玉环1000MW超超临界锅炉设计说明书

第1页共31页玉环1000MW超超临界锅炉设计说明书哈尔滨锅炉厂有限责任公司三菱重工业株式会社2004年11月第2页共31页1．锅炉技术规范哈尔滨锅炉厂有限责任公司由三菱重工业株式会社（MitsuibishiHeavyIndustriesCo.Ltd）提供技术支持，为本工程设计的锅炉是超超临界变压运行直流锅炉，采用П型布置、单炉膛、低NOXPM主燃烧器和MACT燃烧技术、反向双切园燃烧方式，炉膛采用内螺纹管垂直上升膜式水冷壁、循环泵启动系统、一次中间再热、调温方式除煤/水比外，还采用烟气分配挡板、燃烧器摆动、喷水等方式。锅炉采用平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构，燃用神府东胜煤、晋北煤。锅炉主要参数如下：项目单位BMCRBRL(夏季工况)BRL过热蒸汽流量t/h295328642733过热蒸汽出口压力Mpa(g)27.5627.3827.27过热蒸汽出口温度℃605605605再热蒸汽流量t/h244623662274再热器进口蒸汽压力Mpa(g)6.145.945.70再热器出口蒸汽压力Mpa(g)5.945.755.51再热器进口蒸汽温度℃377370362再热器出口蒸汽温度℃603603603省煤器进口给水温度℃2982962932．设计条件2.1煤种电厂燃煤设计煤种为神府东胜煤，校核煤种为晋北烟煤，煤质分析数据及灰份组成如下表：名称及符号单位设计煤种（神府东胜煤）校核煤种（晋北煤）工业分析收到基全水分Mar%149.61空气干燥基水分Mad%8.49收到基灰分Aar%1119.77第3页共31页收到基挥发份Var%27.3322.82收到基固定碳FCar%47.6747.8收到基低位发热量Qnet,arKJ/kg2276022440哈氏可磨系数HGI5654.81元素分析收到基碳Car%60.3358.6收到基氢Har%3.623.36收到基氧Oar%9.957.28收到基氮Nar%0.690.79收到基全硫St,ar%0.410.63灰熔融性变形温度DT℃11301110软化温度ST℃11601190流动温度FT℃12101270灰分分析二氧化硅SiO2%36.7150.41三氧化二铝Al2O3%13.9915.73三氧化二铁Fe2O3%13.8523.46氧化钙CaO%22.923.93氧化镁MgO%1.281.27五氧化二磷P2O5%--三氧化硫SO3%9.32.05氧化钠Na2O%1.231.23氧化钾K2O%0.721.12.2点火助燃用油油种#0轻柴油粘度(20℃时)1.2~1.67°E凝固点不高于0℃闭口闪点不低于65℃机械杂质无含硫量不大于1.0%水份痕迹灰份不大于0.025%比重817kg/m3第4页共31页低位发热值Qnet.ar41800KJ/kg2.3自然条件玉环地区气象有关数据如下：累年平均气压1004.9hPa年最高气压1028.4hPa年最低气压954.1hPa累年平均气温17.0℃极端最高气温34.7℃极端最低气温-5.4℃累年平均相对湿度80%累年最小相对湿度8%最大的月平均相对湿度91%(此时月平均最高气温25.5℃)累年平均水汽压17.7hPa累年平均降水量1368.9mm累年最大24小时降水量284.6mm累年最大1小时降水量147.0mm累年最长连续降水日数18d累年最大过程降水量225.3mm累年平均蒸发量1379.0mm累年平均雷暴日数37.5d累年平均雾日数49d累年最大积雪深度14cm累年平均风速5.2m/s累年十分钟平均最大风速40.6m/s(1994年8月21日)第5页共31页累年瞬时最大风速50.4m/s(1994年8月21日)50年一遇10M高压基本风压0.8kN/m3(初步)全年主导风向N(16%)夏季主导风向SW冬季主导风向N2.4锅炉运行条件锅炉运行方式：带基本负荷并参与调峰（锅炉的效率—负荷曲线见附图）。制粉系统：采用中速磨煤机直吹式制粉系统，每炉配6台磨煤机，煤粉细度按200目筛通过率为80%。给水调节：机组配置2×50%B-MCR调速汽动给水泵和一台启动用30%BMCR容量的电动调速给水泵。汽轮机旁路系统：暂定30%容量二级串联旁路。空气预热器进风：二次风进口侧加装暖风器。锅炉在燃用设计煤种时，不投油最低稳燃负荷为35%BMCR。锅炉有良好的启动特性和负荷变化适应性，锅炉的动态特性能满足机动性的要求。本锅炉在25%至100%负荷范围内以纯直流方式运行，在25%负荷以下以带循环泵的再循环方式运行，启动系统用以保证启动的安全可靠性和经济性。低的NOx排放，锅炉排烟NOx含量不超过360mg/Nm3（干烟气6%O2）。3．锅炉特点3.1技术特点本工程的锅炉是采用三菱重工技术设计的垂直水冷壁超超临界直第6页共31页流锅炉。从七十年代开始，全世界电力行业因调峰和周期性负荷运行方式的需要，要求火电机组从传统的定压带基本负荷运行方式改为变压调峰运行，因此三菱重工于七十年代末开发了适合变压运行的螺旋管圈水冷壁的超临界锅炉，首台螺旋管圈水冷壁超临界锅炉于1981年投运，MHI共生产了10台这种型式的大型超临界锅炉。由于螺旋管圈水冷壁结构较复杂，阻力较大，运行过程中的热应力也较大，MHI于80年中期开发了采用内螺纹管的垂直管圈水冷壁的变压运行超临界锅炉，首台机组于1989年投入商业运行，迄今已有11台采用垂直管圈水冷壁的超临界锅炉和超超临界锅炉投入运行。玉环工程是在总结了日本已运行的机组的优点之后进行设计的，其技术特点如下：1、燃烧方式和炉膛尺寸目前，国内已投运的大容量燃煤锅炉以四角切向燃烧方式居多，制造厂与电厂对四角切园燃烧方式已积累了丰富的设计运行经验。切向燃烧方式的优点是煤种适用性强，与前后墙对冲燃烧相比，炉内NOx排放量相对较低。华能玉环电厂1000MW超超临界锅炉采用了MHI反向双切园燃烧方式，它具有炉内烟气温度场和热负荷分配较为均匀、单只燃烧器热功率较小的优点，避免了大于1000MW大型燃煤锅炉采用单切圆燃烧时炉膛尺寸上的限制。双切圆燃烧炉膛相当于二个尺寸较小的单切园炉膛，对保证直流燃烧器的火焰穿透能力和改进燃烧组织均是有利的。因此这种燃烧方式适合华能玉环电厂1000MW超超临界锅炉。本锅炉炉膛断面尺寸为32084mm（宽）×15670mm（深），炉膛全高为65.5m，炉膛截面热负荷为4.59MW/㎡，炉膛容积热负荷为第7页共31页82.7KW/m3，这些数据均低于MHI已投运的数台1000MW燃煤超超临界锅炉的数据,符合招标书的规定。国内已投运的燃用神府东胜烟煤大量亚临界锅炉的炉膛容积热负荷为80-90KW/m3，截面热负荷为4-5KW/m3，运行情况良好。炉膛的高度基本上取决于炉膛出口烟温和保证煤粉的燃尽，根据经验和规范书的要求，对于灰熔点低、易结渣的设计和核煤煤种，其炉膛出口烟温1000℃，比灰份软化温度低150℃以上。综上所述，炉膛的设计较为保守，可以确保在炉膛内和对流受热面不结渣，安全运行。2、炉膛水冷壁1000MW超超临界锅炉采用了MHI开发的世界上最先进的垂直管圈水冷壁，到目前为止采用这种垂直水冷壁的锅炉已有11台容量为700-1000MW的超临界与超超临界锅炉投运，最早投运的机组已运行14年。膜式水冷壁采用SA-213T12四头内螺纹管焊成，与螺旋管圈相比，垂直型水冷壁的主要优点为：结构简单、便于安装。不需用复杂的张力板结构，启动或负荷变化时热应力较小。较好的正向流动特性，在各种工况下保证水动力的稳定性。阻力较小，比螺旋管圈水冷壁少1/3。不易结渣在传统的一次上升垂直水冷壁的基础上，本工程中又加装了带有二级分配器的水冷壁中间集箱，以降低水冷壁出口沿炉膛周界的工质第8页共31页温度偏差，根据MHI的经验，加装了带有二级混合器的水冷壁中间集箱后，水冷壁出口温度偏差可减少1/3以上，迄今已有6台大容量的超临界及超超临界锅炉采用此项改进。另一项重大改进是将水冷壁入口的控制流量的节流孔圈由传统的装在水冷壁下集箱内改为装在水冷壁集箱的出口管接头上，以便于在运行和调试过程中更换节流孔圈，同时由于增加了装节流孔圈的管段直径，因此也提高流量调节的幅度（见下图）。图1先进的管内式节流孔圈内螺纹管的采用又进一步提高了水冷壁的可靠性，由于滑压运行的超超临界锅炉的运行中要经历启动阶段的再循环模式、亚临界和近临界的直流运行和超临界直流三个阶段，内螺纹管的采用有利于防止亚临界低干度区发生DNB（膜态沸腾）和控制近临界高干度区发生DRO（干涸）时壁温上升的幅度（见图2），此外还可以采用较低的质量流速以达到降低水冷壁阻力目的，近年来，内螺纹管在超临界和超超临界锅炉上已被各公司广泛采用。第9页共31页图2内螺纹管与光管管内传热特性的比较3、燃烧系统燃烧系统设计的主要任务是：良好的燃尽低负荷稳燃低NOx排放防止结渣及高温腐蚀良好的煤种适应性根据这些要求，华能玉环1000MW超超临界锅炉采用了MHI的PM型燃烧器和MACT燃烧系统，PM型的燃烧器见图3，风粉混合物通过入口分离器分成浓淡二股分别通过浓相和淡相二只喷嘴进入炉膛，由图4可以看出浓相煤粉浓度高，所需着火热量少，利于着火和稳燃；由淡相补充后期所需的空气，利于煤粉的燃尽，同时浓淡燃烧均偏离第10页共31页了NOx生成量高的化学当量燃烧区，大大降低了NOx生成量，与传统的切向燃烧器相比，NOx生成量可显著降低。PM燃烧器由于将每层煤粉喷嘴分开成上下二组，增加了燃烧器区域高度，降低了燃烧器区域壁面热负荷，有利于防止高热负荷区结焦。图3PM燃烧器简图图4PM燃烧器NOx生成量示意图第11页共31页MACT燃烧系统，就是在PM主燃烧器上方一定高度增设二层AA风（附加风）喷嘴达到分层燃烧目的，这样整个炉膛沿高度分成三个燃烧区域，即下部为主燃烧区，中部为还原区，上部为燃尽区，这种MACT分层燃烧系统可使NOx生成量减少25%，MACT燃烧技术原理见图5。NOx还原燃焼完結高温还原燃焼発熱AAOFABurner=0.85～1.0(O2～0.3%)=1.15(O2=2.8%)＜高温＞NOxFuelN+O2NH3,HCN还原氧化氧化NOxCOH2ON2CO2＞1氧化图5MACT燃烧技术原理图MACT燃烧技术原理图：三菱公司MACT(MitsubishiAdvancedCombustionTechnology)燃烧技术的原理如下：在炉膛的主燃烧区燃料是缺氧燃烧，炉膛过量空气系数为0.85，但在燃烧器喷口附近，由于燃烧率较低，需要的氧量较少，因此在燃烧器喷口附近的区域内是氧化性气氛，这时燃料氮氧化后生成NOx，在炉膛中间的主燃烧区，空气量仅为燃烧理论空气量的0.85，因此燃烧的过程也是一个还原的过程，这时部分NOx被还原成为NH3、HCN。第12页共31页主燃区的化学反应过程如下：N+O2------›NOCnHm+O2------›CO2+H2O在燃烧器的上部通过OFA喷嘴加入部分空气，使进入炉膛的空气量达到理论燃烧空气量的水平，形成一个还原脱NOx区，此还原区的化学反应过程如下：CnHm+O2------›CO+H2+CnHmNo+CnHm------›NHi+N2+CnHm在OFA喷口的上方，是AA风喷口，通过AA风喷口喷入炉膛的风量为总风量的15%，在此燃尽区内的化学反应过程如下：CnHm+O2------›CO2+H2OO2+CO+H2------›CO2+H2ONHi+O2------›NO+N2根据三菱公司现已运行机组经验，采用三菱公司特有的MACT燃烧技术燃用神木煤，烟气排放NOx含量实测值约为270—290mg/Nm3，满足我国环保标准。玉环工程每炉配6台RP1163型中速磨煤机，BMCR和BRL时投运5台。锅炉不投油最低稳燃负荷为35%BMCR，锅炉点火和助燃采用轻柴油，油燃烧器的总输入热量按30%BMCR，油枪采用机械雾化式。4、承压部件钢材超超临界技术的发展是建立在材料技术进步的基础上，提高主蒸第13页共31页汽参数特别是温度时主要受影响的承压部