1、塔式炉设备介绍塔式炉设备介绍生产准备锅炉专业生产准备锅炉专业姚正林姚正林 锅炉的组成锅炉的组成(炉内、锅内炉内、锅内)锅炉虽是一个整体，但从功能上可分成锅炉虽是一个整体，但从功能上可分成“炉侧炉侧”、“锅侧锅侧”炉炉煤、空气煤、空气 烟、烟、飞灰、炉渣飞灰、炉渣制粉系统制粉系统燃烧系统燃烧系统风烟系统风烟系统水、汽水、汽锅锅汽水系统汽水系统除渣除灰清灰除渣除灰清灰 系统系统超超临界机组发展情况超超临界机组发展情况根据测算，采用常规超临界参数的机组比亚临界参数的机组净热耗率约可下降1.72.5，而超超临界机组，根据不同的参数，将比常规超临界机组再下降0.75.5。从20世纪90年代开始，新材料的
2、成功开发为超超临界机组的发展提供了条件，上世纪后几年和本世纪前10年，欧洲（主要是德国、丹麦等）、日本等国家相继投运了一批1000MW等级的超超临界机组。国内也通过引进、消化、吸收，生产并投产了一批机组，并有不少数量的机组在建。包括在建和计划建设的机组，国内目前1000MW的数量已经远远超过发达国家，并在主机开发、相应辅机国产化等方面取得了长足进展。提高初始参数 2015年12月30日，由中国华能集团公司牵头、华能清能院负责研发的我国首个700关键部件验证试验平台在华能南京电厂成功投运并成功实现700稳定运行，验证平台建设取得圆满成功，标志着我国新一代先进发电技术700超超临界燃煤发电技术的研
3、究开发工作取得了重要阶段性成果。700超超临界燃煤发电技术的供电效率将由约44%提高至48至50，煤耗可降低40至50克/kWh，相应减少粉尘、NOx、SO2等污染物以及CO2温室气体的排放量约14。采用二次再热技术 超超临界机组采用二次再热机组有很多优点，技术经济指标也较常规超超临界机组优，较常规超超临界一次再热机组平均效率高约左右，但初投资较高，焊接工艺复杂，难度大。华能安源660MW、莱芜电厂1000MW超超临界二次再热机组分别于2015年6月和12月完成了168试运，二次再热机组在变负荷下的调节适应性等课题尚待在运行实践中进一步研究。项目项目哈锅哈锅三菱三菱东锅东锅日立日立上锅上锅-阿
4、尔斯通阿尔斯通巴威巴威-美国美国B&W公司公司合作方式技术转让方式东锅通过其与日立的控股合资公司BHDB获得技术转让技术转让方式技术转让方式锅炉布置形式形形形或塔形形或塔形下部水冷壁结构垂直管圈螺旋管圈螺旋管圈螺旋管圈燃烧器布置切圆对冲切圆对冲燃烧器型式直流旋流直流旋流再热器调温方式摆动燃烧器+烟气挡板烟气挡板摆动燃烧器烟气挡板性能保证三菱除负责分包部件的产品质量以外，还提供对哈锅的锅炉性能保证日立向东锅提供投标设备的基本设计和技术设计，并对设计的正确性负责；向东锅提供设计产品的性能保证阿尔斯通向业主提供性能保证，并对其设计工作进行担保美国B&W公司向业主提供性能保证，并对其设计工作进行担保质
5、量保证三菱负责主要的性能设计和总体布置，对哈锅制造的受压部件三菱提供设计要求、基本及概念设计。哈锅主要负责受压部件的施工图设计。日立对关键部件进行监造。东锅准备超超临界锅炉工艺控制和产品最终检查。阿尔斯通基本上负责所有的性能和基础设计，包括布置，并对上锅所进行的详细设计进行审核，从而保证锅炉性能。美国B&W公司基本上负责所有的性能和基础设计，包括布置，并对锅炉所进行的详细设计进行审核，从而保证锅炉性能。目前国内超超临界锅炉厂家情况 型炉大型化存在的主要问题 超超临界锅炉热负荷偏差大问题 四角切圆锅炉残余旋转问题 超超临界锅炉的氧化皮问题 二、塔式锅炉汽水系统 再热冷段再热冷段再热器再热器汽轮机
6、汽轮机直流炉：省煤器直流炉：省煤器水冷壁水冷壁启动分离器启动分离器过热器过热器汽轮机汽轮机一次系系统统二二次次系系统统烟烟气气流流程程一级过热器（屏管）三级过热器二级再热器二级过热器一级再热器省煤器一级过热器（悬吊管）脱销装置空预器。其中除了一级过热器（屏过）和一级再热器为逆流布置外其它受热面均为顺流布置。锅炉本体设计概述锅炉本体设计概述一、锅炉本体性能 本锅炉为ALSTOM公司超超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，塔式布置。锅炉为单炉膛、一次中间再热、采用四角切圆燃烧方式、平衡通风、固态排渣、全钢悬吊结构。锅炉燃烧系统按中速磨煤机冷一次风正压直吹式制粉系统设计。24只直流式燃烧器分6层布置于炉
7、膛下部四角，煤粉和空气从四角送入，在炉膛中呈切圆方式燃烧。过热器的汽温通过煤水比调节和两级喷水来控制。再热器的汽温采用燃烧器摆动调节，低再至高再的连接管道上设置喷水减温器。尾部烟道下方设置两台三分仓容克式空气预热器。锅炉设有膨胀中心及零位保证系统，省煤器上部区域炉壁及炉顶采用无冷却介质的膜式壁结构，炉墙为轻型结构带金属外护板，屋顶为轻型金属屋盖。锅炉负荷适应性强，满足机组RB要求，能承受50%额定负荷突然变化并保持稳定运行，同时机组在100%负荷的突然变化情况下，能保证锅炉安全。锅炉能以定滑定方式运行，并能与汽机在运行方式、启动曲线等方面匹配。锅炉变压运行的范围按30%90%BMCR，定压运行
8、的范围按030%BMCR和90%100%BMCR。锅炉能适应设计煤种和校核煤种。燃用设计煤种，锅炉负荷在BRL工况时保证热效率不小于94.45%（低位发热值），锅炉出口NOx排放不超过200mg/Nm3（以NO2计，O2=6%）。锅炉负荷变化率达到下述要求：在50%100%BMCR时，不低于5%BMCR/分钟在30%50%BMCR时，不低于3%BMCR/分钟在30%BMCR以下时，不低于2%BMCR/分钟负荷阶跃：大于10%汽机额定功率/分钟二、锅炉主要参数名 称符号单位BMCR工况BRL工况干烟气热损失LG%4.19 4.13 氢燃烧生成水热损失LHm%0.28 0.28 燃料中水分引起的热
9、损失Lmf%0.10 0.10 空气中水分热损失LmA%0.09 0.09 未燃尽碳热损失LUC%0.350.35 辐射及对流热损失L%0.18 0.18 未计入热损失LUA%0.20 0.20 制造厂裕量Lmm%0.22保证热效率(按低位发热量)%94.45燃料消耗量 kg/h270.4 259.4 炉膛容积热负荷 kW/m378.15 74.97炉膛断面热负荷 MW/m24.25 4.08 锅炉热力特性(BMCR、BRL工况)：水冷壁壁面热负荷 MW/m2177.95(BMCR)燃烧器区壁面热负荷 MW/m21.166 1.119 省煤器出口空气过剩系数 1.151.15炉膛出口过剩空气系
10、数 1.151.15环境温度 2020空气预热器入口风温（一次风/二次风）28.9/2528.9/25空气预热器出口风温（一次风/二次风）341/353337/349空气预热器出口烟温（修正前）124.1 122.6 空气预热器出口烟温（修正后）120.0 118.7 燃煤煤质分析煤灰熔融特征温度/半球温度 ST1031.51.151.16煤灰熔融特征温度/流动温度 FT1031.51.161.17元素分析收到基碳 Car%55.6053.5356.22收到基氢 Har%3.663.903.24收到基氧 Oar%7.8611.999.94收到基氮 Nar%1.021.150.72全硫 St,a
11、r%1.150.690.55锅炉给水质量标准：锅炉补给水质量标准：二氧化硅g/L除盐水箱进水电导率(25)除盐水箱出水电导率s/cmTOC(1)g/L标准值期望值100.150.100.40s/cm200(1)必要时检测。蒸汽品质要求 序号项 目单 位指 标备 注标准值期望值1钠g/kg32 2二氧化硅g/kg105 3铁g/kg53 4铜g/kg21 5电导率(氢离子交换后，25)s/cm0.150.1 2022年12月30日星期五34n围成炉膛，管内工质水进行蒸发过程围成炉膛，管内工质水进行蒸发过程n水冷水冷壁材质：壁材质：15CrMoG/12Cr1MoVG垂直管圈与螺旋管圈水冷壁垂直管圈
12、与螺旋管圈水冷壁垂直水冷壁垂直水冷壁（内螺纹管）（内螺纹管）螺旋管水冷壁螺旋管水冷壁（光管）（光管）水冷壁下部采用螺旋水冷壁，上部采用垂直水冷壁，螺旋水冷壁与垂直水冷壁之间采用中间联箱过渡。垂直水冷壁分两段布置，下部垂直水冷壁两根管汇合成一根管组成上部水冷壁。水冷壁 水冷壁设计压力MPa35.73水冷壁循环方式 一次直流水冷壁质量流速(B-MCR/直流负荷起点）kg/s567/170.2水冷壁管管型 光管水冷壁管外径壁厚mm34.9x6.3/6.642.2x7.3水冷壁管材质 15CrMoG/12Cr1MoVG螺旋管圈与水平倾角/圈数（附简图）m24.1/1.085螺旋管圈上集箱中心标高m56
13、.7水冷壁受热面积m29239水冷壁系统的保护 水冷壁流量保护 温度监测：水冷壁系统温度测点是锅 炉在启停、运行时对管子金属壁温进行监 视和保护的重要手段。水冷壁系统温度的监视是通过设置系统管道上不同位置的热电偶来实现的，管子金属壁温的监视是通过装设在水冷壁的壁温 测点来实现的。过热器过热器1、过热器的作用：(1)过热器将饱和蒸汽加热到合格温度去汽轮机高压缸做功。(2)出口蒸汽温度：在额定温度-5+5。(3)保证过热度 汽机的安全过热器流程示意图过热器流程示意图In je c tio nS H 1S H 2S H 3In je c tio nfrom cycloneIn je c tio nI
14、n je c tio nIn je c tio nIn je c tio nR H 1R H 2过热器系统按蒸汽流向主受热面分为三级：吊挂管和第一级屏式过热器、第二级过热器、第三级过热器。第一级过热器和第三级过热器布置在炉膛出口断面前，主要吸收炉膛内的辐射热量。第二级过热器布置在第一级再热器和末级再热器之间，靠对流传热吸收热量。第一级过热器逆流布置，第二、三级过热器顺流布置。过热器系统的汽温调节采用燃料/给水比和两级喷水减温，在第一级过热器和第二级、第二级和第三级过热器之间设置二级喷水减温并通过两级受热面之间的连接管道的交叉，一级受热面外侧管道的蒸汽进入下一级受热面的内侧管道，来进行补偿烟气导
15、致的热偏差。过热器 过热器设计压力MPa33.22一级过热器片数片20一级过热器管径mm48.3一级过热器壁厚mm11一级过热器材质 12Cr1MoVG/SA-213 T91一级过热器受热面积m21689一级过热器质量流量kg/m2s2045二级过热器片数片80二级过热器管径mm44.45二级过热器壁厚mm7.87二级过热器材质 SA-213 T91、Super304H二级过热器受热面积m210671二级过热器质量流速kg/m2s1445末级过热器片数片20末级过热器管径mm44.45末级过热器壁厚mm8.25末级过热器材质 SA-213 Super304HSA-213 TP310HCBN末级
16、过热器受热面积m25812.0末级过热器质量流速kg/m2s3259.5过热器总受热面积m215620过热器使用奥氏体钢管/马氏体钢管重量tSuper304H：504SA-213 TP310HCBN：71T91：589喷水减温级数级2喷水各级额定喷水量kg/h12250.8过热器左右侧交叉换位次数次2再热器再热器再热器的作用：(1)再热器将低温蒸汽加热到合格温度去汽轮机中压缸做功。(2)出口蒸汽温度：在额定温度-5+5。(3)保证过热度 汽机的安全 再热器流程示意图再热器流程示意图I nj ec t i onSH 1SH 2SH 3I nj ec t i onfrom cycloneI nj
17、ec t i onI nj ec t i o nI nj ec t i onI nj ec t i o nRH 1RH 2再热器 再热器设计压力MPa6.89一级再热器管径mm44.5一级再热器壁厚mm4.18一级再热器材质 12Cr1MoVG/SA-213 T91/一级再热器受热面积m232162二级再热器管径mm54.00二级再热器壁厚mm4.29二级再热器材质 SA-213 TP310HCbN二级再热器受热面积m25812.0再热器总受热面积m237974再热器使用奥氏体钢管/马氏体钢管重量t TP310HCBN：189SA213 T91：294 主要调温方式 燃烧器摆动过剩空气系数调温
18、辅助调温喷水量kg/h8784事故喷水量kg/h34160再热器左右侧交叉换位次数次1再热器设计压力MPa6.89一级再热器管径mm44.5一级再热器壁厚mm4.18一级再热器材质 12Cr1MoVG/SA-213 T91一、作用一、作用1 1、给水预热，降低烟气温度、给水预热，降低烟气温度(利用了余热利用了余热 提高了提高了热效率热效率)2 2、减少蒸发受热面：、减少蒸发受热面：以价格较低的省煤器代替价格较高的水冷壁以价格较低的省煤器代替价格较高的水冷壁 省煤器省煤器 省煤器的作用及结构省煤器的作用及结构省煤器 设计压力MPa35.52省煤器管径mm38.1省煤器壁厚mm6.38省煤器材质
19、SA-210C省煤器总受热面积m213148省煤器布置方式 顺流/顺列省煤器有无防磨设施 有启动系统启动系统启动分离器启动分离器（start-up flash tank）定义定义：在直流锅炉启动系统中，设置在蒸：在直流锅炉启动系统中，设置在蒸发受热面与过热器之间，用作汽、水分离发受热面与过热器之间，用作汽、水分离的筒形压力容器。的筒形压力容器。作用作用：在进入直流状态之前，进行汽水分：在进入直流状态之前，进行汽水分离离启动分离器 汽水分离器汽水分离器疏水箱出来的水分为汽水分离器疏水箱出来的水分为2路，一路经过炉水循路，一路经过炉水循环泵输送到省煤器入口给水管道，另一路通过疏水管道环泵输送到省煤
20、器入口给水管道，另一路通过疏水管道引入锅炉疏水扩容器内，经扩容后的水质合格情况下排引入锅炉疏水扩容器内，经扩容后的水质合格情况下排入凝汽器，水质不合格的情况下，至排水槽。入凝汽器，水质不合格的情况下，至排水槽。汽水分离器 设计压力MPa33.88最高工作压力MPa31.58设计温度492.3最高工作温度462.3外径壁厚mmmm610 x80总长度m2.6数量台4材质 SA-335 P91钢板许用应力N/mm2128钢板脆性转变温度(FATT)-20水容积m31.65总重量(包括内部装置）t14.540增加了水冷壁管内水的重量流速，提高了启动和低负荷时水冷壁蒸发段的运行可靠性。由于水冷壁管的重
21、量流速增加，从而可以选用较细的水冷壁管，降低水冷壁的成本。在启动过程中回收热量。在启动过程中水冷壁的最低流量为35%BMCR，因此锅炉的燃烧率为加热35%BMCR的流量到饱和温度和产生相应负荷下的过热蒸汽，如采用简易系统，则再循环流量部分的饱和水要进入除氧器或冷凝器，在负荷率极低时，这部分流量接近35%BMCR流量，除氧器或冷凝器不可能接受如此多的工质及热量，只有排入大气扩容器，造成大量的热量及工质的损失。在启动过程中回收工质。与简易启动系统相比，带循环泵的启动系统可以回收工质，采用再循环泵，可以将再循环流量与给水流量泵入省煤器，从而可以节省由于此部分流量进入扩容器后膨胀、蒸发而损失的工质。开
22、启循环泵进行水冲洗。采用再循环泵系统，可以用较小的冲洗水量与再循环流量之和获得较高的水速，达到较好的冲洗目的。在锅炉启动初期，渡过汽水膨胀期后，锅炉不排水，节省工质和热量。汽水分离器采用较小壁厚，热应力低，可使锅炉启动、停炉灵活。本厂设计带有炉水循环泵的启动系统，在启动阶段，本厂设计带有炉水循环泵的启动系统，在启动阶段，从水冷壁出来的蒸汽从汽水分离器圆筒切向进入从水冷壁出来的蒸汽从汽水分离器圆筒切向进入4个汽水分离器，蒸汽从汽水分离器上部管道进入一个汽水分离器，蒸汽从汽水分离器上部管道进入一级过热器入口管道，而分离出来的水从汽水分离器级过热器入口管道，而分离出来的水从汽水分离器的下部进入汽水分
23、离器疏水箱，疏水箱上部有一根的下部进入汽水分离器疏水箱，疏水箱上部有一根管道与汽水分离器出口蒸汽管道相连，该管道可以管道与汽水分离器出口蒸汽管道相连，该管道可以起到平衡汽水分离器疏水箱与汽水分离器压力，同起到平衡汽水分离器疏水箱与汽水分离器压力，同时可以将疏水箱内部分蒸汽引入过热蒸汽系统。时可以将疏水箱内部分蒸汽引入过热蒸汽系统。系统示意图种类扩容器式循环泵式热交换器式优点 系统简单 投资少；运行操作方便；容易实现自动控制：维修工作量少。系统简单；工质和热量回收效果好：对除氧器设计无要求，适合于两班制和周日停机运行方式。系统简单；运行操作方便；容易实现自动控制；工质和热量回收效果好；维修工作量
24、少。缺点 运行经济性差；要求除氧器安全阀容量增大；不适合于两班制和周日停机运行方式。投资大；运行操作复杂；转动部件的运行和维护要求高；循环泵的控制要求高。投资大；金属耗量大；要求除氧器安全阀容 量增大。炉水循环泵炉水循环泵的结构及作用炉水循环泵的结构及作用 结构布置结构布置循环水泵垂直安装，悬挂在贮水箱下方，没有支撑，随着管道自由膨胀，可有效避免产生附加的张力。电机在壳体的正下方，壳体和电机部分通过泵壳紧固长螺栓连接。泵和电机之间有一个热屏蔽装置，将热的泵部分和冷的电机部分隔开，使二者之间的热传导降低到最小程度。为充分保证隔热效果，热屏蔽装置设有低压冷却水管路。为消除电机和轴承在操作中产生的热
25、量，循环泵带有高压冷却器，电机内充注的液体流入高压冷却器中进行循环。同时由外部冷却水（低压冷却水）冷却，使电机的温度保持在允许的界限内。随着时间的推移，脏物可能积聚在电机和高压冷却器之间的回路上，因此循环泵电机底部配有整体式过滤器。循环泵壳上设有一只测壳表面温度的热电偶，同时为了监测电机内介质温度，在上端绕组的区域设有三只热电偶和一只就地温度表。当高压冷却水温度达到60时立即发出报警信号，达到65循环泵的电机会立即关闭，只有在温度下降到65以下时，才能重新启动。为高压冷却器的低压冷却水连续流动情况，在低压冷却水出口管道上设有流量开关，当低压冷却水流量降至70%时发出报警信号。为保护电机的内件，
26、在电机高压冷却器和相应管线安装完成后，应立即给整个泵装置充清洁冷水，注水过程通过安装在泵装置下方的注水管线完成。本工程循环水泵设有高低压两条注水管线，低压注水管道来自凝结水出口，高压注水管道来自给水泵出口，通常使用低压注水管路，高压注水管路作为紧急备用管路，在注水管路上设有高压注水用冷却器和过滤器。炉水循环泵结构特点炉水循环泵结构特点循环水泵的主要结构特点是将泵的叶轮和电机转子装在同一主轴上，置于相互连通的密封压力壳体内，泵与电机结合成一整体，没有通常泵与电机之间连接的那种联轴器结构，没有轴封，这就从根本上消除了泵泄漏的可能性。无泄漏泵电机的定子和转子用耐水耐压的绝缘导线做成绕组，浸沉在高压冷
27、却水中，电机运行时所产生的热量就由高压冷却水带走，并且该高压冷却水通过电机轴承的间隙，既是轴承的润滑剂又是轴承的冷却介质。泵体与电机是被分隔的两个腔室，中间虽有间隙不设密封装置使压力可以贯通，但泵体内的锅水与电机腔内的冷却水是两种不同的水质，两者不可混淆。由于电机的绝缘材料是一种聚乙烯塑料，不能承受高温，温度超过80绝缘性能就明显恶化，因此绕流电机内部的高压冷却水温度必须加以限制。由于绕组及轴承的间隙极为紧密，因此高压冷却水中不得含有颗粒杂质，在高压水管路中必须设有过滤器。高压冷却水的水质要比锅水干净得多，其水温也要比锅炉锅水的温度低得多，为了带走电机运行产生热量和泵侧传到电机的热量，保证电机的安全运行，必须配有一套冷却高压水的低压冷却水。炉水循环泵照片炉水循环泵照片
