1000MW超超临界锅炉技术介绍

1000MW等级超超临界锅炉技术介绍2007年3月

哈尔滨锅炉厂有限责任公司

介绍内容超超临界锅炉的技术来源和业绩1000MW超超临界锅炉技术特点1000MW超超临界锅炉技术方案超超临界锅炉技术来源和业绩

超超临界锅炉技术来源与引进2003年11月，哈尔滨锅炉厂有限责任公司由日本三菱重工（MHI）进行技术支持，获得了国内第一个1000MW超超临界锅炉合同——华能玉环4X1000MW超超临界锅炉。2004年9月，哈尔滨锅炉厂有限责任公司与日本三菱重工签定了超超临界锅炉技术的技术转让合同。2004年，哈锅签订了中电投阚山2X600MW超超临界锅炉、华能营口2X600MW超超临界锅炉和河源2X600MW超超临界锅炉合同。2005年4月，哈锅签订了国电泰州2X1000MW超超临界锅炉合同。2006年2月，哈锅签订了华电铁岭2X600MW超超临界锅炉和华电芜湖2X660MW超超临界锅炉合同。2006年11月，哈锅签订了大唐潮州2X1000MW超超临界锅炉合同。2006年12月，哈锅签订了大唐吕四港4X660MW超超临界锅炉合同。2007年1月,哈锅签订了华电芜湖2X1000MW超超临界锅炉合同。超超临界锅炉的业绩和现状（一）2006年5月1日，华能玉环电厂1000MW超超临界锅炉1号炉一次顺利通过水压试验，2006年11月28日，1号炉通过168小时试运行，2006年12月30日2号炉通过168小时试运行，实现一年双投国电泰州电厂1000MW超临界锅炉的设计已完成，受热面正在现场安装中华能营口电厂600MW超超临界锅炉1号炉，2007年初已完成整体水压试验和吹管；阚山、铁岭和芜湖电厂600MW、660MW超超临界锅炉均在安装中超超临界锅炉的业绩和现状（二）通过玉环电厂1000MW超超临界锅炉及后续超超临界锅炉的设计、制造、安装和运行，并结合超超临界锅炉技术引进培训工作（至2006年12月28日，超超临界锅炉技术引进全部完成），我公司已经完全掌握了该项技术，并结合我国工程的实际情况和具体要求，进行了改进和完善从玉环项目开始，到营口、泰州项目，我公司都派出设计人员到日本与三菱公司一起进行联合设计，充分交流，领会和掌握关键的设计理念技术引进术覆盖了设计、制造、检查、安装、调试和标准化以上技术的掌握为新项目提供了进度和质量上的充分保证超超临界锅炉的业绩和现状（三）在制造方面，厂内完成了P122和P92管道和HR3C和SUPER304H受热面的制造任务，并将掌握的焊接工艺与安装公司共享，确保锅炉安装的整体质量，为业主负责我公司在广东得胜300MW亚临界锅炉和华电芜湖1000MW超超临界锅炉项目上获得了SCR设备的供货合同，同时SCR技术转让的培训工作也在2006年12月完成，可满足业主对脱硝设备的不同要求，并保证与设计院的配合进度1000MW超超临界锅炉技术特点

MHI超超临界锅炉的技术特点蒸汽参数25.4MPa.g604/602℃A-PM燃烧器和MACTMRS磨煤机内螺纹管垂直水冷壁蜂巢型垂直式催化脱硝装置抗高温热强钢主要技术特点锅炉为Π型布置，尾部为双烟道内螺纹管改进型垂直水冷壁，加装中间混合集箱及两级分配器，减少了水冷壁偏差，并将节流孔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。采用低NOxPM燃烧器和MACT燃烧技术。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。过热器采用四级布置，再热器为两级布置。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Super304H和HR3C热强钢。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、燃烧器摆动并在两级再热器间装有事故紧急喷水。MHI超临界和超超临界燃煤锅炉业绩示例三隅电站松浦电站神户制钢电站碧南电站广野电站原町电站新地电站舞鹤电站（垂直型水冷壁）

包括已运行和在建项目MHI超临界锅炉的发展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The1stUnitofSpiralWWBoiler1000MW超超临界锅炉技术方案锅炉主要技术参数(1)主蒸汽流量： 2953t/h（BMCR）再热汽流量： 2446t/h（BMCR） 蒸汽压力过热器出口： 27.46MPa.g（BMCR）再热器入口： 6.14MPa.g（BMCR）再热器出口： 5.94MPa.g（BMCR）蒸汽温度过热器出口： 605℃（BMCR）再热器入口： 377℃（BMCR）再热器出口： 603℃（BMCR）给水温度 298℃（BMCR）锅炉主要技术参数(2)主蒸汽流量： 3033t/h（BMCR）再热汽流量： 2469t/h（BMCR） 蒸汽压力过热器出口： 26.15MPa.g（BMCR）再热器入口： 5.0MPa.g（BMCR）再热器出口： 4.8MPa.g（BMCR）蒸汽温度过热器出口： 605℃（BMCR）再热器入口： 351℃（BMCR）再热器出口： 603℃（BMCR）给水温度 303℃（BMCR）锅炉纵剖图省煤器空气预热器启动分离器一级过热器低温再热器高温再热器四级过热器三级过热器二级过热器水冷壁中间集箱AA风煤粉燃烧器再循环泵烟气调温挡板锅炉水平图二次风烟道AA风煤粉燃烧器二次风箱一次风再循环泵锅炉启动系统带循环泵的启动系统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。

分离器及贮水箱贮水箱的水位控制疏水阀(WDC阀)再循环调节阀循环泵暖管疏水阀循环泵湿式马达单级泵与亚临界控制循环锅炉用循环泵相比，压头高，流量小只在锅炉启动和停炉过程中投运每台锅炉配置1台循环泵——工作状态循环泵——水压状态水压试验堵板（电机没有安装）分离器直径1100mm壁厚130mm材料为SA387GR11CL12长度约5.5m以上为玉环数据，之后工程材料改为管材，材料为P12贮水箱直径1184mm壁厚142mm材料为SA387GR11CL12长度约15.2m以上为玉环数据，之后工程材料改为管材，材料为P12启动过程简图内螺纹管垂直水冷壁内螺纹管垂直水冷壁管子外径28.6mm壁厚5.8mm节距44.5mm材料15CrMoG中间混合集箱和一、二级混合器垂直管圈水冷壁与螺旋管圈水冷壁垂直水冷壁（内螺纹管）螺旋管水冷壁（光管）Φ28×6.4四头螺纹管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基数垂直水冷壁的安装简便性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）螺旋管圈水冷壁SS：在焊件与管子之间不可避免的温差

（在负荷震荡期间）

——潜在的疲劳破坏的根源——螺旋管圈结构详图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３100kg/m2s光管装在管内的水冷壁入口节流孔圈在由各水冷壁下集箱引出的水冷壁入口管段上，根据水动力计算的结果，按不同的回路装有不同孔径的节流孔圈，以控制各回路水冷壁管的流量，以保证合理的质量流速和水冷壁出口温度的均匀性和管壁金属温度在允许范围内，这种装于水冷壁入口管段上的节流管圈与早期装于大直径的水冷壁下集箱内的定位销对号的节流孔圈相比，具有如下优点：不必采用壁厚的大直径水冷壁下集箱，简化了结构，不需定期维修。便于节流孔圈的调试。便于更换和检查。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炉膛水平热负荷分布中间集箱入口温度分布中间混合集箱及一、二级混合器为了进一步降低水冷壁沿炉膛周界的出口的工质温度偏差，除采用节流孔圈调节各回路的流量外，还在下炉膛出口处加装独特的带二级混合器的中间混合集箱，其主要作用不单是平衡各水冷壁管的工质温度，更重要的是强化两相流的汽水混合，防止出现汽水分离中间混合集箱和一级分配器一级分配器二级分配器垂直水冷壁出口工质温度分布垂直水冷壁易于除渣容易掉落粘附在膜式鳍片上过热器系统过热器系统图低温过热器分隔屏后屏过热器末级过热器流体冷却夹管流体冷却间隔管过热器规格和材质项目单位水平低过立式低过 分隔屏屏过末过管子规格(外径×最小壁厚)mmφ50.8×8.1~8.4Φ50.8×8.4~8.9Φ60.3×7.9~9.3Φ54.0×7.2~8.9Φ60.3×9.4~15.1Φ54.0×8.4~13Φ63.5×10.8Φ50.8×10.3Φ63.5×6.6~7.5Φ50.8×6.2~8.6Φ63.5×12.0Φ50.8×11.6Φ57.1×8.4~13.3Φ48.6×9.9Φ57.1×6.8Φ48.6×5.9~8.3Φ63.5×19.1Φ46.8×8.3材质15CrMoG15CrMoGSA-213TP347H12Cr1MoVGHR3CSuper304HSA213T91HR3CSuper304HSA213T91HR3CSuper304H外壁温度内壁温度铬含量和高温烟气腐蚀的关系晶粒度和蒸汽氧化的关系调节同屏流量的方法——节流短管225130蒸汽流向各受热面入口采用节流短管进行截流，调整各管子的流动阻力，来平衡同屏各管子的流量及蒸汽温度玉环工程1，2号炉末级过热器出口集箱和主蒸汽管道采用P122玉环3，4号炉及以后工程的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。末级过热器出口集箱和主蒸汽管道尾部烟道旁路尾部烟道旁路顶棚出口集箱分离器超临界压力 旁路开亚临界压力 旁路关再热器系统再热器系统图低温再热器末级再热器减温器再热器规格和材质省煤器系统省煤器在整个正常运行包括负荷变化时都应保证省煤器出口过冷

燃烧系统八角切向燃烧的特点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。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。对煤种适应性强。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。解决了锅炉炉膛出口左右烟温偏差问题燃烧及制粉系统燃烧系统选用6台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燃烧器布置方案燃烧器布置图(水平)PM燃烧器原理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PM分离器PM分离器布置图MACT燃烧技术（MitubishiAdvancedCombustionTechnology）MACT燃烧技术三菱重工（MHI）开发的MACT（MitsubishiAdvancedCombustionTechnology）燃烧技术也称为炉内降低NOx燃烧系统。将较大比例的附加风AA（AdditionalAir）角式布置在主燃烧器的上部。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。MACT燃烧技术特点是：适应各种燃料如煤、油、气不增加设备投资，能减少尾部脱硝设备的投资降低对环境有害物质的排放锅炉燃烧效率和烟气流量没有改变，炉膛不会产生结渣和高温腐蚀炉膛内的燃烧稳定、低负荷性能良好，安全可靠，火焰检测不受影响MACT燃烧技术原理三隅#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玉环1000MW超超临界锅炉

主要调试内容锅炉酸洗锅炉吹管冷态整机成套启动168试运清洗介质的选择对于新建的超临界锅炉推荐采用腐蚀性较弱的柠檬酸和EDTA清洗。锅炉酸洗2：EDTA清洗的优缺点腐蚀性较弱，对阀门和循环泵无危害

EDTA残余可回收再生不用碱洗，减小了耗水量缺点：清洗温度高，需锅炉点火加热优点：清洗后的检查割开水冷壁进口前后分配器手孔，用内窥镜检查内部，并清理杂质。对水冷壁进口