国产首台600MW超临界锅炉简介

      华能沁北电厂位于河南省济源市，一期工程为600MW国产超临界依托项目，1号机组已于2004年12月13日通过168h试运，成为首台投产的国产600MW超临界火电机组。沁北电厂锅炉供货方为东方锅炉厂，其技术支持方为日本BHK公司。

1  锅炉型式与主要参数
      锅炉为超临界参数变压直流本生型锅炉，一次再热，单炉膛，尾部双烟道结构，采用挡板调节再热汽温，固态排渣，全钢构架，全悬吊结构，平衡通风，露天布置。燃用晋南、晋东南地区贫煤、烟煤的混合煤种，锅炉型号DG1900/25.4-Ⅱ1型。

锅炉主要参数表
 



2  锅炉主要性能
2.1 负荷特性
    锅炉带基本负荷，并具有一定的调峰能力，其不投油最低稳燃负荷不大于45%B-MCR。
2.2 高加解列工况
    在回热系统中，当任何一级或三级全部高压加热器停运时，锅炉的蒸发量仍能使汽轮发电机组达到额定出力，且各受热面不超温。
2.3 过热器和再热器蒸汽温度控制范围
   
      在稳定工况下，过热汽温在35%～100%B-MCR、再热汽温在50%～100%B-MCR负荷范围时，保持稳定在额定值，其允许偏差均在±5℃之内。
2.4 炉膛燃烧室承压能力
   
      锅炉炉膛燃烧室的设计压力为±5800Pa，瞬时承受压力为±8700Pa，当燃烧室突然灭火或送风机全部跳闸，引风机出现最大抽力时，炉墙及支撑件不会产生永久变形。
2.5 锅炉汽、水、烟、风阻力
    设计煤种，BMCR工况的阻力情况：
    过热器蒸汽侧阻力         1.41MPa
    顶棚和包墙系统阻力     　0.45MPa
    再热器蒸汽侧阻力         0.19MPa
    省煤器水侧阻力          0.10MPa
    水冷壁压降阻力          1.51MPa
    空气预热器一次风阻力　　　300Pa
    空气预热器二次风阻力　　　914Pa
    空气预热器烟气侧阻力         1090Pa
    锅炉本体烟气阻力（含空预器）      2530Pa
    燃烧器一次风阻           　980Pa
    燃烧器二次风阻力       　　1550Pa
2.6 锅炉启动时间
    锅炉从点火到带满负荷所需时间为：
    冷态启动   5～6小时
    温态启动    　2～3小时
    热态启动   1～1.5小时
    极热态启动 ＜1小时

3  锅炉主要尺寸界限

 
4  锅炉汽水流程

      给水由炉前右侧进入省煤器，流经省煤器后，进入螺旋水冷壁、过度段、垂直水冷壁然后进入入汽水分离器进行汽水分离，从分离器分离出来的水进入贮水罐排往冷凝器，蒸汽则依次经顶棚管、后竖井/水平烟道包墙、低温过热器、屏式过热器和高温过热器。再热器由位于后竖井前烟道的低温再热器和水平烟道内的高温再热器组成。汽水流程如图1所示：

5  锅炉本体结构
5.1省煤器
   
      省煤器位于后竖井后烟道内低温过热器的下方，沿烟道深度方向顺列布置，省煤器蛇形管168排。省煤器蛇形管由管子Φ50.8×7.1（SA-210C）光管组成，4管圈绕，横向节距114.3mm，省煤器分上下两组逆流布置，上组布置在后竖井下部环形集箱以上包墙区域，下组布置在后竖井环形集箱以下护板区域。
5.2炉膛
   
      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。炉膛冷灰斗的倾斜角度为55°，除渣口的喉口宽度为1.2432米。

    炉膛下部水冷壁采用螺旋盘绕膜式管圈，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。
   
      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，抽出炉外的管子进入24根螺旋水冷壁出口集箱（Φ190.7×43，SA106C），由22根连接管（Φ141.3×24/Φ127×22，SA335P12）引入位于锅炉左右两侧的两个混合集箱（Φ444.5×95，SA335P12）混合后，再引入到24根垂直水冷壁进口集箱（Φ190.7×43，SA335P12），过渡段水冷壁管子规格Φ38.1×7.5内螺纹管和Φ38.1×7.9光管，材料为SA-213T2。过渡段水冷壁的结构如图3所示。
   
      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3：1.，垂直管屏管子规格为Φ31.8×9.1，节距50.8mm。

5.3 锅炉启动系统
    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。
   
      启动分离器布置在炉前，垂直水冷壁混合集箱出口，采用旋风分离形式，分离器规格为Ф876×98（保证内径Ф680），材料为SA-336F12，直段高度2.890m，总长为4.08m，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，蒸汽则由连接管引入顶棚入口集箱。分离器下部水出口设有阻水装置和消旋器。启动分离器贮水罐的规格为Ф972×111（保证内径Ф750），材料为SA-336F12，直段高度17.5m，总长为18.95m，数量一个。
   
      储水管上有设定的高报警水位、361阀全开水位、正常水位（上水完成水位）、361阀全关水位及基准水位，根据各水位不同的差压值来控制贮水罐水位控制阀（361阀）调节水位，贮水罐中水流在锅炉清洗及点火初始阶段被排出系统外及循环到冷凝器。启动系统如图4所示：

5.4 过热器
    顶棚过热器在炉膛上部屏式过热器过区域，顶棚管规格Φ76.2×16.7,
数量为170根，材质SA-213T2，节距114.3，扁钢厚度9mm，材质15CrMo；在炉膛上部高温过热器区域，管径变为Φ63.5×11，数量为170根，材质SA-213T2，节距114.3；在水平烟道高温再热器区域，管径变为Φ57×9.9，数量为170根，材质SA-213T2，节距114.3；后竖井区域材质管径为Φ57×9.9，数量为170根，材质SA-209T1a，节距114.3。
   
      包墙过热器系统管子材质均为SA-213T2，扁钢材质均为15CrMo。水平烟道侧包墙由43根规格Φ31.8×9.5管子组成，节距63.5；后竖井前包墙、中隔墙下部由169根Φ38.1×9.4管子组成管屏，节距114.3，上部烟气进口段均拉稀成前后两排，光管布置，前排管子承载，规格为Φ45×12.9，后排管子为Φ38.1×9.4，节距228.6；后竖井侧包墙由148根Φ34×8.4管子组成管屏，节距101.6；后竖井后包墙由169根Φ38.1×9.4管子组成管屏，节距114.3。
   
      低温过热器蛇形管布置在后竖井后烟道内，分为水平段和垂直出口段。低温过热器水平段共1段，由4根管子绕成，共168排，管排横向节距114.3，管段下部分管子规格为Φ45X7.1，管段上部分管子规格为Φ45X7.9，材质SA-213T12；低过垂直段管子由水平段的两排管合成垂直段的一排管，管子规格为Φ45X7.9，材质SA-213T12，横向节距228.6mm，共84排。
   
      屏式过热器布置在炉膛上部区域，为全辐射受热面，在炉深方向布置了2排，两排屏之间紧挨着布置，每一排管屏沿炉宽方向布置13片屏，共26片。屏式过热器管屏的横向节距S1=1371.6，纵向节距S2=57，炉内受热面管子均采用SA-213TP347H材料。每片屏由24根管组成，管屏入口段与出口段采用不同的管子壁厚，内外圈管采用不同的管子规格。管屏入口段管子规格为：最外圈管Φ50.8×8.4/其余管Φ45×7.4；管屏出口段管子规格为：最外圈管Φ50.8×12.3/其余管Φ45×10.8。
   
      高温过热器蛇形管位于折焰角上部，沿炉宽方向布置有31片，管排横向节距S1=609.6，管子纵向节距S2=57，每片管屏由20根管子并联绕制而成，炉内受热面管子的材质均为SA-213TP347H。管屏内外圈管采用不同的管子规格，管屏最外圈管Φ50.8×8.9/其余管Φ45×7.8。蒸汽从高过入口集箱（Φ609.6×128, SA335P22）经蛇形管加热后进入高过出口集箱（Φ609.6×108, SA335P91），品质合格蒸汽由连接管（Φ540×80, SA335P91）从出口集箱两端引出，上行后合并成单根蒸汽导管（Φ575.1×84, SA335P91）送入汽轮机高压缸。
5.5再热器
   
      低再蛇形管由水平段和垂直段两部分组成。水平段分三组水平布置于后竖井前烟道内，由6根管子绕制而成，低再横向节距S1＝114.3，沿炉宽方向共布置168排。下面两组管子规格Φ57×4.5，管排的纵向节距S2=76，材质SA-210C。上组管子分两部分，下部分管子规格Φ50.8×4.5，材质SA-210C；上部分管子规格Φ50.8×4.5，材质15GrMoG。低再出口垂直段由两片相邻的水平蛇形管合并而成，横向节距228.6mm，横向排数84排，管子规格Φ50.8×4.8，材质12Cr1MoVG。
   
      高温再热器布置于末级过热器后的水平烟道内，蒸汽从高再进口集箱(Φ736.6×43,SA335P11)经蛇形管屏加热后进入高再出口集箱(Φ736.6×43,SA335P11)，蛇形管屏共84片，每片管屏由10根管子并绕成U形，管子规格Φ50.8×4.5，横向节距228.6，纵向节距70，炉内受热面管子均为SA-213TP347H材料。
5.6 汽温调节
   
      过热器的蒸汽温度是由水/煤比和两级喷水减温来控制。水/煤比的控制温度取自设置在汽水分离器前的水冷壁出口集箱上的三个温度测点，通过3取中进行控制。锅炉第一级减温器位于低温过热器出口集箱与屏式过热器进口集箱的连接管上，第二级减温器位于屏式过热器与末级过热器进口集箱的连接管上。
   
      再热汽温的调节是通过布置在低温再热器和省煤器后的平行烟气档板来调节的，通过控制烟气挡板的开度大小来控制流经后竖井水平再热器管束及过热器管束的烟气量的多少，从而达到控制再热器蒸汽出口温度。再热汽事故喷水减温器布置在低温再热器至高温再热器间连接管道上。
    减温器喷嘴采用多孔式雾化喷嘴。
6  燃烧设备
6.1煤粉燃烧器
   
      采用前后墙对冲燃烧方式，燃烧器布置图见图5。24只HT－NR3燃烧器分三层布置在炉膛前后墙上，沿炉膛宽度方向热负荷及烟气温度分布更均匀。

      燃烧器一次风喷口中心线的层间距离为4957.1mm，同层燃烧器之间的水平距离为3657.6mm，上一次风喷口中心线距屏底距离为27322.3mm，下一次风喷口中心线距冷灰斗拐点距离为2397.7mm。最外侧燃烧器与侧墙距离为4223.2mm，能够避免侧墙结渣及发生高温腐蚀。
   
      燃烧器上部布置有燃尽风(OFA)风口，12只燃尽风风口分别布置在前后墙上。中间4只燃尽风风口距最上层一次风中心线距离为7004.6mm。两侧靠前后墙2只燃尽风风口距最上层一次风中心线距离为4272.3mm。
    在HT-NR3燃烧器中，燃烧的空气被分为三股，它们是：直流一次风、直流二次风和旋流三次风。燃烧器配风示意图见图6。

6.2 油燃烧器及其点火器
   
      锅炉共设24只简单机械雾化点火油枪，12只蒸汽雾化启动油枪，点火油枪位于三次风通道中，其出力～250kg/h；启动油枪位于煤粉燃烧器的中心，其出力～2950
kg/h。每只HT-NR3燃烧器装有1支点火油枪用于点火。在锅炉前墙中、下层和锅炉后墙中层共装有12只启动油枪用于暖炉和低负荷稳燃。每只油枪配有自身的高能点火器。

7  锅炉辅助设备
      锅炉受热面布置了足够数量的炉膛吹灰器、及用来吹扫过热器、再热器省煤器的长伸缩式吹灰器和加长枪式吹灰器，分布在炉膛、水平烟道、后竖井、省煤器区域,数量共68只。
   
      炉膛出口窗标高66800mm处的前墙左右侧上各布置1只TS-0型伸缩式烟温探针，行程≈8000mm，由上海克莱得机械有限公司提供。探针枪采用非冷式。烟温探针可不定期连续或间隙前进，也可停留在任意位置，超温时自动退回，报警烟温为540℃，退回温度为580℃；
    为降低环境噪声水平，在过热器系统和再热器进出口管道上的安全阀的排汽管及PCV阀排汽管上布置了消声器，数量共15只。