摘要:內蒙古上都發(fā)電有限公司660MW機組的鍋爐由哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的HG—2141/25.4一HM型超臨界直流鍋爐。著重分析了本臺鍋爐在蒸汽參數(shù)選擇、變壓運行、螺旋管圈水冷壁、內置式汽水分離器和燃燒系統(tǒng)5個方面的技術特點。

關鍵詞:鍋爐 超臨界 變壓運行 螺旋管圈水冷壁 內置式汽水分離器

1 設備介紹

鍋爐為變壓運行、一次中間再熱、平衡通風、墻式切圓燃燒、π型布置、全懸吊結構、超臨界參數(shù)直流鍋爐。鍋爐爐膛斷面尺寸為20402×20072mm。爐膛55748mm以下采用水平傾角為18.736°的螺旋水冷壁(488根)，螺旋管通過中間集箱轉換成垂直管屏(1468根)。鍋爐采用內置式汽水分離器，鍋爐燃燒采用墻式切圓燃燒方式，燃燒器布置在水冷壁墻上，在爐膛內形成一個￠10900mm旋轉圓火焰。每只燃燒器中設有點火油槍，所用燃油為0號或-35號(冬季)柴油。過熱蒸汽溫度靠一、二級減溫水進行調節(jié)，再熱蒸汽溫度靠鍋爐尾部豎井煙道的煙氣擋板進行調節(jié)，再熱器同時配有事故噴水。鍋爐配備7臺HP碗式磨煤機、7臺皮帶式給煤機，采用正壓、直吹式制粉系統(tǒng)。鍋爐風煙系統(tǒng)配備動葉可調軸流式送風機、引風機和一次風機各2臺，2臺三分倉回轉式空氣預熱器。

2 鍋爐特點

2.1 超臨界壓力蒸汽參數(shù)選擇

①過熱蒸汽壓力:超臨界參數(shù)鍋爐過熱蒸汽壓力在設計上采用25.4MPa。②過熱蒸汽溫度:過熱蒸汽溫度在設計上采用571℃。③再熱蒸汽溫度采用569℃。

2.2 變壓運行設計

鍋爐按變壓運行要求設計，不僅能帶基本負荷，也能滿足快速變動負荷和低負荷的要求，低負荷時有較高的熱效率，其運行特點有以下幾方面。①鍋爐壓力隨機組負荷變化，部分負荷運行時蒸汽流量減小、比容增大，使得蒸汽容積流量隨負荷變化而變化的幅度不大，因此機組效率在負荷變化時可以基本保持不變。②低負荷運行時，過熱汽溫保持在額定值，壓力降低，高壓缸排汽焓值增加，再熱汽溫可調范圍增加，提高了低負荷時的機組效率。③在部分負荷運行時，鍋爐壓力降低，鍋爐給水泵出口壓力也較低，可降低給水泵電耗。在50%負荷時，給水泵電耗只有額定負荷的40%～50%。④負荷變化能力提高。由于高壓缸內溫度幾乎不隨負荷而改變，產(chǎn)生的熱應力也小，因而能提高負荷變化能力。

2.3 螺旋管圈水冷壁

①直流鍋爐水冷壁的設計難以兼顧爐膛周界尺寸與通過水冷壁足夠的質量流量的矛盾。爐膛周界尺寸是由燃燒條件決定的，當鍋爐負荷和設計煤種確定后，爐膛周界尺寸也就基本確定了。在爐膛周界尺寸確定后，對垂直管圈水冷壁而言，為了保證具有足夠的質量流量，在選擇水冷壁管徑時，會遇到很大的困難。螺旋管圈水冷壁的最大特點是在達到足夠的質量流量同時，其水冷壁管徑和管子根數(shù)不受爐膛周界的限制，解決了垂直管圈難以解決的兼顧爐膛周界尺寸和質量流量之間的矛盾。②采用螺旋管圈的形式，使得管間吸熱偏差小，熱偏差也小。③由于吸熱偏差小，水冷壁進口可以不設置改善分配的節(jié)流圈，降低了阻力損失。④適用于變壓運行要求。本臺鍋爐螺旋管根數(shù)為488根，傾角為18.736°。

帶內置式啟動分離器的超臨界壓力螺旋管圈變壓運行直流鍋爐水冷壁和亞臨界壓力鍋爐水冷壁相比較，其主要不同點如下。

①嚴格限制水冷壁的吸熱份額。對超臨界變壓運行鍋爐水冷壁低負荷時出口焓值和高負荷出口溫度有明確規(guī)定。水冷壁吸熱份額如果太大，在高負荷時會造成啟動分離器運行溫度增高，限制了負荷變化速度;低負荷時，有可能出現(xiàn)較大的管間溫度偏差。水冷壁吸熱份額太小，有可能出現(xiàn)汽水混合物進入過熱器系統(tǒng)。②水冷壁在變壓運行過程中，工質經(jīng)歷亞臨界、接近臨界、超臨界壓力3個不同性質和特點的階段，在設計時，要充分考慮這3個階段的傳熱特性和水動力特性。③要有良好的膨脹性能和溫度跟蹤性能。變壓運行機組要求快速啟動和快速變動負荷，這就要求水冷壁剛性梁、鍋爐密封部件有良好的膨脹性。對爐外的附加懸吊裝置要有良好的溫度跟蹤性能，以減小由于溫差產(chǎn)生的附加應力。④水冷壁的制造工藝較復雜。低合金鋼材的螺旋管圈膜式水冷壁的焊接和變形的校正都較碳鋼管復雜。這就要求膜式水冷壁的制造做到配合尺寸準確，變形量盡可能小，增加了制造工藝的復雜性。

2.4 內置啟動分離器直流鍋爐在啟、停過程和低負荷時，為了鍋爐本身各受熱面間以及汽機間工質狀態(tài)的匹配，并實現(xiàn)工質和熱量的回收，必須備有啟動系統(tǒng)。

2.4.1 本臺鍋爐采用內置式汽水分離器，汽水分離器結構簡單，易于控制，容量為35%BMCR，與鍋爐水冷壁最低質量流量相匹配。在啟動完畢后，并不從系統(tǒng)中切除，而是串聯(lián)在鍋爐汽水流程內。它的工作參數(shù)(壓力29.6 MPa，溫度440℃)要求比較高，但控制閥門可以簡化。采用4臺立式內置式啟動分離器，布置在水冷壁出口和過熱器進口之間，啟動分離器的下部設有1只立式儲水箱。設計中考慮分離器排水的工質回收，還考慮部分熱量回收。啟動過程中分離器的排水直接排入疏水擴容器。

2.4.2 啟動分離器的作用

汽水分離器組成循環(huán)回路，建立啟動流量。實現(xiàn)進入分離器汽水混合物的兩相分離，使分離出來器、暖管、沖轉和帶負荷提供汽源。

本臺鍋爐采用內置式啟動分離器，在啟動時它能起到固定蒸發(fā)終點的作用，可使汽溫、給水量、燃料量的調節(jié)成為互不干擾的獨立部分。分離器是啟動和運行工況下某些參數(shù)的自動控制和調節(jié)信號 的信號源。

2.4.3 啟動分離器的工作狀況

鍋爐啟動點火前進入汽水分離器的流量應保持在最低負荷(35%BMCR)以下運行，參數(shù)為除氧器的參數(shù)。點火后隨燃燒量的增加，進入分離器的工質壓力、溫度和干度不斷提高，汽水混合物在分離器內實現(xiàn)分離。蒸汽進入過熱器系統(tǒng)，水排入疏水擴容器實現(xiàn)工質回收。

2.5 燃燒系統(tǒng)特點

本臺鍋爐裝有三井巴布科克低NO軸流式燃燒器(LNASB)，共有4層，前后墻對稱布置，每層8只共計32只燃燒器。在燃燒器中，燃燒空氣被分成三股，一次風、二次風和三次風。

2.5.1 一次風

一次風由一次風機提供，進人磨煤機中攜帶煤粉，形成一次風粉混合物，經(jīng)燃燒器一次風管送人爐膛。在一次風管靠爐膛一側的端部，設有鑄造的煤粉濃縮器，用以在煤粉氣流進入爐膛之前對其進行濃縮。濃縮的煤粉氣流與二次風、三次風配合，以保證在靠近燃燒器喉部處維持一個穩(wěn)定的火焰。

2.5.2 二次風和三次風

在爐膛前后水冷壁上的風箱，向每只燃燒器提供二次風和三次風。二次風和三次風通過燃燒器內同心的環(huán)形通道在燃燒的不同階段進入爐膛，有助于NO總量的降低和燃料的燃盡。燃燒器的二次風設有擋板，用以調節(jié)每個燃燒器的二次風量和三次風量的比例。二次風和三次風由各自的旋流器產(chǎn)生必要的旋轉，三次風的旋流器被固定在燃燒器出口的最前端的位置，以便產(chǎn)生最強烈的旋轉。二次風的旋流強度可以通過燃燒器面板上的操縱桿來改變旋流器的軸向位置進行調整。

2.5.3 中心風

除了這三種風之外，每只燃燒器還有一股中心風。向燃燒器中心提供適量的中心風以穩(wěn)定油槍火焰，防止油火焰沖刷中心風管和油燃燒器旋流器，在點火設備停運時防止灰渣在此部位聚集。

2.5.4 燃盡風(OFA)

燃盡風風口包含兩股獨立的氣流:中央部位的氣流是非旋轉氣流，直接穿透進入爐膛中心;外圍氣流是旋轉氣流，用于和靠近爐膛水冷壁的上升煙氣進行混合。外圍氣流的旋流強度和兩股氣流之間的分離程度同樣由一個簡單的調節(jié)桿來控制。