1000MW等级超超临界双切圆塔式锅炉关键技术研究

　　近年来国内外电力发展迅猛，中国已经成为世界上百万机组运行最多的国家，而且百万等级超超临界锅炉成为一种技术成熟、运行稳定的常规机组。但是目前国内运行的百万机组绝大多数燃用优质烟煤，而对于燃用劣质煤（褐煤、无烟煤）的百万机组各制造厂也在研究阶段，国内目前并没有运行的业绩。因此，哈锅对我国百万机组燃用的煤种进行统计，同时结合国内的煤炭资源分布以及国外用户的需求，研制开发1000MW等级超超临界双切圆塔式锅炉。

　　1百万超超临界双切圆塔式锅炉研究开发的基础1.1国外超超临界长方形炉膜塔式锅炉形势及发展国际电力市场近十年也涌现出多台大容量、高参数的超超临界机组，机组的尺寸、容量、参数进一步提高。比如日本2002年运行的新矶子（Shin -Isogo）600MW电厂1机组炉膜采用长方形炉膜（22.35x14.427m），调温方式采用炉膜上部挡板调温；而且新矶子600MW电厂2机组炉膜也采用长方形炉膜（22.35x14.427m），调温方式采用炉膜上部挡板调温，该机组于2011年投入商业运行，再热蒸汽参数高达620°C.德国达特拉恩（Datteln）1100MW超超临界机组炉膜采用长方形炉膜（~34x16.946m），调温方式采用喷水调温，该机组于2011年投入商业运行，再热蒸汽参数高达620C.这些锅炉的投运，为开发研制百万双切圆塔式锅炉奠定了理论基础。

　　1.2国内超超临界双切圆锅炉现状纵观国内外电力市场，大容量、高参数机组已经成为电力行业的主力军，而且我国百万机组投运的数量居世界第、每年还有20台左右的百万新机组投运。目前投运的机组中，主要以燃用优质烟煤为主，部分机组在运行期间掺烧了部分印尼高水分煤种或国内较低水分的褐煤，并没有完全燃用褐煤的机组。这些运行或再制的机组中主要以n型布置的锅炉为主，燃烧方式采用对冲燃烧或者双切圆燃烧；另外还有部分机组采用了塔式单切圆布置方式。

　　哈锅研制开发百万等级双切圆塔式锅炉是总结1000MW超超临界烟煤双切圆锅炉和600MW等级超临界塔式锅炉的成功开发经验的基础上自主设计开发的世界首创机组，是为进步提高炉膜容量、提高机组参数、增大炉膜断面积累经验，为开发高效、环保的次、二次再热技术铺垫道路。

　　2百万超超临界双切圆塔式锅炉基本结构百万超超临界双切圆塔式锅炉的研究是综合考虑大容量、高参数机组发展的趋势，锅炉采用超超临界参数、一次中间再热、塔式布置、全悬吊结构、长方形炉膜，垂直膜式水冷壁、低NOx水平浓淡燃烧器+SOFA风、全钢构架、高强螺栓连接直流锅炉。该炉型锅炉过热蒸汽调温方式采用煤水比+两级喷水调温，再热蒸汽采用尾部调温挡板+过量空气系数+摆动燃烧器；尾部配两台三分仓回转式空气预热器；制粉系统采用中速磨直吹式制粉系统，尾部烟道与催化脱硝系统（SCR）相匹配。2.1锅炉主要组成部分下炉膜结构与常规的百万等级超超临界锅炉相同，炉膜中间布置一级混合器及二级混合集箱，两次混合进一步提高均匀度。上炉膜布置有水平方向的过热器、再热器蛇形管，高温再热器出口炉膜通过中间隔墙分配为前后两个烟道，炉前为过热器烟道、炉后为再热器烟道，每个烟道上部均布置有省煤器，省煤器出口水平布置有烟气调温挡板。烟气通过炉膜上部出口烟道送入尾部脱硝装置，经过SCR装置后烟气被送到空气预热器换热，最终离开锅炉本体部分。

　　2.2主要受热面材料选取本研究开发汽水参数基于常规的超超临界锅炉，其设计参数如下：g再热蒸汽流量：2469t/h再热器进出口压力：5.55/5. g再热器进口温度：355C再热器出口温度：603C炉内材料选取采用运行多年的超超临界成熟材料，材料种类如下：3百万超超临界双切圆塔式锅炉关键技术研究3.1锅炉炉膜结构技术研究随着机组容量逐渐增大，锅炉炉膜断面逐渐增加，而且燃用高水分煤种或者褐煤锅炉对于锅炉断面的变化较烟煤相比尤为明显，到百万等级燃用褐煤的机组，为了满足较小的炉膜截面热负荷、炉膜容积热负荷以及燃烧器区域热负荷，炉膜设计必须考虑更大断面和较高的炉膜高度。因此炉膜断面可以采用正方形单切圆，也可以采用长方形双切圆。这两种断面的选择决定将决定着炉膜高度、燃烧器布置、炉内受热面的布置。

　　采用长方形炉膜结构是百万机组比较普遍的布置方式，国内和国际上有大量的运行业绩，例如玉环、金陵、海门等百万超超临界。这种炉膜结构燃烧器布置可以采用双切圆布置或前后墙对冲布置，而且长方形炉膜有利于容量的进步增加和断面增加，炉膜高度变化不太显著。

　　炳煤烟煤褐煤褐煤潮州百万1T型布f（长方形炉臆>3422xl5.67x65.90m宁海百万塔式布置新开发百万77遛布1（正方形炉膛>（长方形炉膛>新发百万塔式布锅炉炉膛形式事实证明采用长方形结构的炉膜，不管是采用双切圆布置还是采用对冲布置，水冷壁系统是安全、可靠的。而且随着机组尺寸的变大，采用长方形炉膜的机组更容易实现。

　　3.2炉内烟气场技术研究双切圆布置的塔式锅炉在上炉膜布置有水平方向过热器、再热器及省煤器受热面，受热面的布置将影响炉内烟气场的分布，特别是该项目上炉膜布置有烟气调温挡板，挡板的开度大小将影响上炉膜内烟气分布场。因此，哈锅按照1000MW超超临界锅炉实际结构和尺寸建立三维几何模型，完全采用结构化六面体网格，并在燃烧器区域和燃烧器喷口附近进行了局部加密。对炉内烟气场进行热态数值模拟，分析温度场、矢量场及NOx场的变化情况。

　　通过下图热态数值模拟结果显示，双切圆的塔式锅炉与双切圆的n型锅炉炉膜内动力场是均匀的，在水冷壁四面墙区域没有高温回流区，这一点也在已经运行的多台1000MW超超临界锅炉中得到体现。另外，通过对炉膜出口位置、省煤器入口、烟道入口等不同截面位置进行热态模拟，其结果显示炉内烟气流场均匀，受热面布置、上炉膛烟气挡板不会对炉内烟气流动产生较大的扰动，烟气偏差小。

　　围4炉膛速度矢置场分布图；炉内温度场分布3.3汽温调节方式技术研究直流锅炉的汽温调节方式多样，在国内每个制造厂的技术源不同，锅炉布置形式不同、燃烧方式不同，与之相联系的锅炉调温方式也不相同，其中过热器系统均采用煤水比+喷水，对于再热器系统的调节手段比较多，有采用挡板调温的、有采用摆动燃烧器调温的、也有采用喷水调温的，而哈锅百万超超临界采用了挡板调温+摆动燃烧器的调节手段，目前国内运行的百万塔式锅炉均采用了摆动燃烧器的调温手段。

　　双切圆塔式国内在调温方式研究方面，过热器系统沿用了常规的煤水比+喷水调温方式，在再热汽温控制方面详细研究了上炉膜布置结构，在上炉膜增加了烟气调节挡板。通过控制烟气量调节汽温，成熟可靠调节灵活；挡板调温再热汽温不影响高过、高再受热面吸热；同时预留摆动燃烧器为了提高煤种变化的适应性。

　　3.4锅炉钢结构技术研究常规塔式布置的锅炉受压部件都悬挂在大板梁上，锅炉的钢结构主要由四根箱型柱及辅助钢结构组成，四根大柱子承受主要荷载。而百万等级双切圆塔式锅炉钢结构在n型锅炉成功布置的基础上进行核算，采用常规n型锅炉的钢结构布置方式，取消四根箱型柱，对锅炉负荷进行平均分配。同时对炉顶大板梁结构进行优化设计，减少了锅炉炉顶大板梁的尺寸和大梁板的重量。与同容量的单切圆塔式锅炉相比具有以下优势：锅炉钢结构布置与n型锅炉相近，相当于n型锅炉尾部烟道竖起来，高度方向相对于n型锅炉增加约22米，相对于单切圆塔式锅炉高度降低了锅炉的荷载平均分配到多个钢柱上，减少了单个钢柱的荷载，便于制造和安装；锅炉深度方向钢结构缩短了约20m左右，大大的节省了布置空间，使锅炉布置更趋于紧凑；锅炉大板梁由常规2根变化为3根，其重量降低30%左右，大大减轻了运输和安装难度，同时降低了焊接、吊装的变形量；锅炉钢结构重量相对于单切圆锅炉重量大幅度降低，节省了机组投资。

　　4百万超超临界双切圆塔式锅炉技术优势哈锅对国内双切圆燃烧方式布置的锅炉进行研究，同时结合在塔式锅炉设计方面积累的经验，对锅炉上炉膜受热面布置形式、双切圆锅炉炉膜结构进行分析，研制开发的1000MW等级超超临界双切圆塔式锅炉除具有常规塔式锅炉的优势外，而且相对于常规的塔式锅炉也具有以下优势：燃烧器层数由单切圆的12层结构改进为双切圆的6层结构，燃烧器组高度降低了12米，降低了燃烧器喷口管屏设计难度；炉膜深度减少，宽度增加使冷灰斗拐点标高下移、受热面管组高度降低、转向室高度降低，使锅炉整体高度降低25米左右；锅炉蒸汽高度降低使四大管道接口标高高度降低，主汽管道布置前墙、再热管道布置后墙，根据核算双切圆布置相对于单切圆、n型布置主汽、热段管道均有所减少；炉膜深度减少，使受热面管屏长度减短，简化了炉内受热面的固定，能够有效防止管屏弯曲现象产生。

　　炉膜整体高度降低，受自然环境（北方地区紧身封闭风荷载、沿海地区台风）的影响减弱，锅炉大部件安装、制造难度降低。

　　5结束语百万等级超超临界双切圆塔式锅炉具有安全的水循环、先进的燃烧方式、均匀分布的炉内烟气场、成熟可靠的受热面布置、灵活多样的汽温控制方式以及结构简单的钢结构体系。该炉型适合于燃用印尼、马来西亚等国家的高水分煤种以及我国新疆、东北地区的褐煤煤种；尤其对于机组容量增大、参数提高、煤种变差、炉膜断面变大具有很强的适应性。该技术在百万等级机组中另辟蹊径，综合n型和塔式布置优点，为百万机组燃烧劣质煤提供了种新的途径。