丰鹤电厂600MW机组特性

一、600MW机组与300MW机组各系统之间的主要差异1.直流炉设置专门的启动旁路系统2.直流炉配置汽水分离器和疏水回收系统3.启动前锅炉要建立启动压力和启动流量4.螺旋管圈水冷壁螺旋式水冷壁管屏是西德、瑞士等国家为适应变负荷运行的需要而发展起来的。水冷壁四面倾斜上升，由于水平管圈承受荷重的能力差，因此有的锅炉在其上部使用垂直上升管屏，就可以采用全悬吊结构。由于炉膛上部的热负荷已经降低，管壁之间温差已经不大，采用垂直管屏也不会造成膜式水冷壁的破坏。1）螺旋围绕上升管屏的优点：a.由于水冷壁四面倾斜上升，水平管屏吸热比较均匀，因此可以不设置中间混合联箱，在滑压运行时，没有汽水混合物分配不均的问题，所以能够变压运行，快速启停，能适应电网负荷的频繁变化，调频性能好。b.螺旋管圈热偏差小，适用于采用膜式水冷壁，工质流速高，水动力特性比较稳定，不易出现膜态沸腾，又可防止产生偏高的金属壁温。c.管系简单，流程总长度短，汽水系统水阻力小。d.蒸发受热面采用螺旋管圈时，管子数目可按设计要求而选取，不受炉膛大小的影响，可选取较粗管径以增加水冷壁的刚度。e.螺旋管圈对燃料的适应范围比较大，可燃用挥发份低、灰份高的煤。2）螺旋围绕上升管屏的缺点：安装、制造和支吊困难，现场施工工作量大。3）国内应用情况：这种水冷壁形式是目前比较流行的一种形式，也是超临界压力锅炉水冷壁形式的一个发展方向，国内超临界机组采用较多，我国引进的第一台超临界压力机组华能石洞口发电厂的锅炉就是采用的这种形式，也可以说这种形式代表了超临界锅炉水冷壁的发展方向。目前超临界压力直流锅炉炉膛水冷壁管圈有两种基本形式：垂直上升管圈和炉膛下部是螺旋管圈而上部是垂直管圈。5.内螺纹管1）所谓内螺纹管，就是在管内壁上开出单头或者多头螺旋形槽道的管子。它可以改善传热，并且防止或者推迟传热恶化的发生。当发生传热恶化时，它也具有强化传热的功能，能够降低壁温以及减轻发生传热恶化的后果，内螺纹管结构如图6－3所示．2）内螺纹管改善传热的机理有关内螺纹管能够改善传热的机理目前的研究并不是非常彻底，但是一般来说，一共有三个可能的原因。考虑流体在管子中的流动特性，可以分析出其中的两个原因，那就是内螺纹使管子的内壁产生的螺旋流和边界层分离流。如图2.3-17所示，螺旋流使流体与管壁的相对速度增加，能够减薄层流底层的厚度。螺旋流产生的离心力能够将蒸汽中夹带的液滴甩回壁面，从而推迟壁面干涸的出现。边界层分离流的主要作用是搅动边界层，使该处流体倾向混合均匀。因此，采用这样的结构使流体旋转之后，在快发生第一类传热恶化的时候，它可以搅动流体拖延汽膜的生成，防止膜态沸腾；在快发生第二类传热恶化的时候，它能够将蒸汽中夹带的液滴甩回壁面，推迟干涸的出现。内螺纹可以改善传热的第三个原因是传热面积增大，一般来说，内螺纹管比相同直径的光管可以增大表面积20％～25％。综合这些效应，内螺纹管因此可以提高管内的流动换热系数，提高临界热流密度，延缓传热恶化的发生。并且即使发生了传热恶化，它也能够保持改善传热的特性，有效地降低壁温。图7－2内螺纹管改善传热示意图6.水冷壁传热恶化与预防在亚临界压力下，占主导地位的传热机理是沸腾传热，再加上一些强制对流效应。发生对流沸腾传热恶化时，一般分两种类型：一类是在欠热区或者低干度区发生的膜态沸腾，也称为偏离核态沸腾(DNB)。另一类是蒸汽干度较高情况下的液膜蒸干现象，称为干涸(DryOut)。影响汽水两相流沸腾传热特性的主要因素有压力、质量流速、热负荷以及干度。应严格控制亚临界压力下的干涸点，避开热负荷最高的燃烧器区域。由于超临界压力下工质的热物理特性，存在拟临界点，其焓值约为2095kJ/kg，应严格控制下辐射区水冷壁出口的工质温度，将工质吸热能力最强的大比热区避开热负荷最高的螺旋管圈区域，推移到热负荷较低的垂直管圈区域。下辐射区水冷壁出口的工质温度应控制在不高于相应压力的拟临界温度，以免发生类膜态沸腾。为监视蒸发受热面出口金属温度，在螺旋管水冷壁管出口处设有测温元件。在直流锅炉系统中，需要考虑临界热流密度下管子壁温的飞升。在高热流密度区采用内螺纹管可以推迟或避免超临界压力下类膜态沸腾和亚临界压力下膜态沸腾发生。本锅炉螺旋水冷壁管（除灰斗区域以外）采用了内螺纹管。这种管材可以降低炉膛安全运行所需的最低质量流速，进而减小炉膛的压降，同时，在工质干度x=0.9时，一般不会发生传热恶化。内螺纹管可以改善传热，一般认为有三个可能的原因：1）内螺纹使管子的内壁产生的螺旋流。螺旋流使流体与管壁的相对速度增加，能够减薄层流底层的厚度。螺旋流产生的离心力能够将蒸汽中夹带的液滴甩回壁面，从而推迟壁面干涸的出现。2）内螺纹使管子的内壁产生边界层分离流。边界层分离流的主要作用是搅动边界层，使该处流体倾向混合均匀。3）内螺纹使管子的传热面积增大。一般来说，内螺纹管比相同直径的光管可以增大表面积20％～25％。总之，采用内螺纹结构使流体旋转之后，在快发生第一类传热恶化的时候，它可以搅动流体拖延汽膜的生成，防止膜态沸腾；在快发生第二类传热恶化的时候，它能够将蒸汽中夹带的液滴甩回壁面，推迟干涸的出现。内螺纹管可以提高管内的流动换热系数，提高临界热流密度，延缓传热恶化的发生。并且即使发生了传热恶化，它也能够改善传热的特性，有效地降低壁温。7.变压运行时螺旋管圈水冷壁的工作特点1）超临界参数锅炉变压运行时，工作压力随负荷变化。在75%MCR负荷以下时，水冷壁在亚临界压力区工作，管内工质是汽水混合物，比容变化较大。此时如果管外热流密度过高，不仅容易引起膜态沸腾，还会引起较大的工质热膨胀。2）超临界压力锅炉在低负荷运行时，下辐射区出口的压力比较低，50%MCR负荷时的中间压力为13Mpa，这时饱和汽的比容是水的比容的8.1倍以上,汽水的比容差显著增大.3）低负荷运行时,螺旋管圈进口工质温度降低,工质欠焓增大,当部分水冷壁结渣或积灰或火焰偏移时,将使各水冷壁管的沸腾点不同步地推迟,此时尽管水冷壁的总流量不变,但是各管内工质流量分配不均或流量时大时小,从而出现流动不稳定现象。因此应特别注意低负荷下的水动力不稳定性。负荷越低，压力越低，越容易出现水动力不稳定性。二、直流炉的自身特点及其与自然循环炉间的不同点。锅炉的分类锅炉的分类可以按循环方式、燃烧方式、排渣方式、运行方式以及燃料、蒸汽参数、炉型、通风方式等进行分类，其中按循环方式和蒸汽参数的分类最为常见。1、按循环方式分类锅炉按照循环方式可分为自然循环锅炉、控制循环锅炉和直流锅炉。自然循环锅炉：给水经给水泵升压后进入省煤器，受热后进入蒸发系统。蒸发系统包括汽包、不受热的下降管、受热的水冷壁以及相应的联箱等。当给水在水冷壁中受热水冷壁出口流体温度热负荷分布垂直上升水冷壁前墙侧墙后墙侧墙流向流向螺旋上升水冷壁流向流向前墙侧墙后墙侧墙燃烧器燃烧器燃烧器燃烧器时，部分水会变为蒸汽，所以水冷壁中的工质为汽水混合物，而在不受热的下降管中工质则全部为水。由于水的密度要大于汽水混合物的密度，所以在下降管和水冷壁之间就会产生压力差，在这种压力差的推动下，给水和汽水混合物在蒸发系统中循环流动。这种循环流动是由于水冷壁的受热而形成，没有借助其他的能量消耗，所以称为自然循环。在自然循环中，每千克水每循环一次只有一部分转变为蒸汽，或者说每千克水要循环几次才能完全汽化，循环水量大于生成的蒸汽量。单位时间内的循环水量同生成蒸汽量之比称为循环倍率。自然循环锅炉的循环倍率约为4～30。控制循环锅炉：在循环回路中加装循环水泵，就可以增加工质的流动推动力，形成控制循环锅炉。在控制循环锅炉中，循环流动压头要比自然循环时增强很多，可以比较自由地布置水冷壁蒸发面，蒸发面可以垂直布置也可以水平布置，其中的汽水混合物即可以向上也可以向下流动，所以可以更好地适应锅炉结构的要求。控制循环锅炉的循环倍率约为3～10。自然循环锅炉和控制循环锅炉的共同特点是都有汽包。汽包将省煤器、蒸发部分和过热器分隔开，并使蒸发部分形成密闭的循环回路。汽包内的大容积能保证汽和水的良好分离。但是汽包锅炉只适用于临界压力以下的锅炉。直流锅炉：直流锅炉没有汽包，工质一次通过蒸发部分，即循环倍率为1。直流锅炉的另一特点是在省煤器、蒸发部分和过热器之间没有固定不变的分界点，水在受热蒸发面中全部转变为蒸汽，沿工质整个行程的流动阻力均由给水泵来克服。如果在直流锅炉的启动回路中加入循环泵，则可以形成复合循环锅炉。即在低负荷或者本生负荷以下运行时，由于经过蒸发面的工质不能全部转变为蒸汽，所以在锅炉的汽水份离器中会有饱和水份离出来，分离出来的水经过循环泵再输送至省煤器的入口，这时流经蒸发部分的工质流量超过流出的蒸汽量，即循环倍率大于1。当锅炉负荷超过本生点以上或在高负荷运行时，由蒸发部分出来的是微过热蒸汽，这时循环泵停运，锅炉按照纯直流方式工作。2、按蒸汽参数分类锅炉按照蒸汽参数分为低压锅炉（出口蒸汽压力，下同，≤2.45MPa）、中压锅炉（2.94～4.90MPa）、高压锅炉（7.8～10.8MPa）、超高压锅炉（11.8～14.7MPa）、亚临界压力锅炉（15.7～19.6MPa）、超临界压力锅炉（22.1MPa）和超超临界压力锅炉（27MPa）。3、锅炉技术派系分类在上世纪，美国、日本和一些欧洲国家已经形成了各具特色的三个技术派系，即承袭美国BabcockandWilcox（B&W）公司特色、承袭原美国CombustionEngineering（CE）公司特色和承袭美国FosterWheeler（FW）公司特色的三大派系。三大派系锅炉技术的主要特点如下：B&W派系A、亚临界压力下的锅炉都采用自然循环锅炉；锅炉汽包内采用旋风分离器。B、采用前墙、后墙或者对冲布置的旋流式燃烧器。C、过热汽温和再热汽温多采用烟道挡板或烟气再循环调温。D、对于超临界压力的锅炉采用欧洲本生式直流锅炉和通用压力锅炉。CE派系A、蒸汽压力在13.7MPa表压以下的采用自然循环，亚临界压力采用控制循环汽包锅炉，汽包内采用轴流式汽水份离器；B、采用角置切向燃烧摆动直流燃烧器；C、过热汽温采用喷水调节，再热汽温采用摆动式燃烧器加微量喷水调节；D、超临界压力采用苏尔寿直流锅炉和复合循环锅炉。FW派系A、亚临界压力下采用自然循环，汽包内部常用水平式分离器；B、采用前、后墙或对冲布置旋流式燃烧器；C、广泛采用辐射过热器，甚至炉膛内设置全高的墙式过热器或双面曝光的过热器隔墙，用烟气挡板调温；D、超临界压力采用FW－本生式直流锅炉。另外德国因为自身的煤炭资源较丰富，煤种以褐煤具多，所以德国的锅炉技术发展相对较独立，对于100MW以上机组均采用本生式直流锅炉，而且都考虑变压运行。前苏联的锅炉技术发展道路也很具特色。他们不发展亚临界参数，超高压及以下均为自然循环锅炉，从300MW起均为超临界压力直流锅炉，且以拉姆辛锅炉为主。4、超临界锅炉分类按水循环方式分，有纯直流超临界锅炉、复合循环超临界锅炉两种型式。按水冷壁管型来分有光管、内螺纹管、来复线管三种，从传热角度出发，内螺纹和来复线管优于光管。按水冷壁管组布置分有垂直、螺旋盘绕、盘绕加垂直(复合式水冷壁)三种形式。5、临界状态超临界机组的过热器出口主蒸汽压力超过22.129Mpa。目前运行的超临界机组运行压力均为24Mpa~25Mpa。水的临界点在相图上是饱和水线和饱和汽线的转化点。随着压力的升高，饱和水转化成饱和蒸汽所需要的汽化潜热逐渐减少，理论上认为,在水的状态参数达到临界点时(22.115MPa，374.15℃)，饱和水瞬间就可以完成向饱和蒸汽的转化，水的汽相和液相之间的性质无差别。即在临界点时饱和水和饱和蒸汽之间不再有汽、水共存的二相区存在,二者的参数不再有区别。由于在临界参数下汽水密度相等，因此在超临界压力下无法维持自然循环即不能采用汽包锅炉，直流锅炉成为唯一型式。随着火力发电机组向大容量方向的发展，超临界压力锅炉的使用已是越来越普遍，尤其是在一次能源比较缺乏的发达国家和地区。采用超临界压力锅炉时，由于机组容量增大，蒸汽参数提高，可使电厂建设速度