yōu)異①參數(shù)高，效率高②環(huán)保措施好c降低成本，大模塊化組合率東鍋擁有雄厚的技術實力和完善的質保體系，取得了美國ASME授權證書和S、U、U2三枚鋼印，國家核安全局頒發(fā)的民用核承壓設備制造許可證，A級鍋爐生產(chǎn)許可證和三類容器設計制造許可證，并通過了GB/T19001-ISO9001質量體系認證。東方鍋爐具有現(xiàn)代化的生產(chǎn)裝備，現(xiàn)已配置、引進了生產(chǎn)超臨界本生型直流鍋爐的專用設備，并具備開發(fā)、設計、研制、生產(chǎn)單機容量為600MW鍋爐的能力。上海鍋爐廠引進ALSTOMPowerInc.,USA的超臨界技術。ALSTOM公司是世界著名的發(fā)電設備供貨商之一。在全球已安裝的發(fā)電設備中，采用ALSTOM鍋爐技術的市場份額高達40%以上。ALSTOM直接提供的設備幾乎占20%，總裝機容量為650,000MWe，其中鍋爐設備超過400,000MWe，煤粉鍋爐超過270,000MWe。ALSTOMPower.,Inc.在超臨界技術領域始終處于領先地位，全球范圍內提供的超臨界鍋爐超過60,000MW，其技術受讓方（包括日本三菱）運用ALSTOM的技術提供的超臨界鍋爐超過40,000MW。ALSTOM的超臨界技術先進、可靠，使電廠的運行效率更高，運行成本更低，同時也更能滿足環(huán)保要求鍋也曾做過多種技術引進方案，但從技術的連續(xù)性和技術的先進性兩方面考慮，最終還是決定引進ALSTOMPowerInc.,USA的超臨界技術。1上海鍋爐廠（SBWL）1000MW超超臨界鍋爐主要特點1.1鍋爐的主要特點1.1.1鍋爐結構特點鍋爐采用“Л”型布置、單爐膛、API低NOx切圓燃燒技術（LNTF），雙火球切圓燃燒方式，爐膛采用內螺紋管垂直上升膜式水冷壁、循環(huán)泵啟動系統(tǒng)、一次中間再熱、調溫方式除煤/水比外，還采用燃燒器擺動及噴水方式。無煙氣分配擋板調溫。鍋爐采用平衡通風、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構架、全懸吊結構。上鍋鍋爐總體簡圖1.1.2設計煤種項目單位設計煤校核煤產(chǎn)地－神華大同工業(yè)分析固定碳FC%47.0048.83揮發(fā)份VM%36.4932.95灰份AY%12.0016.77水份WY%14.0010.40元素分析應用基碳CY%61.4558.33氫HY%3.613.42氧OY%7.89.70氮NY%0.710.68硫SY%0.430.63低位發(fā)熱量LHVMJ/kg23.4222.12灰成分及灰熔點SiO2％35.0949.90Al2O3％16.4134.7Fe2O3％12.476.36CaO％22.562.27MgO％1.340.62K2O％0.300.78Na2O％0.270.20SO3％6.901.511.1.3鍋爐設計參數(shù)參數(shù)單位過熱蒸汽再熱蒸汽蒸汽流量t/h29552443蒸汽壓力bar28061.3設計壓力bar(g)29775蒸汽溫度℃605603給水溫度℃297再熱進口溫度℃367壓力降bar36.62.0噴水率%60參數(shù)單位數(shù)值鍋爐效率(BRL工況;設計煤種;按ASMEPTC4;按LCV)%93.7煙氣排放溫度(修正)℃125過量風%20參考溫度℃25爐膛容積熱負荷kW/m370.5橫截面熱負荷MW/m24.97燃燒器區(qū)域熱負荷MW/m21.11.2內螺紋管垂直水冷壁特點采用改進型的內螺紋垂直水冷壁。爐膛內螺紋管垂直水冷壁由冷灰斗上1m處開始至爐頂棚，中間無混合集箱（壓降低），水冷壁的節(jié)流孔圈裝在水冷壁進口球型容器中，負責將總流量按不同墻的熱負荷分布，進行分配；裝在進口集箱中的節(jié)流圈負責對每面墻中的每組管子按爐膛橫向熱負荷分布曲線進行流量分配。垂直水冷壁和內螺紋管上鍋－阿爾斯通1000MW雙火球切圓燃燒垂直水冷壁初步方案1.3過熱器與再熱器系統(tǒng)過熱器由頂棚、包墻、分隔屏、屏式過熱器和末級過熱器組成，無低溫過熱器。再熱器分為低溫再熱器和高溫再熱器兩級。在低溫再熱器入口設有事故噴水減溫器，再熱汽溫主要用擺動式燃燒器調節(jié)。1.4燃燒系統(tǒng)1.4.1燃燒器設計特點煤粉燃燒器為切向燃燒，主風箱設有6層強化著火煤粉噴嘴，在其四周布置有燃料風（周界風），每相鄰兩層煤粉噴嘴之間布置1層輔助風噴嘴，其中包括上下兩只偏置的CFS（ConcentricFiringSystem）同心切圓噴嘴。在主風箱上部設有兩層CCOFA（Closed-CoupledOFA）緊湊燃盡風噴嘴，在主風箱下部設有一層UFA（UnderfireAir）火下風噴嘴。在主風箱上部布置有5層（SOFA分離燃盡風）噴嘴，以降低NOX排放量。1.4.2采用CFS同心切圓燃燒噴嘴有的特點a在各種負荷工況下熱分布均勻b爐膛煙溫低c燃燒完全d爐膛出口溫度可控e生成NOx最少CFS同心切圓噴嘴1.4.3采用SOFA燃盡風噴嘴的特點a可調的偏轉角度b可調的節(jié)距SOFA分離燃盡鳳噴嘴1.4.4上鍋－阿爾斯通公司設計的1000MW切圓燃燒鍋爐的優(yōu)點a爐膛熱負荷及吸熱均勻-不會產(chǎn)生極端峰值煙溫b采用擺動燃燒器調節(jié)再熱蒸汽溫度c可用偏轉風燃燒系統(tǒng)防止水冷壁結焦，改善清潔度增加爐膛下部吸熱－降低結焦風險d反切燃燼風和分離燃燼風降低爐膛熱負荷峰值和煙溫峰值-降低結焦風險e反切燃燼風和分離燃燼風降低旋流強度，增加燃料噴射強度，減少水冷壁附近的煤/灰粒子－降低煙溫偏差和結焦風險f分離燃燼風噴射角度可調–降低煙溫偏差和未燃燼碳損失g反切燃燼風和分離燃燼風控制NOx<350mg/Nm31.5制粉系統(tǒng)900MW、1000MW均為中速磨直吹式制粉系統(tǒng)，每臺磨帶一層燃燒器。900MW配置6臺中速磨，1000MW配置7臺中速磨。2哈爾濱鍋爐廠（HBC）1000MW超超臨界鍋爐主要特點2.1鍋爐的主要特點2.1.1哈鍋1000MW超超臨界鍋爐采用“Л”型布置、MHI反向雙切圓燃燒方式（單爐膛雙火球），PM（PollutionMinimum）主燃燒器和MACT（MitsubishiAdvancedCombustionTechnology）型低NOx分級送風燃燒系統(tǒng)，它具有爐內煙氣溫度場和熱負荷分配較為均勻、單只燃燒器熱功率較小的優(yōu)點，避免了≥1000MW大型燃煤鍋爐采用單切圓燃燒時爐膛尺寸上的限制。雙切圓燃燒爐膛相當于二個尺寸較小的單切園爐膛的組合，對保證直流燃燒器的火焰穿透能力和改進燃燒組織均是有利的。爐膛采用內螺紋管垂直上升膜式水冷壁、循環(huán)泵啟動系統(tǒng)、一次中間再熱、調溫方式除煤/水比外，還采用煙氣調節(jié)擋板、燃燒器擺動、噴水等方式。鍋爐采用平衡通風、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構架、全懸吊結構。哈鍋鍋爐總體簡圖2.1.2設計煤種項目單位設計煤校核煤產(chǎn)地－神華兗州同忻揮發(fā)份VM%26.5027.33元素分析應用基碳CY%61.757.9256.32氫HY%3.673.683.68氧OY%8.568.097.75氮NY%1.121.170.93硫SY%0.670.550.8灰份AY%8.8021.3924.52水份WY%15.557.206.00哈氏可磨系數(shù)HGIHGI55.0065.00灰成分及灰熔點SiO2％30.5755.9347.24Al2O3％13.1127.4538.97Fe2O3％16.243.995.76CaO％23.544.172.13MgO％1.011.440.41K2O％0.781.540.34Na2O％0.920.320.17變形溫度t1℃11501190軟化溫度t2℃1190>1500>1450熔化溫度t3℃1230>15002.1.3鍋爐設計參數(shù)如下：蒸汽流量主蒸汽流量：2980t／h(BMCR)2887t／h(BRL)再熱汽流量：2424t／h(BMCR)2339t／h(BRL)蒸汽壓力過熱器出口：26.15MPa.g(BMCR)再熱器入口：5.11MPa.g(BMCR)再熱器出口：4.85MPa.g(BMCR)蒸汽溫度過熱器出口：605℃再熱器入口：353℃再熱器出口：603℃給水溫度：302℃鍋爐熱力參數(shù)如下：爐膛容積熱負荷83.0MW／m3爐膛截面熱負荷4.60kW／m2爐膛出口煙溫980屏底煙溫1290鍋爐保證效率93.66％(BRL)鍋爐幾何參數(shù)如下：爐膛寬×深32.084×15.67m鍋爐高度(從水冷壁下集箱到頂棚管)66.4m后豎井深度12.177m總深度(從前水冷壁到后包墻)33.937m水冷壁下集箱標高6.3m最外排柱中心線間縱向跨距70.9m最外排柱中心線間橫向跨距69.0m上層燃燒器中心線到屏底高度22.364m下層燃燒器中心線到冷灰斗拐點高度6.950m2.2內螺紋管垂直水冷壁特點爐膛內螺紋管布置于冷灰斗以上垂直管段至折焰角端。在上下爐膛之間加裝水冷壁中間混合集箱。將在水冷壁下集箱內設小直徑節(jié)流孔圈的設計，改為在小直徑的下聯(lián)箱外面較粗的水冷壁入口管段上，裝焊直徑較大節(jié)流孔圈的設計。采用控制各回路的工質流量的方法控制各回路管子的吸熱和溫度偏差。膜式水冷壁采用SA-213T12四頭內螺紋管焊成，與螺旋管圈相比，垂直型水冷壁的主要優(yōu)點為：a結構簡單、便于安裝。b不需用復雜的張力板結構，啟動或負荷變化時熱應力較小。c較好的正向流動特性，在各種工況下保證水動力的穩(wěn)定性。d阻力較小，比螺旋管圈水冷壁少1／3。e不易結渣。在傳統(tǒng)的一次上升垂直水冷壁的基礎上，本工程中又加裝了帶有二級分配器的水冷壁中間集箱，以降低水冷壁出口沿爐膛周界的工質溫度偏差，根據(jù)MHI的經(jīng)驗，加裝了帶有二級混合器的水冷壁中間集箱后，水冷壁出口溫度偏差可減少1／3以上。超超臨界垂直管圈水冷壁與螺旋管圈水冷壁比較，具有正向流動特性，因此鍋爐水冷壁管中的流量分配與其吸熱量是匹配的,使水冷壁管的壁溫更加均勻。另一項重大改進是將水冷壁入口的控制流量的節(jié)流孔圈由傳統(tǒng)的裝在水冷壁下集箱內改為裝在水冷壁集箱的出口管接頭上，以便于在運行和調試過程中更換節(jié)流孔圈，同時由于增加了裝節(jié)流孔圈的管段直徑，因此也提高了流量調節(jié)的幅度。內螺紋管的采用又進一步提高了水冷壁的可靠性，由于滑壓運行的超超臨界鍋爐的運行中要經(jīng)歷啟動階段的再循環(huán)模式、亞臨界和近臨界的直流運行和超臨界直流三個階段，內螺紋管的采用有利于防止亞臨界低干度區(qū)發(fā)生DNB(膜態(tài)沸騰)和控制近臨界高干度區(qū)發(fā)生DRO(干涸)時壁溫上升的幅度，此外還可以采用較低的質量流速以達到降低水冷壁阻力目的。對于垂直管圈水冷壁的設計一般按相鄰兩管出口溫差130℃來計算30年使用壽命，但在水冷壁入口節(jié)流孔圈經(jīng)過調試后，水冷壁出口相鄰兩管的出口溫度保證控制在30℃以內，因此水冷壁的運行是安全的。中間混合集箱及一級分配器入口節(jié)流孔圈2.3過熱器與再熱器系統(tǒng)過熱器系統(tǒng)采用四級布置，以降低每級過熱器焓增，沿蒸汽流程依次為水平與立式低溫過熱器、分隔屏過熱器、屏式過熱器和末級過熱器。過熱器系統(tǒng)共有三級噴水減溫，每級左右兩點噴水量為過熱蒸汽流量的7％。再熱器分為低溫再熱器和高溫再熱器，兩級再熱器之間設計有事故用緊急噴水減溫器。主要用煙氣擋板調節(jié)再熱汽溫。2.4燃燒系統(tǒng)2.4.1哈鍋1000MW超超臨界鍋爐采用了MHI的PM型燃燒器和MACT燃燒系統(tǒng)，風粉混合物通過入口分離器分成濃淡二股，分別通過濃相和淡相二只噴嘴進入爐膛，濃相煤粉濃度高，所需著火熱量少，利于著火和穩(wěn)燃；由淡相補充后期所需的空氣，利于煤粉的燃盡，同時濃淡燃燒均偏離了NOx生成量高的化學當量燃燒區(qū)，大大降低了NOx生成量，與傳統(tǒng)的切向燃燒器相比，NOx生成量可顯著降低。PM燃燒器由于將每層煤粉噴嘴分開成上下二組，增加了燃燒器區(qū)域高度，降低了燃燒器區(qū)域壁面熱負荷，有利于防止高熱負荷區(qū)結焦。MACT燃燒系統(tǒng)，就是在PM主燃燒器上方一定高度增設二層AA風(附加風)噴嘴達到分級燃燒目的，這樣整個爐膛沿高度分成三個燃燒區(qū)域，即下部為主燃燒區(qū)，中部為還原區(qū)，上部為燃盡區(qū)，這種MACT分級燃燒系統(tǒng)可使NOx生成量減少25％。根據(jù)三菱公司現(xiàn)己運行機組經(jīng)驗，采用三菱公司特有的MACT燃燒技術燃用神華煤，煙氣中NOx排放含量實測值約為270～290mg／Nm3，滿足我國環(huán)保標準。哈鍋1000MW鍋爐每爐配6臺中速磨煤機，BMCR和BRL時投運5臺，一臺備用。鍋爐不投油最低穩(wěn)燃負荷為30％BMCR，鍋爐點火和助燃采用輕柴油，油燃燒器的總輸入熱量按30％BMCR，油槍采用機械霧化式。燃燒器設計方案2.4.2燃燒系統(tǒng)a將整個爐膛作為兩個打燃燒器組織燃燒，因此對每只燃燒器的風量、粉量的控制簡單。b鍋爐負荷變化時，燃燒器按層切換，使爐膛各水平截面熱負荷分布均勻。c對煤種適應性強。d由于爐膛內氣流旋轉強烈，與煤粉顆?；旌虾茫已娱L了煤粉顆粒在爐內流動路程。e解決了鍋爐爐膛出口左右煙溫偏差問題。2.4.3項目參數(shù)風率(%)風速(m/s)風溫（℃）一次風21.92575二次風63.156321OFA10AA2060備注AA風中心距上排燃燒器中心距離為7206mm2.4.4PMPM燃燒器是三菱（MHI）公司開發(fā)的產(chǎn)品，該燃燒器技術成熟，有定型的設計標準，可根據(jù)煤質和環(huán)保要求，選取煤粉濃度。適用于煙煤、貧煤，主要特點為：自身的著火力強、能有效抑制NO2排放、能保證較高的燃燒技術。PM燃燒器2.5制粉系統(tǒng)900MW、1000MW均配置六臺中速磨直吹式制粉系統(tǒng)。每臺磨帶一層燃燒器，每根一次風管道裝有一分為二的煤粉分配器，供至兩只燃燒器。3東方鍋爐廠（DBC）1000MW超超臨界鍋爐主要特點3.1鍋爐的主要特點3.1.1鍋爐采用單爐膛“Л”型布置、平衡通風、前后墻對沖燃燒方式，低Nox旋流式HT-NR3煤粉燃燒器，尾部為雙煙道，再熱汽溫采用煙氣擋板調節(jié)，露天布置，固態(tài)排渣，全鋼構架，全懸吊結構。東鍋鍋爐總體簡圖3.1.2鍋爐主要參數(shù)3.2帶內螺紋管的螺旋管圈水冷壁爐膛水冷壁分為上、下兩部分，下部水冷壁采用全焊接的螺旋上升膜式管屏，螺旋管圈水平傾角為25.7°，螺旋水冷壁為內螺紋管，上部水冷壁采用全焊接的垂直上升膜式管屏。螺旋管圈與上部垂直水冷壁的過渡方式，采用中間混合集箱。3.3過熱器與再熱器系統(tǒng)由四級組成，頂棚及包墻管、水平對流低溫過熱器、屏式過熱器、末級過熱器，無