锅炉主要受热面

技术专题介绍２600MW超临界机组

郑州电力高等专科学校杨建华锅炉本体结构(1)锅炉本体结构1.总体布置2.水冷壁3.启动分离器4.过热器5.再热器6.省煤器7.空气预热器锅炉五大受热面锅炉受热面：是锅炉主要的传热设备，从放热介质中吸取热量，并传递给吸热介质的表面。属锅内过程（空预器除外），包括：省煤器、水冷壁、过热器、再热器、空预器。水加热蒸发过热再热省煤器水冷壁过热器再热器热风空预器启动分离器→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→

高温过热器锅炉型号：DG1900/25.4-Ⅱ1装设二台600MW燃煤汽轮发电机组，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Π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-NR3型燃烧器，前后墙布置，对冲燃烧。机组配置2×50％B-MCR汽动调速给水泵和1台30％B-MCR电动调速给水泵。采用35％B-MCR容量高、低压串联汽机旁路。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)/93.7293.8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名称单位姚孟阳逻炉膛容积热负荷

kw/m3

83.1179.99炉膛断面热负荷

kw/m2

49504370燃料耗量

kg/h265800232680锅炉计算效率(按低位热值)

％93.7293.38炉膛出口过剩空气系数

/1.141.14过热器一级减温水喷水量

t/h5776过热器二级减温水喷水量

t/h7676过热器侧烟气份额

％66.455.5再热器侧烟气份额

％33.644.5空气预热器一次风进出口温度

℃

27/31328/323空气预热器二次风进出口温度

℃

20/32721/334空气预热器出口(修正前/修正后)℃

123/118131/126锅炉主要性能参数（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负荷特性：带基本负荷，并具有一定调峰能力运行方式：采用定-滑-定方式运行，也可定压方式运行

汽温控制范围：过热汽温35%～100%B-MCR

再热汽温50%～100%B-MCR炉膛压力：设计压力±5800Pa

瞬时承受压力±8700Pa

锅炉启动时间：冷态启动

7～8小时温态启动

2～3小时热态启动

1～1.5小时极热态

＜1小时

锅炉主要界限尺寸

锅炉深度

mm44500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

mm19419.2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/h2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-MCR4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35～100%B-MCR范围内，再热蒸汽在50～100%B-MCR范围内能维持其额定汽温；汽温允许偏差为±5℃。7NOX的排放量不高于400mg/Nm3

锅炉本体1、总体布置采用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2、水冷壁水冷壁—敷设在锅炉炉膛内壁、由许多并联管子组成的蒸发受热面。作用：

1.强化传热（辐射传热量与火焰热力学温度的四次方成正比，而对流传热只与温度的一次方成正比，水冷壁以辐射换热为主）

2.保护炉墙（水冷壁大量吸收高温烟气的热量，可使炉墙附近和炉膛出口处的烟气温度降低到软化温度ST以下，防止炉墙和受热面结渣）

3.防止结渣

4.悬吊炉墙

水冷壁护板尺寸和材料Φ45-60mm无缝钢管和内螺纹管，20G优质锅炉钢结构两端连接上下联箱，管子贴墙布置。重要设计参数s/d光管：相对节距s/d=1-1.1，离炉墙e/d=0-0.5膜式水冷壁：s/d=1.2-1.5相对节距与金属利用率、炉墙保护效果及采用的燃料有关。一、光管与膜式水冷壁1.光管式水冷壁结构：用外形光滑管子连接排列成平面形成（s/d=1-1.1

，锅炉容量增长速度大于受热面增长速度，故要密排）。特点：结构简单，制造成本低，安装、检修方便；管子排列相对较密，受热面利用率高；但对炉墙保护作用下降。

2.膜式水冷壁结构：在光管上轧制鳍片管和焊接鳍片管（s/d=1.2-1.5）。特点：气密性好，减少炉膛漏风，改善燃烧，降低锅炉的排烟热损失；增加传热面积，减少高价钢材；减轻炉墙厚度和重量，降低成本；蓄热少，锅炉启动速度加快；炉膛抗爆能力增强；可成片安装，便于悬吊，缩短工期；制造、检修工艺复杂。（对炉墙具有良好的保护作用，不用高温耐火材料，只需轻质保温材料降低炉墙质量，蓄热量只是使用耐高温材料锅炉的1/4左右，燃烧室升温和降温速度快，使启动和停运过程缩短）轧制鳍片管膜式水冷壁光管扁钢焊接鳍片管膜式水冷壁轧制鳍片管绝热材料外壳扁钢1.上升管；2.拉杆；3.耐火材料；4.绝热材料；5.外壳膜式水冷壁形式，三种，见p22。加工：轧制和焊接二、内螺纹管增强管内扰动，强迫汽泡脱离管壁，减小热阻，降低壁温，防止膜态沸腾发生，保证水循环安全高参数机组采用内螺纹管内螺纹管和光管传热恶化的部位和内壁温度三、卫燃带(销钉式水冷壁)卫燃带—在水冷壁局部区域敷设耐火材料目的：燃烧着火困难的煤种（贫煤、无烟煤）时减少着火区域水冷壁吸热量，提高着火区域炉内温度，稳定着火和燃烧（燃烧区域）改变炉膛出口温度，调节蒸汽温度(炉膛上部)对象：低挥发分不易着火燃料，液态排渣炉，提高蒸温缺点：易结渣，影响安全运行防结渣卫燃带：分隔布置四、水冷壁回路炉膛越大，水平方向水冷壁热负荷分布不均匀，布置燃烧器的四角比炉膛中间小，受热强弱不一，冷却效果又差异。通常把锅炉每面墙的水冷壁，划分为若干个（3-8）循环回路。DG200MW机组锅炉，24个回路；DG300MW机组锅炉84个回路五、折焰角和冷灰斗折焰角—后墙水冷壁的上部部分管子分叉弯制而成折焰角。好处：提高炉膛上部火焰炉内充满度，使流场更合理改善屏过空气动力特性，增加横向冲刷作用延长水平烟道的长度，便于对流过热器和再热器的布置减少炉膛出口扭转残余冷灰斗—对固态排渣锅炉在炉膛下部水冷壁向内弯曲形成，前后侧成50-55度角，两侧垂直。作用：聚集、冷却，并自动排出灰渣。固态出渣：水封、沙封，干出渣。下向膨胀节点。六、汽包锅炉汽包是电站锅炉最大、最重要的一个部件，也是主要受压部件。高压以上汽包内经1600-1800mm，相应壁厚80-150mm，长度14m-30m，重量-300t。

结构：

1.筒身：由钢板卷制焊接制成。2.封头：用钢板模压制成，焊接于筒身，封头中部有椭圆形或圆形人孔门，以备安装和检修时工作人员进出。3.管座：汽包上的管孔，并焊上短管。4.内含蒸汽分离净化装置等作用

1.加热、蒸发、过热三个过程的连接枢纽和大致分界点；

2.具有一定的蓄热能力，适应外界负荷变化；

3.蒸汽净化处理；

4.外接附件保证锅炉工作安全，水位计、安全阀、压力表、事故放水等安全性要求高汽包上下壁、内外壁允许温差为40℃，最大不超过50℃。受热不均会产生热应力：热应力t

—

温差Δt和壁厚S

温差Δt

—

温度变化速度（dt/d）七、其他附件

八、采用螺旋管圈＋垂直管圈方式

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

水冷壁结构炉膛宽为19419.2mm深度为15456.8mm高度为67000mm整个炉膛四周为全焊式膜式水冷壁，炉膛由下部螺旋盘绕上升水冷壁和上部垂直上升水冷壁两个不同的结构组成，两者间由过渡水冷壁转换连接，炉膛角部为R150mm圆弧过渡结构。炉膛冷灰斗的倾斜角度为55°，除渣口的喉口宽度为1.2432米

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52608.9mm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Φ38.1×7.5，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50.8mm。冷灰斗管屏、螺旋管屏膜式扁钢厚δ6.4，材料为15CrMo，均采用双面坡口型式。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

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螺旋管圈水冷壁

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%。

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（Φ444.5×95，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2：1。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。中间过渡水冷壁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，适应变压运行过渡段水冷壁厂内组装过渡段水冷壁安装后减少热应力销杆连接(不需要焊接)螺旋管圈水冷壁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热电偶插座九、启动分离器及锅炉启动系统启动分离器结构简图分离器尺寸规格为Ф900×110，直段高度2.890m，材质SA-387Gr11C12数量为两个。经水冷壁加热以后的工质分别由6根连接管沿切向逆时针向下倾斜15°进入两分离器，分离出的水通过连接管进入分离器下方的贮水罐。分离器内设有阻水装置和消旋器。启动分离器贮水罐结构简图启动分离器贮水罐的尺寸规格为Ф990×120，直段高度17m，数量一个。启动分离器和贮水罐端部均采用日立-巴布科克（BHK）有丰富运行经验的成熟的锥形封头结构，封头均开孔与连接管相连。去扩容器361阀361阀去凝汽器启动循环系统：由启动分离器、贮水罐、水位控制阀（361阀）等组成。锅炉启动及低负荷运行阶段，送至省煤器的水经水冷壁加热后，送到启动分离器，流体在启动分离器内分离成水和饱和蒸汽。

高压加热器

低压加热器除氧器省煤器水冷壁初级过热器再热器给水控制阀锅炉给水泵除氧器低压加热器冷凝水净化器冷凝水泵高压加热器省煤器水冷壁汽水分离器储水罐汽水分离器361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

BCP

360东锅启动系统

高压加热器

低压加热器除氧器省煤器水冷壁初级过热器再热器给水控制阀锅炉给水泵除氧器低压加热器冷凝水净化器冷凝水泵高压加热器省煤器水冷壁汽水分离器储水罐汽水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

系统配置合理、运行灵活方便

（不带BCP）4、过热器和再热器过热器—将饱和蒸汽加热到额定过热温度的锅炉受热面部件。作用：饱和蒸汽或低温蒸汽→过热蒸汽调节蒸汽温度：一般在-10℃～+5℃提高蒸汽过热（温度和热焓）目的：提高循环热效率，减小热耗率增大汽机做功能力，减小汽耗率提高汽机排汽干度，保证叶片的安全性减少管道凝结损失，提高电厂热效率过热和再热蒸汽是电站锅炉的最终产品，而合格蒸汽标志—蒸汽温度的稳定是衡量锅炉运行质量的一个重要指标！过热器工作特点1.工质温度高、传热性能差、又处于高温烟气段，金属壁温高，要求使用合金材料；此外过热器管子存在热偏差，使个别管子的管壁温度非常高，达到金属使用极限。2.工质流动压降有限制（通常过热器系统允许的压降不宜超过过热器工作压力的8%～

10%）。3.工质流动速度要合理，综合考虑压降和冷却需要（流速大则压力低）。4.出口汽温随锅炉负荷变化，需要调温手段（波动不超过-10℃～+5℃

）。5.管间(外)烟气流速受多种因素影响，合理选择，综合考虑传热、磨损、积灰及烟气阻力等因素。(一般额定负荷在6m/s以上，绝不能低于3m/s。尾部垂井烟道管间烟速不低于6m/s，水平烟道10-14m/s。)6.在锅炉启停和甩负荷时可能发生不安全现象，需要旁路和排汽系统，见p29再热器及其工作特点再热器—将汽轮机高压缸（或中压缸）排汽重新加热到额定再热温度的锅炉受热面部件。工作特点：1.管内流的是中压蒸汽，比容大，流动阻力大，为降低压损采用的蒸汽流速低，冷却更差，且也布置在高温区，工作条件更差。2.蒸汽对管壁的冷却作用差，密度小，传热能力差。3.热偏差较大，蒸汽比热小，有热偏差时形成的温度偏差更大。4.管内易存在无蒸汽现象，使管子干烧。结构特点：采用大管径、多管圈，尽量减少中间混合与交叉流动，以减小再热系统压降。再热蒸汽基本参数：Dzr≈0.8Dgr，Pzr≈0.2-0.25Pgr，Tzr≈Tgr过热器、再热器系统布置与结构自学注意问题：随锅炉容量变大，蒸发吸热量减少，过热器、再热器布置在水冷壁上部。4.1对流过热器按传热方式分：对流式、辐射式、半辐射式、（包覆壁）对流过热器布置在烟道内，以对流传热为主。结构：由进出口联箱连接许多并列蛇型管组成。

对流过热器及分配联箱布置类型按管束排列：顺列和错列顺列—管子固定方便，易清灰，磨损轻错列—结构紧凑，传热效果好，积灰较少，但吹灰效果差。(在额定负荷时，对流换热面的烟气流速不宜低于6m/s。在炉膛出口之后的水平烟道中，烟温较高，灰粒较软，对受热面的磨损较少，常采用10～

12m/s以上的流速。在烟气温度小于600～

700℃的区域中，由于灰粒变硬，磨损加剧，烟气流速不宜超过9m/s按管子轴线方向

(1)立式：蛇型管垂直放置，布置