楊 軍,劉 娜

(哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司,黑龍江 哈爾濱 150046)

1 概 述

隨著國內(nèi)火電市場的發(fā)展,提高電廠燃煤鍋爐的發(fā)電效率成為了頭等重要的任務(wù)。為此,大容量高參數(shù)超臨界、超超臨界鍋爐應(yīng)運(yùn)而生,成為了國內(nèi)火力發(fā)電的主力機(jī)組。

超臨界、超超臨界鍋爐與傳統(tǒng)的亞、超臨界鍋爐相比減少了汽包,相應(yīng)需要設(shè)置鍋爐啟動疏水?dāng)U容器及水箱,以回收鍋爐啟動工況下的鍋爐疏水。

2 疏水?dāng)U容器及水箱設(shè)計(jì)

以某工程600MW超臨界機(jī)組的鍋爐啟動過程中的疏水介質(zhì)參數(shù)為基數(shù)值,介紹超臨界機(jī)組鍋爐啟動疏水?dāng)U容器及水箱的選型設(shè)計(jì)。

2.1 極熱態(tài)啟動工況

過熱器疏水系統(tǒng):屏過疏水+其它疏水。在此啟動工況下,尾部環(huán)形集箱和低過疏水一般不與屏過疏水同時(shí)運(yùn)行,只考慮屏過疏水即可。

啟動系統(tǒng)疏水:溢流管路疏水量,不必與上述的屏過疏水同時(shí)考慮。注意鍋爐疏水在啟動過程中會有“閃蒸”現(xiàn)象。所以,在擴(kuò)容器選型時(shí),只需考慮溢流管路的過度膨脹流量。

按以上二種工況下疏水量的最大值進(jìn)行擴(kuò)容器設(shè)計(jì)。

2.2 熱態(tài)與常態(tài)的啟動工況

(1)溢流管路疏水(流量為108.0kg/s,壓力按9MPa,為飽和水);

(2)屏過疏水+尾部環(huán)形集箱疏水+低過疏水+其它疏水,其參數(shù)見表1。

按以上二種工況的最大值進(jìn)行擴(kuò)容器設(shè)計(jì)。

2.3 冷態(tài)啟動

(1)溢流管路疏水(流量為71.3 kg/s,壓力按9MPa,為飽和水);

(2)屏過疏水+尾部環(huán)形集箱疏水+低過疏水,其參數(shù)見表1。

表1 疏水參數(shù)表

按以上二種工況的最大值進(jìn)行擴(kuò)容器設(shè)計(jì)。

3.1 鍋爐啟動疏水?dāng)U容器容積計(jì)算

(1)熱態(tài)與常態(tài)啟動工況

根據(jù)物質(zhì)守恒、能量守恒:

式中:G—溢流管路疏水,kg/s。

G1—進(jìn)入擴(kuò)容器后產(chǎn)生的疏水量,kg/s。

G2—進(jìn)入擴(kuò)容器后產(chǎn)生的汽量,kg/s。

I—溢流管路疏水焓值,kJ/kg。

I1—進(jìn)入擴(kuò)容器后產(chǎn)生的疏水焓值,kJ/kg。

I2—進(jìn)入擴(kuò)容器后產(chǎn)生的汽焓值,kJ/kg。

溢流管路疏水參數(shù):流量G=108kg/s,壓力9 MPa飽和水,焓為 I=1364kJ/kg。

取擴(kuò)容器的工作壓力為0.4MPa(a);

此時(shí),飽和水溫為144℃。

0.4 MPa(a)下的飽和水比容為 υ1=1.08×10-3m3/kg,焓為 I1=605kJ/kg。

0.4 MPa(a)下的飽和汽比容為υ2=0.4765 m3/kg,焓為 I2=2738kJ/kg。

由式(1)、(2),可計(jì)算得:

G1=69.6kg/s,G2=38.4kg/s。

式中:V1—疏水?dāng)U容器全容積,m3;

X —蒸發(fā)強(qiáng)度。

該疏水?dāng)U容器取蒸發(fā)強(qiáng)度為900。

由式(3),可計(jì)算得疏水?dāng)U容器全容積 V1=91.5m3。

(2)冷態(tài)啟動工況

溢流管路疏水參數(shù):流量G=71.3kg/s,壓力9 MPa飽和水,焓為I=1364kJ/kg

由式(1)、(2),可計(jì)算得:

G1=45.9 kg/s,G2=25.4kg/s。

由式(3),可計(jì)算得:

疏水?dāng)U容器全容積V1=60.5m3。

(3)極熱態(tài)啟動工況

此工況只需要考慮屏過疏水。

屏過疏水參數(shù):流量 G2=19.5 kg/s,壓力11 MPa,溫度 445°C(此介質(zhì)為過熱蒸汽)

由式(3),可計(jì)算得:

疏水?dāng)U容器全容積V1=46.5m3。

對比上述三個(gè)工況鍋爐啟動工況所需疏水?dāng)U容器容積,熱態(tài)與常態(tài)啟動工況,溢流疏水管路疏水時(shí),所需疏水?dāng)U容器的容積最大為91.5m3。

故取疏水?dāng)U容器的容積為95m3。

核算擴(kuò)容器內(nèi)蒸汽上升速度:

式中:d—疏水?dāng)U容器直徑,mm;

v—蒸汽流速,m/s。

取疏水?dāng)U容器的直徑為3600mm。

由式(4),可計(jì)算得 v=1.8m/s。

可見,擴(kuò)容器內(nèi)蒸汽上升速度滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:小于2.44m/s

3.2 水箱容積計(jì)算

按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:水箱的有效容積要保證不小于5min疏水量。

熱/溫態(tài)啟動工況溢流管路疏水時(shí),疏水量最大。

此時(shí)疏水參數(shù):流量為G1=69.6 kg/s,壓力為0.4MPa(a)下的飽和水,比容為υ1=1.08×10-3m3/kg。

式中:V2—水箱所需有效容積,m3。

t—時(shí)間,s。

由式(5),可計(jì)算得V2=22.6m3。

取水箱有效容積35m3,12.4m3作為余量。

3.3 疏水?dāng)U容器排汽管徑計(jì)算

熱/溫態(tài)啟動工況溢流管路疏水時(shí),產(chǎn)生汽量最大。

取疏水?dāng)U容器的直徑為d=1400mm。

核算排汽管內(nèi)蒸汽速度:

由式(4),可計(jì)算得V=12m/s。

可見,排汽管內(nèi)蒸汽速度滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定及系統(tǒng)設(shè)計(jì):小于20m/s

4 疏水?dāng)U容器及水箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 疏水?dāng)U容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

疏水?dāng)U容器取立式,見圖1。

圖1 鍋爐啟動疏水?dāng)U容器結(jié)構(gòu)簡圖

疏水?dāng)U容器的設(shè)計(jì)壓力為1.2MPa,設(shè)計(jì)溫度為400℃。

疏水?dāng)U容器內(nèi)徑為3600 mm,壁厚為28mm。

疏水?dāng)U容器主殼體材料為Q345R。

疏水?dāng)U容器全容積為95m3。

屏過疏水介質(zhì)在進(jìn)入疏水?dāng)U容器之前,先進(jìn)行了9級節(jié)流,使屏過疏水介質(zhì)壓力、溫度大幅降低。屏過疏水介質(zhì)在進(jìn)入疏水?dāng)U容器之后,設(shè)計(jì)了兩級節(jié)流裝置,進(jìn)一步降低了屏過疏水介質(zhì)壓力、溫度。同時(shí),當(dāng)屏過疏水介質(zhì)進(jìn)入疏水?dāng)U容器時(shí),向疏水?dāng)U容器內(nèi)噴射100t/h冷卻水。上述措施保證了疏水?dāng)U容器運(yùn)行的穩(wěn)定、安全,噪聲達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定值。

4.2 水箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

水箱布置取臥式。

水箱的設(shè)計(jì)壓力為1.2MPa,設(shè)計(jì)溫度為300℃。

水箱內(nèi)徑為2600 mm,壁厚為16mm。

水箱主殼體材料為Q345R。

水箱有效容積為35m3。

水箱用于儲存鍋爐啟動過程中的疏水。當(dāng)疏水的品質(zhì)合格時(shí),疏水通過疏水泵被打回鍋爐再次利用。當(dāng)疏水的品質(zhì)不合格時(shí),疏水被排入地溝。

4.3 鍋爐啟動疏水?dāng)U容器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

疏水?dāng)U容器與水箱之間采用U管連接,保證疏水?dāng)U容器有一個(gè)穩(wěn)定的水位,同時(shí)保證不會有高溫的蒸汽進(jìn)入水箱。疏水?dāng)U容器與水箱之間設(shè)置了汽平衡管,保證疏水?dāng)U容器與水箱壓力平衡,疏水順利流入水箱。同時(shí),在擴(kuò)容器的上部設(shè)置了噴淋裝置,當(dāng)溫度、壓力較高的屏過管路疏水疏入擴(kuò)容器時(shí),噴淋裝置會自動向擴(kuò)容器內(nèi)噴水,以降低擴(kuò)容器的溫度、壓力,保證擴(kuò)容器的安全。

5 結(jié)束語

超臨界、超超臨界機(jī)組已在我國新裝機(jī)電站機(jī)組中占據(jù)絕對主導(dǎo)地位,故鍋爐啟動疏水?dāng)U容器及水箱設(shè)計(jì)的合理性、設(shè)備的安全性,對超臨界、超超臨界機(jī)組啟動的安全、穩(wěn)定有著重要的意義。

[1]楊世銘,陶文銓,傳熱學(xué)[M].高等教育出版社.

[2]王鴻昌.等,哈爾濱鍋爐廠內(nèi)部資料——標(biāo)參133[R].