第三章 锅炉本体 - 图文-

1、第三章锅炉本体3.1 省煤器在锅炉尾部烟道的最后,烟气温度仍有400左右,为了最大限度地利用烟气热量,大型锅炉在尾部烟道都布置一些低温受热面,通常包括省煤器和空预器。省煤器的作用就是让给水在进入锅炉前,利用烟气的热量对之进行加热,同时降低排烟温度,提高锅炉效率,节约燃料耗量。省煤器的另一作用在于给水流入蒸发受热面前,先被省煤器加热,这样就降低了炉膛内传热的不可逆热损失,提高了经济性,同时减少了水在蒸发受热面的吸热量。因此采用省煤器可以取代部分蒸发受热面。也就是以管径较小、管壁较薄、传热温差较大、价格较低的省煤器来代替部分造价较高的蒸发受热面。因此,省煤器的作用不仅是省煤,实际上已成为现代锅炉中

2、不可缺少的一个组成部件。省煤器按布置方式可分为错列布置和顺列布置。错列布置结构紧凑,传热系数较大,但加大了管子的磨损。顺列布置则可以减轻省煤器磨损,且易于清灰。大型锅炉一般采用纵向鳍片管、螺旋型鳍片管和整焊膜式受热面制造省煤器,以增大烟气侧的换热面积,节约金属耗量,降低管组高度和减小烟气侧阻力,并可减轻省煤器磨损。本厂锅炉省煤器布置于后烟井前后烟道的下部,顺列布置,以逆流方式与烟气进行换热。省煤器管束采用44.5×6mm、材料为SA-210C的光管,外加H型鳍片(如图3-1。省煤器鳍片管的采用可以增大烟气侧的换热面积,提高换热效果,使得大管径和顺列布置的采用得以实现,对减轻省煤器的磨

3、损有较好的效果。给水经省煤器的入口汇集集箱分别供至前后的省煤器入口集箱。省煤器向上形成共2排吊挂管,用于悬挂前后竖井中所有对流受热面,悬挂管材质为SA210C,省煤器入口集箱为356×65,材质为SA106C;省煤器中间集箱为219×40,材质为SA106C;省煤器出口集箱置于锅炉顶棚之上,采用406×65的规格,材质为SA106C。由省煤器出口集箱引出2根457×65的连接管将省 图3-1 鳍片管省煤器煤器出口水向下引到水冷壁入口集箱上方两只混合器,再用连接管分别将工质送入各水冷壁的入口集箱。省煤器入口有取样点,并有其相应的接管座及一次门。省煤器进口联

4、箱上装有疏水,并带有相应的阀门。省煤器在最高点设置排放空气的接管座和阀门。进入省煤器区域的烟气已没有熔化的飞灰,碱金属(钠、钾氧化物蒸汽的凝结也已结束,所以省煤器的积灰,容易用吹灰方法消除。进入省煤器区域的飞灰,具有不同的颗粒尺寸,属于宽筛分组成,一般都小于200m,大多数为1020m。当携带飞灰的烟气横向冲刷蛇形管时,在管子的背风面形成涡流区,较大颗粒飞灰由于惯性大不易被卷进去,而小于30m的小颗粒跟随气流卷入涡流区,在管壁上沉积下来,形成楔形积灰。省煤器受热面积灰后,使传热恶化,排烟温度升高,降低锅炉效率,积灰可能使烟道堵塞,轻则使流动阻力增加、降低出力,严重时可能被迫停炉清灰。锅炉运行时

5、,为防止或减轻积灰的影响,除保证烟气速度不能过低外,至关重要的是及时合理地进行吹灰,这是防止积灰行之有效的方法。确定合理的吹灰间隔时间和一次吹灰的持续时间尤为重要。进入尾部烟道已硬化的大量飞灰,随烟气冲击受热面时,会对管壁表面产生磨损作用,管子变薄,强度下降,造成管子损坏。特别是省煤器,灰粒较硬,更易发生磨损。这种由于飞灰磨损而造成的省煤器管排损坏,最主要的表现特征就是省煤器的爆管。含有硬粒飞灰的烟气相对于管壁流动,对管壁产生磨损称为冲击磨损,亦称冲蚀。冲蚀有撞击磨损和冲击磨损两种。撞击磨损是指灰粒相对于管壁表面的冲击角较大,或接近于垂直,以一定的流动速度撞击管壁表面,使管壁表面产生微小的塑性

6、变形或显微裂纹。在大量灰粒长期反复的撞击下,逐渐使塑性变形层整片脱落而形成磨损。冲刷磨损是灰粒相对管壁表面的冲击角较小,甚至接近平行。如果管壁经受不起灰粒锲入冲击和表面磨擦的综合切削作用,就会使金属颗粒脱离母体而流失。在大量飞灰长期反复作用下,管壁表面将产生磨损。省煤器磨损,一般都是撞击磨损和冲刷磨损综合作用的结果。显然,烟气的流速越高,灰粒的质量越大,灰粒的硬度越大,灰粒的锐角越多,飞灰浓度越大,对受热面管子的磨损作用越强烈。在省煤器中局部烟气流速和飞灰浓度偏高的情况下,这种磨损是难以避免的。本锅炉采用较大节距顺列布置对减轻磨损是有利的。同时加装了烟气阻流板和防磨套管,以避免或减轻磨损的影响

7、。 图3-2 省煤器系统图3.2 炉膛与水冷壁炉膛是锅炉中组织燃料燃烧的空间,也称燃烧室。是锅炉燃烧设备的重要组成部分。炉膛除了要把燃料的化学能转变成燃烧产物的热能外,还承担着组织炉膛换热的任务,因此它的结构应能保证燃料燃尽,并使烟气在炉膛出口处已被冷却到使其后面的对流受热面安全工作所允许的温度。水冷壁是敷设在炉膛四周由多根并联管组成的蒸发受热面。其主要作用是:吸收炉膛中高温火焰及炉烟的辐射热量,使水冷壁内的水汽化,产生饱和水蒸汽;降低高温对炉墙的破坏作用,保护炉墙;强化传热,减少锅炉受热面面积,节省金属耗量;有效防止炉壁结渣;悬吊炉墙。直流锅炉水冷壁中工质的流动为强制流动,管屏的布置较为自由

8、,最基本的有螺旋管圈、垂直上升管屏和回带管屏三种型式。炉膛几何特性主要指的是炉膛的宽度、深度、高度和几何形状,它们都与炉膛的主要热力特性有关。炉膛几何特性是影响炉膛能否满足设计要求的重要因素之一。本锅炉炉膛宽度19.268 m,深度19.230 m。锅炉顶棚管中心线标高60.829 m,炉膛截面积37.052 m2,炉膛容积20542 m3。在炉膛底部标高6.33 m处前后墙向炉内倾斜55角形成冷灰斗。本锅炉折焰角位于后墙标高44.429m处。折焰角的作用:一是延长烟气流程,改善烟气的充满度,加强烟气的扰动与混合;二是减轻炉膛出口处受热面的冲刷;三是增加了水平烟道的长度,有利于过热器和再热器的

9、布置和运行。炉膛的主要热力特性就是燃料每小时输入炉膛的平均热量,或称炉膛热功率。按计算方法,炉膛热负荷可分为以下几种,它们都是锅炉设计、运行中必须注意的主要热力参数。1炉膛容积热负荷单位时间送入单位炉膛容积中的热量称为炉膛容积热负荷,用q v表示,单位为KW/m3或MW/m3。q v值与烟气在炉内停留时间的倒数有关,q v的大小应既能保证燃料的燃烧完全,又要满足烟气的冷却条件,即使烟气在炉膛内冷却到不使炉膛出口后的受热面结渣的程度。对于大容量锅炉应以烟气冷却条件来选用q v,使烟气能充分冷却到合适的炉膛出口烟温。2炉膛截面热负荷单位时间送入单位炉膛截面中的热量称为炉膛截面热负荷,用q a表示,

10、单位为KW/m2或MW/m2。q a是炉膛的重要计算特性,它反应了燃烧器区域的温度水平。如果q a过高,说明炉膛截面过小,在燃烧器区域燃料燃烧放出的大量热量没有足够的水冷壁受热面来吸收,就会使燃烧器区域的局部温度过高,引起燃烧器区域的结渣。还有可能使水冷壁发生膜态沸腾,使水冷壁管过热烧坏。3燃烧器区域壁面热负荷按照燃烧器区域炉膛单位炉壁面积折算,单位时间送入炉膛的热量称为燃烧器区域壁面热负荷,用q r表示,单位为KW/m2或MW/m2。q r与炉膛截面热负荷q a一样,反映了燃烧器区域的温度水平。但q r还能反映火焰的分散和集中情况。q r愈大,说明火焰愈集中,燃烧器区域的温度水平就愈高,这对

11、燃料的稳定着火有利,但却容易造成燃烧区域的壁面结渣。4炉膛辐射受热面热负荷炉膛单位辐射受热面在单位时间吸收的热量称为炉膛辐射受热面热负荷,也称辐射受热面热流密度,用q f表示,单位为KW/m2或MW/m2。q f愈高,表明单位辐射受热面所吸收的热量愈大,说明炉内烟气温度水平愈高。q f如果过大,就会造成水冷壁结渣。此外,q f的数值也是判断膜态沸腾是否会发生的主要指标之一。炉膛断面(炉宽炉深1926819230 mm炉膛容积20542 m3炉膛水冷壁面积4619 m2上排一次风中心线到屏底距离19.453 m炉膛容积热负荷77.17 kW/m3炉膛截面热负荷 4.273 MW/m2燃烧器区域壁

12、面热负荷 1.414 MW/m2炉膛有效投影辐射受热面热负荷159 kW/m2炉膛出口烟气温度963 C屏式过热器底部烟气温度1313 C注:1炉膛出口断面的定义:沿烟气行程遇到的管间净距离平均457mm的受热面第一排管子中心线构成的断面,由于本工程锅炉上炉膛的屏式过热器和末级过热器的节距均大于457mm,故将后水冷壁吊挂管中心线定义为炉膛出口断面。2炉膛容积的定义:以冷灰斗底部有效容积上半部高度到炉膛出口断面的容积。3热负荷值根据炉膛净输入热量计算。炉膛净输入热量是锅炉在相应负荷下的计算燃煤量(即考虑q4损失后的燃煤量与燃料低位发热量的乘积。4燃烧器区域的选取为:燃烧器上下煤粉喷口中心线之间

13、的垂直距离外加3m所包围的炉墙壁面积。 图3-3 水冷壁系统图1由于内螺纹管具有破坏膜态沸腾生成的能力,且增强了从管壁向管内工质的传热能力,因此即使一旦出现传热恶化,即膜态沸腾(DNB和干涸(DRO现象,管壁温度的升高也远远低于光管,MHI在大型二相流热态试验台的试验结果表明,对一般燃煤的超临界锅炉在亚临界区直流运行时,当管内质量流速达到1500kg/m2s,已有足够的裕量来防止处于低干度局部高热负荷区的燃烧器区域管子产生膜态沸腾,而在炉膛上部的高干度低热负荷区出现干涸现象(DRO时能有效控制管子壁温的升高,而且在锅炉的启动阶段(最小直流负荷,水冷壁的质量流速也远高于此运行阶段的临界质量流速,

14、因此可以保证水冷壁管不会超温和出现水动力不稳定性。2由于内螺纹管垂直水冷壁的质量流速只有螺旋管圈水冷壁的1/2左右,而且水冷壁管总长度只有螺旋管圈展开长度的2/3左右,因此水冷壁的阻力较低,同样炉膛尺寸,内螺纹管垂直水冷壁的阻力也只有螺纹管圈光管水冷壁的2/3左右,节省了给水泵的电耗。3与螺旋管圈相比,垂直管圈具有管子长度短,质量流速低的特点。故垂直水冷壁和普通的自然循环锅炉一样,由于摩擦阻力在系统总阻力中所占的比例相对较小,因此具有保持正向流动的特性,即个别管子吸热量骤增时,管内流量也会自动增加,具有部分自补偿的能力,不仅能保持水动力的稳定性,而且也增加了水冷壁管运行的可靠性。4由于垂直水冷

15、壁管安装焊缝对接时只需在轴向调整,且水冷壁垂直荷载靠水冷壁管本身承受,不需要螺旋管圈水冷壁那样较复杂的荷载传递结构,也不需要在螺旋管圈与上炉膛垂直管屏之间焊上形状复杂的张力板,因此水冷壁管之间以及管子与承力焊件之间的温差很小,无论是正常运行或负荷震荡期间的热应力均较小,因此延长了使用寿命。5无论是在焊口对接或事故管的拆除方面,垂直水冷壁均比螺旋管圈水冷壁简单,水冷壁的维修工作量较小。6根据MHI的数据,垂直水冷壁安装对接焊口数目仅为螺旋管圈水冷壁的1/2.5,管屏数目也只有螺旋水冷壁的1/2,水冷壁上焊件总数也仅为1/3,因此大大地减少了水冷壁的安装工作量。7垂直水冷壁管相对来说不易结渣,即使

16、出现结渣也容易清理。8提高了水动力稳定性,不仅是垂直水冷壁本身的自补偿和保持正方向流动的特点,而且由于在水冷壁入口加装了节流孔圈提供了附加阻力以及加设中间混合集箱,将阻力较大的上部水冷壁分出去,均进一步提高水冷壁水动力稳定性,不会发生多值性和脉动问题。9同时在中间混合集箱上装设一、二级混合器,充分进行汽水混合,进一步降低水冷壁的温度偏差,并在低负荷时对汽水两相进行充分混合,防止出现汽水分层,可将水冷壁出口温度偏差降低2/3左右。10垂直管屏采用中间混合集箱的过渡形式。与分叉管方式相比,中间混合集箱更能保证汽水两相分配的均匀性,而且结构上不受螺旋管与垂直管转换比的限制。炉膛中间混合集箱位于炉膛水

17、冷壁的中部,当水冷壁管子内的工质流到炉膛中间混合集箱时,可以得到充分的混合,使炉膛中间混合集箱出口工质温度均匀,并使温度偏差带来的热应力减小。炉膛中间混合集箱主要包含以下四项:炉膛中间入口集箱:前后墙和两侧墙各一个273×55,SA-335P12的集箱。炉膛一级混合器:前后墙各1个,左右墙各1个,共4个,规格为711×115,SA-335P12。炉膛二级混合器入口管道:前后墙各18根,左右墙各18根,规格为89×15.5,SA-210C。炉膛二级混合器前后墙各18个,左右墙各18个,共72个。 锅炉炉膛总高度(自水冷壁入口集箱到顶棚为68250mm,宽为19268

18、mm,深度为19230mm。水冷壁分成上、下二部分,下部水冷壁包括冷灰斗。水冷壁管共有1728根,均 箱,通过连接管将大部分工质送往后竖井的前、后、两侧包墙管及中间分隔墙。所有包墙管上集箱出来的工质全部用连接管引至后包墙管出口集箱,然后用连接管引至布置于锅炉后部的两只汽水分离器,由分离器顶部引出的蒸汽送往一级过热器进口集箱,进入过热器系统。在启动过程中,锅炉以再循环模式作湿态运行时,由水冷壁来的二相介质在汽水分离器内分离后,蒸汽自分离器上部引出,而分离出来的水自分离器底部由连通管送往分离器贮水箱,再用一根大直径疏水管由启动循环泵将再循环水送入省煤器前的给水管道进行混合,然后送往省煤器和水冷壁系

19、统进行再循环运行,而在锅炉结束启动阶段达到最低直流负荷后,由于启动泵已切除,启动系统进入干态运行模式,此时汽水分离器内全部为蒸汽,只起到蒸汽汇合集箱的作用。为了降低顶棚包墙系统阻力以及保证复杂的后水冷壁回路的可靠性,采用了二次旁路。第一次旁路是后水冷壁的工质如上所述不经顶棚而流经折焰角、水平烟道斜坡、水平烟道两侧墙和后水吊挂管后再用连接管送往顶棚出口集箱。第二次旁路则是由顶棚出口集箱引出的工质并非全部送往后烟道包墙管,而是有一部份通过旁通管直接送往后包墙管出口集箱与后烟道包墙系统工质汇合后通过分离器,全部引入一级过热器入口集箱,二次旁路管上装有电动闸阀,锅炉在超临界区运行时应打开此旁路阀。中间

20、混合集箱布置在低负荷时内螺纹垂直水冷壁出口蒸汽干度在0.8以上的标高上,在这个蒸汽干度下中间混合集箱的汽水均匀分配已不成问题。在这个位置炉膛热负荷已明显降低,垂直管屏在较低的质量流速下能够得到可靠的冷却。结渣是指炉内高温烟气夹带的熔融或部分熔融的粘性灰粒碰撞在炉墙或受热面上,粘结形成灰渣层。结渣是燃煤锅炉运行中较为普遍的现象,本炉的设计煤种煤,具有中偏高结渣的特性,校核煤种二具有较强的结渣特性,因此,本锅炉结渣的可能性是很大的。1结渣引起蒸汽温度升高,甚至会招致汽水爆破。2结渣可能造成掉渣灭火、损坏受热面和造成人员伤害。3结渣会使锅炉出力下降,严重时被迫停炉。4受热面易发生高温腐蚀。5影响锅炉

21、的经济性。产生结渣的先决条件是呈熔融状态的颗粒与壁面的碰撞。炉内颗粒随气流运动,由炉内燃烧空气动力场决定气流向壁面的冲刷程度,决定灰粒与壁面碰撞的机率。此外较大尺寸的颗粒容易从转向气流中分离出来,与壁面碰撞,因此急剧的气流转向与粗的煤粉细度是容易导致结渣的。低的灰粒熔融温度和高的壁面温度使灰粒与壁面碰撞之际易呈熔融状态;粗的灰粒也因分离速度大,碰撞壁面前经历的分离时间短,冷却不易而呈熔融状态;不清洁的水冷壁,吸热能力弱,区域温度高,对灰粒的冷却能力弱,使灰粒在碰撞之际呈熔融状态。灰的熔融特性温度是与所处的环境气氛相关的,若氧化性气氛则熔融温度高,还原性气氛则低,因此炉内的过量空气系数也影响到炉

22、内的结渣。所以结渣并不是单纯决定于煤灰特性的,而与许多因素密切相关,并通过灰粒的熔融特性温度与结渣倾向相联系。本锅炉设计煤种的结渣特性是已确定的,下面从锅炉设计和运行方面分析影响结渣的因素。1炉内的空气动力场,煤粉或灰的粒度和重度,这影响到烟气和灰粒在炉内的流动。2灰粒从烟气中分离出来与壁面的碰撞,既与煤粉细度,也与煤粉的选择性沉积相关。3煤的燃烧特性、锅炉负荷及炉内空气动力场所构成的炉内温度场以及煤灰的熔融特性,这影响到与壁面碰撞的灰粒是否呈熔融状态,并具有黏结的能力,这也与受热面的热负荷,受热面的清洁程度相联系的。1炉膛出口烟温。炉膛出口烟温在相当程度上表征着炉内的温度水平,或灰粒状态的条

23、件,炉膛出口受热面的结渣倾向。因此燃用灰熔点低煤种的锅炉,其炉膛出口温度总是设计得偏低的。2锅炉负荷。锅炉负荷通过增大炉内燃料量和受热面的静热流而得到提高,前者燃料量表征炉内的整体温度水平,后者意味着受热面的外壁温度。因此锅炉负荷增加就意味着炉内结渣可能性的增大。如发现锅炉结渣现象剧增时的主要处理措施之一是降低锅炉负荷。3燃烧器上部的炉膛高度。从煤粉的燃烧过程来说,需要有一定的炉膛高度来满足燃烧过程或者说火焰长度的需要。炉内温度分布是与这一高度密切相关的,温度只有在燃烧基本结束后,才会较迅速下降,灰粒才有被冷却固化的可能,如果这一高度(最上层燃烧器到屏式过热器底部较小,那么屏式过热器结渣可能性

24、就会增大,甚至引起较严重的结渣。在锅炉设计中这一高度与燃用煤种特性及灰的熔融特性是相对应的。4炉壁热负荷和燃烧器区域热负荷。炉壁热负荷即投入炉内热量与炉壁投影面积之比,表征水冷壁对投入炉内热量的吸收能力,亦即炉内的温度水平,尤其是近炉壁区域的,它直接影响对接近壁面灰粒的冷却能力。燃烧器区域热负荷是表征燃烧器布置的相对集中和分散。燃烧器区域是炉内速度和温度变化最激烈、梯度最大的区域,燃烧最强烈,区域温度水平最高,最容易产生结渣的区域。因此燃用结渣倾向性高煤种的锅炉,燃烧器区域热负荷值取低限。5燃烧的空气量及风粉配比。炉内空气量不足,容易产生一氧化碳,因而使灰熔点大为降低,会引起炉膛内结渣,特别燃

25、用挥发分大的煤时,更容易出现这种现象。燃料与空气混合不充分,即使供应足够的空气量,也会造成有些局部区域空气多些,另一些区域空气少些,这样空气少的区域就会出现还原性气体,而使灰熔点降低,造成局部结渣。6火焰偏斜,煤粉气流贴壁。燃烧器的缺陷或炉内空气动力工况失常都会引起火焰偏斜或煤粉气流贴壁。火焰偏斜,使最高温的火焰层移至炉壁处,使水冷壁产生严重结渣。7煤粉细度。煤粉中的粗颗粒既容易从气流中分离出来与壁面碰撞,也需要较长的燃尽时间和火焰长度,更因热容量大,换热系数小而冷却固化不易。因此在燃用熔融温度特性值低的煤种时,更需控制煤粉中的粗粒重量份额(实际控制煤粉均匀度。8吹灰操作。煤粉锅炉的结渣是在所

26、难免的,问题是结渣的程度如何。受热面一旦产生结渣,表面温度随之升高,对于接近受热面的灰粒的冷却能力减弱,会由此导致恶性循环(结渣越来越严重。锅炉是通过吹灰器对受热面吹扫来维持受热面清洁,或不致严重被污染。一旦结渣严重,吹灰器的清扫能力就减弱。因此吹灰器的布置和运行必须与燃用煤种的结渣倾向相应,使沉积灰渣能得到及时清扫。1选取较小的炉膛热负荷,避免火焰冲刷受热面,同时降低整个炉膛温度,以减少结渣的可能性。2选取合理的燃烧区域化学反应当量比,不仅确保有一个低NOx排放出口烟温,同时也使结渣的可能性降到最低。3选取能够防止对流受热面出现任何结渣可能性的炉膛排烟温度。4穿过悬吊过热器中央的吹灰器与过热

27、器的膜式设计面相结合保证了吹灰的有效性。5燃烧器喉口周围布置水冷壁弯管,与高导热性的碳化硅砖面相结合,从而降低了燃烧器喉口的表面温度,有效防止燃烧器区域出现结渣。6低NOx燃烧器产生较低的燃烧器区域峰值火焰温度。7控制燃烧器燃料和空气的分布,保证了沿整个炉膛宽度的均匀燃烧并防止还原区的形成。8保持合适的煤粉细度和均匀度。9在炉膛容易结渣的区域布置吹灰器,合理吹灰。3.3 锅炉启动系统启动系统是为解决直流锅炉启动和低负荷运行而设置的功能组合单元,它包括启动分离器、炉水循环泵及其它汽侧和水侧连接管、阀门等。其作用是在水冷壁中建立足够高的质量流量,实现点火前循环清洗,保护蒸发受热面,保持水动力稳定,

28、还能回收热量,减少工质损失。启动系统按正常运行时须切除和不切除分为两类,即外置式和内置式。我厂锅炉的启动系统为内置式,结构简单,易于控制。容量为30%B-MCR,以与锅炉水冷壁最低质量流量相匹配。启动分离器为圆形筒体结构,直立式布置,内设有阻水装置和消旋器。分离器的分离原理为:蒸汽由周向的两根引入管进入分离器,由于这两根管成切向布置,蒸汽在分离器中高速旋转,水滴因所受离心力大被甩向分离器内壁流下,经底部的轴向引出管引出,饱和蒸汽则由顶部的轴向引出管引出。该型式除有利于汽水的有效分离,防止发生分离器蒸汽带水现象以外,还有利于渡过汽水膨胀期。1两只汽水分离器(布置于锅炉后部上方及其引入引出管系统。

29、分离器外径为1000mm,壁厚为135mm,高度为4m,材料为SA-335 P12。2一只立式贮水箱。其外径为1000X135mm,材质为SA-335P12,总高14米。3由贮水箱底部引出的炉水循环泵入口管道及溢流总管。4通往循环泵的入口管道及出口管道上的水位调节阀及截止阀。循环泵出口管道到贮水箱上的最小流量再循环管道及流量测量装置。5通往扩容器的大容量溢流管和小容量溢流管,各装有一调节阀(一大一小及截止阀。6溢流管暖线管(热备用管。7炉水再循环泵。8锅炉疏水扩容器。9自省煤器入口到循环泵入口管道的过冷水连接管,流量约为1-2%的泵流量。1分离器及其引入与引出管系统:启动期间由后包墙出口集箱引

30、出的介质由引出管引至两只汽水分离器。工质在分离器中在离心力的作用下进行汽水分离,由分离器顶部引出蒸汽,在分离器内装有脱水装置,以防止蒸汽带水进入过热器管中。炉水由两只平行工作的分离器底部引出送往立式贮水箱。2贮水箱:它起到炉水的中间贮藏作用,在分离器下部的水空间及四根通往贮水箱的连接管道应包括在贮水系统的容量内,其尺寸能够保证贮水系统能贮藏启动期间在打开各水位调节阀和闭锁阀前的全部工质,以保证过热器无水进入。3由贮水箱底部引出的再循环管道,它连接进入循环泵的入口。4通往锅炉疏水扩容器的溢流支管及其两只高水位调节阀和闭锁阀:用于初次启动和较长期停炉后启动前用凝结水清洗给水系统和省煤器、水冷壁系统

31、。当流量大或清洗后的水质不合格不能进行再循环时,必须通过此溢流管送往扩容器。另外,当机组启动初期,水冷壁出现汽水膨胀现象,导致分离器贮水箱中水位急剧上升,也必须打开高水位和高高水位调节阀,将工质送往扩容器系统。它的容量按满足锅炉各态启动溢流要求。5热备用暖管:其用途是当锅炉转入直流运行后有少量省煤器出口炉水至通往扩容器的管道,以使管道保持在热备用状态下。6自省煤器入口到循环泵入口管道的冷却水连接管,流量约为泵流量的1-2%。其目的是使进入循环泵的再循环炉水有一定的过冷度,避免在循环泵的叶片上发生汽蚀现象。7循环泵旁路管:泵出口到储水箱的循环泵最小流量的旁路管,以保证在锅炉低循环流量时,循环泵可

32、维持最低安全流量。8扩容器:用于承接贮水箱在高水位与高高水位时的疏水、热备用状态时的少量疏水、部分负荷运行时一旦贮水箱出现高水位时的疏水以及过热器、再热器、省煤器、水冷壁、吹灰器和排空气系统等的疏水。其容积应满足启动前冷态、温态大流量水冲洗和启动初期水冷壁出现汽水膨胀时分离器系统大流量疏水的需要。1满足锅炉给水系统和水冷壁及省煤器的冷态和温态水冲洗要求,并将冲洗水通过扩容器疏水泵排至机组排水槽,循环水排水管或凝汽器回收。2满足锅炉冷态、温态、热态和极热态启动的需要,直到锅炉达到30%BMCR最低直流负荷,由再循环模式转入直流方式运行为止。3只要水质合格,启动系统可完全回收工质及其所含的热量。4

33、锅炉转入直流运行时,启动系统处于热备用状态,一旦锅炉渡过启动期间的汽水膨胀期,即通过循环泵水位控制阀进行炉水再循环。在最低直流负荷以下运行,贮水箱出现水位时,将根据水位的高低自动打开相应的水位调节阀,进行炉水再循环。5启动分离器系统也能起到在后包墙出口集箱与过热器之间的温度补偿作用,均匀分配进入过热器的蒸汽流量。初次启动或长期停炉后启动前进行冷态和温态水冲洗。总清洗水量可达25-30%BMCR,除由给水泵提供一小部分外,其余由循环泵提供,水冲洗的目的是清除给水系统、省煤器系统和水冷壁系统中的杂质,只要停炉时间在一个星期以上,启动前必须进行水冲洗。在冲洗水的水质不合格时,必须排入疏水扩容器,并根

34、据水质情况确定是否进行回收。采用再循环泵后,由于再循环水也可利用作为冲洗水,在达到同样冲洗效果的前提下,节省了冲洗水的耗量。启动初期(从启动给水泵到锅炉出力达到5%BMCR:锅炉点火前,给水泵以相当于5%BMCR的流量向锅炉给水以维持启动系统25%BMCR的流量流过省煤器和水冷壁,保证有必要的质量流速冷却省煤器和水冷壁不致超温,并保证水冷壁系统的水动力稳定性。在这阶段,再循环泵提供了20%BMCR的流量,在此期间利用分离器疏水调节阀(WDC阀来控制分离器贮水箱内的水位并将多余的水排入冷凝器回收,疏水调节阀的管道设计容量除考虑5%BMCR的疏水量外,还要考虑启动初期水冷壁内出现的汽水膨胀(它由于

35、蒸发过程中比容的突然增大所导致所产生的疏水量,这种汽水膨胀能导致贮水箱内水位的波动。从分离器贮水箱建立稳定的正常水位到锅炉达到25%BMCR的最小直流负荷:当分离器贮水箱(WSDT已建立稳定水位后,WDC阀开始逐步关小,当锅炉出力达到5%BMCR 的出力时,WDC阀应完全关闭。此后,再循环流量由装于循环泵出口管道上的再循环水量调节阀(BR阀来调节,并随着锅炉蒸发量的逐渐增加而关小,如图3-8所示:锅炉的热备用:当锅炉达到25%BMCR最低直流负荷后,应将启动系统解列,启动系统转入热备用状态,此时通往扩容器的分离器疏水支管上的两只疏水调节阀(WDC阀和电动闸阀已全部关闭。随着直流工况运行时间的增

36、加,为使管道保持在热备用状态,省煤器出口到WDC阀的加热管道上的截止阀始终开启着,因此可以用来加热WDC阀并有一路进入泵出口管道以加热循环泵及其管道及泵出口调节阀(BR阀。 图3-6 启动过程简图炉水循环泵是设在锅炉蒸发系统中承受高温高压使工质作强制流动的一种大流量、低扬程单级离心泵。一般用于控制循环汽包炉和直流炉的启动系统中。分控制泄漏泵和无泄漏泵两大类。我厂锅炉采用德国KSB公司制造的湿式马达炉水循环泵,型号为LUV Ac2x 350-500/1,电机型号为LUV 5/4 FV 40-605。电机为潜水电机,额定功率为400KW,额定电流为60A。泵壳体的设计压力和设计温度分别为21.5M

37、Pa和371。随泵本体供货的还有泵马达高压冷却器、泵马达腔温度计、泵壳表面热电偶、高压冷却器低压冷却水流量开关等。循环泵垂直安装,泵壳直接与泵吸入管焊接连接,马达在泵壳的正下方,其间有热屏装置隔绝热量,马达和泵壳通过螺栓连接。泵中充满炉水,压力与系统运行压力相同。循环泵悬吊在吸入管正下方,可自由向下膨胀,因此可以避免因膨胀受限而产生的附加应力。高压换热器的额定换热量为271950kj/h,额定冷却水流量为10m3/h。热屏的冷却水流量为2m3/h,冷却水入口温度为30,最大冷却水入口温度为37。锅炉炉水循环泵是启动系统的重要组成部分,德国KSB的无泄漏泵的主要结构特点是将泵的叶轮和电机转子装在

38、同一主轴上,置于相互连通的密封压力壳体内,泵与电机结合成一整体,没有通常泵与电机之间连接的那种联轴器结构,没有轴封,这就从根本上消除了泵泄漏的可能性。无泄漏泵电机的定子和转子用耐水耐压的绝缘导线做成绕组,浸沉在高压冷却水中,电机运行时所产生的热量就由高压冷却水带走,并且该高压冷却水通过电机轴承的间隙,既是轴承的润滑剂又是轴承的冷却介质。泵体与电机是被分隔的两个腔室,中间虽有间隙不设密封装置使压力可以贯通,但泵体内的锅水与电机腔内的冷却水是两种不同的水质,两者不可混淆。由于电机的绝缘材料是一种聚乙烯塑料,不能承受高温,温度超过80绝缘性能就明显恶化,因此绕流电机内部的高压冷却水温度必须加以限制。

39、由于绕组及轴承的间隙极为紧密,因此高压冷却水中不得含有颗粒杂质,在高压水管路中必须设有过滤器。高压冷却水的水质要比锅水干净得多,其水温也要比锅炉锅水的温度低得多,为了带走电机运行产生热量和泵侧传到电机的热量,保证电机的安全运行,必须配有一套冷却高压水的低压冷却水系统。1在启动过程中回收热量。在启动过程中水冷壁的最低流量为30%BMCR,因此锅炉的燃烧率为加热30%BMCR的流量到饱和温度和产生相应负荷下的过热蒸汽,如采用简易系统,则再循环流量部分的饱和水要进入除氧器或冷凝器,在负荷率极低时,这部分流量接近30%BMCR流量,除氧器或冷凝器不可能接收如此多的工质及热量,只有排入大气扩容器,造成大

40、量的热量及工质的损失。2在启动过程中回收工质。与简易启动系统相比,带循环泵的启动系统可以回收工质,采用再循环泵,可以将再循环流量与给水混合后进入省煤器,从而可以节省由于此部分流量进入扩容器后膨胀、蒸发而损失的工质。3开启循环泵进行水冲洗。采用再循环泵系统,可以用较少的冲洗水量与再循环流量之和获得较高的水速,达到冲洗的目的。4在锅炉启动初期,渡过汽水膨胀期后,锅炉不排水,节省工质与热量。5汽水分离器采用较小壁厚,热应力低,可使锅炉启动、停炉灵活。3.4 过热器过热器是把饱和蒸汽加热到额定过热温度的锅炉受热面部件。按传热方式,过热器可分为对流、半辐射和辐射三种型式。按结构,过热器可分为蛇形管式、屏

41、式、壁式和包墙管式四种。1由于过热器的出口处工质已达到较高温度,所以过热器的许多部分,特别是它们的末端部分需要采用价格较高的钢材。通常为降低锅炉造价,尽量避免采用更高级的钢材,设计时,几乎使各级过热器金属管子的工作温度都接近极限温度。为使过热器安全运行,必须注意保持汽温稳定,波动不应超过±510。2整个过热器的阻力,即工质压降不能太大。因大部分过热器都布置在较高烟温区域,为了使管子得到较好的冷却,就得使管内工质有较高的流速。工质流速越高,阻力越大,工质的压降就会越大。对于过热器,工质压降越大,要求给水压力越高,除给水泵功率消耗增大外,省煤器、水冷壁等承压部件壁厚就需要增大,它们的材料

42、和制造成本就会提高。因此,一般要求整个过热器内工质的压降不超过其工作压力的10%。本锅炉过热器在BMCR工况下压降为1.41MPa。3过热器出口蒸汽温度随负荷的改变而变化。这是由于过热器是组合式的,既有对流传热又有辐射传热,但总体上是以对流传热为主,当负荷变化时,受热面管外烟气流速和管内工质流速都将发生变化,管内外的对流放热系数随着改变,导致管内蒸汽吸热量改变。4在锅炉启动点火或汽轮机甩负荷时,过热器中没有或只有少量蒸汽通过,管壁会由于得不到冷却而产生爆管或烧损。为此,必须采取控制烟气温度等有效措施,用来保障在启动或汽轮机甩负荷时过热器的安全。直流锅炉中,过热汽温的调节主要是通过给水量与燃料量

43、的调整来实现的。在实际运行中锅炉负荷的变化,给水温度、燃料品质、炉膛过量空气系数以及受热面结渣等因素的变化,对过热汽温变化均有影响。对燃煤锅炉而言,控制燃料量是较为粗糙的,这就迫使除了采用燃水比(B/G作为粗调的调节手段外,还必须采用蒸汽管道上设置喷水减温器作为细调的调节手段。在直流锅炉运行中,为了维持锅炉过热蒸汽温度的稳定,通常在过热区段中取一温度测点,将它固定在相应的数值上,这就是通常所谓的中间点温度。实际上把中间点至过热器出口之间的过热区段固定,相当于汽包炉固定过热器区段情况相似。在过热汽温调节中,中间点温度实际是与锅炉负荷有关,中间点温度与锅炉负荷存在一定的函数关系,那么锅炉的燃水比(

44、B/G按中间点温度来调整,中间点至过热器出口区段的过热汽温变化主要靠喷水来调节。本锅炉过热器系统(如图3-7过热器系统采用四级布置,以降低每级过热器的焓增,蒸汽流程依次低温过热器(一级分隔屏过热器(二级屏式过热器(三级和末级过热器(四级。 图3-7 过热器流程图由两只汽水分离顶部引出的两根蒸汽连接管(457×70mm,SA-335 P12将蒸汽送往位于后竖井中的水平低温过热器(图3-10入口集箱,流经水平低过的下、中、上管组,水平低过蛇形管共有144片,每片由6根管子组成,管子为51,节距为133.5mm,壁厚为88.5mm,材质为15CrMoG,由水平低过的出口段与立式低过相接,管

45、径亦为51,节距为267mm,以降低烟速,材质也是15CrMoG,由立式低过出口集箱引出的2根457×70的连接管上装有两只第一级喷水减温器,通过喷水减温后进入分隔屏入口集箱。分隔屏共有8大片屏,每个大屏又由4个小屏组成,每大屏各有72根60/54的管子,按照壁温,分别采用12Cr1MoV(壁厚为811mm和SA213-TP347H(壁厚为811mm材料,由分隔屏出口集箱引出的2根508×65(SA-335 P91连接管上装有两只第二级喷水减温器,蒸汽进入后屏过热器入口集箱(457×80,SA-335 P91。末过蛇形管共有56屏,每屏由16根管弯成,管径为51/

46、60,材质为Code case 2328和25Cr20Ni,厚度为713.5mm,横向节距为333.75mm,末过出口集箱为610X140,SA-335 P92。由末过出口集箱引出两根主汽导管送往汽机高压缸,主汽导管为457mm,材质为SA-335 P92。主汽导管装有2只弹簧式安全阀,2只PCV阀,在两只汽水分离器蒸汽引出管的连通管中装有4只过热器入口弹簧安全阀。过热器系统共装有三级喷水减温,每级左右二点,能充分消除过热汽温的左右偏差。为消除蒸汽侧和烟气侧产生的热力偏差,过热器各段进出口集箱采用多根小口径连接管连接,并进行左右交叉,保证蒸汽的充分混合。过热器采用三级喷水减温装置,且左右能分别

47、调节。可保证过热器两侧汽温差小于5。过热器管排根据所在位置的烟温留有适当的净空间距,用以防止受热面积灰搭桥或形成烟气走廊,加剧局部磨损。处于吹灰器有效范围内的过热器的管束设有耐高温的防磨护板,以防吹损管子。在屏式过热器底端的管子之间安装膜式鳍片(如图3-12来防止单管的错位、出列,保证管排平整,有效抑制了管屏结焦和挂渣,同时方便吹灰器清渣。屏式过热器和末级过热器在入口和出口段的不同高度上,由若干根管弯成环绕管(如图3-12。环绕管贴紧管屏表面的横向管将管屏两侧压紧,保持管屏的平整。过热器采用防振结构,在运行中保证没有晃动。过热器在最高点处设有排放空气的管座和阀门。放空气门在炉顶集中布置。 图3

48、-9 分隔屏式过热器 图3-10 后屏过热器 图3-11 末级过热器 3.5 再热器对流再热器和辐射再热器两种。再热器与过热器有相似的基本特点,其不同于过热器的地方有:1再热蒸汽压力低于过热蒸汽,一般为过热蒸汽压力的1/41/5。由于蒸汽压力低,再热蒸汽的定压比热较过热蒸汽小,这样在等量的蒸汽和改变相同的吸热量的条件下,再热汽温的变化就比较敏感,且变化幅度也较过热蒸汽为大。反过来在调节再热汽温时,其调节也较灵敏,调节幅度也较过热汽温大。2再热器进汽蒸汽状态决定于汽轮机高压缸的排汽参数,而高压缸排汽参数随汽轮机的运行方式、负荷大小及工况变化而变化。当汽轮机负荷降低时,再热器入口汽温也相应降低,要

49、维持再热器的额定出口汽温,则其调温幅度大。由于再热汽温调节机构的调节幅度受到限制,则维持额定再热汽温的负荷范围受到限制。3再热汽温调节不宜用喷水减温方法,否则机组运行经济性下降。再热器置于汽轮机的高压缸和中压缸之间。因此在再热器喷水减温,使喷入的水蒸发加热成中压蒸汽,使汽轮机的中、低压缸的蒸汽流量增加,即增加了中、低压缸的输出功率。如果机组总功率不变,则势必要减少高压缸的功率。由于中压蒸汽作功的热效率较低,因而使整个机组的循环热效率降低。因此再热汽温调节方法采用烟气侧调节,即采用摆动燃烧器或分隔烟道等方法。为保护再热器,在事故状态下,使再热器不过热烧坏,在再热器进口处设置事故喷水减温器,当再热

50、器进口汽温采用烟气侧调节无法使汽温降低,则要用事故喷水来保护再热器管壁不超温,以保证再热器的安全。4再热蒸汽压力低,再热蒸汽放热系数低于过热蒸汽,在同样蒸汽流量和吸热条件下,再热器管壁温度高于过热器壁温。再热汽温调节采用烟气侧调节,再热器进口设置事故喷水减温器以保护再热器,防止其超温破坏。烟气侧调节再热汽温方法主要是摆动燃烧器角度和分隔烟气挡板。分隔烟道改变烟气挡板角度调节再热汽温方法就是利用中间隔墙把后竖井烟道分隔成前后两个平行烟道,在后侧(主烟道布置低温过热器,在前侧(旁路烟道布置低温再热器,在两平行烟道的出口处装设可调的烟气挡板。当锅炉出力改变或其它工况发生变动而引起再热汽温变化时,则调

51、节低温再热器侧烟气挡板开度,并相应改变低温过热器侧烟气挡板开度,从而改变两平行烟道的烟气流量分配,以改变低温再热器的吸热量,使再热汽温被调整至所需的数值。我厂锅炉再热器分成低温再热器和末级再热器两级。(如图3-133.5.4.1 低温再热器低温再热器(如图3-14布置于尾部竖井中,由汽机高压缸来的排汽用两根660×20 (SA-106C的导管送入水平低温再热器入口集箱,水平低再共144片,每片由6根管子组成,节距为133.5mm, 管子规格为63.5mm,分下、中下、中上、上四组,材质依次为20G、15CrMoG及12Cr1MoVG,壁厚为47mm, 水平低再出口端与立式低再相接,立

52、式低再共有72片,节距为267mm,管径为63.5mm,材质为SA213T91,壁厚为4.0mm,由立式低再出口集箱引出两根559×30(SA-335 P12的连接管,其出口蒸汽进入末级再热器入口集箱。3.5.4.2 高温再热器高温再热器(如图3-15布置于水平烟道内,末再蛇形管共70片,每片由11根管组成,横向节距为267mm,其材质为TP347H,Code case 2328和25Cr20Ni,平均壁厚为4mm。末再出口集箱为660×50,材质为SA-355 P91,由末再出口集箱引出的2根热再热导管将再热汽送往汽机中压缸,热段再热蒸汽导管采用711×45,材

53、质为SA-335 P92。在再热器的进口导管上装有5只弹簧式安全阀,在再热器的出口导管上装有2只弹簧式安全阀。 图3-13 再热器系统图3.5.4.3 再热汽温调节装置再热蒸汽的汽温调节主要采用尾部烟气挡板调温,为防止超温和辅助调节,本锅炉在低温再热器入口管道配置2只事故喷水减温器。由于再热器串联在汽轮机高、中压缸之间,故再热器系统阻力会使蒸汽在汽轮机内作功的有效压降相应减小,从而使汽耗和热耗都增加。为了减少再热器系统阻力,提高系统效率,再热器常采用较小的质量流速。因此,再热器系统结构较简单,并采用较过热器更大的通流面积,即采用管径较大并列管束较多的管组。再热器采用烟气挡板调温,喷水减温仅用作

54、事故保护。再热器管排根据所在位置的烟温留有适当的净空间距,用以防止受热面积灰搭桥或形成烟气走廊,加剧局部磨损。处于吹灰器有效范围内的再热器的管束设有耐高温的防磨护板,以防吹损管子。 图3-14 低温再热器 图3-15 高温再热器3.6 燃烧器燃烧器是将燃料和一定比例的空气送入炉膛进行燃烧的装置,是锅炉燃烧系统中的关键设备。煤粉燃烧所需要的空气通过燃烧器进入炉膛,煤粉气流的着火过程、炉膛中的空气动力和燃烧工况,主要是通过燃烧器的结构及其在炉膛上的布置来组织的。对燃烧器的基本要求是:1组织良好的空气动力场,使燃料及时着火,与空气适时混合,以保证燃烧稳定性和经济性。2对燃料适应性好。3有一定的负荷调

55、节性。4较低的燃烧污染。5运行可靠,不易烧坏和磨损,便于维修和更换部件。6易于实现远程或自动控制。煤粉燃烧器的型式按基本原理可分为两类,旋流式燃烧器和直流式燃烧器。这两类燃烧器结构上差别很大,因而其动力工况、火炬形状、保持火焰稳定的方法都不相同。直流燃烧器喷出的一、二次风都是不旋转的直流射流,喷口一般都是狭长形,直流燃烧器可以布置在炉膛的前后墙、炉膛四角或炉膛顶部,从而形成不同的燃烧方式,如切向燃烧方式、U形、W形火焰燃烧方式等。旋流燃烧器是利用其能使气流产生旋转的导向结构,使气流旋转以形成有利于着火的回流区。携带煤粉的一次风和不携带煤粉的二次风,是分别用不同管道与燃烧器连接的,在燃烧器中一、

56、二次风的通道是隔开的。按照产生旋转气流方法的不同,旋流燃烧器可分为蜗壳式、轴向叶片式和切向叶片式三大类。PM直流煤粉燃烧器是污染最小型燃烧器的简称,它由日本三菱公司设计。PM直流烟煤燃烧器的喷嘴布置及一次风入口管道上的弯头分离器如图3-17所示,它由靠近燃烧器的一次风管的一个弯头及两个喷口组成。煤粉气流过弯头分离器时进行惯性分离,富煤粉气流进入浓喷口贫煤粉进入淡喷口,在两喷口之间为再循环烟气喷口,称为隔离烟气再循环(SGR,它推迟了二次风向燃烧区域的扩散,延长了挥发份在高温区内的燃烧时间,还可降低炉内温度水平及焦炭燃尽3的氧浓度,因此既稳定了燃烧,也抑制了Nox的生成。每组燃烧器上部有燃尽风(

57、OFA喷口,从而将燃烧所用空气分成了二次风和燃尽风,是典型的分级燃烧。大部分煤粉形成的浓煤粉气流在过量空气系数小于1的条件下燃烧,而另一部分煤粉气流在过量空气系数大于1的条件下燃烧,煤粉在高浓度燃烧时,由于低氧燃烧使燃料型Nox生成量减小,而煤粉低浓度燃烧时,燃烧温度低,低温燃烧又使温度型Nox生成量减少。因此,PM直流煤粉燃烧器是集烟气再循环,分级燃烧和浓淡燃烧于一体的低Nox 燃烧器。与常规燃烧器相比,PM燃烧器可使Nox生成量减少60%,负荷降低时又能保持燃烧稳定,不投油的最低稳定燃烧负荷可达40%。此外,在65%100%的负荷变化范围内,Nox 生成量基本不变,飞灰中的可燃物含量还随负

58、荷下降而有所减少。随着烟气含氧量的下降及SGR的增加,Nox有大幅度降低的倾向,飞灰可燃物的含量稍有上升。三菱重工(MHI开发的MACT(Mitsubishi Advanced Combustion Technology燃烧技术也称为降低炉内NOx燃烧系统(如图3-16。将较大比例的附加风AA(Additional Air布置在燃烧器的上部。该附加风不仅能够降低NOx的生成而且保证炉膛燃尽区进一步完全燃烧从而降低飞灰可燃物的含量。 本厂锅炉燃烧器为三菱重工(MHI开发的低NOx PM(Pollution Minimum燃烧器,墙式切圆燃烧大风箱结构如图3-17。本锅炉燃烧器布置方式(图3-18采用四墙布置,切圆燃烧。布置6层燃烧器,每层各有4只MACT燃烧器,共24只一次风PM燃烧器,每只PM燃烧器又分成浓淡两只喷嘴,共计48只煤粉喷嘴。全摆动式燃烧器,共设六层三