【文章內(nèi)容簡介】 爐。即在低負(fù)荷或者本生負(fù)荷以下運(yùn)行時(shí)，由于經(jīng)過蒸發(fā)面的工質(zhì)不能全部轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝?，所以在鍋爐的汽水分離器中會(huì)有飽和水分離出來，分離出來的水經(jīng)過循環(huán)泵再輸送至省煤器的入口。當(dāng)鍋爐負(fù)荷超過本生點(diǎn)以上或在高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，由蒸發(fā)部分出來的是微過熱蒸汽，這時(shí)循環(huán)泵停運(yùn)，鍋爐按照純直流方式工作。 直流鍋爐的技術(shù)特點(diǎn) ，能快速啟停。直流爐從冷態(tài)啟動(dòng)到滿負(fù)荷運(yùn)行，變負(fù)荷速度可提高一倍左右。 。 。一臺(tái) 300 MW自然循環(huán)鍋爐與相同等級的直流爐相比 , 大約可節(jié)省金屬 2023t。加上省去了汽包的制造工藝 ,鍋爐制造成本降低。 ，這部分阻力約占全部阻力的 25％～ 30％。所需的給水泵壓頭高，既提高了制造成本，又增加了運(yùn)行的耗電量。 30％額定流量的工質(zhì)經(jīng)過水冷壁并被加熱，為了回收啟動(dòng)過程的工質(zhì)和熱量并保證低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)水冷壁管內(nèi)有足夠的重量流速，直流鍋爐需要設(shè)置專門的啟動(dòng)系統(tǒng)。加上直流鍋爐的參數(shù)比較高，需要的金屬材料檔次相應(yīng)提高，其總成本不低于自然循環(huán)汽包鍋爐。 持一定的水位，在高負(fù)荷時(shí)切換為純直流運(yùn)行，汽水分離器起到一個(gè)蒸汽聯(lián)箱的作用。 ，必須采用小管徑水冷壁。這樣，不但提高了傳熱能力而且節(jié)省了金屬，減輕了爐墻重量，同時(shí)減小了鍋爐的熱慣性。 ，使快速啟停的能力進(jìn)一步提高，適用機(jī)組調(diào)峰的要求。但熱慣性小也會(huì)帶來問題，它使水冷壁對熱偏差的敏感性增強(qiáng)。當(dāng)煤質(zhì)變化或爐內(nèi)火焰偏斜時(shí)，各管屏的熱偏差增大，由此引起各管屏出口工質(zhì)參數(shù)產(chǎn)生較大偏差，進(jìn)而導(dǎo)致工質(zhì)流動(dòng)不穩(wěn)定或管子超溫。 值性以及脈動(dòng)，水冷壁管內(nèi)工質(zhì)的重量流速在 MCR負(fù)荷時(shí)提高到 2023㎏ /（㎡ .S）以上。加上管徑減小的影響，使直流鍋爐的流動(dòng)阻力顯著提高。 600MW以上的直流鍋爐的流動(dòng)阻力一般為 ～ 。 ，輔助手段是噴水減溫或煙氣側(cè)調(diào)節(jié)。由于沒有固定的汽水分界面，隨著給水流量和燃料量的變化，受熱面的省煤段、蒸發(fā)段和過熱段長度發(fā)生變化，汽溫隨著發(fā)生變化，汽溫調(diào)節(jié)比較困難。 ，給水流量和壓力降低，受熱面入口的工質(zhì)欠焓增大，容易發(fā)生水動(dòng)力不穩(wěn)定。由于給水流量降低，水冷壁流量分配不均勻性增大；壓力降低，汽水比容變化增大；工質(zhì)欠焓增大，會(huì)使蒸發(fā)段和省煤段的阻力比值發(fā)生變化。 ，可采用螺旋管圈或垂直管屏水冷壁。采用螺旋管圈水冷壁有利于實(shí)現(xiàn)變壓運(yùn)行。 而變，即管壁溫度隨吸熱量而變。因此，熱偏差對水冷壁管壁溫度的影響作用顯著增大。 ，在亞臨界壓力范圍和超臨界壓力范圍內(nèi)工作時(shí)，都存在工質(zhì)的熱膨脹現(xiàn)象。在亞臨界壓力范圍內(nèi)可能出現(xiàn)膜態(tài)沸騰；在超臨界壓力范圍內(nèi)可能出現(xiàn)類膜態(tài)沸騰。 力限制，但主要限制因素是汽輪機(jī)的熱應(yīng)力和脹差。 ，要求凝結(jié)水進(jìn)行100％的除鹽處理。 ，調(diào)節(jié)裝置費(fèi)用較高。 。 1 鍋爐制造廠家及技術(shù)支持方 目前國內(nèi)具有制造超超臨界鍋爐能力的鍋爐廠有四家 , 即哈爾濱鍋爐廠 (哈鍋 )、上海鍋爐廠 (上鍋 )、東方鍋爐 ( 集團(tuán) ) 股份有限公司 〈 東鍋 〉 和北京巴布科克威爾科克斯有限公司 〈 北京巴威 〉 。 2 鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù) 根據(jù)我國對超超臨界機(jī)組的技術(shù)認(rèn)證 , 推薦超超臨界汽輪機(jī)進(jìn)口參數(shù)為 25MPa 、 600/600 ℃ , 相應(yīng)鍋爐的設(shè)計(jì)參數(shù)為 、 605/603 ℃ 。但是 , 由于上海汽輪機(jī) 廠汽輪機(jī)進(jìn)口參數(shù)選用 MPa 、 600/600 ℃ 的方案 , 因此 , 與上汽廠配套的鍋爐 其主汽壓力將有所提高 , 約 左右。 鍋爐蒸發(fā)量的選取一般與汽輪機(jī)的 VWO 工況相匹配。 3 鍋爐的總體型式 國內(nèi)制造的 100OMW 超超臨界鍋爐有四種爐型 : (1) 哈鍋 單爐膛八角切圓燃燒 垂直管圈水冷壁 Π 型爐 (2) 上鍋 單爐膛八角切圓燃燒 螺旋管圈水冷壁 Π型爐 (3) 上鍋 單爐膛切圓燃燒 螺旋管圈水冷壁 塔式爐 (4) 東鍋、北京巴威 單爐膛前后墻對沖燃燒 螺旋管圈水冷壁 Π型爐 哈鍋 上鍋 上鍋 東鍋、北京 巴威 鍋爐爐型 Π型爐 Π型爐 塔式爐 Π型爐 燃燒方式 單爐膛八角切 單爐膛八角切 單爐膛四角切 單爐膛前后墻 圓燃燒 圓燃燒 圓燃燒 對沖燃燒 燃燒器型式 直流擺動(dòng)燃燒器 直流擺動(dòng)燃燒器 直流擺動(dòng)燃燒器 旋流燃燒器 啟動(dòng)系統(tǒng) 帶啟動(dòng)循環(huán)泵 帶啟動(dòng)循環(huán)泵 帶啟動(dòng)循環(huán)泵 帶啟動(dòng)循環(huán)泵 最小直流負(fù)荷 25% 30% 25% 2530% 再熱器主要調(diào) 煙氣擋板+擺 煙氣擋板+擺 煙氣擋板 煙氣擋板 溫方式 動(dòng)燃燒器 動(dòng)燃燒器 技術(shù)源頭 CEMHI ALSTOM(CE) ALSTOM(EVT) Babcok 哈鍋 上鍋 上鍋 東鍋、北 京巴威 煤粉鍋爐主要有兩種燃燒方式 : 墻式燃燒和切圓燃燒 , 切圓燃燒 Π型爐爐內(nèi)旋轉(zhuǎn)氣流造成爐膛出口兩側(cè)煙溫偏差加大 , 因此機(jī)組容量達(dá)到百萬千瓦級時(shí) , 采用了八角切圓 ( 雙切圓 ) 燃燒的長方型爐膛 , 有利于減小爐膛出口兩側(cè)煙溫偏差。而墻式燃燒系統(tǒng)的燃燒器布置方式能夠使熱量輸入沿爐膛 寬度方向均勻分布 , 使得在過熱器、再熱器區(qū)域的煙溫分布也比較均勻。 對 900100OMW 塔式鍋爐 , 由于不存在爐膛出口兩側(cè)煙溫偏差大的問題 , 可采用單爐膛四角切圓燃燒方式。 燃燒方式同樣與水冷壁的結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系 , 如果切圓燃燒配螺旋管圈水冷壁 , 在結(jié)構(gòu)處理上比較困難 , 這也是采用切圓燃燒的制造廠家在不斷開發(fā)適應(yīng)超臨界參數(shù)垂直管圈水冷壁鍋爐的原因之一。 4 超超臨界鍋爐的水冷壁 超臨界鍋爐的水冷壁管圈型式目前只保留了兩種 : 即下水冷壁螺旋管圈 + 上水冷壁垂直管圈和上下水冷壁全部為垂直管圈。 一次上升垂直管圈水冷壁主要特點(diǎn)是 , 采用內(nèi)螺紋管來防止變壓運(yùn)行至亞臨界區(qū)域時(shí) ,水冷 壁系統(tǒng)中發(fā)生膜態(tài)沸騰 。 采用較低的質(zhì)量流速 , 阻力損失減少 , 節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用；爐膛結(jié)構(gòu)簡單 ；爐膛灰渣容易脫落 , 使?fàn)t膛水冷壁積灰渣量減少 ；由于摩擦阻力小 ,因此具有保持正向流動(dòng)的特性 , 即個(gè)別管子吸熱量增加時(shí) , 管內(nèi)流量也會(huì)隨之增加 , 具有部分自補(bǔ)償?shù)哪芰Α? 其缺點(diǎn)是對煤種變化較為敏感 , 水冷壁各回路之間熱力和水動(dòng)力特性有可能出現(xiàn)偏差較大 , 使汽水分離器的工作條件惡化 和因熱力偏差還可能造成水冷壁超溫爆管 , 并且需要裝設(shè)節(jié)流孔圈。求對管壁加工精度要求更高。 項(xiàng)目 哈 鍋 上鍋 東鍋 北京巴威 下水冷壁 /上水冷壁 全部為垂直管圈 螺旋管圈 /垂直 螺旋管圈 /垂直 螺旋管圈 /垂直 系統(tǒng)型式 管圈 管圈 管圈 水冷壁管型 冷灰斗拐角以上 上排燃燒器至螺 螺旋管圈均為內(nèi) 冷灰斗拐角以上 至折焰角端部以 旋管圈出口為內(nèi) 螺紋管 ,垂直管 至螺旋管圈出口 下為內(nèi)螺紋管 , 螺紋管 ,垂直管 圈為光管 為內(nèi)螺紋管 ,垂 其它部分為光管 圈為光管 直管圈為光管 下 管外徑 壁厚 m φ38 水 管材 15CrMoG SA213T2 SA213T2 SA213T12 冷 壁 質(zhì)量流速 kg/ 1820/455 2657/832 2510/700 2818/846 上 管外徑 壁厚 m 水 管材 15CrMoG 15CrMoG, SA213T1 T2 SA213T12或 冷 SA213T22 15CrMoG 壁 質(zhì)量流速地 / 1820/455 1823/571 1840/510 1860/558 螺旋管圈水冷壁的設(shè)計(jì)特點(diǎn) 對于螺旋管圈水冷壁而言，由于每根螺旋管都經(jīng)過爐膛四周所以每根管子的吸熱都是相當(dāng)均勻的。燃燒系統(tǒng)為反向切向燃燒，故爐膛每側(cè)的熱負(fù)荷曲線是基本一致的。綜合爐膛結(jié)構(gòu)和熱負(fù)荷分布可以知道，采用螺旋管圈水冷壁方案能夠確保螺旋段和垂直段出口熱負(fù)荷分布在所有負(fù)荷內(nèi)都很均勻，這一方面可以確保鍋爐運(yùn)行的安全性，同時(shí)也可以保證鍋爐長期高效運(yùn)行。 傾斜上升的水冷壁管保證每根管都通過爐膛不同受熱區(qū)域。下圖 表示帶有切向燃燒和不同吸收的水冷壁爐膛結(jié)構(gòu)圖。水冷壁傾斜管環(huán)繞圈數(shù)為 1周，每根蒸發(fā)器管通過爐膛熱和冷的區(qū)域，使得水冷壁均勻吸熱 ,不受火球位置影響（火球位于中心或轉(zhuǎn)入一角），水冷壁出口溫度較為均勻。 R E A R W A L LR I GH T S I D E W A L L I n c li n e d t u b ing L E FT S I D E W A L LFR O N TW A L L圖 吸熱不均的爐膛和螺旋水冷壁 傾斜管環(huán)繞與切向燃燒方向相反（如圖 所示）。這樣的設(shè)計(jì)能有效防止氣流分層。 環(huán)繞上升原理圖 螺旋管圈水冷壁主要由螺旋冷灰斗、下部螺旋管圈、上部垂直管屏以及燃燒器水冷套螺旋管圈和垂直管屏的轉(zhuǎn)換區(qū)等部分組成。 （一）冷灰斗結(jié)構(gòu) 下圖 為北疆電廠超臨界鍋爐冷灰斗螺旋管布置示意圖。冷灰斗下部出渣口 ,螺旋管在出渣口周界上以中心對稱排列。形成出渣口后的管子盤旋上升至冷灰斗轉(zhuǎn)角構(gòu)成螺旋冷灰斗。 螺旋冷灰斗立體圖 （二）下部螺旋管圈向上部垂直管屏的過渡區(qū) 為了便于水冷壁的懸吊，再加上爐膛上部熱負(fù)荷低，垂直管屏內(nèi)工質(zhì)的質(zhì)量流速已足以冷卻管壁，因此螺旋管圈通常在折焰角下方轉(zhuǎn)換成垂直管屏。螺旋管圈向垂直管屏的過渡有二種型式，一種用分叉管，一種采用中間混合聯(lián)箱。 螺旋管和垂直管的過渡區(qū)是一個(gè)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的部位。它既要實(shí)現(xiàn)螺旋管圈向垂直管屏的過渡，又要處理好螺旋管圈重量負(fù)載的均勻傳遞，還要解決穿墻管處的密封問題。螺旋管向垂直管的過渡是依靠特殊鑄造的單彎頭、雙彎頭以及中間混合集箱及其引入、引出管來實(shí)現(xiàn)。下圖 展示了水冷壁過渡區(qū)的結(jié)構(gòu)布置。 螺旋管圈和垂直管屏過渡區(qū)結(jié)構(gòu)布置圖 (2) 水冷壁的材料 目前國內(nèi)己訂貨的超超臨界鍋爐，水冷壁的材料選用 15CrMoG、 SA213T T12,最高的用到 SA213T22 。壓力再提高 , 上水冷壁的材料有可能選用 T23 、 T24 、 HCM120 5 過熱器和再熱器材質(zhì) 超超臨界機(jī)組 (25MPa 及以上、 600 ℃ /600 ℃ ) 過熱器、再熱器所用的耐熱鋼材料比超臨界機(jī)組要提高一個(gè)等級 , 目前國外應(yīng)用比較多的新鋼種有 TP347HFG、 Super304H 、 HR3C 、 T/P92 、 T/P122 、 E911 。 目前國產(chǎn) 100OMW 超超臨界鍋爐過熱器、再熱器采用的材料 : 低溫過熱器 :15CrMoG 、 12CrlMoVG、 SA213T9 SA213T9 SA213TP347H 分隔屏過熱器 :SA213T23 、 SA213T9 Super 304H、 Super 304H SB( 噴丸 ) 、 HR3C 后屏過熱器 :Super304H 、 Super 304H SB( 噴丸 〉 、 HR3C 。 末級過熱器 :Super304H 、 Super 304H SB( 噴丸 )、 HR3C。 低溫再熱器 :2OG、 SA210C、 15CrMoG、12CrlMoVG、 SA213T22 、 SA213T23 、 SA213T91 、 SA213TP347H 末級再熱器 :SA213TP347H 、 Super304H、 Super 304H SB( 噴丸 〉 。 國產(chǎn) 1000MW 超超臨界鍋爐過熱器、再熱器的用材與國外的差別是 : (1)國產(chǎn)鍋爐在末級過熱器、再熱器上大量使用 HR3C 鋼 , 達(dá) 150 220 噸 , 而國外只用于局部。 (2)國外的末級過熱器、再熱器基本使用 Super 304H 和細(xì)晶?；? TP347EEG, 并建議對管材進(jìn)行噴丸處理。而我國用的是非細(xì)晶?；? SA213TP347H 鋼 , 只有部分廠家對 Super 304H 管材進(jìn)行噴丸處理。每臺(tái)鍋爐 SA213TP347H 、 Super 304H 的總重量大部分廠家為 550 580 噸 , 個(gè)別廠家高達(dá) 980 噸。 6 低 NOx 燃燒技術(shù) 在世界范圍內(nèi)所有低 NOx 燃燒器 , 大多數(shù)已經(jīng)成功運(yùn)行。根據(jù)煤質(zhì)的不同 , 低 NOx 燃燒器可以減少多達(dá) 40~70% 的 NOx 排放量 , 揮發(fā)份含量越高的煤 ,NOx 減少的就越多。 哈鍋廠燃燒器采用三菱公司 (M