２００８ｔ／ｈ亞臨界壓力控制循環鍋爐的設計和結構

王化坤

摘要:本文簡要介紹2008t/h亞臨界壓力控制鍋爐'>循環鍋爐的設計、結構等情況。

關鍵詞:鍋爐;設計

為減少煙溫、汽溫偏差,避免再熱器超溫觀象,專門列課題作了600MW亞臨界壓力控制鍋爐'>循環鍋爐再熱器熱偏差安全性計算。還進行了鍋爐冷態模化試驗研究,尋求合適的爐膛寬深比,燃燒器下部啟轉二次風和頂部消旋二次風的偏轉角及其相互間的合適配置和不同的爐膛高度和前屏過熱器的布置對爐內氣流流動特性的影響。

1 鍋爐設計條件及主要熱力指標

1.1 燃料

煤種:設計煤種:神府東勝煤、校核煤種:晉北煙煤

1.2 點火油及助燃油

鍋爐采用三級點火,由輕油點火器點燃輕油,輕油點燃重油,再由重油點燃煤粉。油種:輕油。重油

1.3 鍋爐主要熱力指標

鍋爐主要熱力指標(設計煤種):爐膛容積熱負荷(按低位熱值、不合風熱)85.4kW/m3

爐膛斷面熱負荷(按低位熱值、不含風熱) 4.72MW/m2

爐膛出口溫度(BMCR,后屏出口)1035℃。排煙溫度(BMCR,修正前)134℃。(BMCR,修正后)126℃。鍋爐熱效率(BMCR)92.3%。(ECR)92.5%

2 鍋爐設計采取的主要優化措施

300MW控制鍋爐'>循環鍋爐的經驗基礎上,借鑒國內外同類型600MW鍋爐的經驗,在鍋爐性能設計上主要采取下列優化措施:

2.1 設計較為適合設計、校核煤種結渣特性并有較小煙溫偏差的爐膛

選用較小的爐膛容積熱負荷和斷面熱負荷,爐膛出口煙氣溫度留有一定的裕度。省煤器平均煙氣速度不大于10m/s,使600MW鍋爐在煤種適應性和運行經濟性方面可有較大的裕度。較大的爐膛斷面和較高的爐膛及較小的寬深比,對避免爐膛結渣,增加碳粒子在爐膛內的滯留時間,對減弱氣流殘余旋轉,消除熱偏差有利。通過鍋爐冷態模化試驗研究,確定爐膛寬深比為1.155:1,爐膛寬度定為19558mm,深度為16940mm。

2.2 控制大容量鍋爐的左右煙溫偏差

在燃燒器設計上采用同心反切燃燒技術,配用0FA(燃燼風)和部分二次風消旋(反切),可使爐內氣流的旋轉強度具有一定的可調性。下部啟轉二次風與一次風噴嘴偏轉一定的角度,合理采用不同的二次風偏轉結構,使爐內空氣動力場有利于穩定燃燒,降低氮氧化物(N0x)排放,減少結渣和高溫腐蝕等。

2.3 一次風噴嘴采用不等間距布置

上3層噴嘴間距為2000mm,下3層噴嘴間距為1650mm,燃燒器總高度為9300mm。上部噴嘴間距增大,對減輕殘余旋轉有利。燃燒器高度增加還能降低燃燒器區域壁面熱負荷,避免結渣。

2.4 采用大口徑管道、大三通連接各級過熱器,采用二級噴水減溫

過熱器各級受熱面之間采用集中大口徑管道及大三通連接,左右兩側的連接管道不進行大交叉,以避免汽溫偏差疊加。過熱器采用二級噴水減溫器,每級減溫設有兩只減溫器,分別布置在左右兩根連接管上。左右兩側的噴水調節閥單獨控制,有利于兩側汽溫的調整。

2.5 采用擠壓成型的大口徑三通和彎頭

內壁圓滑過渡,壁厚嚴加控制;并嚴格控制小口徑管子的管壁公差和材料代用等措施,防止過熱器阻力偏大。

3 鍋爐結構簡介

3.1 整體布置

鍋爐采用傳統的Ⅱ型布置四角切圓燃燒。爐膛采用全焊膜式水冷壁,爐膛寬19558mm,深16940mm,爐頂管標高74100mm,鍋筒中心線標高75100mm。爐頂采用全密封結構,并設有大罩殼。上部爐膛采用引進型控制鍋爐'>循環鍋爐的傳統布置方式,即布置了過熱器分隔屏和后屏,墻式再熱器布置在前墻和兩側墻前部。在折焰角上部和水平煙道按煙氣流程依次布置了屏式再熱器、末級再熱器和末級過熱器。后煙井內布置有低溫過熱器和省煤器。

3.2 燃燒設備

鍋爐采用HP中速磨煤機冷一次風機正壓直吹式制粉系統,共配置6臺HP963型碗式中速磨,每臺磨煤機出口用4根煤粉管道接至同一層四角布置的煤粉噴嘴。燃燒器共設置6層煤粉噴嘴,鍋爐MCR和ECR負荷時投運5層,另一層備用。燃燒器的一、二次風呈間隔布置,頂部設有0FA(燃燼風)。每組燃燒器的二次風擋板均由電動執行器單獨操作。為滿足鍋爐汽溫調節的需要,燃燒器噴嘴采用擺動結構,除0FA層噴嘴單獨擺動外,其余噴嘴由內外連桿組成一個擺動系統,由一臺電動執行器集中驅動作上下擺動。這些電動執行器均采用進口的直行程結構。

3.3 給水和水循環系統

3.3.1 給水系統

鍋爐給水經由止回閥和截止閥進入省煤器進口集箱,流經省煤器蛇形管束后進入省煤器中間集箱,再經省煤器懸吊管(懸吊低溫過熱器)進入省煤器出口集箱,再由連接管分成3路從鍋筒底部引入水側。

3.3.2 水循環系統

鍋筒、下降管、爐水循環泵、下水包、水冷壁、水冷壁上集箱引出管等部件組成水循環系統。鍋筒下部的水通過6根φ406的下降管接至匯合集箱,再由匯合集箱引出3根吸入管,分別與3臺爐水循環泵連接,循環泵將水通過泵的排水管輸入下部環形水包,下水包內每根水冷壁管進口裝有節流孔板,使管內的流量與它的吸熱相匹配。水冷壁采用的φ51m內螺紋管和光管,節距為63.5mm的膜式結構。爐膛水冷壁管除冷灰斗和墻式再熱器后面外,全部采用內螺紋管,以保證水循環安全可靠,防止DNB的發生。3臺爐水循環泵,投運2臺可帶MCR負荷,1臺備用。投運1臺泵時可帶60%MCR負荷。

3.3.3 鍋筒及內部設備

鍋筒筒身用鋼板卷制而成,內徑為φ1743mm,簡身直段長26216mm,等厚壁厚203mm,兩端采用球形封頭,筒身和封頭材料均采用SA-299碳鋼材料。鍋筒內部采用環形內夾套結構,汽水混合物由鍋筒上部引入自上而下流動,使鍋筒上、下部得到均勻加熱,可有效地減小上、下壁溫差,加快啟、停速度。鍋筒內裝有110只直徑為φ254的渦流式分離器和148只波形板干燥器,還設有連續排污管,給水分配管及水位取樣裝置等。

3.4 過熱器

過熱器按蒸汽流程由爐頂包覆過熱器、低溫過熱器、分隔屏、后屏過熱器和末級過熱器組成。爐頂及包墻管由光管加扁鋼焊接成膜式壁結構。低溫過熱器布置在尾部煙道內由水平和立式兩部分組成,管徑φ57mm。分隔屏位于上爐膛前部,沿爐寬方向布置6大片,每片由6個小屏組成,管徑φ57mm。后屏過熱器布置在分隔屏后面,沿爐寬方向布置25片,管徑φ57mm/φ60mm。末級過熱器位于水平煙道的后部,沿爐寬方向布置l02片,管徑的φ57mm。各級過熱器之間采用大口徑管連接,左右兩側的連接管道采取平行布置,以減少汽溫偏差。

3.5 再熱器

再熱器按蒸汽流程由墻式再熱器、屏式再熱器和末級再熱器組成。墻式再熱器布置在上部爐膛前墻和兩側墻前部,管徑φ60mm。屏式再熱器位于爐膛折焰角上方,后屏過熱器之后,沿爐寬布置有50片,管徑φ63mm。末級再熱器位于水平煙道前部,屏式再熱器后面,共76片,管徑的φ63mm。屏式再熱器和末級再熱器之間用大口徑管道連接并左右交叉一次。

3.6 蒸汽溫度調節

3.6.1 過熱蒸汽溫度調節

在過熱器系統中,采用二級噴水減溫。第一級布置在低溫過熱器至分隔屏之間的管道上,作汽溫主調和保護分隔屏。第二級布置在后屏過熱器至末級過熱器之間的連接管道上,作汽溫細調。每級減溫均設左右2只減溫器,左、右噴水調節閥單獨控制,可方使兩側汽溫的調整,減小左右兩側汽溫偏差。過熱器噴水減溫器采用多孔笛形管的結構。

3.6.2 再熱蒸汽溫度調節

再熱蒸汽溫度主要采用燃燒器噴嘴擺動角度,控制爐膛出口溫度來實現調溫。當負荷較低時還可改變過剩空氣量來進行調溫。此外,在再熱器進口還設有2只事故噴水減溫器,最大設計噴水量為再熱器流量的5%(MCR)。

3.7 省煤器

省煤器布置在后煙井低溫過熱器下面,分成上、下兩組,管徑φ51mm。順列布置。省煤器蛇形管組出口設有3只中間集箱,從集箱上引出3排用來懸吊低溫過熱器的省煤器懸吊管。在省煤器進口前后墻包覆管上裝設有煙氣阻流板,以防止形成煙氣走廊造成局部磨損,還增加了管子壁厚和將煙氣平均流速控制在10m/s以下,大大提高了省煤器的抗磨能力。為防止鍋爐尾部振動,在省煤器區域沿爐寬設置了4道防振隔板。

3.8 空氣預熱器

采用上海鍋爐廠有限公司設計制造的兩臺三分倉轉子回轉式空氣預熱器,型號為32VI(T)50°-1828,一、二次風分隔布置,一次風開度為50°,轉子反轉。轉子直徑12.24米,受熱面高度為1828mm,轉子采用模塊結構,傳熱元件為籃子結構,以便檢修和調換。轉子傳動裝置設主傳動,輔助傳動和手動盤車裝置。每臺空氣預熱器配置一臺伸縮式吹灰器,在預熱器煙氣側冷熱端配備有一根固定式水沖洗管和滅火管,還配有紅外線探測裝置。

3.9 出渣設備

鍋爐出渣設備有水力出渣和機械出渣兩種。可按用戶要求選用。對于水源豐富的地區推薦水力出渣方式(水封式除渣裝置)。水封式除渣裝置排渣間隔為8小時一次,機械出渣裝置為連續排渣。吳涇工程采用水封式除渣裝置。

3.10 鍋爐構架

鍋爐構架采用獨立式鋼結構,受力構件采用高強度螺栓連接,螺栓直徑為M22。整個構架分7個安裝層,主要包括:垂直支撐、水平支撐、爐頂支吊平面、平臺、扶梯、大層頂等組件。鍋爐鋼架共有8根單腹板主梁,其中最大主梁長度25700mm,高度4000mm,寬度1300mm,重量≈90t。鋼柱采用H型鋼柱。平臺采用鍍鋅柵格,扶梯傾角小于45°。