超临界直流锅炉

1、超临界直流锅炉超临界锅炉和直流锅炉超临界锅炉从压力上分类直流锅炉从有无汽包分类超临界锅炉一定是直流锅炉直流锅炉不一定是超临界锅炉，可以是亚临界或以下压力锅炉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 直流锅炉工作原理蒸发段: 汽水混合物的焓继续提高，比容急剧增加，压力降低较快过热段: 蒸汽焓、温度和比容均增大，压力则由于流动阻力较大而下降更快热水段: 水的焓和温度逐渐增高，比容略有加大，压力则由于流动阻力而有所降低沿管子长度方向工质参数变化情况直流锅炉没有汽包，给水在给水泵压头的作用下，顺序流过热水

2、段、蒸发段和过热段受热面一次将给水全部变成过热蒸汽，蒸发区循环倍率K=1直流锅炉的技术特点1.取消汽包，能快速启停。与自然循环锅炉相比，直流炉从冷态启动到满负荷运行，变负荷速度可提高一倍左右。2.金属耗量少。锅炉本体金属消耗量最少，锅炉重量轻。一台300MW自然循环锅炉的金属重量约为5500t7200t，相同等级的直流炉的金属重量仅有4500t5680t，一台直流锅炉大约可节省金属2000t。直流锅炉的技术特点3.水泵压头高。水冷壁的流动阻力全部要靠给水泵来克服，这部分阻力约占全部阻力的2530。所需的给水泵压头高，既提高了制造成本，又增加了运行耗电量。4.需要专门的启动系统。直流锅炉启动时约

3、有30额定流量的工质经过水冷壁并被加热，为了回收启动过程的工质和热量并保证低负荷运行时水冷壁管内有足够的重量流速，直流锅炉需要设置专门的启动系统，而且需要设置过热器的高压旁路系统和再热器的低压旁路系统。启动旁路系统的作用建立启动压力和启动流量。保证给水连续通过省煤器和水冷壁，确保水冷壁的冷却和水动力稳定性回收启动初期的热水、汽水混合物、饱和蒸汽以及过热度不足的过热蒸汽。启动过程中，实现各受热面之间和锅炉与汽轮机之间工质状态的配合，防止温度不高的蒸汽进入冷态的汽轮机凝结成水滴。根据需要，设置保护再热器的汽轮机旁路系统。（有的为了简化系统，不再设饱和再热器的旁路，仅通过控制再热器的进口烟温和提高金

4、属档次来保证再热器的安全）直流锅炉的技术特点5.需要汽水分离器。系统中的汽水分离器在低负荷时起汽水分离作用并维持一定的水位，在高负荷时切换为纯直流运行，汽水分离器作为通流承压部件。6.需要较高的质量流速。为了达到较高的质量流速，必须采用小管径水冷壁。这样，不但提高了传热能力而且节省了金属，减轻了炉墙重量，同时减小了锅炉的热惯性。直流锅炉的技术特点7.热惯性小。水冷壁的金属储热量和工质储热量最小，即热惯性最小，使快速启停的能力进一步提高，适用机组调峰的要求。但热惯性小也会带来问题，它使水冷壁对热偏差的敏感性增强。当煤质变化或炉内火焰偏斜时，各管屏的热偏差增大，由此引起各管屏出口工质参数产生较大偏

5、差，进而导致工质流动不稳定或管子超温。直流锅炉的技术特点8.流动阻力大。为保证足够的冷却能力和防止低负荷下发生水动力多值性以及脉动，水冷壁管内工质的重量流速在MCR负荷时提高到2000/（s）以上。加上管径减小的影响，使直流锅炉的流动阻力显著提高。600MW以上的直流锅炉的流动阻力一般为5.4MPa6.0MPa。直流锅炉的技术特点9.汽温调节困难。汽温调节的主要方式是调节燃料量与给水量之比，辅助手段是喷水减温或烟气侧调节。由于没有固定的汽水分界面，随着给水流量和燃料量的变化，受热面的加热段、蒸发段和过热段长度发生变化，汽温随着发生变化，汽温调节比较困难。直流锅炉的技术特点10.易发生水动力不稳

6、定。低负荷运行时，给水流量和压力降低，受热面入口的工质欠焓增大，容易发生水动力不稳定。11.水冷壁布置灵活。水冷壁可灵活布置，可采用螺旋管圈或垂直管屏水冷壁。采用螺旋管圈水冷壁有利于实现变压运行。直流锅炉的技术特点12.热偏差影响大。超临界压力直流锅炉水冷壁管内工质温度随吸热量而变，即管壁温度随吸热量而变。因此，热偏差对水冷壁管壁温度的影响作用显著增大。13.存在传热恶化的可能。变压运行的超临界参数直流炉，在亚临界压力范围和超临界压力范围内工作时，都存在工质的热膨胀现象。在亚临界压力范围内可能出现膜态沸腾；在超临界压力范围内可能出现类膜态沸腾。直流锅炉的技术特点14.启停速度受汽机限制。启停速

7、度和变负荷速度受过热器出口集箱的热应力限制，但主要限制因素是汽轮机的热应力和胀差。15.给水品质要求高。直流锅炉要求的给水品质高，要求凝结水进行100的除盐处理。16.控制系统复杂，调节装置的费用较高。超临界锅炉的优势朗肯循环热效率随主蒸汽压力、温度的升高而提高，超临界压力机组比亚临界机组热效率提高23%。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

8、中电厂800329.23l2.94.932003年度全国超临界机组运行经济指标统计数据国产超临界锅炉主要特点1.采用型布置形式2.螺旋管圈水冷壁.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。 螺旋管圈水冷壁 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

9、旋管圈（内螺纹管），上部炉膛的水冷壁为垂直】，保证质量流速符合要求。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 现场水冷壁的布置图 性能优越的水冷壁自由选择管子尺寸和数量：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技术特点：采用内螺纹管 控制合理的设计平均质量流速，防止亚临界状态下的传

10、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。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%。螺旋水冷壁垂直水冷壁混合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水冷壁出口介质温度垂直管布置水冷壁螺旋上升式水冷壁热负荷前墙侧墙后墙侧墙前墙侧墙后墙侧墙流向流向

11、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垂直水冷壁 + 内螺纹管螺旋水冷壁 + 内螺纹管负荷变化和煤种变化适应性对比流量调整困难 (进口节流圈)采用高质量流速，且质量流速可以自由调整。炉膛水冷壁型式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

12、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 内螺纹管结构 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38000只（螺旋管圈部分约8200只，垂直管圈部分约6400只，共计约14600只)。总的工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。减少热应力销杆连接 (不需要焊接)螺

13、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.采用前后墙对冲燃烧方式技术特点： 能够使热量输入沿炉膛宽度方向较均匀分布，随着锅炉容量的增加，一般只须调整炉膛宽度来增加炉膛断面。 随着锅炉容量的增加，炉膛的断面也相应增加，可以方便的增加一定数量的燃烧器，保证炉内火焰有较好的充满情况，保证均衡的燃烧热负荷。 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

14、冲燃烧方式:避免火焰刷墙，防止炉膛结渣技术特点： 消除烟气旋转，单个燃烧器具有良好的燃料、空气分布，独特的燃烧器喉口设计结构，能够避免燃烧器区域结渣和腐蚀。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)前墙左侧墙右侧墙后墙410400390380100%MCR切圆燃烧切圆燃烧(设置节流圈)对冲燃烧方式20oC10oC7oC燃烧方式最大温差技术特点：上部炉膛宽度方向上的

15、烟气温度和速度分布比较均匀，使水冷壁出口温度偏差较小，也就有利于降低过热蒸汽温度偏差，保证过热器和再热器的安全性。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。 锅炉为超临界参数变压直流炉，单炉膛、一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构型锅炉。中速磨直吹式制粉系统，配6台磨(1台备用)，装设旋流式HT

16、-NR3型燃烧器，前后墙布置，对冲燃烧。 机组配置250B-MCR汽动调速给水泵和1台30 B-MCR电动调速给水泵。采用35B-MCR容量高、低压串联汽机旁路。DG1900/25.4-1锅炉基本性能 锅炉主要规范：名 称单位B-MCRBRL过热蒸汽流量t/h19001797.95过热器出口蒸汽压力MPa(g)25.425.2过热器出口蒸汽温度oC571571再热蒸汽流量t/h1613.81523.8再热器进/出口蒸汽压力MPa(g)4.6/4.414.34/4.16再热器进/出口蒸汽温度oC322/569315/569给水省煤器进口温度oC283279计算热效率(按低位发热量)/93.729

17、3.8保证热效率(按低位发热量)/93.49热一/二次风温度oC313/327310/322排烟温度(修正前/后)oC123/118121/115名称单位数据炉膛容积热负荷 kw/m3 83.11炉膛断面热负荷 kw/m2 4950燃料耗量 kg/h 265800锅炉计算效率(按低位热值) 93.72炉膛出口过剩空气系数 /1.14过热器一级减温水喷水量 t/h 57过热器二级减温水喷水量 t/h 76过热器侧烟气份额 66.4再热器侧烟气份额 33.6空气预热器一次风进出口温度 27/313空气预热器二次风进出口温度 20/327空气预热器出口 (修正前/修正后) 123/118锅炉主要性能

18、参数（BMCR)锅炉汽、水、烟、风阻力 BMCR工况的阻力情况：过热器蒸汽侧阻力 1.068MPa顶棚和包墙系统阻力 0.696MPa再热器蒸汽侧阻力 0.19MPa省煤器水侧阻力 0.087MPa水冷壁压降阻力 1.619MPa 空气预热器一次风阻力 350Pa 空气预热器二次风阻力 770Pa 空气预热器烟气侧阻力 909Pa 锅炉本体烟气阻力（含空预器） 2257Pa 燃烧器一次风阻 1150Pa 燃烧器二次风阻力 1950Pa锅炉主要界限尺寸 锅炉深度 mm 44500锅炉宽度(外侧柱) mm44000锅炉宽度(内侧柱) mm25000大板梁标高 mm85900炉膛宽度 mm19419

19、.2炉膛深度 mm15456.8顶棚拐点标高 mm72800水平烟道深 mm5486.4后竖井低温再热器烟道深度 mm6604后竖井低温过热器烟道深度 mm8331.2水冷壁下集箱标高mm5800锅炉性能保证值 (设计煤种)1 锅炉B-MCR出力1900t/h 2 锅炉保证热效率（按低位发热量）93.49% 3 不投油最低稳燃负荷不大于35%B-MCR 4 烟、风压降实际值与设计值的偏差不大于10%5 过热器、再热器、省煤器的实际水、汽侧压降数值不超过保证值。6 过热蒸汽在35100%B-MCR范围内，再热蒸汽在50100%B-MCR范围内能维持其额定汽温；汽温允许偏差为5。 7 NOX的排放

20、量不高于400mg/Nm3 锅炉本体三维动画螺旋水冷壁管炉膛下部水冷壁（包括冷灰斗水冷壁、中部螺旋水冷壁）都采用螺旋盘绕膜式管圈，从水冷壁进口到折焰角水冷壁下标高52608.9 mm处。螺旋水冷壁管全部采用六头、上升角60的内螺纹管，共456根，管子规格38.17.5，材料为SA-213T2。炉膛冷灰斗处管子节距为50.8及49.827mm，冷灰斗以外的中部螺旋盘绕管圈，倾角为19.471，管子节距50.8 mm。冷灰斗管屏、螺旋管屏膜式扁钢厚6.4，材料为15CrMo。下部螺旋水冷壁管屏带弯头出厂现场水冷壁的布置图冷灰斗燃烧器布置对水冷壁热负荷的影响过渡段水冷壁螺旋水冷壁前墙、两侧墙出口管全

21、部抽出炉外后墙出口管则是4抽1根管子直接上升成为垂直水冷壁后墙凝渣管，另3根抽出到炉外抽出炉外的所有管子均进入24根螺旋水冷壁出口集箱，由22根连接管从螺旋水冷壁出口集箱引入位于锅炉左右两侧的两个混合集箱（444.595，SA335P12）混合后，再通过22根连接管从混合集箱引入到24根垂直水冷壁进口集箱，然后由垂直水冷壁进口集箱引出光管形成垂直水冷壁管屏，垂直光管与螺旋管的管数比为3：1。这种结构的过渡段水冷壁可以把螺旋水冷壁的荷载平稳地传递到上部水冷壁。过渡段水冷壁厂内组装过渡段水冷壁安装后水冷壁系统的保护 温度监测保护：水冷壁系统温度测点是锅炉在启停、运行时对管子金属壁温进行监视和保护的

22、重要手段。水冷壁系统温度的监视是通过设置系统管道上不同位置的热电偶来实现的，管子金属壁温的监视是通过装设在水冷壁的壁温测点来实现的。 壁温测点 壁 温 测 点 位 置数 量螺旋水冷壁出口24（前7/后7/侧5*2）上部水冷壁出口20（前7/侧5*2/折焰角3）顶棚管出口7尾部包墙出口23（前5/侧4*2/后5/中隔墙5）水平烟道（前）出口2水平烟道（后）出口2水平烟道（底部）出口7尾部包墙汽吊管出口16低温过热器出口7屏过出口14高过出口7汽水分离器筒体4（内外壁各2）高过出口集箱筒体4（内外壁各2）主要系统：汽水系统启动分离器顶棚过热器包墙过热器 低温过热器 一级减温 屏式过热器 二级减温

23、高温过热器低温再热器 再热器事故喷水减温 高温再热器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（汽水分离器）启动分离器功能和特点：在锅炉启停及低负荷运行期间，汽水分离器湿态运行，起汽水分离作用在锅炉正常运行期间，汽水分离器只作为蒸汽通道。在启动时将蒸汽从水中分离出来收集的水排入储水罐内置式分离器在启动时它起到固定蒸发终点的作用，使汽温、给水量、燃料量成为互不干扰的独立部分。超临界锅炉的典型结构.