直流锅炉课件

技术专题介绍1600MW超临界机组

超临界锅炉技术概述引子前面展示的就是超临界机组，它是近几年来迅速发展的一种大型燃煤火力发电机组。我们在学习中可能会有以下问题：1.超临界锅炉中的“超临界”是什么意思？它和直流锅炉是一回事吗？2.超临界锅炉有什么优势？3.超临界锅炉有什么特点？和亚临界机组有什么不同的地方？一、“临界点”是怎么回事水在加热过程中存在一个状态点——临界点低于临界点压力，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；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。临界点的主要影响参数是压力，水的临界点压力为22.115MPa。ST饱和水线饱和汽线临界点水的临界点一、“临界点”水和汽之间的区别仅在于

分子间距离水和汽之间的区别仅仅是分子间距离分子间距离在一定距离范围内就称为水分子间距离超过这个界限就称为汽温度/℃压力/bar亚临界超临界水分子密度与压力、温度关系微观解释临界或超临界压力下，温度较低时，水分子之间的距离紧密，处于液态水的状态。随着温度的升高，分子动能增大，分子间距离逐渐变大，宏观上看就是水的体积膨胀，或比容增大。当达到临界温度时，分子之间的距离大于液体水分子之间距离的上限，则水在这瞬间就全部由水变成了蒸汽，之后的加热过程中，水蒸汽温度升高，分子间距离继续增大，宏观上水蒸气体积膨胀，比容变大。二、“超临界”是什么意思？当流体的压力和温度超过一定的值（临界点）时，流体会处于一种介乎于液态和气态的中间态，称为超临界态。对锅炉来说,主蒸汽压力超过（大于）临界点压力（22.12MPa)的工况三、超临界锅炉和直流锅炉

是一回事吗超临界锅炉－－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P≥16MPa的锅炉上。当然超（超）临界参数锅炉必须采用直流型式

循环倍率超临界压力锅炉水冷壁出口蒸汽干度为１；亚临界压力汽包锅炉水冷壁出口蒸汽干度为０.１６－０.２５；超高压汽包锅炉水冷壁出口蒸汽干度为０.１２５－０.２。四、超临界锅炉有什么优势一、热效率高，节约燃料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2—3%。二、污染排放低，保护环境低NOx排放低CO2排放五、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。3.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5500t～7200t，相同等级的直流炉的金属重量仅有4500t～5680t，一台直流锅炉大约可节省金属2000t。加上省去了汽包的制造工艺，使锅炉制造成本降低。4.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25％～30％。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。5.需要专门的启动系统直流锅炉启动时约有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。加上直流锅炉的参数比较高，需要的金属材料档次相应要提高，其总成本不低于自然循环锅炉。7.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。8.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差，进而导致工质流动不稳定或管子超温。9.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5.4MPa～6.0MPa。11.容易发生水动力不稳定低负荷运行时，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。由于给水流量降低，水冷壁流量分配不均匀性增大；压力降低，汽水比容变化增大；工质欠焓增大，会使蒸发段和省煤段的阻力比值发生变化。12.水冷壁可灵活布置水冷壁可灵活布置，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。13.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。14.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。15.启停速度受汽机限制启停速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。16.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。17.控制系统复杂控制系统复杂，调节装置的费用较高。六、国产超临界锅炉主要特点1.采用П型布置形式2.螺旋管圈水冷壁３.采用前后墙对冲燃烧方式４.采用新型低氮旋流燃烧器５.采用回转式空气预热器６.采用直吹式制粉系统７.采用轴流式风机1.采用П型布置形式

П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。锅炉∏型布置和塔型布置的比较布置简图世界上烟煤型锅炉典型布置日本超临界燃煤锅炉均采用此种布置方式主要用于褐煤型锅炉-高灰份适合600MW-1050MW超临界燃煤变压锅炉概念缺乏1000MW超临界燃煤变压锅炉经验业绩结构与安装具备成熟的结构技术及众多业绩，可靠性高需研究大容量超临界锅炉可靠性再热器采用喷水及燃烧器摆动调温，对经济性和煤适应性有影响。煤适应性好（采挡板调节再热汽温）性能及运行DBC/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、成熟可靠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:采用内螺纹管，提高水冷壁安全裕度技术特点：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。３.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250kW/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①周围的烟气卷吸到燃烧器主气流中

②热烟气回流到炉膛角部③含有熔化灰粒的热烟气冲刷水冷壁④灰粒在水冷壁上堆积形成结渣④③①燃烧器炉膛水冷壁②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４.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。减少热应力销杆连接(不需要焊接)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→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①省煤器①去高压缸去中压缸来自高加来自高压缸⑦⑤④⑨⑧⑥③②炉膛③低过④屏过⑤末过⑥低再⑦高再⑧分离器⑨贮水罐过热器一级减温再热器事故减温过热器二级减温②４.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LP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改进的设计具有低阻力和减小的尺寸

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：

后竖井前后烟道内水平过热器后布置特点：光管顺列布置，逆流换热防磨措施:

防磨盖板烟气阻流板省煤器主要设备：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、制造技术特点