2008t/h亚临界压力控制循环锅炉的设计和结构

    [摘要]简要介绍上海锅炉厂有限公司设计制造的2008t／h亚临界压力控制循环锅炉的设计、结构等情况。图1表4。

 0引言

    上海锅炉厂有限公司最新开发的配600MW机组锅炉为亚临界压力、一次中间再热、控制循环锅炉。锅炉采用摆动式燃烧器四角切圆燃烧方式、HP型中速磨煤机正压直吹式制粉系统、固态排渣、全钢构架、平衡通风、露天布置。

    锅炉在总结国内外改进型控制循环锅炉的设计、制造和运行的基础上，按照锅炉创优暨创名牌的要求进行设计和制造。尤其重要的是，上海锅炉厂有限公司在300MW锅炉上已积累了许多宝贵经验，这些经验在600MW锅炉的设计、生产中发挥了巨大的作用。

    为减少烟温、汽温偏差，避免再热器超温观象，专门列课题作了600MW亚临界压力控制循环锅炉再热器热偏差安全性计算。还进行了锅炉冷态模化试验研究，寻求合适的炉膛宽深比，燃烧器下部启转二次风和顶部消旋二次风的偏转角及其相互间的合适配置和不同的炉膛高度和前屏过热器的布置对炉内气流流动特性的影响。

    上海锅炉厂有限公司第一台配600MW 机组锅炉是为上海吴径热电厂设计制造的，机组预计在2000年8月投入商业运行。(见图1)

 
 1锅炉设计条件及主要热力指标

 1.1主要蒸汽参数

    锅炉主要蒸汽参数见表1。

 

   1.2燃料

 1.2.1煤种

    设计煤种：神府东胜煤

    校核煤种：晋北烟煤

煤质分析见表2。

  1.2.2点火油及助燃油

  锅炉采用三级点火，由轻油点火器点燃轻油，轻油点燃重油，再由重油点燃煤粉。

    油种：轻油。重油

油质分析见表3。

 1.2.3锅炉主要热力指标

    锅炉主要热力指标(设计煤种)：
    炉膛容积热负荷(按低位热值、不合风热)  85.4kW／m3
    炉膛断面热负荷(按低位热值、不含风热)  4.72MW／m2
    炉膛出口温度(BMCR，后屏出口)  1035℃
    排烟温度(BMCR，修正前)134℃
            (BMCR，修正后)126℃
    锅炉热效率(BMCR)      92.3％
              (ECR)        92.5％

2锅炉设计采取的主要优化措施

    上海锅炉厂有限公司在几十台引进型300MW控制循环锅炉的经验基础上，借鉴国内外同类型600MW锅炉的经验，在锅炉性能设计上主要采取下列优化措施：

2.1设计较为适合设计、校核煤种结渣特性并有较小烟温偏差的炉膛

    选用较小的炉膛容积热负荷和断面热负荷，炉膛出口烟气温度留有一定的裕度。省煤器平均烟气速度不大于10m/s，使600MW锅炉在煤种适应性和运行经济性方面可有较大的裕度。较大的炉膛断面和较高的炉膛及较小的宽深比，对避免炉膛结渣，增加碳粒子在炉膛内的滞留时间，对减弱气流残余旋转，消除热偏差有利。
    通过锅炉冷态模化试验研究，确定炉膛宽深比为1.155:1，炉膛宽度定为19558mm，深度为16940mm。

   从表4几台600MW锅炉炉膛主要数据对照表可见该锅炉炉膛的设计较为合理。

 
  2.2控制大容量锅炉的左右烟温偏差

    在燃烧器设计上采用同心反切燃烧技术，配用0FA(燃烬风)和部分二次风消旋(反切)，可使炉内气流的旋转强度具有一定的可调性。下部启转二次风与一次风喷嘴偏转一定的角度，合理采用不同的二次风偏转结构，  使炉内空气动力场有利于稳定燃烧，降低氮氧化物(N0x)排放，减少结渣和高温腐蚀等。这种燃烧技术在渭河电厂、秦皇岛热电厂300MW锅炉上获得了成功应用。600MW锅炉炉膛冷模试验表明，炉膛出口的气流旋转强度很弱，水平烟道的气流分布也很均匀。

 2.3一次风喷嘴采用不等间距布置

    上3层喷嘴间距为2000mm，下3层喷嘴间距为1650mm，燃烧器总高度为9300mm。上部喷嘴间距增大，对减轻残余旋转有利。燃烧器高度增加还能降低燃烧器区域壁面热负荷，避免结渣。

2.4燃烧器喷嘴摆动和二次风门挡板采用电动执行机构

    经过多年的技术攻关，已在石横、吴泾、嘉兴、外高桥、秦皇岛等300MW锅炉上取得了燃烧器能灵活摆动的成功业绩。在600MW锅炉燃烧器摆动机构的设计上还吸取了北仑港1号机组解决摆动等问题的有关经验。

    解决燃烧器喷嘴摆动的主要措施是：

    (1)合理调整有关零件的配合间隙和加强传动件刚性及强度。
    (2)将内外传动机构增至6组，每组只带一只煤粉喷嘴，喷嘴摆动负荷比北仑港l号机组减少一半，使传动的可靠性和精确性得到提高。
    (3)在传动机构的外连杆上增设平衡重锤。使摆动执行机构运作平衡，只需克服摆动摩擦阻力。
    (4)认真做好煤粉管道吊架的挠性膨胀节选型和布置，防止一次风喷嘴受煤粉管道重力和热膨胀的影响。
    (5)要求每班摆动一次，每次小修要检查摆动机构运行的灵活性。
    (6)燃烧器现场安装完后，重新校核四角摆动机构的同步性，做到摆动指示脾和喷嘴实际摆角一致。

2.6采用大口径管道、大三通连接各级过热器，采用二级喷水减温

    过热器各级受热面之间采用集中大口径管道及大三通连接，左右两侧的连接管道不进行大交叉，以避免汽温偏差叠加。过热器采用二级喷水减温器，每级减温设有两只减温器，分别布置在左右两根连接管上。左右两侧的喷水调节阀单独控制，有利于两侧汽温的调整。

2.7采用挤压成型的大口径三通和弯头

    内壁圆滑过渡，壁厚严加控制；并严格控制小口径管子的管壁公差和材料代用等措施，防止过热器阻力偏大。

2.8再热器结构布置改进

    为减少再热汽温偏差，除采用同心反切燃烧技术，加大炉膛截面和燃烧器上排喷口至屏底的距离，合理布置煤粉管道等措施外，对再热器结构布置作了较大改进，如：放大集箱和连接管管径、合理布置三通位置、屏式再热器和末级再热器采用塔式管屏，改善同屏热偏差等措施。

2.9过热器、再热器管子材料选择留有较大裕度

2.10空气预热器采用双道密封

    可有效地解决空气预热器的漏风问题。

2.11选用较好的配套件

    凡不能符合要求的国产配套件均选用引进技术制造或进口的产品。

3锅炉结构简介

3.1整体布置

    锅炉采用传统的Ⅱ型布置四角切圆燃烧。炉膛采用全焊膜式水冷壁，炉膛宽19558mm，深16940mm，炉顶管标高74100mm，锅筒中心线标高75100mm。炉顶采用全密封结构，并设有大罩壳。上部炉膛采用引进型控制循环锅炉的传统布置方式，即布置了过热器分隔屏和后屏，墙式再热器布置在前墙和两侧墙前部。在折焰角上部和水平烟道按烟气流程依次布置了屏式再热器、末级再热器和末级过热器。后烟井内布置有低温过热器和省煤器。
    锅炉尾部布置2台三分仓转子回转式空气预热器，转子内径12.24米。

3.2燃烧设备

    锅炉采用HP中速磨煤机冷一次风机正压直吹式制粉系统，共配置6台HP963型碗式中速磨，每台磨煤机出口用4根煤粉管道接至同一层四角布置的煤粉喷嘴。燃烧器共设置6层煤粉喷嘴，锅炉MCR和ECR负荷时投运5层，另一层备用。燃烧器的一、二次风呈间隔布置，顶部设有0FA(燃烬风)。每组燃烧器的二次风挡板均由电动执行器单独操作。为满足锅炉汽温调节的需要，燃烧器喷嘴采用摆动结构，除0FA层喷嘴单独摆动外，其余喷嘴由内外连杆组成一个摆动系统，由一台电动执行器集中驱动作上下摆动。这些电动执行器均采用进口的直行程结构。在燃烧器二次风室中配置了3层共12支重油枪，采用外混式蒸汽雾化方式。燃烧器的水冷套与燃烧器在出厂前由工厂进行组装。
    煤粉喷嘴采用了300MW锅炉已经成熟的具有浓、淡分离功能的WR结构，它不仅提高了单只喷嘴的稳燃能力，而且也是抑制氧化氮形成的有效措施之一。在一次风喷嘴周围设置周界风，不仅能有效地冷却一次风喷嘴，还能改善煤种适应性。

3.3给水和水循环系统’

3.3.1给水系统

    锅炉给水经由止回阀和截止阀进入省煤器进口集箱，流经省煤器蛇形管束后进入省煤器中间集箱，再经省煤器悬吊管(悬吊低温过热器)进入省煤器出口集箱，再由连接管分成3路从锅筒底部引入水侧。

3.3.2水循环系统

    锅筒、下降管、炉水循环泵、下水包、水冷壁、水冷壁上集箱引出管等部件组成水循环系统。
    锅筒下部的水通过6根φ406的下降管接至汇合集箱，再由汇合集箱引出3根吸入管，分别与3台炉水循环泵连接，循环泵将水通过泵的排水管输入下部环形水包，下水包内每根水冷壁管进口装有节流孔板，使管内的流量与它的吸热相匹配。
    水冷壁采用的φ51m内螺纹管和光管，节距为63.5mm的膜式结构。炉膛水冷壁管除冷灰斗和墙式再热器后面外，全部采用内螺纹管，以保证水循环安全可靠，防止DNB的发生。  
    3台炉水循环泵，投运2台可带MCR负荷，1台备用。投运1台泵时可带60％MCR负荷。

3.3.3锅筒及内部设备

    锅筒筒身用钢板卷制而成，内径为φ1743mm，简身直段长26216mm，等厚壁厚203mm，两端采用球形封头，筒身和封头材料均采用SA—299碳钢材料。锅筒内部采用环形内夹套结构，汽水混合物由锅筒上部引入自上而下流动，使锅筒上、下部得到均匀加热，可有效地减小上、下壁温差，加快启、停速度。锅筒内装有110只直径为φ254的涡流式分离器和148只波形板干燥器，还设有连续排污管，给水分配管及水位取样装置等。

3.4过热器

    过热器按蒸汽流程由炉顶包覆过热器、低温过热器、分隔屏、后屏过热器和末级过热器组成。
    炉顶及包墙管由光管加扁钢焊接成膜式壁结构。
    低温过热器布置在尾部烟道内由水平和立式两部分组成，管径φ57mm。
    分隔屏位于上炉膛前部，沿炉宽方向布置6大片，每片由6个小屏组成，管径 φ57mm。
    后屏过热器布置在分隔屏后面，沿炉宽方向布置25片，管径φ57mm/φ60mm。
    末级过热器位于水平烟道的后部，沿炉宽方向布置l02片，管径的φ57mm。
    各级过热器之间采用大口径管连接，左右两侧的连接管道采取平行布置，以减少汽温偏差。

3.5再热器

    再热器按蒸汽流程由墙式再热器、屏式再热器和末级再热器组成。
    墙式再热器布置在上部炉膛前墙和两侧墙前部，管径φ60mm。
    屏式再热器位于炉膛折焰角上方，后屏过热器之后，沿炉宽布置有50片，管径φ63mm。
    末级再热器位于水平烟道前部，屏式再热器后面，共76片，管径的φ63mm。
    屏式再热器和末级再热器之间用大口径管道连接并左右交叉一次。

3.6蒸汽温度调节

3.6.1过热蒸汽温度调节

    在过热器系统中，采用二级喷水减温。第一级布置在低温过热器至分隔屏之间的管道上，作汽温主调和保护分隔屏。第二级布置在后屏过热器至末级过热器之间的连接管道上，作汽温细调。每级减温均设左右2只减温器，左、右喷水调节阀单独控制，可方使两侧汽温的调整，减小左右两侧汽温偏差。
    过热器喷水减温器采用多孔笛形管的结构。

3.6.2再热蒸汽温度调节

    再热蒸汽温度主要采用燃烧器喷嘴摆动角度，控制炉膛出口温度来实现调温。
    当负荷较低时还可改变过剩空气量来进行调温。此外，在再热器进口还设有2只事故喷水减温器，最大设计喷水量为再热器流量的5％(MCR)。

3.7省煤器

    省煤器布置在后烟井低温过热器下面，分成上、下两组，管径φ51mm。顺列布置。省煤器蛇形管组出口设有3只中间集箱，从集箱上引出3排用来悬吊低温过热器的省煤器悬吊管。
    在省煤器进口前后墙包覆管上装设有烟气阻流板，以防止形成烟气走廊造成局部磨损，还增加了管子壁厚和将烟气平均流速控制在10m/s以下，大大提高了省煤器的抗磨能力。
    为防止锅炉尾部振动，在省煤器区域沿炉宽设置了4道防振隔板。

3.8空气预热器

    采用上海锅炉厂有限公司设计制造的两台三分仓转子回转式空气预热器，型号为32VI(T)50°-1828，一、二次风分隔布置，一次风开度为50°，转子反转。
    转子直径12.24米，受热面高度为1828mm，转子采用模块结构，传热元件为篮子结构，以便检修和调换。
    转子传动装置设主传动，辅助传动和手动盘车装置。
    每台空气预热器配置一台伸缩式吹灰器，在预热器烟气侧冷热端配备有一根固定式水冲洗管和灭火管，还配有红外线探测装置。

3.9出渣设备

    锅炉出渣设备有水力出渣和机械出渣两种。可按用户要求选用。对于水源丰富的地区推荐水力出渣方式(水封式除渣装置)。水封式除渣装置排渣间隔为8小时一次，机械出渣装置为连续排渣。吴泾工程采用水封式除渣装置。

3.10锅炉构架

    锅炉构架采用独立式钢结构，受力构件采用高强度螺栓连接，螺栓直径为M22。整个构架分7个安装层，主要包括：垂直支撑、水平支撑、炉顶支吊平面、平台、扶梯、大层顶等组件。
    锅炉钢架共有8根单腹板主梁，其中最大主梁长度25700mm，高度4000mm，宽度1300mm，重量≈90t。钢柱采用H型钢柱。
    平台采用镀锌栅格，扶梯倾角小于45°。

 3.11锅炉密封和保温

    600MW锅炉的密封按照整台锅炉漏风系数△α＝0的要求设计。在锅炉炉膛、水平烟道、包覆过热器和后炉顶过热器的设计采用全膜式壁的结构；在锅炉前炉顶、炉膛底部、折烟角部位和低温过热器进口处采用金属内护板进行密封；渣斗采用不锈钢密封挡板水封装置。此外，还采用按引进技术设计的典型密封结构。如：前交叉密封结构、高冠密封支承结构、后烟井侧墙与顶棚管密封结构、受热面之间的斜交错密封结构和炉顶大罩壳等，确保不漏烟、漏灰。
    锅炉本体采用优质轻型保温材料，外装金属外护板，环境温度为25℃时，炉墙外壁面温度不超过50℃。

  4结束语

    本文简要介绍了上海锅炉厂有限公司2008t/h亚临界压力控制循环锅炉的设计、优化措施和结构特点，预计该锅炉投运后，将成为性能好、安全可靠的产品。