【文章內(nèi)容簡介】 。9）過熱器、再熱器受熱面材料選取留有較大的裕度。10）不同受熱面之間均采用集箱過渡，沒有攜帶偏差。11）受熱而布置呈上部緊湊，下部寬松方式，減少并避免了堵灰現(xiàn)象。12）運(yùn)行過程中鍋爐能自由膨脹。13）懸吊結(jié)構(gòu)規(guī)則，支撐結(jié)構(gòu)簡單。14）由于所有的受熱而均順著爐膛的高度方向布置，受熱而磨損小。15）占地而積小。在1 000 MW容量等級(jí)上，從己經(jīng)投運(yùn)和正在設(shè)計(jì)的機(jī)組來看，無論是選擇塔式鍋爐還是選擇雙煙道鍋爐，都是可靠的。但當(dāng)容量在1 000 MW等級(jí)的基礎(chǔ)上繼續(xù)提升時(shí)，選擇塔式爐型對(duì)于鍋爐今后的運(yùn)行更為安全、可靠，理由如下:1）選擇塔式鍋爐是綜合考慮爐膛尺寸和受熱面布置相匹配的結(jié)果。隨著機(jī)組容量的增加，鍋爐爐膛斷面和容積也要求相應(yīng)放大。對(duì)于常規(guī)的雙煙道切圓燃燒鍋爐，機(jī)組的容量達(dá)到了800 MW以上，推出的是雙切圓燃燒方案(主要受制于受熱面布置)，目前國內(nèi)已經(jīng)投運(yùn)或正在設(shè)計(jì)的1 000 MW容量等級(jí)切圓燃燒的雙煙道鍋爐全部采用雙切圓燃燒方案。機(jī)組的容量達(dá)到1 200 MW以上，如果繼續(xù)選擇該型鍋爐，爐膛寬度和深度的匹配以及受熱面的布置都存在較大困難。而對(duì)于塔式鍋爐而言，由于推出的是正方形爐膛的方案，隨著鍋爐容量的增加，爐膛寬度、深度和受熱面的匹配就不成問題。2）選擇塔式鍋爐更能夠適應(yīng)高參數(shù)機(jī)組發(fā)展的要求。在目前的超超臨界參數(shù)鍋爐(27 MPa/600 ℃/600 ℃)中，高溫受熱面己經(jīng)大量使用了HR3C和Super 304H。在目前己投入商業(yè)運(yùn)行的鍋爐中，HR3C和Super 304H是受熱面中使用的最高檔次材料。如果將超超臨界鍋爐的參數(shù)進(jìn)一步提高，在目前材料使用狀況下降低鍋爐煙氣溫度和蒸汽溫度偏差是唯一的選擇，與雙煙道鍋爐相比，塔式鍋爐爐膛出口及各受熱面的左右煙溫偏差要小，因此，在沒有比HR3C和Super 304H更好的材料推出之前，塔式鍋爐對(duì)于機(jī)組參數(shù)提高的適應(yīng)性比雙煙道鍋爐更強(qiáng)。3）選擇塔式鍋爐更有利于減少汽輪機(jī)受固體顆粒侵蝕的危害。水平布置的受熱面有利于減少汽輪機(jī)受固體顆粒侵蝕(solid particle erosin, SPE)的危害。因?yàn)殡S著蒸汽溫度的上升，受熱面管內(nèi)的高溫蒸汽氧化現(xiàn)象加劇，當(dāng)機(jī)組發(fā)生較大的負(fù)荷變化，尤其在啟停中，因受冷熱溫度應(yīng)力的作用，氧化顆粒很容易脫落。因此，SPE現(xiàn)象較多發(fā)生在鍋爐啟動(dòng)階段，鍋爐受熱面受熱沖擊引起管子汽側(cè)氧化鐵剝離并形成固體顆粒，使汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)和高、中壓缸第1級(jí)葉片產(chǎn)生侵蝕。造成SPE的原因有多種，鍋爐受熱面布置的形式也是其中之一，因?yàn)橥t后脫落的氧化顆粒沉積于受熱面中，鍋爐重新啟動(dòng)后，這些顆?？赡鼙徽羝麕С鲥仩t。對(duì)于垂直布置的過熱器和再熱器的雙煙道鍋爐，氧化顆粒一般沉積在U管的底部，在啟動(dòng)及低負(fù)荷階段，低流量的蒸汽動(dòng)量不足以將大的氧化剝離物帶出垂直管段，直到高負(fù)荷階段，蒸汽動(dòng)量的增加，這些物體才可能被沖出，此時(shí)的蒸汽動(dòng)量所攜帶的硬質(zhì)顆粒對(duì)汽輪機(jī)葉片所產(chǎn)生的侵蝕性最大。而塔式爐的受熱面呈水平布置，啟動(dòng)階段雖然蒸汽的動(dòng)量低，但也很容易將氧化顆粒帶走，并由旁路系統(tǒng)直接送入凝汽器。因此，除非是較大的氧化剝落物，在機(jī)組啟動(dòng)階段固體顆粒不會(huì)進(jìn)入汽輪機(jī)，而較大顆粒的剝落物由于離心力大，受到汽機(jī)進(jìn)汽流道結(jié)構(gòu)的限制，也不容易直接沖擊汽機(jī)的葉片。此外，塔式鍋爐的受熱面呈臥式布置，過熱器、再熱器受熱面能自疏水，所以塔式鍋爐的過熱器、再熱器受熱面能實(shí)現(xiàn)酸洗，經(jīng)過酸洗的受熱面在防止氧化皮產(chǎn)生上具有很大的優(yōu)勢。 塔式鍋爐的安全性高1）塔式鍋爐的煙溫偏差小，在目前的材料使用條件設(shè)計(jì)參數(shù)條件下運(yùn)行的安全性更高；目前的超超臨界參數(shù)鍋爐（參數(shù)：,605/603℃）中已經(jīng)大量使用了HR3C和超級(jí)304H，該兩種材料是目前為止在投入商業(yè)運(yùn)行的鍋爐受熱面中使用的最高檔次的的材料。如果將超超臨界鍋爐的參數(shù)進(jìn)一步提高，在目前的材料使用狀況下為了保證同樣甚至更高的安全裕度，降低鍋爐的煙氣溫度偏差是唯一的選擇。塔式鍋爐由于受熱面布置在爐膛上部，沒有煙氣的轉(zhuǎn)彎，煙氣溫度的偏差遠(yuǎn)小于其他爐型的鍋爐，在沒有比HR3C和超級(jí)304H更好的材料推出的情況下，鍋爐選用塔式布置具有更高的安全性。2）水平布置的受熱面使啟停過程中剝落的氧化皮被及時(shí)帶走，降低受熱面超溫爆管的可能性；氧化皮在鍋爐的運(yùn)行過程中無可避免要產(chǎn)生，為了保證鍋爐安全運(yùn)行采取的應(yīng)對(duì)措施是a、對(duì)受熱面進(jìn)行酸洗，使其在表面形成保護(hù)膜；b、將啟停過程中剝落的氧化皮及時(shí)帶走防止堵塞管子引起超溫爆管。 只有水平布置的受熱面才能進(jìn)行酸洗。 塔式鍋爐的受熱面呈臥式布置（水平布置在爐膛上部），過熱器、再熱器受熱面能自疏水，所以能實(shí)現(xiàn)酸洗。同時(shí)，由于塔式鍋爐能自疏水，受熱面中的雜質(zhì)在啟動(dòng)初期清洗過程中直接被沖走，而不是堵在鍋爐受熱面管中，能有效解決汽輪機(jī)固體粒子腐蝕和鍋爐受熱面堵塞造成的超溫爆管問題 。 3）塔式鍋爐燃用強(qiáng)結(jié)渣性煤種運(yùn)行的安全性更高；塔式鍋爐抗磨損性強(qiáng)，防磨的安全性更高。塔式鍋爐爐膛燃燒室出口的煙氣溫度相對(duì)較低（1250℃左右，遠(yuǎn)低于其他爐型），在燃用強(qiáng)結(jié)渣性時(shí)運(yùn)行的安全性更高。塔式鍋爐由于所有的過熱器、再熱器受熱面都布置在爐膛的上部，煙氣流速向上，灰粒子由于受重力作用，相對(duì)于受熱面的流速低于煙氣流速，因此對(duì)于受熱面的磨損性要低于其他爐型，鍋爐運(yùn)行的安全性更高了。塔式鍋爐的這種流速特點(diǎn)使得煤粉在爐膛內(nèi)的停留時(shí)間相對(duì)增加，所以燃盡率高于其他爐型。使得綜合的燃燒效率要高于其他爐型。 1200MW塔式鍋爐的優(yōu)點(diǎn)1）具備優(yōu)異的備用和快速啟動(dòng)特點(diǎn) 。塔式鍋爐結(jié)構(gòu)簡單，固有熱容量小，所有的受熱面均采用水平布置，具有很強(qiáng)的自疏水能力，有利于酸洗時(shí)疏水排空；能適應(yīng)快速啟停的要求，滿足電網(wǎng)調(diào)度的要求 。2）塔式鍋爐有效提高汽輪機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性；鍋爐受熱面中的雜質(zhì)流到汽輪機(jī)會(huì)對(duì)汽輪機(jī)的安全運(yùn)行帶來極大的損害。但是在安裝過程中雜質(zhì)或鍋爐的啟停過程中剝落的氧化皮在啟動(dòng)初期清洗過程中沒有被直接被沖走，就會(huì)在日后運(yùn)行中被帶到汽輪機(jī)，危及到汽輪機(jī)的安全運(yùn)行。塔式鍋爐的受熱面呈臥式布置（水平布置在爐膛上部），過熱器、再熱器受熱面能自疏水，就能在啟動(dòng)初期將受熱面種的雜質(zhì)全部沖走，能有效解決汽輪機(jī)固體粒子腐蝕問題 ，提高了汽輪機(jī)的效率，保證了汽輪機(jī)的安全運(yùn)行。3）塔式鍋爐能適應(yīng)快速啟停的要求；機(jī)組快速啟停是用戶不斷追求的目標(biāo)，但鍋爐由于受熱膨脹的不均勻性限制了啟停的時(shí)間，為了保證鍋爐運(yùn)行的安全，通常情況是犧牲機(jī)組的啟動(dòng)時(shí)間。塔式鍋爐由于沒有復(fù)雜的過熱器包覆系統(tǒng)，懸支吊結(jié)構(gòu)簡單，鍋爐的膨脹系統(tǒng)簡單，能適應(yīng)快速啟停的需要。在保證鍋爐安全運(yùn)行的前提下，縮短了機(jī)組啟動(dòng)的時(shí)間。 4）塔式鍋爐能將燃燒和水冷壁布置完美結(jié)合；鍋爐容量的增加的要求爐膛的斷面相應(yīng)增加，但爐膛的斷面不可能無限制地增加。在相同的爐膛斷面的情況下，塔式鍋爐由于選用正方形的斷面，其周界長度最小，在選用相同的管徑的情況下，塔式鍋中爐水冷壁的運(yùn)行條件相對(duì)更為優(yōu)越，將燃燒和水冷壁布置完美結(jié)合。 爐膛類型的確定類型π型塔型概念世界上煙煤型鍋爐典型布置日本超臨界燃煤鍋爐均采用此種布置方式主要用于褐煤型鍋爐和高灰份大容量的鍋爐業(yè)績適合600MW1050MW超臨界燃煤變壓鍋爐，對(duì)于1000MW以上的鍋爐經(jīng)濟(jì)、安全、穩(wěn)定性不如塔式1000MW超臨界燃煤變壓鍋爐現(xiàn)已在中國多出使用結(jié)構(gòu)與安裝具備成熟的結(jié)構(gòu)技術(shù)及眾多業(yè)績，可靠性高實(shí)踐證明大容量超臨界鍋爐塔式可靠性很高性能及運(yùn)行煤適應(yīng)性好（采擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫）再熱器采用噴水及燃燒器擺動(dòng)調(diào)溫，對(duì)經(jīng)濟(jì)性和煤適應(yīng)性有影響。經(jīng)過上面對(duì)比、分析得出結(jié)論：超超臨界的鍋爐使用塔式鍋爐是更安全、更經(jīng)濟(jì)的。 爐膛幾何特征的計(jì)算爐膛結(jié)構(gòu)的幾何特征參數(shù)及其影響因素爐膛結(jié)構(gòu)的幾何特征主要包括：1）爐膛容積；2）爐膛內(nèi)爐膛總面積；3）爐膛有效輻射受熱面的面積；4）爐膛火焰有效層厚度；5）爐膛水冷程度。爐膛結(jié)構(gòu)的幾何特征參數(shù)與鍋爐的設(shè)計(jì)容量、燃料特性、爐膛容積熱負(fù)荷、爐膛截面熱負(fù)荷、燃燒區(qū)域受熱面熱負(fù)荷、爐膛輻射受熱面熱負(fù)荷、爐膛出口煙氣溫度等設(shè)計(jì)參數(shù)密切相關(guān)。鍋爐爐膛設(shè)計(jì)中，參照設(shè)計(jì)規(guī)范中推薦的取值和選取原則，再結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)來決定這些參數(shù)的合理取值。(一)爐膛的容積煤粉爐所燒的煤粉很細(xì)，一顆煤粉的直徑是很小的，雖然它的直徑很小，燃燒起來也要有足夠的時(shí)間才能燒完。煙氣一進(jìn)入管子密集的對(duì)流受熱面以后，一進(jìn)入對(duì)流受熱面就再?zèng)]有燒完的可能了。因此使煤粉在爐膛里能停留足夠長的時(shí)間是非常重要的:顯然，把爐膛容積做得足夠大就可以使煤粉(或油、煤氣)在爐膛中有足夠長的停留時(shí)間。當(dāng)然，爐膛容積的大小是相對(duì)的，是對(duì)所燒燃料的多少或更確切地說是對(duì)燃燒的燃料的熱量的多少來說的。因此爐膛的相對(duì)大小可以用爐膛容積熱負(fù)荷qv(每一立方米容積中所燒燃料的發(fā)熱功率，kw/m3)來度量。爐膛容積熱負(fù)荷過大， m3的爐膛容積里燒了過多的燃料，燃料在爐膛里停留時(shí)間不夠，不容易燒完:反之，這個(gè)數(shù)值過小，表示爐膛容積過大。結(jié)構(gòu)不緊湊，也不合適。當(dāng)一個(gè)鍋爐的燃煤量B已知，煤的發(fā)熱量Qar，net，p已知。 由V=BQar，net，p/qv 得 V=37238922825/() =（二）爐膛尺寸和形狀的決定決定了爐膛容積后，還必須把爐膛形狀和尺寸決定好，才能達(dá)到預(yù)想的燃燒效果。因?yàn)闋t膛即使容積足夠大，但形狀設(shè)計(jì)得不合適，爐膛容積就不能充分利用煤粉在爐膛中停留時(shí)間還是不足，燃燒不夠完全，因此把爐膛形狀設(shè)計(jì)正確是十分重要的。采用燃燒器布置于前墻及四角的燃燒方式較多，四角布置燃燒器的爐膛尺寸及形狀的決定如下，爐膛的截面積F可以根據(jù)選取的爐膛截面熱負(fù)荷qF來決定，即由V=BQar，net，p/qF 得V=37238922825/() =對(duì)四角布置燃燒器的爐膛來說，希望爐膛截面的寬、. 最好是正方形。由此即可決定爐膛截面的寬度和深度。而對(duì)于這種大容量的超超臨界的塔式鍋爐其寬深比例為1，所以得出寬度和深度為23210mm。在爐膛寬度及深度決定以后，就應(yīng)該考慮爐膛的冷灰斗及爐頂?shù)男螤?，然后再?zèng)Q定滬膛的高度。冷灰斗的形狀一般變化不大，取傾斜角不小于50。，以便灰渣能自行下滑。下口大小根據(jù)鍋爐容量大小選取，—。對(duì)于此塔式鍋爐選取傾斜角為55。，下口的大小為2m。在爐頂與冷灰斗的結(jié)構(gòu)決定以后，即可決定爐膛主體的高度在計(jì)算方法上如下 H=(Vl(Vd+Vhd))/FVl爐膛容積m3。Vd爐頂容積m3；Vhd一冷灰斗容積,m3,按冷灰斗結(jié)構(gòu)及爐膛寬度計(jì)算，但只計(jì)算冷灰斗高度上一半的容積。 F—爐膛截面積，m2(三)具體的爐膛幾何計(jì)算圖33爐膛側(cè)墻面積 Ac1 =（++）2= m2爐膛側(cè)墻面積 Ac2 =(+) 爐膛側(cè)墻總面積 Ac=Ac1+Ac2= m2爐膛前墻面積 Aq =（+++*sin55。）= m2爐膛后墻面積 Ah =（++）= m2爐膛出口煙窗面積 Ack =（） =爐膛總面積 Al=Ac+Aq+Ah= m2輻射受熱面積 Af =Al減去門口面積= m2爐膛容積 Vl1 =（++）= m3Vl2 =(+) 水冷系數(shù) X =Af/Al=有效輻射厚度 S= （Vl1+Vl2)/Af = m 爐膛設(shè)計(jì)計(jì)算爐膛傳熱計(jì)算的步驟：1） 計(jì)算爐膛結(jié)構(gòu)尺寸及煙氣有效輻射層厚度；2） 選取熱風(fēng)溫度，并依據(jù)有關(guān)條件計(jì)算爐膛有效放熱量；3） 根據(jù)燃料種類、燃燒設(shè)備類型和布置方式，計(jì)算火焰中心位置系數(shù)；4） 估計(jì)爐膛出口煙溫，計(jì)算爐膛煙氣平均熱容量；5） 計(jì)算爐膛受熱面輻射換熱特性系數(shù)；6） 根據(jù)燃料和燃燒方式計(jì)算火焰黑度和爐膛黑度；7） 計(jì)算爐膛出口煙溫，與估計(jì)值比較，應(yīng)在誤差范圍內(nèi)，否則從4步開始計(jì)算；8） 計(jì)算爐膛熱力參數(shù)，如爐膛容積熱強(qiáng)度等；9） 爐膛內(nèi)其它輻射受熱面的換熱計(jì)算，一級(jí)過熱器的輻射屏。表31 爐膛的設(shè)計(jì)計(jì)算名稱符號(hào)單位計(jì)算過程結(jié)果爐膛出口過量空氣系數(shù)αl”　已知爐膛漏風(fēng)系數(shù)△αl　查表22制粉系統(tǒng)漏風(fēng)系數(shù)△αzf　查表23熱風(fēng)溫度trk℃假設(shè)297理論熱空氣焓Hrk0KJ/kg查焓溫表 空氣預(yù)熱器出口過量空氣系數(shù)β”ky　β”ky=αl”△αl△αzf 空氣帶入爐膛熱量QkKJ/kgβ”ky*Hrk0+（△αl+△αzf）*Hlk 爐內(nèi)有效放熱量QlKJ/kgQr*(（100q3q4q6）/(100q4))+Qk 理論燃燒溫度θ0℃根據(jù)Ql查焓溫表爐膛出口溫度tl”℃假設(shè)1230爐膛出口煙氣焓Hl”KJ/kg根據(jù)tl”查焓溫表 煙氣平均熱容量VcpjKJ/（kg℃)(QlHl”)/(θ0tl”) 水蒸氣容積份額rH2O　查煙氣特性表 三原子氣體容積份額rn　查煙氣特性表 三原子氣體分壓力PnMpaPl*rn 三原子氣體輻射減弱系數(shù)Ky1/（mMpa）(（+16*rH2O）/(10*Pn*S)189。1))*(*tl”/1000) 飛灰濃度μhkg/kg查煙氣特性表 飛灰平均直徑dhμM　 飛灰輻射減弱系數(shù)Kh1/（mMpa）55900/（tl”*dh）2/3 煤種對(duì)焦粒濃度的影響系數(shù)x1　查書燃燒方式對(duì)焦粒濃度的影響系數(shù)x2　查書焦炭輻射減弱系數(shù)Kj　取值10火焰輻射減弱系數(shù)K　Ky*rn+μh*Kh+x1*x2*Kj