哈锅超超临界锅炉设计运行介绍

哈锅超超临界锅炉设计运行介绍第1页/共87页哈锅的1000MW超超临界锅炉业绩表

电厂锅炉型号目前状态投运日期浙江玉环电厂#1HG-2953/27.46-YM12006.11.28#22006.12.30#3水压完成#4正在安装江苏泰州电厂#1HG-2980/26.15-YM2正在安装#2正在安装 广东潮州电厂#1设计中 #2设计中安徽芜湖电厂#1设计中

#2设计中第2页/共87页哈锅的600MW等级超超临界锅炉业绩表电厂锅炉型号目前状态江苏阚山电厂#1HG-1792/26.15-YM1正在安装#2正在安装辽宁营口电厂#1HG-1795/26.15-YM1正在安装

#2 正在安装广东河源电厂#1HG-1795/26.15-YM1正在安装 #2正在安装辽宁铁岭电厂#1HG-1793/26.15-YM1正在安装#2正在安装安徽芜湖电厂#1HG-2060/26.15-YM2正在安装

#2正在安装江苏吕四电厂#1设计中#2设计中

#3设计中#4设计中第3页/共87页哈锅超超临界锅炉的技术特点采用内螺纹管改进型垂直水冷壁，加装了中间混合集箱及两级分配器，进一步减少了水冷壁偏差，并将节流管圈装于水冷壁下联箱外面的水冷壁管上以便于调试、简化结构。采用低NOx的改进型PM主燃烧器和MACT燃烧技术。1000MW超超临界锅炉采用反向双切圆燃烧方式以获得均匀的炉内空气动力场和热负荷分配，降低炉膛出口烟气温度场和水冷壁出口工质温度的偏差。第4页/共87页哈锅超超临界锅炉的技术特点（续）采用较大的炉膛截面和容积，较低的炉膛断面热负荷、容积热负荷和炉膛出口烟温；因采用双切圆使燃烧器数目成倍增加，降低了单只燃烧器热功率，这些均对防止结焦有利。过热汽温调温方式为煤水比加三级喷水，再热汽为烟气挡板调温、燃烧器摆动并装有事故紧急喷水。第5页/共87页哈锅超超临界锅炉的技术特点（续）过热器采用四级布置，再热器为二级布置。为了降低超超临界锅炉因主汽/再热汽温提高到605℃/603℃所导致的高温级管子的烟侧高温腐蚀和内壁蒸汽氧化问题，采用了经过长期运行考验的25Cr20Ni奥氏体钢。采用带有再循环泵的启动低负荷系统，能回收启动阶段的工质和热量并增加了运行的灵活性。第6页/共87页第7页/共87页锅炉总体布置图第8页/共87页哈锅1000MW超超临界锅炉结构参数炉膛宽×深 34.220m×15.67m锅炉高度（从水冷壁下集箱到顶棚管） 66.6m后竖井深度 12.177m总深度（从前水冷壁到后包墙） 33.847m水冷壁下集箱标高 6.3m过热器顶棚标高 73.9m大板梁下沿标高 81m最外排柱中心线间纵向跨距 53.8m最外排柱中心线间横向跨距 69.6m上层燃烧器中心线到屏底高度 22.364m下层燃烧器中心线到冷灰斗拐点高度 6.941m第9页/共87页600/660MW超超临界锅炉汽水参数第10页/共87页超临界变压锅炉水冷壁设计（垂直与螺旋管圈水冷壁比较）

SV：超临界垂直水冷壁

SS：超临界螺旋管圈水冷壁第11页/共87页超临界滑压运行锅炉炉膛的发展过程首台螺旋管圈水冷壁锅炉MHI供货业绩（日本≥600MW锅炉）垂直型水冷壁（SV）11台（首台为1989年）螺旋管水冷壁10台（首台为1981年）特点1、结构简单2、对负荷变化、启动与停炉的高耐久性（热应力较小）3、易于制造与安装4、易于维修现代先进大容量锅炉标准型式垂直管圈水冷壁首台垂直管圈水冷壁锅炉The1stUnitofSpiralWWBoiler第12页/共87页垂直管圈与螺旋管圈水冷壁比较垂直水冷壁（内螺纹管）螺旋管水冷壁（光管）第13页/共87页与光管相比，内螺纹管优良的传热特性

质量流速1500kg/m2s内螺纹管核态沸腾偏离核态沸腾膜态沸腾核态沸腾

质量流速1500kg/m2s光管第14页/共87页炉膛冷灰斗

燃烧器区

上炉膛区

蒸汽干度核态沸腾干涸

设计内螺纹管管子壁温℃

设计质量流速

光管偏离核态沸腾膜态沸腾由于采用内螺纹管水冷壁的管壁温度较低第15页/共87页第16页/共87页SV：垂直水冷壁(内螺纹管)SS：螺旋管圈水冷壁(光管)管内质量流速低高流体水动力流动特性正向流动负向流动温度偏差小（优点）大（缺点）与螺旋管圈水冷壁(SS)相比垂直水冷壁具有良好的流动稳定性流量增加流量降低摩擦静压摩擦静压增加减少增加减少第17页/共87页中间混合集箱及一级分配器第18页/共87页二级分配器第19页/共87页装在管内的水冷壁入口节流孔圈型式定位销式（需维修）先进的管内式（不需维修）业绩松浦#1炉（1989年投运）新地#2炉川越#1~2(1989年投运)碧南#1、原町#1三隅#1、神户钢厂#1调整时间3天3天螺栓螺母螺栓与螺母节流孔圈节流孔板第20页/共87页垂直水冷壁炉膛出口工质温度分布

（1000MWSV出口）

第21页/共87页垂直管圈与螺旋管圈水冷壁相比的优点

—对高可靠性所作的贡献—(1)结构简单

—易于制造和安装

—安装周期较短

—热应力较小(2)水冷壁阻力较低

—优良的流动稳定性，导致较小的温度偏差

—降低了厂用电(3)结渣较少

—易于用吹灰器清除结渣

—不会产生局部堆渣第22页/共87页水冷壁结构简单垂直型水冷壁螺旋管圈水冷壁SV（垂直水冷壁）SS（螺旋管圈水冷壁）工地安装容易复杂对接焊口数目1/2.5基数焊缝长度1/2.5基数管屏数目1/2基数焊接件数目1/3基数第23页/共87页安装时垂直水冷壁（SV）和螺旋管圈水冷壁可靠性比较焊口对接只需单向调整焊口对接需双向调整较复杂高可靠性（有时可靠性较低）第24页/共87页水冷壁结渣比较容易掉落粘附在膜式鳍片上第25页/共87页

垂直水冷壁能消除由于结渣导致的一些问题

由于炉膛水冷壁严重结焦导致的问题如下：1.频繁投入水冷壁吹灰器而导致管子的磨损2.炉膛冷灰斗水冷壁由于大块渣掉落而受损3.在锅炉大修期内，炉膛除渣费用增加第26页/共87页螺旋管圈(SS)与垂直管圈(SV)水冷壁比较（一）SSSV注成本设备费△○垂直水冷壁易于制造安装费△○垂直水冷壁由于安装焊口和管屏数目较少，且管屏不倾斜，故易于安装.运行费△○垂直水冷壁因阻力较小，给水泵电耗少维修费△○螺旋管圈水冷壁因管子与支承件间热应力较大以及结渣较多，维修工作量较大.成本评估△◎性能锅炉效率○○相同水冷壁出口温度场○◎1.由于装设节流孔圈,水冷壁出口工质温度均匀.2.一旦出现渣块掉落而引起管子吸收热量的变化,垂直水冷壁由于流动稳定性较.好而能保持水冷壁出口温度稳定.锅炉负荷变化率○○相同锅炉启动时间○○相同锅炉最低负荷○○相同水冷壁阻力△○垂直水冷壁由于阻力较小,给水泵电耗也较少性能评估○◎

符号：◎较好○好△差第27页/共87页

螺旋管圈(SS)与垂直管圈(SV)水冷壁比较（二）SSSV注水冷壁管可靠性△○垂直水冷壁较优，原因是：—支承件及焊件较少—无倾斜角度，焊接质量较好—无潜在传热恶化的可能水冷壁管维修△◎水冷壁管一旦爆管，垂直水冷壁由于无倾斜角度，因此检查和维修较易MHI≥600MW容量的供货业绩1011国际投标中可接受性○○二种型式均可世界范围内锅炉制造商的态度○◎由于垂直管水冷壁的优良特性，欧洲大多数公司以及美国锅炉制造商正选择从螺旋管圈向垂直管过度总的评价○◎

符号：◎较好○好△差第28页/共87页MHI垂直管水冷壁变压运行超临界锅炉业绩电站名称MW蒸汽参数℃燃料商业投运松浦#1700538/566煤1989川越#1700566/566/566液化气1989川越#2700566/566/566液化气1990碧南#1700538/566煤1991新地#11000538/566煤1995原町#11000566/593煤1997三隅#11000600/600煤1998神户制钢#1700538/566煤2002舞鹤#1900595/595煤2003广野#5600600/600煤2004N电站600600/600煤2009第29页/共87页MHI已投运超超临界变压锅炉机组功率蒸汽参数燃料商业投运川越#1、#2700MW31.0MPax566/566/566℃液化气1989/1990敦贺#1500MW24.1MPax566/566℃煤1991原町#11000MW24.5MPax566/593℃煤1997三隅#11000MW24.5MPax600/600℃煤1998敦贺#2700MW24.1MPax593/593℃煤2000苓北#2700MW24.1MPax593/593℃煤2001舞鹤#1900MW24.5MPax595/595℃煤2003广野#5600MW24.5MPax600/600℃煤2004第30页/共87页1000MW超超临界锅炉

燃烧系统介绍第31页/共87页燃烧及制粉系统燃烧系统选用6台RP1163中速磨直吹制粉系统八角切向摆动燃烧器风箱结构均等配风燃烧器相对拉开和AA风箱拉开布置采用六层PM一次风口,浓淡喷口相对布置设有三层油枪用于锅炉点火及低负荷稳燃合理的一、二次风动力参数保证煤粉的充分燃烧第32页/共87页八角切向燃烧的特点1、将整个炉膛作为二个大燃烧器组织燃烧，因此对每只燃烧器的风量、粉量的控制简单。2、锅炉负荷变化时，燃烧器按层切换，使炉膛各水平截面热负荷分布均匀。3、对煤种适应性强。4、由于炉膛内气流旋转强烈，与煤粉颗粒混合好，而且延长了煤粉颗粒在炉内流动路程。5、解决了锅炉炉膛出口左右烟温偏差问题第33页/共87页燃烧器布置方案第34页/共87页第35页/共87页第36页/共87页燃烧器辅助风设计参数设计参数 运行参数AA 40%（TotalAir） 25%(TotalAir)OFA 10%（TotalAir） 10%(TotalAir)主燃烧区 80%（TotalAir） 80%(TotalAir)切圆直径 1640mm第37页/共87页600MW等级超超临界锅炉燃烧系统介绍第38页/共87页第39页/共87页第40页/共87页第41页/共87页PM燃烧器

是MHI公司开发的产品，该燃烧器技术成熟，有定型的设计标准，可根据煤质和环保要求，选取煤粉浓度，适用于烟煤，贫煤，其主要特点：1自身的着火能力强2能有效抑制NOX排放3能保证较高的燃烧效率

第42页/共87页低NOxPM燃烧器辅助风高浓度煤粉火焰(浓相)低浓度煤粉火焰(淡相)一次风/粉比一次风/粉比常规火焰低NOx(PM)火焰煤粉分离器第43页/共87页煤粉管道布置图第44页/共87页炉内脱硝MACT技术（MitubishiAdvancedCombustionTechnology）——MHI先进的燃烧技术——第45页/共87页LowNOxPrinciple-1-NOx还原燃焼完結高温还原燃焼発熱AAOFABurnerl=0.85l～1.0(O2～0.3%)l=1.15(O2=2.8%)＜高温＞NOxFuelN+O2NH3,HCN还原氧化氧化NOxCOH2ON2CO2l＞1氧化第46页/共87页LowNOxPrinciple-2-ConventionalBurnerLowNOxBurner（高温还原）WithoutDiffuserWithDiffuserPMBurnerWithDiffuserBlackSkirt(NO-Recirculation)(WithRecirculation)WeakConc.第47页/共87页

MHI公司PM燃烧器和MACT业绩第48页/共87页三隅#11000MW垂直水冷壁超超临界锅炉排放量

燃煤：澳大利亚HunterValley烟煤

负荷：1000MW项目单位保证值实测值NOx（锅炉出口）PPm（6%O2）＜170PPm137NOx（SCR出口）PPm（6%O2）＜34PPm30飞灰中未燃尽炭重量%＜31.5SOx（脱硫装置出口)PPm（6%O2）＜8830飞灰浓度（烟囱入口)mg/Nm3＜102.6第49页/共87页墙式切向燃烧燃煤锅炉序号电站名称机组容量商业投运燃料注1东京电力Sodegura#41000MW1979.7气反向双切圆2东京电力广野#31000MW1989.7气/油反向双切圆3沙特阿拉伯Qurayyah#1-５600MW1989气/油单切圆4川越#1700MW1989.7气单切圆5川越#2700MW1990.7气单切圆6碧南#1700MW1991.10煤单切圆7台湾石化公司FP-1#1-3600MW5.1998煤单切圆8新地#21000MW7.1995煤反向双切圆9原町#11000MW7.1997煤反向双切圆10三隅#11000MW7.1998煤反向双切圆11台湾石化公司UP-1#A，B600MW3.1999煤单切圆12中国后石CP#1-4600MW7.1999煤单切圆13沙特阿拉伯Chazlan#1-5600MW2001气/油单切圆14舞鹤#1900MW4.2003煤反向双切圆第50页/共87页墙式反向双切圆燃烧超临界燃煤炉业绩序号电站名称容量商业投运燃料注1碧南#1700MW1991年10月煤反向双切圆2新地#21000MW1995年7月煤反向双切圆3原町#11000MW1997年7月煤反向双切圆4三隅#11000MW1998年7月煤反向双切圆5舞鹤#1900MW2003年4月煤反向双切圆第51页/共87页超超临界锅炉新材料的应用第52页/共87页高热强钢发展史工厂试验实炉试验实际应用第53页/共87页高热强钢使用范围实例蒸汽温度过热器、再热器538566600625650700主汽管道过热器管热再热管道再热器管：纯铁体：奥氏体第54页/共87页受热面管子钢材过热器再热器省煤器水冷壁4级3级2级1级2级1级25CrSA213TP310HCbN√√√18CrCodeCase2328√√√SA213TP347H√9Cr2.25CrSA213T91SA213T22√√√1CrSA213T12√√√碳钢SA192SA210√第55页/共87页

按MHI的内部设计规定，HR3C与Super304这二种钢的抗内壁蒸汽氧化温度和抗外壁烟侧腐蚀温度分别为:

HR3C Super304H抗内壁蒸汽氧化温度 ℃ 700 680抗外壁烟侧腐蚀温度 ℃ 730 700

第56页/共87页管子编号外径×壁厚(mm)单根管流量(kg/h)流量偏差系数注1Ф57.1×3.72,0800.9052最内圈管2Ф57.1×3.72,0900.9096

3Ф57.1×3.72,0900.9096

4Ф57.1×3.72,0900.9096

5Ф57.1×3.72,2800.9923

6Ф57.1×3.72,2600.9836

7Ф60.3×4.02,5601.1141

8Ф60.3×4.02,5601.1141

9Ф60.3×4.02,6701.1620最外圈管平均流量

2,298

末级再热器各管流量分配第57页/共87页烟气腐蚀试验数据第58页/共87页蒸汽氧化试验数据第59页/共87页95010001050110011501200T92／E911／T122钢与T91钢及TP304H和TP347H奥氏体钢的许用应力比较第60页/共87页新材料的应用末级过热器出口集箱及管接头采用P92/T92材料；主汽管道采用P92材料；以上两种材料的焊接工艺及检验方法由三菱公司提供，并对我公司员工进行培训。许用应力以及高温强度的提高，可以使得受压元件的壁厚减薄，不仅节约了金属，更因为它们具有较高的导热率和较低的热膨胀系数而有利于减轻高温集箱的热疲劳损伤。由于它们是铁素体钢，当在高温蒸汽作用下管子的内壁所产生的氧化膜的组成成分和层厚比较均匀，不容易剥落，其抗剥离性能优于奥氏体钢。这样便减小了在管子内壁发生应力腐蚀或晶间腐蚀的可能性。第61页/共87页超超临界锅炉启动系统介绍第62页/共87页大气扩容式启动系统第63页/共87页带疏水热交换器的启动系统第64页/共87页带循环泵的启动系统第65页/共87页三种内置式启动系统的优缺点种类扩容器式循环泵式热交换器式优点系统简单投资少；运行操作方便；容易实现自动控制：维修工作量少。系统简单；工质和热量回收效果好：对除氧器设计无要求，适合于两班制和周日停机运行方式。系统简单；运行操作方便；容易实现自动控制；工质和热量回收效果好；维修工作量少。缺点运行经济性差；要求除氧器安全阀容量增大；不适合于两班制和周日停机运行方式。投资大；运行操作复杂；转动部件的运行和维护要求高；循环泵的控制要求高。投资大；金属耗量大；要求除氧器安全阀容量增大。通过对几种启动系统的优缺点比较，我公司在华能玉环1000MW机组锅炉上选用带循环泵的启动系统第66页/共87页哈锅1000MW锅炉启动系统第67页/共87页锅炉启动系统各管道流量示意图第68页/共87页分离器及分离器贮水箱

第69页/共87页锅炉启动时给水泵流量控制第70页/共87页启动过程简图

第71页/共87页化学清洗在低压给水系统清洗结束后进行炉本体及高加系统的化学清洗，清洗介质采用了EDTA铵盐。清洗范围包括高压加热器及旁路管、省煤器、水冷壁、顶棚管、后包墙、启动分离器及贮水箱、过热器减温水管路等。清洗水容积包括临时系统在内约为450m3。酸洗温度130℃±5℃。为此通常锅炉都需点火加热，降低清洗温度将严重影响清洗效率。清洗启动循环回路时再循环泵可以投入使用，但马达腔内必须连续注水防止酸液进入。第72页/共87页蒸汽吹管（一）蒸汽吹管由稳压和降压吹管两种方式。稳压吹管操作简便，运行工况稳定，受热面承受较小的热冲击，且可以油煤混烧而节省了燃油，降低了吹管成本。稳压吹管消耗的水量大，因此每次吹管的持续时间取决于储备的除盐水量。此外稳压吹管锅炉的输入热负荷较高，为此要注意防止过热器、再热器超温。第73页/共87页蒸汽吹管（二）关于蒸汽吹管，MHI推荐采用锅炉不熄火降压吹管，吹管压力4～4.5MPa，给水流量25％ECR，输入热负荷10％BMCR。首先吹过热器系统，再热器进口加堵板，然后吹再热器系统。吹管系数大于1即可，用铜靶板检验吹管质量。吹管时锅炉减燃料不熄火，循环泵不停。第74页/共87页蒸汽吹管（三）1#炉采用了等离子点火投煤、过热器和再热器串联的稳压吹管方式。在冷段再热器管道上加装集粒器，同时考虑到稳态流动对集箱盲端等死角区域冲刷效果不好，也进行了一定次数的降压吹管。降压吹管时投等离子点火的A磨，输入热负荷约为15％BMCR，吹管压力5.5～7.5MPa。稳压吹管时投A、B磨，燃煤量约为135t/h，另投8支油枪，燃油量约为23t/h，吹管压力5.0～7.0MPa，给水流量1200t/h，输入热负荷约为45％BMCR。吹管时受冷再管道材料的限制，要求主汽温度控制不超过420℃，再热汽温不超过500℃。第75页/共87页蒸汽吹管（四）2号炉按MHI的模式分阶段降压吹管，等离子点火投A磨，未投油支持燃烧，给煤量45t/h，输入热负荷约12％BMCR，吹管压力6.0～7.5MPa，过热器吹管系数达到1.6～1.85。从稳压和降压两种不同吹管方式比较，我们可以得出，降压吹管在受热面形成交变应力，有利于保证吹管质量；如果选用稳压吹管方式建议保证吹管系数在1.3以上。第76页/共87页锅炉冷态通风试验试验内容包括：烟风系统挡板的调试，使主控CRT开度显示、就地开度指示与实际位置一致，开关方向相符，风量测量装置的标定，一次风管风速均匀性调整，要求偏差在5％以内，燃烧器结构特性测量，燃烧器倾角调整，炉本体、烟风系统严密性试验，制粉系统调整、煤粉细度分析，炉内空气动力场试验等。第77页/共87页

应当指出的是，MHI习惯以送风机入口风量作为二次风总风量，燃烧调整入炉风量以省煤器出口氧量为依据调节。空气动力场试验通常是不做的，按MHI的要求进行燃烧器的安装和调试即可满足要求。第78页/共87页锅炉水清洗炉本体的水清洗包括冷态清洗和热态清洗。冷态清洗又可分成开式清洗和循环清洗。清洗范围包括：给水管路、省煤器、水冷壁、汽水分离器、再循环管路和贮水箱溢流管路等。按照MHI的经验，冷态开式清洗1天约3小时，冷态循环清洗4～5天，每天12小时；热态循环清洗6～7天，每天12小时。为了提高清洗效果，冷态清洗时进行流量扰动清洗，热态清洗时进行水温扰动清洗。第79页/共87页锅炉点火模式按MHI垂直管圈水冷壁的典型设计，把最下层的磨煤机作为备用磨，这与国内大多数电厂把最上层磨作为备用磨有所不同，其目的在于防止水冷壁出口温度出现较大偏差。与之相对应的，锅炉启动推荐采用高位点火模式，即先点燃CD层油枪，再点燃EF