上海锅炉厂百万等级超超临界P型锅炉方案简介
高子瑜
徐雪元
丘加友
张建文
王正光
熊小华
姚丹花
〔上海锅炉厂，上海200245〕
摘要：本文对上海锅炉厂百万等级超超临界锅炉方案进行了简单介绍。对锅炉的主要技术标准，总体设计，受压件设计，燃烧系统设计，空气预热器等系统进行了简要介绍。
关键词：
百万千瓦
P型锅炉
超超临界
上海锅炉厂提供1000MW超超临界压力P型直流锅炉采用从ALSTOM公司引进的技术，总体方案是在该公司已有的具有良好运行业绩的800~1000MW等级超临界锅炉的根底上进行设计的。
锅炉的系统、性能设计由上海锅炉厂与技术支持方ALSTOM公司联合进行。
上海锅炉厂认为锅炉设计时主要考虑采用成熟先进的超临界锅炉技术，以确保机组的可用率和获得高的经济性；炉膛尺寸及燃烧设备的选用保证炉膛不结渣、高的燃烧效率、低负荷稳燃、降低NOx排放、防止低温受热面飞灰沾污和磨损、防止炉内受热面的腐蚀和锅内高温蒸汽氧化等。
1主要技术标准
本方案锅炉为1000MW等级超临界参数变压运行垂直管圈直流炉、一次再热、采用单炉膛双切圆燃烧方式、烟气挡板和燃烧器摆动调温、平衡通风、运转层以上露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型锅炉。
1.1锅炉设计容量和参数
名
称
单位
BMCR
BRL
75%BMCR
过热蒸汽流量
t/h
2953
28.51
2202
过热器出口蒸汽压力
MPa（g）
27.65
27.38
21.66
过热器出口蒸汽温度
oC
605
605
605
再热蒸汽流量
t/h
2446
2365
1824
再热器进口蒸汽压力
MPa（g）
6.16
5.99
4.92
再热器出口蒸汽压力
MPa（g）
5.96
5.80
4.77
再热器进口蒸汽温度
oC
375
370
361
再热器出口蒸汽温度
oC
603/613
603/613
603/613
省煤器进口给水温度
oC
297
295
276
1.2设计条件
煤种为国内典型烟煤或典型神华煤。
锅炉运行条件及模式：锅炉运行方式：带根本负荷并参与调峰。
锅炉按变压运行方式设计，可采用定—滑—定的方式，变压运行的范围按30%~90%BMCR；定压运行的范围按0~30%BMCR和90%~100%BMCR。
制粉系统：采用中速磨煤机正压直吹式制粉系统，每炉配6台磨煤机，煤粉细度为R90=18%~20%。
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电动调速给水泵。根据锅炉启动旁路设置情况，推荐的电动给水泵容量为40%B-MCR。
1.3锅炉性能保证值
1）
最大连续蒸发量〔MCR〕：2953t/h；
2〕在BRL工况下，锅炉保证热效率不小于
93.5
%（按低位发热量）；
3〕空气预热器的漏风率在BMCR工况下，投产第一年内不高于6
%，运行1年后不高于
%。一次风漏风率不高于35
%；
4〕锅炉最低不投油稳燃负荷不大于30%B-MCR；
5〕烟、风压降实际值与设计值的偏差不大于10%；
6〕锅炉出口NOx的排放浓度：
SCR不投运，不超过350mg/Nm3（O2=6%
干基）；；
7〕过热器、再热器、省煤器的实际汽、水侧压降数值不超过设计值；
8〕滑压运行在35％～100%B-MCR范围过热蒸汽能维持其额定汽温；在50％～100%
B-MCR时再热蒸汽能维持额定汽温；
1.4锅炉特点
1〕采用垂直管水冷壁的设计；
2〕采用较大的炉膛断面和容积，较低的炉膛断面热负荷和炉膛出口烟气温度；
3〕采用单炉膛双切圆的燃烧方式；
·
整个炉膛作为二个大燃烧器组织燃烧，对于每个燃烧器的风量和粉量控制简单；
·
单炉膛双切圆的布置方式，对单个切圆而言相当于锅炉容量减小一半，炉膛出口烟温偏差有所下降。同时保存了单切圆燃烧的所有优点，如高燃烧效率；低NOx排放；烟气的尖峰热流及平均温度较低；炉膛吸热曲线的分布特征与燃料层的投运层数无关等；
·
采用双切圆燃烧方式可获得均匀的炉内空气动力场和热负荷分配，降低炉膛出口烟气温度和水冷壁出口工质温度偏差。
4〕采用低NOx同轴燃烧系统〔LNCFSTM〕；
LNCFS是一种经过考验的成熟技术，迄今在全球范围内已有超过200台的新建和改造锅炉的成功运行业绩，总的装机容量大于62,000MW，LNCFS在降低NOx排放的同时，着重考虑提高锅炉不投油低负荷稳燃能力和燃烧效率，另外LNCFS在防止炉内结渣、高温腐蚀和降低炉膛出口烟温偏差等方面，同样具有独特的效果。
5〕采用带有再循环泵的启动系统，能有效回收启动阶段的工质和热量，并增加了运行的灵活性；
6〕过热器采用煤水比加两级六点喷水，再热器采用档板调节、燃烧器摆动、低负荷过量空气系数调节和在进口装设事故紧急喷水；
7〕过热器、再热器受热面材料选取留有大的裕度；
为了降低超超临界锅炉因过热器和再热器出口汽温的提高所导致的高温段管子烟气侧高温腐蚀和管内高温氧化，采用大量的高档次奥氏体钢管HR3C和SUPER304。
1.5锅炉整体布置
锅炉为1000MW等级燃煤汽轮发电机组，超超临界参数变压运行垂直管圈锅炉，单炉膛、一次中间再热、采用单炉膛双切圆燃烧方式、烟气挡板和燃烧器摆动调温、平衡通风、固态排渣、全钢悬吊结构Π型锅炉、露天布置燃煤锅炉。
锅炉总体布置见图1。炉膛宽度35496mm，炉膛深度14859mm，水冷壁下集箱标高为8850mm，炉顶管中心标高为74592mm。
锅炉炉前沿宽度方向垂直布置4只汽水别离器，每个别离器筒身上方切向布置2根外径为F273.1mm和6根外径为F219.1mm的管接头，其进出口分别与炉顶过热器和水冷壁相连接。当机组启动，锅炉负荷低于最低直流负荷30%BMCR时，蒸发受热面出口的介质流经别离器进行汽水别离，蒸汽通过别离器上部管接头进入炉顶过热器，而饱和水那么通过每个别离器筒身下方1根连接管道进入下方1只贮水箱中，贮水箱上设有水位控制。贮水箱下方1根疏水管道引至一个三通，一路疏水至再循环系统，另一路接至大气扩容器中。
炉膛由膜式壁组成，水冷壁采用一次上升垂直管布置方案。
炉膛上部布置有分隔屏过热器和后屏过热器，水平烟道依次布置高温过热器和高温再热器，尾部烟道的前烟道布置有低温再热器和省煤器，尾部烟道的后烟道布置有低温过热器和省煤器。
锅炉燃烧系统按配中速磨煤机正压直吹式制粉系统设计。48只直流式燃烧器分6层布置于炉膛下部四角和中部，在炉膛中呈双切圆方式燃烧。
过热器汽温通过煤水比调节和两级喷水来控制。再热器汽温采用烟气挡板、燃烧器摆动和过量空气系数的变化调节，再热器进口连接管道上设置事故喷水。
尾部烟道下方设置两台转子直径16400mm三分仓受热面旋转容克式空气预热器。
炉底排渣系统可采用机械出渣方式或水力出渣方式。
锅炉运行层标高暂定为17.0m。
锅炉设有膨胀中心及零位保证系统，炉顶采用大罩壳热密封，炉顶管采用全金属密封，炉墙为轻型结构带梯型金属外护板，屋顶为轻型金属屋盖。
图1锅炉总体布置图
1〕锅炉总体设计简况：如下表1所示。
表1
锅炉的总体设计简况
序号
项
目
垂直管圈
炉型
单炉膛P型布置，全悬吊结构。炉膛下部至出口采用一次垂直布置，冷灰斗上沿1
m处至炉顶出口水冷壁采用内螺纹管
炉膛断面尺寸
35496´14859
mm
水平烟道深度
7010mm
尾部烟道深度
12628
mm
顶棚管标高
74592
mm
汽水流程
主汽系统
给水
↓
省煤器
↓
炉膛下局部配球
↓
水冷壁进口集箱
↓
水冷壁垂直管屏
↓
汽水别离器
↓
炉顶、包复过热器
↓
低温过热器
↓
分隔屏过热器
↓←一级喷水
后屏过热器
↓←二级喷水
末级过热器
↓
去汽机
再热系统：
来自汽机高压缸排汽
事故喷水→↓
低温〔一级〕再热器
↓
高温〔二级〕再热器
↓
去汽机中压缸
启动系统
汽水别离器
↓
贮水箱
↓
大气扩容器
混合器
↓
↓
凝结水箱
再循环泵
↓
↓
凝汽器
给水管道
省煤器
烟气流程
炉膛〔包括分隔屏过热器、后屏式过热器〕
↓
末级过热器
↓
高温再热器
↓
↓
↓
低温再热器
低温过热器
↓
↓
省煤器
省煤器
↓
空气预热器
↓
燃烧系统
磨煤机
燃烧器型式
数量
油枪
中速磨煤机正压直吹式制粉系统如HP1103，也可MPS，每台接一层八个喷口，5
台磨带BMCR。
单炉膛双切圆燃烧、低NOx同轴燃烧系统〔LNCFSTM〕，一层SOFA布置。六层布置，共48只煤粉喷口。
20%MCR输入热量。24根启动暖炉，低负荷稳燃
调温方式
主蒸汽
再热蒸汽
煤水比+两级喷水〔按6%BMCR流量〕
挡板调节+燃烧器摆动+过量空气系数
〔事故超温时喷水〕
空气预热器
型式
数量
容克式三分仓回转式预热器
2台
吹灰器
炉膛：墙式吹灰器
112台
对流烟道：长伸缩式吹灰器
70台
预热器：蒸汽吹灰器
4台
出渣装置
机械刮板捞渣机装置/水力出渣
2〕锅炉主要界限尺寸：见下表2
表2
锅炉主要界限尺寸
项
目
垂直管圈
单位
1、炉膛宽度×深度
35496×14859
mm2、上排燃烧器至屏底距离
>21001
mm3、下排燃烧器至冷灰斗上沿距离
5791
mm4、上下一次风喷口距离
10097
mm5、相邻层燃烧器间距
2021.4
mm6、水冷壁下集箱标高
~8850
mm7、炉顶管标高
~74745
mm8、水平烟道深度
7010
mm9、尾部烟道深度
12628
（5.8+6.828）
mm10、大板梁底标高
~82700
mm11、锅炉宽度〔锅炉构架范围〕
74000
mm12、锅炉深度〔锅炉构架范围〕
64300
mm
1.6受压部件简介
1.6.1水冷系统
垂直管圈水冷壁流程见图2。
图2
垂直水冷壁系统流程图
图3：水冷壁系统及节流圈布置
对于垂直管圈设计，通过在以下两个部件中设置节流圈来对水冷壁流量进行分配〔如图3〕。
a.水冷壁进口球型容器中；
b.水冷壁进口集箱中；
装在水冷壁进口球型容器中的节流圈负责将总流量按不同墙的热负荷分布情况进行分配，而装在进口集箱中的节流圈负责对每个墙中的每一回路中的管子按炉膛横向热负荷分布曲线进行流量分配，节流圈的结构见图4。
图4：节流圈结构图及布置
流量分配的原那么是高热负荷回路用高的流量来补偿，低热负荷回路分配较小的流量。节流圈按中间负荷工况下的组合热负荷分布曲线设计选型，同时按最大和最小值校核水冷壁出口的工质温度偏差。
1.6.2过热器系统
过热器系统流程见图5。
图5过热器流程图
过热器采用两级喷水减温，第一级设置在分隔屏至后屏的管道上、第二级设置在后屏过热器出口管道上，减温水取自省煤器进口，两级减温水量总量为各负荷下主蒸汽流量的6%。
1.6.3再热器系统
再热器系统流程见图6。
图6：再热器流程图
再热器蒸汽温度以挡板调节为主，同时也辅助采用燃烧器摆动和过量空气系数调节，低再进口管道上设置事故紧急喷水。
省煤器系统
省煤器为两个局部，分别布置于尾部烟道的前烟道和后烟道中。
启动系统
启动系统采用带再循环泵的启动系统，图7为1000MW超超临界锅炉的启动系统流程图。
图7
启动系统流程图
带再循环泵的启动方式具有节约启动时间和节约启动过程中燃料和水的消耗量等的优点，使得锅炉在启动时〔特别是冷态启动时〕可以快速地启动。
本工程别离器布置为组合式〔见图8〕，采用4只别离器和1只贮水箱设计，将汽水别离和水位控制功能分开。
图8
别离器/贮水箱的结构简图
再循环系统采用1台湿式马达启动泵，型式与常规控制循环的炉水循环泵根本相同，但只有一个泵出口〔控制循环泵有两个出口〕，泵的扬程也要比控制循环泵高，功率消耗大。
2、燃烧设备
燃烧设备采用单炉膛双切园〔如图9〕，设备采用从ALSOM公司引进的低NOx同轴燃烧系统〔LNCFSTM〕，具有以下技术特点：
1〕LNCFS是一种经过考验的成熟技术，迄今在全球范围内已有超过200台的新建和改造锅炉的成功运行业绩，总的装机容量大于62，000MW；
2〕LNCFS在降低NOx排放的同时，着重考虑提高锅炉不投油低负荷稳燃能力和燃烧效率；
3〕通过技术的不断更新，LNCFS在防止炉内结渣、高温腐蚀和降低炉膛出口烟温偏差等方面，同样具有独特的效果。
图9
煤粉燃烧器平面布置图
3、空气预热器
锅炉配备两台按ALSTOM-APC技术制造的回转式空气预热器。空气预热器主轴垂直布置，烟气和空气以逆流方式换热。
空气预热器型号为：2-34VI（50）-1981SM。
4、钢构架和平台楼梯
锅炉构架采用全钢结构，主要构件的接头采用扭剪型高强度螺栓连接，比拟次要的构件的接头采用高强度螺栓或焊接连接。除回转式空气预热器支撑在构架上以外，锅炉其余局部全悬吊于构架上。
5、总结
上海锅炉厂1000MW超超临界P型锅炉是采用ALSTOM公司800-1000MW超超临界锅炉的成熟技术，结合国内的煤种特性〔特别是考虑燃用低灰熔点的神华煤〕，在确保机组的可用率和获得高的经济性的前提下，选取适宜的炉膛尺寸以保证炉膛不结渣、高的燃烧效率、低负荷稳燃、降低NOx排放、防止低温受热面飞灰沾污和磨损、防止炉内受热面的腐蚀和锅内高温蒸汽氧化等。
作者简介：高子瑜，1963年出生，男，籍贯湖南，教授级高级工程师。现为上海锅炉厂副总经理，总工程师。主要从事技术管理工作。徐雪元，1965年出生，男，籍贯上海，教授级高级工程师。现为上海锅炉厂副总工程师。主要从事锅炉技术工作。
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