第一讲_超临界锅炉概述

1、技术专题介绍1 郑州电力高等专科学校郑州电力高等专科学校超临界锅炉技术概述超临界锅炉技术概述n水在加热过程中存在一个状态点临界点n低于临界点压力，从低温下的水加热到过热蒸汽的过程中要经过汽化过程，即经过水和水蒸汽共存的状态；n而如果压力在临界压力或临界压力以上时，水在加热的过程中就没有汽水共存状态而直接从水转变为蒸汽。n临界点的主要影响参数是压力，水的临界点压力为22.115MPa。温度温度/压力压力/barbar亚临界超临界水分子密度与压力、温度关系水分子密度与压力、温度关系温度温度/压力压力/barbar亚临界超临界水分子密度与压力、温度关系水分子密度与压力、温度关系超临界压力下朗肯循环过

2、程的TS图直流炉可以适用于任何压力，但如果压力太低，则不如自然循环锅炉，所以一般应用在P16MPa的锅炉上。当然超（超）临界参数锅炉必须采用直流型式电厂名称容量 MW供电煤耗 g/kWh发电煤耗g/kWh厂用电率%华能南京电厂300324.5309.84.53华能营口电厂320337.2320.74.90华能伊敏电厂500329.53l1.25.55国华盘山电厂500331.O3l1.16.0石洞口电厂600308.2297.13.6绥中电厂800329.23l2.94.9320032003年度全国超临界机组运行经济指标统计数据年度全国超临界机组运行经济指标统计数据1.采用型布置形式2.螺旋管

3、圈水冷壁.采用前后墙对冲燃烧方式.采用新型低氮旋流燃烧器.采用回转式空气预热器.采用直吹式制粉系统.采用轴流式风机1.采用型布置形式 型布置是传统普遍采用的方式，烟气由炉膛经水平烟道进入尾部烟道，在尾部烟道通过各受热面后排出。 其主要优点是锅炉高度较低，尾部烟道烟气向下流动有自生吹灰作用，各受热面易于布置成逆流形式，对传热有利等。DBC/BHK/BHDBDBC/BHK/BHDB 2.螺旋管圈水冷壁 对于超临界变压运行锅炉，螺旋管圈水冷壁是首先应用于超临界变压运行锅炉的水冷壁型式。 炉膛水冷壁采用螺旋管圈垂直管圈方式【即下部炉膛的水冷壁采用螺旋管圈（内螺纹管），上部炉膛的水冷壁为垂直】，保证质量

4、流速符合要求。 水冷壁采用全焊接的膜式水冷壁 水冷壁采用一次中间混合联箱来实现螺旋管至垂直水冷壁管的过渡 性能优越、成熟可靠的水冷壁布置与选择管径灵活，易于获得足够的质量流速螺旋管圈水冷壁所需管子根数和管径，可通过改变管子水平倾斜角度来调整，使之获得合理的设计值，以确保锅炉安全运行与水冷壁自身的刚性。 管子根数大大减少，而且这种减少水冷壁管子根数的办法不加大管子之间的节距，使管子和肋片的金属壁温在任何工况下都安全。 内螺纹螺旋管圈水冷壁: 采用内螺纹管，提高水冷壁安全裕度采用管螺旋管圈 控制合理的设计平均质量流速，防止亚临界状态下的传热恶化，提高高负荷下的安全裕度。选取较高的质量流速 较高的流

5、速可以确保更高的传热性能和流动可靠性，确保水冷壁有较高的安全性和较大的安全裕度 BRL MCR 0 5 10 15 20 25 30 35 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 主主蒸蒸汽汽流流量量, t/h 压压力力, MPag - 500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 3,500 4,000 4,500 质质量量流流速速 (kg/m2s) 过过热热器器出出口口压压力力 省省煤煤器器进进口口压压力力 设设计计平平均均质质量量流流速速 临临界界质质量量流流速速 内螺纹管Tube Sufficient Margin 足足够够的的裕裕

6、量量 光管 30%MCR 50THA 70%THA 结论：通过采用内螺纹管及选取合适的质量流速，水冷壁安全裕度得到极大的提高，汽水阻力仅增加约10%。螺旋水冷壁螺旋水冷壁垂直水冷壁垂直水冷壁混合集箱混合集箱垂直水冷壁入口集箱垂直水冷壁入口集箱半炉膛混合，减少吸热偏差小，适应变压运行半炉膛混合，减少吸热偏差小，适应变压运行内螺纹螺旋管圈水冷壁:充分均匀混合的中间过渡水冷壁垂直水冷壁 螺旋水冷壁出口 垂直水冷壁进口螺旋水冷壁 内螺纹螺旋管圈水冷壁: 管间吸热偏差小，适应变压运行燃烧器燃烧器燃烧器燃烧器燃烧器燃烧器燃烧器燃烧器水冷壁出口水冷壁出口介质温度介质温度垂直管布置水冷壁垂直管布置水冷壁螺旋上

7、升式水冷壁螺旋上升式水冷壁热负荷热负荷前墙侧墙后墙侧墙前墙侧墙后墙侧墙流向流向流向流向流向流向流向流向螺旋管在盘旋上升的过程中，每根管子都经过炉膛下部高热负荷区域的整个周界，途经宽度方向不同热负荷分布的区域。因此，螺旋管的每个管子，以整个长度而言，热偏差很小 内螺纹螺旋管圈水冷壁: 不需设置水冷壁进口节流圈流量调整困难流量调整困难 (进口节流圈进口节流圈)采用高质量流速，且质量流速可采用高质量流速，且质量流速可以自由调整。以自由调整。节流圈为针对锅炉某一负荷、某一煤种而设计。由于节流圈的固有特性，对所有负荷进行流量合理分配、调节较为困难；机组运行一段时间，节流圈将不可避免地结垢，偏离设计值。对

8、煤种变化、炉膛结渣等所引起的炉膛热负荷变化适应性较差。采用较高质量流速设计，且进口不需装设节流圈，螺旋管圈水冷壁的传热、流量分配和介质出口温度等不会受到燃烧器、磨煤机切换等工况的影响 。对煤种变化、炉膛结渣以及机组负荷变化所引起的吸热量的变化适应性好，变负荷、变压运行能力强 螺旋管圈+内螺纹管漩涡效果 重力作用管子内表面充满了液体 内螺纹螺旋管圈水冷壁:成熟的制造和安装工艺，工地安装方便快捷统计结果：采用螺旋管圈水冷壁的汕头工程600MW超临界锅炉受压件安装焊口数约3800038000只（螺旋管圈部分约82008200只，垂直管圈部分约64006400只，共计约1460014600只)。总的工

9、地受压件安装焊口少于采用垂直管圈水冷壁的600MW超临界锅炉。.采用前后墙对冲燃烧方式 屏式过热器进口烟气分布炉膛出口烟气温度分布高温过热器进口烟气分布2020 烟气温度分布高过炉膛出口250 kW/m20kW/m2屏过0 采用前后墙对冲燃烧方式:避免火焰刷墙，防止炉膛结渣后墙前墙热烟气和灰粒冲刷的几率较小侧墙布置的吹灰器可有效控制水冷壁的积灰 周围的烟气卷吸到燃烧器主气流中 热烟气回流到炉膛角部 含有熔化灰粒的热烟气冲刷水冷壁 灰粒在水冷壁上堆积形成结渣 燃烧器炉膛水冷壁采用前后墙对冲燃烧方式燃烧器燃尽风口前墙左侧墙后墙右侧墙流体温度(oC)前墙前墙左侧墙左侧墙右侧墙右侧墙后墙后墙41040

10、0390380100%MCR切圆燃烧切圆燃烧切圆燃烧切圆燃烧(设置节流圈设置节流圈)对冲燃烧方式对冲燃烧方式20oC10oC7oC燃烧方式燃烧方式最大温差最大温差前后墙对冲燃烧方式:热空气配风简单可靠.采用新型低NOX旋流燃烧器将传统的二次风分为两部分：内二次风（或称为二次风）和外二次风（或称为三次风），这两股风均布置有各自的调风器，以便于在运行调整风量和旋流强度。燃烧用空气沿射流行程逐步分级送入，在射流下游区域完全混合, ,实现了旋流煤粉燃烧器内部的空气分级燃烧，控制NOx生成量。 采用最新型旋流燃烧器：性能优越的煤粉浓缩器一次风粉混合物首先进入燃烧器的一次风入口弯头，然后经过燃烧器一次风管

11、和布置在一次风管中的煤粉浓缩器，最后经过一次风稳焰齿环和一次风扩锥喷入炉膛。煤粉浓缩器使煤粉气流产生径向分离，浓煤粉气流从一次风管圆周外侧经过一次风管出口处的稳焰齿环进入环形回流区着火燃烧；淡煤粉气流从一次风管中心区域喷入炉内，并进入内回流区着火燃烧采用最新型双调风低旋流燃烧器：快速点火、高温火焰一次风管出口处的较大厚度和一次风扩锥使一、二次风分离并形成一个夹角，通过高速的一、二次风的吸卷在该夹角范围内形成一个稳定的高温烟气环形回流区。该回流区离一次风出口很近，回流的烟气温度很高；而进入该回流区的是浓煤粉气流，它所需要的着火热大大降低；喷口出口处的稳焰齿环可以增加煤粉气流的湍动度，进一步提高煤

12、粉气流的着火速度；一次风扩锥可以推迟二次风的混入，提高回流区域的温度。因此在上述因素的共同作用下，煤粉气流在离开燃烧器一次风喷口后能够迅速及时着火、稳定燃烧。螺旋管圈水冷壁 主要设备：合理的水冷壁的支撑结构垂直膜式水冷壁螺旋水冷壁出口集箱垂直水冷壁进口集箱螺旋水冷壁出口集箱垂直水冷壁进口集箱垂直搭接板垂直刚性梁水平刚性梁螺旋膜式水冷壁上部垂直水冷壁主要系统：汽水系统来至高压缸出口水平烟道侧包后竖井前包后竖井侧包后竖井中隔后竖井后包水平烟道侧包启动分离器启动分离器低过屏过高过至高压缸一级减温一级减温二级减温器二级减温器顶棚过热器低再高再至中压缸事故减温器事故减温器省煤器去高压缸去中压缸来自高加来

13、自高压缸炉膛低过屏过末过低再高再分离器贮水罐过热器一级减温再热器事故减温过热器二级减温.采用可灵活配置的锅炉启动系统给水控制阀锅炉给水泵除氧器疏水扩容器冷凝水净化器冷凝水泵高加省煤器水冷壁储水罐启动分离器水位控制阀启动排污低温过热器屏式过热器高温过热器高温再热器高压缸中压缸低压缸冷凝器高压旁路阀疏水阀 喷水 喷水 低压旁路阀HPIP低温再热器 喷水 喷水 L P 喷水 启动循环泵再循环管路水位控制阀低加以上两种启动系统方案我公司均可设置，正常运行时，启动初期排入凝汽器的疏水流量不大，本公司推荐选用启动疏水直接排入凝汽器方案。最终选型由业主和设计院进行技术经济比较后确定。主要设备：启动分离器超临界锅炉的典型结构.在锅炉启停及正常运行过程中，汽水分离器均投入运行。序号名称1筒身2汽侧封头3水侧封头4管接头5手孔管接头6热电偶插座主要设备：省煤器布置位置：布置位置：布置特点：布置特点：防磨措施防磨措施: :省煤器省煤器 主要设备：空气预热器 锅炉配置容克式空气预热器 布置在锅炉尾部，为于锅炉主钢架范围之外 炉空气预热器按引进技术设计、