安徽华电芜湖发电有限公司介绍

　2008年5月29日15时16分，安徽华电芜湖发电公司一期工程#1机组实现并网发电一次成功，为机组顺利168小时试运奠定了坚实基础。 

　　为确保“达标投产”目标实现，芜湖公司与各参建单位通力协作，不断加强施工管理工作，正确处理安全、质量和进度关系，以日进度保周进度，以周进度保月进度，保证了#1机组水压试验、吹管、点火、冲转四个一次成功，同时也保持了“零事故”目标。模拟同期并列试验和全面检查后，5月29日15点16分，芜湖公司＃１机组顺利并网并带初负荷暖机。目前，芜湖公司正与各参建单位密切协作，进行并网后试验和设备消缺工作，为机组顺利168小时满负荷试运行做好充足准备。

　　2008年12月20日09时36分，安徽华电芜湖公司#2机组完成168小时满负荷试运行，至此，该公司一期2台66万千瓦超超临界机组建设全面竣工。#2机组投产发电，标志着该公司年内“双投”目标如期实现，实现了从基建到生产经营的转变。

　　“168”试运期间，机组运行平稳，平均负荷率高达100.26%，各项经济技术指标优良，实现了脱硫设备、自动、保护、仪表投入率的四个100%，脱硫效率达到96.5%，超出了95%的设计值。机组采用的等离子点火装置，使#2机组168试运实现了零燃油。

　　芜湖公司一期工程自2006年8月18日开工建设以来，以“安快好省廉和争创优质工程”为目标，成功克服了工期紧、任务重、设备到货晚、施工难度大以及年初雪灾等重重困难，不断提高工程管理水平和安装、焊接等工艺质量，取得了锅炉水压试验、汽轮机扣缸、倒送厂用电、锅炉点火、汽轮机冲转、机组并网、168试运等七个“一次成功”。#2号机组脱硫设施与主体工程同时“168”小时试运期间，成功完成了环保性能实验，为脱硫电价的顺利批复奠定了基础。

　　作为安徽省“861”工程重点项目和芜湖市建市以来最大的投资项目，芜湖公司一期工程的顺利竣工不仅使该公司成为华东电网重要的电源支撑点，对增强电网运行的安全性和可靠性具有重要意义，也为安徽省全力打造华东电力能源库战略作出了积极贡献。

邮编

    一期工程建设2×66万千瓦超超临界机组，是全国首台套60万千瓦等级超超临界机组，也是安徽省目前单机容量最大、参数最高的机组，代表国内、国际电力生产技术指标的领先水平。两台机组于2008年相继投产，成为安徽省火力发电的主力机组，对加强皖南电网电源支撑、提高电网供电的安全可靠性具有重要意义，对促进芜湖经济更好更快发展起到十分重要的作用。

    为全面贯彻落实科学发展观，加快推进资源节约、环境友好型社会建设，公司在上级公司和地方的大力支持下，积极启动二期工程建设，规划建设2×100万千瓦超超临界火电机组，对推动皖江城市带承接产业转移示范区建设，推进电力工业技术升级，提高资源利用效率，减少污染物排放，保护好我们赖以生存的环境具有重要意义。 

    公司按照新厂新机制运作，现有员工三百余人，设有12个部室，平均年龄35岁左右，具有大专及以上学历的占总人数的80%以上。公司自成立以来，始终牢记企业政治责任、社会责任和经济责任，加强工程建设和生产运营管理，实施管理创新，推进科学发展，积极推动以电为主具有综合竞争能力的全国性现代化优秀上市发电公司建设，取得了良好的经济效益和社会效益。公司先后荣获华电集团公司及华电国际公司安全生产先进单位、党风廉政建设先进单位，安徽省“安康杯”竞赛优胜单位，安徽省2009年迎峰度夏劳动竞赛发电企业三等奖、大机组连续运行奖，安徽省节能减排超额完成奖，芜湖市先进基层党组织、芜湖市文明单位标兵等荣誉称号。

在新的形势下，公司将进一步发挥好华电国际主力电厂作用，把握新机遇，推进新发展，把企业建设成为经济效益好、管理水平高、创新能力强、发展后劲足、社会贡献大，科学和谐发展的现代化大型发电企业，为芜湖市的经济社会发展，为华电事业的腾飞作出新的更大的贡献！

安徽华电芜湖发电有限公司培训教材系列 锅炉分册 安徽华电芜湖发电有限公司 一期 2×660MW 机组培训教材系列 锅炉分册 二零零七年五月 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材系列 锅炉分册 前 言 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材系列主要包括锅炉、汽机、电气、热控、化学、除灰脱硫、 输煤七个分册。是根据公司生产准备大纲的计划安排，针对Ⅰ期 2×660MW 超超临界机组而编写，作 为生产准备人员学习培训和机组调试时参考使用。 本教材为《安徽华电芜湖发电有限公司培训教材系列 锅炉分册》 。全书共分十五章，涵盖了锅 炉基本知识的简介，超临界及超超临界锅炉技术的发展，锅炉本体设备系统及锅炉辅机设备系统的 结构、原理和运行维护，锅炉建设安装阶段的水压试验、化学清洗及吹管等知识点。教材中对锅炉 水冷壁、启动系统设备、燃烧设备的结构特点、工作方式，等离子点火系统，制粉系统，风烟系统， 锅炉运行特性及调整等内容做了重点介绍。由于安徽华电芜湖发电有限公司Ⅰ期工程选用国内首台 660MW 级超超临界锅炉，与国内前期投产的超临界锅炉机组相比，在水冷壁型式、燃烧设备等方面 采用了诸多先进技术。因此本教材对这些方面做了较详细的介绍和比较，以期阅读者加深对该型锅 炉的理解。 本版教材主要依据安徽电力设计院、 哈尔滨锅炉厂有限责任公司及各辅机厂家提供的设计图纸、 制造及维护说明书编写而成。 本版教材为试运版。由于工程尚在施工，技术资料不全，部分设备的介绍是在参考同类型设备 及根据经验编写，因此，教材中难免存在遗漏和不足，有些内容可能与现场实际不符，在学习参考 时请大家及时提出修改、补充的意见，以使教材进一步完善。 本教材的编写在公司“培训教材编写领导小组”的关心和支持下得以顺利完成，编写过程中还 得到了各相关专业人员的大力协助，在此一并表示感谢。 编写：冯立海 黄松涛 审核：高维勇 审定：牟爱政 批准：彭国泉 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材系列 锅炉分册 目 录 第一章 绪论.................................................................................................................................................. 1 1.1 锅炉的分类 .......................................................................................................................................... 1 1.2 大型锅炉的总体布置及设计特点 .......................................................................................................... 1 1.3 电站锅炉技术的发展方向 .................................................................................................................... 3 1.4 超超临界锅炉技术简介 ........................................................................................................................ 5 1.4.1 超超临界技术发展现状 ....................................................................................................................... 5 1.4.2 超超临界锅炉的技术特点.................................................................................................................... 6 1.5 锅炉的安全及经济性指标 ......................................................................................................................11 1.5.1 锅炉运行的经济性指标 ......................................................................................................................11 1.5.2 锅炉运行的安全性指标 ..................................................................................................................... 12 第二章 我公司超超临界锅炉概述............................................................................................................ 14 2.1 锅炉设计规范 .................................................................................................................................... 14 2.1.1 锅炉型式............................................................................................................................................ 14 2.1.2 锅炉主要参数 ..................................................................................................................................... 14 2.2 锅炉总体简介 .................................................................................................................................... 23 2.2.1 锅炉整体布置图................................................................................................................................. 23 2.2.2 锅炉整体结构 .................................................................................................................................... 23 2.2.3 主要流程 .......................................................................................................................................... 25 2.2.4 锅炉主要技术特点.............................................................................................................................. 25 第三章 锅炉本体设备............................................................................................................................. 29 3.1 炉膛与水冷壁 .................................................................................................................................... 29 3.1.1 概述.................................................................................................................................................... 29 3.1.2 对水冷壁运行中主要参数的考虑 ...................................................................................................... 29 3.1.3 水冷壁的结构 .................................................................................................................................... 33 3.1.4 水冷壁系统流程................................................................................................................................. 37 3.2 燃烧设备................................................................................................................................................ 40 3.2.1 概述.................................................................................................................................................... 40 3.2.2 燃烧器的布置与结构.......................................................................................................................... 41 3.2.3 低 NOX PM 煤粉燃烧器原理.............................................................................................................. 47 3.2.4 墙式布置与四角布置燃烧器的比较 ................................................................................................... 49 3.2.5 MACT 燃烧技术简介............................................................................................................................ 50 3.3 过热器.................................................................................................................................................. 52 3.3.1 概述.................................................................................................................................................... 52 3.3.2 我公司锅炉过热器介绍 ..................................................................................................................... 56 3.3.3 过热器的温度调节和止晃措施.......................................................................................................... 59 3.4 再热器.................................................................................................................................................... 66 3.4.1 概述.................................................................................................................................................... 66 3.4.2 我公司再热器介绍............................................................................................................................. 66 3.4.3 再热汽温调节和管子止晃措施.......................................................................................................... 69 3.5 省煤器................................................................................................................................................ 72 3.5.1 概述.................................................................................................................................................... 72 3.5.2 我公司省煤器结构特点 ..................................................................................................................... 75 3.5.3 省煤器积灰与磨损............................................................................................................................. 76 3.6 启动系统............................................................................................................................................ 78 3.6.1 系统组成............................................................................................................................................ 78 3.6.2 主要部件和管道的用途 ..................................................................................................................... 79 3.6.3 启动系统的功能................................................................................................................................. 81 3.6.4 带循环泵的启动系统的优点.............................................................................................................. 82 3.6.5 启动系统的各种主要运行模式.......................................................................................................... 82 3.7 BCP 循环泵 ........................................................................................................................................... 86 3.7.1 BCP 循环泵设计参数.......................................................................................................................... 86 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材系列 锅炉分册 3.7.2 BCP 循环泵结构介绍.......................................................................................................................... 88 3.7.3 BCP 循环泵辅助系统及功能简介： .................................................................................................  3.7.4 BCP 循环泵的启动试转 ...................................................................................................................... 90 3.7.5 BCP 循环泵的正常启停 ...................................................................................................................... 93 3.7.6 清洗锅炉时的泵操作 ......................................................................................................................... 93 3.7.7 BCP 循环泵的紧急停止 ...................................................................................................................... 94 3.7.8 BCP 循环泵的联锁保护 ...................................................................................................................... 94 3.7.9 BCP 循环泵的异常及处理 .................................................................................................................. 95 3.8 安全阀................................................................................................................................................ 97 3.8.1 概述..................................................................................................................................................... 97 3.8.2 安全阀主要参数................................................................................................................................. 97 3.9 锅炉顶棚大包系统简介 ....................................................................................................................... 99 3.9.1 炉顶密封 .......................................................................................................................................... 99 3.9.2 包覆框架 ........................................................................................................................................ 100 3.10 吹灰系统和烟温探针 ....................................................................................................................... 100 3.10.1 综述.............................................................................................................................................. 100 3.10.2 吹灰器的运行............................................................................................................................... 100 3.10.3 吹灰器运行的注意事项................................................................................................................ 102 3.11 锅炉受压件材料介绍 ....................................................................................................................... 103 3.11.1 超超临界锅炉用新型 9～12%CR 铁素体耐热钢............................................................................ 103 3.11.2 新型的奥氏体耐热钢 ................................................................................................................... 104 第四章 风烟系统 .................................................................................................................................... 105 4.1 概述.................................................................................................................................................... 105 4.2 轴流风机介绍 .................................................................................................................................... 106 4.2.1 轴流风机和离心风机比较.............................................................................................................. 106 4.2.2 轴流风机的工作原理与分类............................................................................................................ 106 4.2.3 轴流风机的失速和喘振 ................................................................................................................. 108 4.3 我公司送风机与一次风机 ..................................................................................................................114 4.3.1 我公司送风机规范............................................................................................................................114 4.3.2 我公司一次风机规范 ......................................................................................................................118 4.3.3 送、一次风机的组成及结构.......................................................................................................... 120 4.3.4 送、一次风机的运行和维护.......................................................................................................... 121 4.3.5 风机常见的故障分析和处理.......................................................................................................... 124 4.4 引风机................................................................................................................................................ 126 4.4.1 引风机设计规范............................................................................................................................... 126 4.4.2 工作原理.......................................................................................................................................... 129 4.4.3 结构及技术特点............................................................................................................................... 130 4.4.4 引风机的运行和维护 ..................................................................................................................... 132 4.4.5 故障分析和处理............................................................................................................................... 133 4.5 空气预热器 ........................................................................................................................................ 135 4.5.1 概述.................................................................................................................................................. 135 4.5.2 我公司回转式空气预热器的结构 .................................................................................................... 136 4.5.3 我公司空气预热器主要技术参数 .................................................................................................. 141 4.5.4 空气预热器的漏风和密封。............................................................................................................ 142 4.5.5 空预器的吹灰与清洗 ....................................................................................................................... 145 4.5.6 空气预热器的运行与维护................................................................................................................ 146 4.5.7 空气预热器的低温腐蚀 ................................................................................................................... 149 第五章 制粉系统 .................................................................................................................................. 151 5.1 概述 ..................................................................................................................................................... 151 5.1.1 原煤与煤粉 .................................................................................................................................... 151 5.1.2 制粉系统分类 .................................................................................................................................. 160 5.1.3 我公司制粉系统配置 ....................................................................................................................... 1 5.2 电子称重式给煤机........................................................................................................................... 165 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材系列 锅炉分册 5.2.1 设备参数 ........................................................................................................................................ 165 5.2.3 给煤机控制与测量......................................................................................................................... 169 5.2.4 启动/停止控制方式说明 ................................................................................................................. 172 5.2.5 定期检查和保养............................................................................................................................... 172 5.3 磨煤机................................................................................................................................................ 175 5.3.1 设备规范： ...................................................................................................................................... 175 5.3.2 磨煤机组成部件............................................................................................................................. 179 5.3.3 工作原理.......................................................................................................................................... 179 5.3.4 工作流程和系统特点 ....................................................................................................................... 182 5.3.5 磨煤机运行 .................................................................................................................................... 183 5.3.6 磨煤机故障及处理........................................................................................................................... 185 5.3.7 磨煤机应避免的不正确操作.......................................................................................................... 191 5.3.8 磨煤机润滑系统............................................................................................................................. 192 5.4 制粉系统的运行调节和经济性.......................................................................................................... 192 5.4.1 运行调节 ........................................................................................................................................ 192 5.4.2 经济性............................................................................................................................................ 197 第六章 等离子点火............................................................................................................................... 198 6.1 概述.................................................................................................................................................... 198 6.1.1 等离子燃烧器的主要设计参数........................................................................................................ 198 6.1.2 等离子点火燃烧系统组成及配置方案............................................................................................. 198 6.2 等离子燃烧器的结构与工作原理 ...................................................................................................... 200 6.2.1 等离子燃烧器的结构 ....................................................................................................................... 200 6.2.2 等离子发生器及其工作原理.......................................................................................................... 201 6.3 等离子点火装置的电气系统.............................................................................................................. 202 6.3.1 电气一次系统的容量 ....................................................................................................................... 202 6.3.2 直流电源供电系统........................................................................................................................... 202 6.3.3 电气系统设备的布置及安装............................................................................................................ 203 6.4 辅助系统............................................................................................................................................ 203 6.5 等离子点火器的控制......................................................................................................................... 204 6.6 等离子点火系统的运行 ..................................................................................................................... 205 第七章 火焰检测系统........................................................................................................................... 208 7.1 概述.................................................................................................................................................... 208 7.2 FORNEY 公司 UNIFLAME IR 型火检的运行特点 .................................................................................... 209 7.3 火检装置的配置和安装 ..................................................................................................................... 209 7.3.1 FORNEY 公司火检的基本配置......................................................................................................... 209 7.3.2 火检装置组件及安装 ......................................................................................................................211 7.4 火检装置的工作原理......................................................................................................................... 213 7.5 火检冷却风系统................................................................................................................................. 215 第八章 锅炉整体水压试验....................................................................................................................... 217 第九章 压缩空气系统............................................................................................................................... 220 9.1 系统介绍.............................................................................................................................................. 220 9.1.1 概述................................................................................................................................................ 220 9.1.2 我公司压缩空气系统配置.............................................................................................................. 220 9.2 空气压缩机 ........................................................................................................................................ 220 9.2.1 设备概况 ........................................................................................................................................ 220 9.2.2 结构、部件及工作原理 ................................................................................................................. 221 9.2.3 运行控制 ........................................................................................................................................ 228 9.2.4 调试与维护 .................................................................................................................................... 229 9.3 空气净化装置及后处理设备.............................................................................................................. 232 9.4 压缩空气储气罐................................................................................................................................. 235 第十章 燃油系统 ...................................................................................................................................... 237 10.1 概述.................................................................................................................................................. 237 10.2 我公司燃油系统介绍 ....................................................................................................................... 238 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材系列 锅炉分册 10.2.1 油质资料 ...................................................................................................................................... 238 10.2.2 系统组成及流程........................................................................................................................... 238 10.2.3 系统设备介绍................................................................................................................................. 238 10.3 燃油系统运行 .................................................................................................................................. 241 10.3.1 油泄漏试验 .................................................................................................................................. 242 10.3.2 油投运与切除........................................................................................................................... 242 10.3.3 油运行应注意： ....................................................................................................................... 242 10.4 故障分析和处理............................................................................................................................... 243 第十一章 锅炉的化学清洗....................................................................................................................... 244 第十二章 锅炉吹管............................................................................................................................... 249 第十三章 锅炉及辅机运行注意事项及要点 ............................................................................................ 255 13.1 启动过程中的几个关键问题............................................................................................................ 255 13.1.1 锅炉的水冲洗............................................................................................................................... 255 13.1.2 汽水膨胀问题及其控制................................................................................................................ 255 13.1.3 干湿态和湿干态切换 ................................................................................................................... 256 13.2 注意事项及要点............................................................................................................................... 258 第十四章 锅炉的运行特性与调节............................................................................................................ 265 14.1 超临界压力锅炉水冷壁系统特性 .................................................................................................... 265 14.1.1 超临界压力水蒸气的比容、比热和焓............................................................................................ 265 14.1.2 超临界压力下的水动力特性........................................................................................................ 269 14.1.3 超临界压力下的传热特性............................................................................................................ 271 14.2 超临界压力下的汽水工况................................................................................................................ 276 14.2.1 盐类的溶解和沉积 ....................................................................................................................... 276 14.2.2 盐类的沉积区域........................................................................................................................... 277 14.2.3 直流锅炉的给水标准 ................................................................................................................... 277 14.3 直流锅炉的运行特性 ....................................................................................................................... 279 14.3.1 静态特性 ...................................................................................................................................... 279 14.3.2 动态特性 ...................................................................................................................................... 283 14.4 直流锅炉运行参数的监督与调节 .................................................................................................... 285 14.4.1 蒸汽压力的调节........................................................................................................................... 285 14.4.2 蒸汽温度的调节........................................................................................................................... 285 14.5 燃烧调节.......................................................................................................................................... 295 14.5.1 燃烧调节的控制数值 ................................................................................................................... 295 14.5.2 负荷变化时的燃烧调整................................................................................................................ 296 14.5.3 燃烧器运行方式........................................................................................................................... 296 14.5.4 送风量的调节................................................................................................................................. 296 14.5.5 炉膛负压的控制和引风调节.......................................................................................................... 297 14.5.6 我公司锅炉喷燃器二次风的控制 .............................................................................................. 297 第十五章 启动锅炉 ................................................................................................................................ 304 15.1 锅炉规范.......................................................................................................................................... 304 15.2 锅炉结构.......................................................................................................................................... 306 15.3 烘炉煮炉与严密性试验 ................................................................................................................... 308 15.4 锅炉运行.......................................................................................................................................... 310 15.5 锅炉的停炉和保养............................................................................................................................311 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 第一章 1.1 锅炉的分类 绪论 锅炉的分类可以按循环方式、燃烧方式、排渣方式、运行方式以及燃料、蒸汽参数、炉型、通 风方式等进行分类，其中按循环方式和蒸汽参数的分类最为常见。 1.1.1 按循环方式分类 锅炉按照循环方式可分为自然循环锅炉、控制循环锅炉和直流锅炉。 1.1.1.1 自然循环锅炉：给水经给水泵升压后进入省煤器，受热后进入蒸发系统。蒸发系统包括汽 包、不受热的下降管、受热的水冷壁以及相应的联箱等。当给水在水冷壁中受热时，部分水会变为 蒸汽，所以水冷壁中的工质为汽水混合物，而在不受热的下降管中工质则全部为水。由于水的密度 要大于汽水混合物的密度，所以在下降管和水冷壁之间就会产生压力差，在这种压力差的推动下， 给水和汽水混合物在蒸发系统中循环流动。这种循环流动是由于水冷壁的受热而形成，没有借助其 他的能量消耗，所以称为自然循环。在自然循环中，每千克水每循环一次只有一部分转变为蒸汽， 或者说每千克水要循环几次才能完全汽化，循环水量大于生成的蒸汽量。单位时间内的循环水量同 生成蒸汽量之比称为循环倍率。自然循环锅炉的循环倍率约为 4～30。 1.1.1.2 控制循环锅炉：在循环回路中加装循环水泵，就可以增加工质的流动推动力，形成控制循 环锅炉。在控制循环锅炉中，循环流动压头要比自然循环时增强很多，可以比较自由地布置水冷壁 蒸发面，蒸发面可以垂直布置也可以水平布置，其中的汽水混合物即可以向上也可以向下流动，所 以可以更好地适应锅炉结构的要求。控制循环锅炉的循环倍率约为 3～10。 自然循环锅炉和控制循环锅炉的共同特点是都有汽包。汽包将省煤器、蒸发部分和过热器分隔 开，并使蒸发部分形成密闭的循环回路。汽包内的大容积能保证汽和水的良好分离。但是汽包锅炉 只适用于临界压力以下的锅炉。 1.1.1.3 直流锅炉：直流锅炉没有汽包，工质一次通过蒸发部分，即循环倍率为 1。直流锅炉的另一 特点是在省煤器、蒸发部分和过热器之间没有固定不变的分界点，水在受热蒸发面中全部转变为蒸 汽，沿工质整个行程的流动阻力均由给水泵来克服。如果在直流锅炉的启动回路中加入循环泵，则 可以形成复合循环锅炉。即在低负荷或者本生负荷以下运行时，由于经过蒸发面的工质不能全部转 变为蒸汽，所以在锅炉的汽水分离器中会有饱和水分离出来，分离出来的水经过循环泵再输送至省 煤器的入口，这时流经蒸发部分的工质流量超过流出的蒸汽量，即循环倍率大于 1。当锅炉负荷超 过本生点以上或在高负荷运行时，由蒸发部分出来的是微过热蒸汽，这时循环泵停运，锅炉按照纯 直流方式工作。 1.1.2 按蒸汽参数分类 锅炉按照蒸汽参数分为低压锅炉（出口蒸汽压力≤2.45MPa，下同，、中压锅炉（2.94～4.90 ） MPa） 、高压锅炉（7.8～10.8 MPa） 、超高压锅炉（11.8～14.7 MPa） 、亚临界压力锅炉（15.7～19.6 MPa） 、超临界压力锅炉（>22.1 MPa）和超超临界压力锅炉（主汽压>27 MPa 或主再热汽温在 580℃ 以上） 。 1.2 大型锅炉的总体布置及设计特点 1 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 锅炉本体的布置型式是指锅炉炉膛和炉膛中的辐射受热面与对流烟道和其中的各种对流受热面 之间的相互关系及相对位置，锅炉本体的布置型式既与锅炉的容量、参数有关，又与锅炉所用的燃 料性质以及钢材、地皮相对价格有关。由于具体条件不同，会有许多不同的布置型式。 1.2.1 本体布置型式及特点 大型锅炉常见的本体布置型式有以下几种： 1.2.1.1 ∏形布置 在燃用煤粉的自然循环锅炉、强制循环锅炉和直流锅炉中，广泛采用这种布置型式。它是用 炉膛组成上升烟道，用对流烟道组成水平烟道和垂直下降烟道的锅炉布置型式，如图1-2-1(a)所 示。 (a)∏形布置；(b)无水平烟道∏形；(c)双折焰角∏形；(d)箱形布置 (e)塔形布置；(f)半塔形布置图1-2-1 锅炉布置型式 ∏形布置的主要优点是： （1）锅炉的排烟口在下部，因此，转动机械和笨重设备，如送风机，引风机及除尘器都可布 置在地面上，可以减轻厂房和锅炉构架的负载。 （2）锅炉及厂房的高度较低。 （3）在水平烟道中可以采用支吊方式比较简单的悬吊式受热面。 （4）在尾部垂直下降烟道中，受热面易布置成逆流传热方式，强化对流传热。 （5）下降烟道中，气流向下流动，吹灰容易并有自吹灰作用。 （6）尾部受热面检修方便。 （7）锅炉本身以及锅炉和汽轮机之间的连接管道都不太长。 但这种型式也有缺点，主要有： （1）占地面积大。 （2）由于有水平烟道，使锅炉构架复杂，而且不能充分利用其所有空间来布置受热面。 （3）由于有水平烟道，烟气在炉内流动要经两次转弯，造成烟气在炉内的速度场、温度场和 飞灰浓度场不均匀，影响传热效果，并导致对流受热面局部飞灰磨损严重。 （4）由于锅炉高度低，又要求下降烟道与锅炉高度基本相近，因而在大容量锅炉中，在尾部 烟道中要布置足够的尾部受热面便有困难，特别是在燃用低发热值的劣质煤时更显得突出。 1.2.1.2 Γ形布置 2 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 Γ形布置实质上是∏形布置的一种改进，这种布置如图1-2-1（b）所示，Γ形布置只是取消 了∏形布置中的水平烟道，其他则大致相同。因此，它保留了∏形布置的许多优点，布置紧凑， 可以节省钢材，而且占地面积小；但尾部受热内的检修不方便。大容量锅炉如果采用管式空气预 热器时，因为不便支吊，而且尾部烟道高度不够，就不宜采用这种布置。如果采用回转式空气预 热器时，则采用这种布置型式比较适宜。 双折焰角∏形，如图1-2-1(c)所示，目的是改善烟气在水平烟道的流动情况，利用转弯烟室 的空间，在水平烟道部分布置更多的受热面。 如果要采用管式空气预热器，为解决尾部烟道内布置不下的困难，也可将尾部烟道对称地分 成左右两个，形成T形布置。 1.2.1.3 塔形布置 图l-2-1(e）为塔形布置方案，下部为炉膛，对流烟道就布置在炉膛上方，锅炉本体形成一个 塔形，它的优点如下： （1）占地面积小。 （2）取消了不宜布置受热面的转弯室，烟气流动方向一直向上不变，可以大大减轻对流受热 面的局部磨损，因此，对燃用多灰分燃料特别有利。 （3）锅炉本身有自身通风作用，烟气流动阻力也较小。 （4）对流受热面可以全部水平布置，易于疏水。 但这种方案也有如下缺点： （l）锅炉本体高度很高，过热器、省煤器、再热器等对流受热面都布置在很高的位置，连接 的汽水管道较长。 （2）空气预热器、送风机、引风机及除尘器等笨重设备都布置在锅炉顶部，加重了锅炉构架 和厂房的负载，因而使造价增大。 （3）安装及检修均较复杂。 因我国具体情况，常不采用这种方案，但在燃用灰分很多的固体燃料时，也有采用这种布置 的。 为了减轻转动机械及笨重设备施加给锅炉构架的负载，便把空气预热器、送风机、引风机、 除尘器及烟囱等都布置在地面，形成半塔形布置，如图1-2-1(f)所示。 1.2.1.4 箱形布置 箱形布置， 其下部为炉膛， 上部分隔成两个串联的对流烟道， 形成一个箱形的结构， 如图l-2-1(d） 所示。 箱形布置主要用于燃油或燃气锅炉，因为炉膛容积可以相对减少，又可节省或简化凝渣管束。 1.3 电站锅炉技术的发展方向 1.3.1 设计超临界压力机组 1980 年由美国电力研究所 （EPRI） 召开的有关各种蒸汽参数机组经济性的讨论会上， （ABB） BBC 公司提出采用 3lMPa、566／566℃这一档参数的机组为最经济；CE 公司提出 31MPa、583／552／566 3 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 ℃这一档参数机组的发电成本为最低廉， 并且将进一步发展参数为 31MPa、 566／579／593℃的机组， 以期望提高 2％的热效率。 日本电源开发公司超临界压力机组参数的发展目标是：1)31MPa、566／566／566℃；2)3lMPa、 1／593／593℃；3)34.5MPa、9／593／593℃。最终目标是期望比现有的超临界压力机组 （24.11MPa、538／538℃）的热效率提高 6％～7％。 德国在 1979 年至 1981 年 （联邦德国） 间曾对超临界参数进行了研究， 对燃煤机组采用 29.MPa、 600℃（一级参数），二级再热；34.MPa、630℃（一级参数），二级再热；34.MPa、650℃（一 级参数），二级再热的 1000MW 机组制造可行性进行讨论，结论是从锅炉方面来看，采用 29.MPa、 600℃的 750～1000MW 机组，在现有条件下是完全可以实现的，但是受到中间负荷、调峰运行条件的 ， 给发展这档机组带来了不利。 为此， 德国的煤价即便高于美国， 1981 年投运的 Berg Kamen 在 电站 B 的 780MW 机组仍采用 24.4MPa、540／540℃的参数等级。 发展超临界压力机组必须使用高强度材料，以防管子厚度过分地增加。在防止高温腐蚀方面， 应考虑金属壁温、烟气温度以及在具有腐蚀性元素的烟气中的受热面布置方式。同时也有必要考虑 采用表面经过防蚀处理的金属管材或具有防蚀性强的外层管的双层套管结构。 目前日本钢管公司为发展超临界参数机组，正在研究新的高强度耐热钢种，此钢种可用于温度 为 650℃的过热蒸汽，许用应力达到 5．7MPa，比现有的 304HTB、32lHTB、347HTB 的强度还高。 1.3.2 发展变压运行机组，提高负荷适应性 （1）德国斯坦因缨勒公司，美国巴威公司、福斯特惠勒公司，日本的日立公司、石川岛播 磨公司都相继发展了螺旋形管圈直流炉炉型， 管圈自炉膛底部沿炉膛四周盘旋上升至炉膛折焰角处， 炉膛上部管屏改变为垂直上升管屏，以利于管子穿墙及悬吊结构的布置。螺旋管圈除进出口联箱外， 中间不设置混合联箱。 （2）日本三菱公司在美国燃烧工程公司及苏尔寿公司的参与之下，研究超临界压力垂直管圈 变压运行机组的开发工作，在锅炉机组设计上采取了下列措施： a． 采用内螺纹管以防止工质偏离核态沸腾点； b． 加装水冷壁节流圈以防上炉膛四角和中心部位管子的吸热偏差； c． 在烟道内布置蒸发器以保证水冷壁出口工质即使在 25％负荷下也能在湿蒸汽范围内。 （3）美国燃烧工程公司和三菱公司在其辅助循环锅炉的基础上新设计了“CC＋”型的低倍率 循环锅炉。主要措施是采用内螺纹管，使循环倍率降低到 2.67。由于循环倍率的降低，使辅助循环 泵的功率消耗下降，这部分的得益完全可以补偿因采用内螺纹管而引起的成本增加。“CC＋”型低 倍率循环锅炉可以适应变压运行的需要。 （4）美国福斯特惠勒公司以及日本石川岛播磨公司在其传统的多次上升—下降直流锅炉上， 加装内置式分离器及变更旁路系统，可使过热器之后作变压运行。 （5）新设计的自然循环锅炉上采用内螺纹管以防止运行中工质偏离核态沸腾点以及增加机组 的可靠性，进一步在一级过热器之前装设一旁路系统，以便在启动及低负荷运行时将过多的蒸汽引 入到凝汽器去，使过热蒸汽温度与汽机金属温度有良好的匹配，并用饱和蒸汽调节汽温，保证锅炉 4 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 可以快速启停和变负荷运行。 1.3.3 改进炉内燃烧 由于动力用煤品质的不断下降，锅炉不但要能燃用各种劣质煤，而且要考虑防止因燃用劣质煤 带来的不利影响（结渣、积灰、磨损、环境污染等）。各公司普遍重视煤质（包括灰成分）的研究， 并在新一代燃煤机组设计中作出相应的考虑。 另一方面，为满足日益严重的环境保护方面的要求，各锅炉制造公司都从燃烧系统的设计上考 虑了抑制和减少 NOx 生成的措施，基本方法是：1）采用多个小容量燃烧器以扩大燃烧区范围，降低 炉内温度水平；2）采用低 NOx 燃烧器；3）采用两级燃烧；4）采用烟气再循环。 1.4 超超临界锅炉技术简介 1.4.1 超超临界技术发展现状 国际上通常把主汽压力在 27Mpa 以上或主蒸汽温度、再热蒸汽温度在 580℃及其以上机组定义 为超超临界 （ultra supercritical） 机组， 通常也称为高效超临界 （high efficiency supercritical） 机组或先进的超临界（advanced supercritical）机组。之所以这样定义是因为这个参数是锅炉、 汽轮机能够使用现代超临界机组用钢，超过这个参数高温高压部件就必须采用改进或新开发的耐热 钢种。 近 10 年来高效超临界技术在日本和欧洲得到迅速发展，投运的超超临界机组取得了良好的运 行业绩，经济性、可靠性和灵活性得到认可，代表了当代火力发电技术的先进水平，因而极大的增 强了各国发展更先进的超超临界技术的信心。 在已投运的超超临界机组中，单机容量除了丹麦的 3 台为 400MW 等级以外，其余都在 700－ 1000MW 之间。由于容量的进一步增大受到螺旋管圈水冷壁吊挂结构复杂化和管带过宽热偏差增大的 。因此，1000MW 被认为是螺旋管圈水冷壁单炉膛锅炉容量的上限。 单机容量的进一步增大还受到汽轮机的。近 30 年来，汽轮机单机功率增长缓慢，目前世 界上投运的单轴最大功率汽轮机仍然是原苏联лмз制造的 1200MW 汽轮机。 双轴最大功率汽轮机是 瑞士 BBC 制造的 1300MW 汽轮机。蒸汽参数最高的百万千瓦级大功率汽轮机是日本东芝公司生产的 25MPa/600℃/610℃的 1050MW 汽轮机。 尽管从技术上来讲进一步增大单机容量并非不可能，但从用户的角度来看，担心容量增大带来 可用率降低，以及对火电机组机动性的要求等因素，所以至今没有出现超过百万千瓦容量等级机组 的市场需求。 日本最初投运的两套超超临界机组，由于受当时耐热钢材料的，只是提高主蒸汽压力而未 提高其温度。同时，由于主蒸汽压力和温度不匹配，故采用两次再热以避免汽轮机末级蒸汽湿度过 高。两次再热虽是成熟的技术，但系统复杂，设计难度增大。31.0MPa，566℃两次再热机组制造成 本显著提高，缺乏市场竞争力。所以，近年来日本各公司都转为生产 24.1～25Mpa，593～610℃超 超临界机组，其热效率仅比 31.0MPa，566℃两次再热低 0.5%，制造成本则大大降低。 欧洲超超临界机组也大致经历了这一过程。丹麦 90 年代末投运的 2 台超超临界机组，采用了 29MPa，580℃的蒸汽参数，两次再热。而欧洲在建中的超超临界机组也都改为采用一次再热。与日 5 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 本不同的是主汽压力和温度都进一步提高(27MPa，580℃/600℃)，其性能价格比要优于 29MPa，580 ℃两次再热机组。 应该说，现已建成的超超临界机组尚属过渡型，随着材料技术的发展，各国计划在未来 10－20 年间将开发蒸汽初参数更高的两次再热超超临界机组，并正在付诸实施，其热效率可达 50～55%。 1.4.2 超超临界锅炉的技术特点 1.4.2.1 水冷壁管圈型式 传统的观念认为只有螺旋管圈水冷壁（如图 1-4-1），才能满足全炉膛变压运行的要求，目前 除日本三菱公司之外的高效超临界机组锅炉都仍然采用下炉膛螺旋管圈，上炉膛垂直管屏的传统设 计。这种水冷壁系统对于光管水冷壁为了获得足够的冷却能力是十分必要的。其优点是：可以采用 较大口径的光管水冷壁管；可以有效地补偿沿炉膛周界上的热偏差；不需要根据热负荷分布进行平 行管系中复杂的流量分配；在低负荷下仍能保持平行管系流动的稳定性。 螺旋管圈水冷壁的缺点是显而易见的， 结构复杂、 流动阻力大和现场安装工作量大， 如图 1-4-3。 日本三菱公司在亚临界控制循环锅炉设计制造经验基础上，开发出了一次上升垂直管圈水冷壁变压 运行超超临界锅炉。其特点是采用内螺纹管来防止变压运行至亚临界区域时，下炉膛高热负荷区域 发生膜态沸腾和在水冷壁管入口处设置节流圈使其管内流量与它的吸热相适应，如图 1-4-2 所示。 图1-4-1螺旋管圈水冷壁（光管） 图1-4-2 垂直管圈水冷壁（内螺纹） 垂直管圈的优点是结构简单，便于吊挂，厂内组装率高，工地焊接工作量小，如图 1-4-4。此 外系统水阻力小，给水泵的功耗降低。它的缺点是水冷壁管径细，热敏感性强。因此对运行控制的 要求高，对煤种变化的适应性较差。 直流锅炉垂直管水冷壁设计的发展趋势是采用较低的质量流速，呈现出强制—自然循环特性。 即在高负荷下呈强制循环特性，低负荷下呈现一定的自然循环特性。这样可以采用较粗的管径。既 提高了水冷壁的刚性，又降低了热敏感性和流动阻力。 6 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 图1-4-3 螺旋管圈水冷壁结构 图1-4-4 垂直管圈水冷壁结构 1.4.2.2 承压部件材质的选择 解决高温承压部件的材质问题是开发高效超临界锅炉的关键技术，对其性能的要求是：高温热 强度高，抗高温烟气和汽水的氧化腐蚀，良好的焊接和加工性能。由于制造，特别是安装的要求， 锅 炉 水冷 壁必 须 是无 需焊 后热 处 理的 材料 制成 。现 代 超临 界锅 炉 水冷 壁通 常采 用 的钢 种为 T12/13CrMo44。这种材料就水冷壁而言，最高许用温度 460－470℃。对于超超临界锅炉，当主汽参 数为 28MPa/580℃/580℃时，水冷壁采用这种材料还是可行的。 低合金 Cr-Mo 钢的最大不足是其高温蠕变断裂强度低，随着参数的提高管壁厚度增加，提高了 7 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 成本和工艺复杂性，也降低了运行灵活性。日本新研制的 HCM2S 钢不仅具有优于常规低铬铁素体钢 的高温蠕变强度，而且具有优于 2.25Cr-1Mo 的可焊性，也不需要焊前预热和焊后热处理。HCM2S 已 获得 ASME 规范认可，列为 SA213-T23，可替代 T12 用于更高的蒸汽参数。 对于过热器、再热器出口集箱及其连接管道，当前所用的 P22/X20CrMoV121，其极限许用温度 略高于 550℃。若采用改善的 9%Cr 钢 P91 做集箱，其极限许用温度可超过 580℃。用 P91 替代 P22， 尽管其焊接性能不及 P22，但壁厚可减薄 50%以上，经济效益十分可观。 在集箱领域中，对 P91 的进一步改进，新一代 9%－12%Cr 系钢按其高温蠕变，断裂强度已经进 入奥氏体钢的温度范围。 600℃的汽温条件下， 在 其壁厚可比 P91 减薄 40%， E911， 如 NF616 和 HCM12A 等。 对于过热器、 再热器管束， 600 ℃/600 ℃的汽温条件下， 在 其最高管壁温度达到 650－670 ℃， 因此选用奥氏体是十分必要的，如 TP347H，TP347HFG，Super304H 等。甚至部分高温段采用 20-25Cr 系的奥氏体钢，如 HR3C，NF709,Tempaloy A-3。这种材料给予足够的蠕变断裂强度，且由于含 Cr 高还能很好地抗高温腐蚀。奥氏体钢在受到热疲劳时易出问题，但用于管束，由于口径小管壁薄， 产生热疲劳的可能性不大。 1.4.2.3 直流锅炉调温方式 直流锅炉没有锅筒，蒸发与过热受热面之间无固定的分界线，因此在汽温的调节与蒸发量、汽 压具有相关性。直流锅炉的蓄热能力小，运行工况变化时，蒸汽参数变化快，很敏感，因此增加了 汽温控制的难度。超超临界锅炉，过热吸热量的份额增大，气温高，因此对汽温的控制提出了更高 的要求。 (1) 过热汽温的控制 直流锅炉的给水量等于蒸发量，因此只要保持燃料量与给水量的比值一定，则过热蒸汽的焓值 不变，所以直流锅炉过热汽温的调整主要通过调节煤水比来实现，但是实际上要保证煤水比不变并 不容易，因此还必须用喷水做精确调整。在运行工况变化时首先调整煤水比，再加喷水微调，将过 热汽温稳定控制在允许变化范围内。 (2) 再热汽温的控制 再热汽温的控制比过热汽温控制的难度更大，一方面由于再热蒸汽压力低，蒸汽比热小，因此 在同样的热偏差下，再热汽温的偏差要比过热汽温的偏差大。另一方面，再热器的运行工况不仅受 锅炉运行工况的影响，还与汽机工况有关。 再热汽温的控制手段很多，如摆动式燃烧器，烟气再循环，烟道挡板，三流体换热器和再热器 喷水等。以往各个锅炉制造商采用各自特色的调温方式，现在则互相通用，同时采用多种调温手段， 不仅取决于受热面的布置方式，还往往取决于业主的意愿。 众所周知，再热器喷水会影响机组的经济性，因此通常作为事故喷水使用。Alstom 公司采用摆 动式燃烧器作为再热气温的主调节手段，喷水作为辅助手段，喷水量控制在 2%ECR 以内。为了提高 系统效率，最近 Alstom 公司开发出一种三流体换热器来替代再热器喷水，它是布置在烟道内的套管 换热器，内管为过热蒸汽，套管环形通道内为再热蒸汽，套管外则为烟气。 8 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 摆动式燃烧器只有对辐射特性较强的再热器调温效果较好。三菱公司亚临界汽包炉采用带壁式 和屏式再热器的设计，传统采用摆动燃烧器调节再热气温。但超临界和超超临界直流锅炉取消了壁 式再热器，低温再热器布置到尾部烟道入口处，再热器对流特性增强，因此三菱公司把烟道挡板和 烟气再循环两个手段都用上了。 烟气再循环是日立公司通常采用的再热汽温调节手段。现在是烟气再循环和烟道挡板合用。烟 气再循环的作用更多的是控制炉膛吸热量和抑制 NOX 的生成，主要由烟道挡板来调节再热汽温。 1.4.2.4 直流锅炉启动系统 锅炉启动系统是直流锅炉特有的辅助系统，其主要功能是：在锅炉启动、停炉和最低直流负荷 以下运行期间避免过热器进水，为水冷壁的安全运行提供足够高的工质重量流速和尽可能回收工质 及其所含的热量，使启动更容易。 直流锅炉启动系统由汽水分离系统和热量回收系统两部分组成。现代变压运行超临界直流锅炉 毫无例外地都采用内置式分离器启动系统。所谓内置式，系指自锅炉点火至正常运行期间，分离器 始终接入汽水系统。在最低直流负荷以下，分离器呈湿态运行，在最低直流负荷以上转为干态运行， 此时汽水分离器仅作为蒸汽通道使用。 作为内置式分离器启动系统，依据疏水能量回收方式的不同，可以分成：大气扩容器、启动疏 水热交换器和再循环泵方式三种。三种启动系统各有优点：大气扩容器式系统简单，投资小，但能 量回收较差，如图 1-4-5 所示；启动疏水热交换器(如图 1-4-6)和再循环泵方式(如图 1-4-7)，系统 较复杂，投资大，但能量回收较好。 图1-4-5 大气扩容式启动系统 9 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 图1-4-6 带疏水热交换器的启动系统 图 1-4-7 带循环泵的启动系统 10 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 在国外，由于燃煤火力发电机组通常作为调峰运行，频繁启停，因此重视启动的经济性，所以 几乎没有采用大气扩容器式启动系统。欧洲通常采用带疏水热交换器的启动系统，而日本则采用带 再循环泵的启动系统。 1.4.2.5 超超临界锅炉的环保技术 锅炉环保技术原则上与参数和容量无关，但是由于发达国家都颁布了极为严格的环保法规，所 以现代高效超临界机组除了原有的除尘装置外，还都采用低 NOX 燃烧技术和配置排烟脱硝、脱硫装 置。 超超临界锅炉提高了循环效率，降低了燃料的消耗，因而减少了温室气体 CO2 和其它有害物质 的排放。有关粉尘的排放，电气除尘或袋式除尘基本满足了法规的要求。 为了降低 NOX 的排放，各锅炉制造商都开发出各自的低 NOX 燃烧技术，如三菱公司改进的 MACT 法，日立公司的 IFNR 法，石川岛播磨公司的 INPACT 法，其基本原理都是一样的，即： 通过降低过量空气系数，采用两级燃烧，烟气再循环等措施造成燃烧器出口处的低温缺氧环境 来抑制 NOX 的生成。 通过改进燃烧器结构，形成浓、淡两股煤粉气流，改善燃料和空气的扩散混合，缩短燃烧气体 在高温区域的滞留时间，以抑制 NOX 的生成。 低 NOX 燃烧技术可将锅炉出口烟气中的 NOX 含量降低到 200～400mg/NM3,但这还不能满足发达 国家严格的法规要求。因此国外的超超临界机组都设置排烟脱硝装置，采用最多的主流方法是选择 性催化还原法（SCR），其特征是在触媒上使 NOX 有选择的与氨进行反应，使之还原为 N2 和 H2O。 目前，实际应用中的烟气脱硫技术多种多样，其中湿法烟气脱硫的效率最高，可脱除燃煤产生 SO2 的 95%以上，但投资费用昂贵，约占燃煤电站总投资的 12%－15%，运行费用也较贵。除此之外， 国际上应用较为成熟的烟气脱硫技术还有：炉内喷钙尾部增湿活化，排烟循环流化床脱硫技术，喷 雾半干法脱硫技术等。 1.5 锅炉的安全及经济性指标 1.5.1 锅炉运行的经济性指标 锅炉运行的经济性用锅炉的热效率和净效率来表示。锅炉热效率是指锅炉有效利用热与单位时 间内所消耗燃料的输入热量的百分比，它可用正平衡热效率或反平衡热效率来表示： 正平衡热效率 η gl = Q1 Qr 100 = q1, ,％ (1－1) 反平衡热效率 η gl = 100 ( q 2 + q 3 + q 4 + q 5 + q 6 ) ，％ （1－2） 式中：Qr 为输入热量，即随每公斤固、液体燃料或每标准立方米气体燃料输入锅炉的总热量， 包括燃料的收到基低位发热值和物理显热，以及用外来热源加热燃料或空气时所带入的热量，kJ／ kg；Q1 为锅炉有效利用热，即单位时间内工质在锅炉中所吸收的热量，包括水、蒸汽所吸收的热量 以及排污水和自用蒸汽所消耗的热量，kJ／kg；q1 为有效利用热占单位时间内所消耗燃料的输入热 量的百分比，即是锅炉的热效率，％；q2 为排烟热损失，％；q3 为气体未完全燃烧热损失，％；q4 为固体未完全燃烧热损失，％；q5 为散热损失，％；q6 为其他热损失，包括炉渣显热损失和冷却热 11 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 损失，％。 由上述公式（1－1）、（1 一 2）所求得的锅炉热效率即是毛效率，其物理意义是输入热量中 转换给工质的百分比，它反映了燃烧和传热过程的完善程度，亦反映了锅炉设计和运行的优劣。 但从蒸汽的角度考虑，因为：①只有供出蒸汽才是锅炉的有效产品，自用蒸汽及排污水的吸热 量并不向外供出，而是自身消耗或损失掉了。②为了使锅炉能正常运行、产生蒸汽，除使用燃料外， 还要消耗电力用于供煤，制粉以及供水，通风，除灰、除尘等过程的需要，此外，还需要其他的耗 能工质（如自来水、压缩空气等）供日常生产使用也即还需要生产这些耗能工质的能量消耗（一般 也是电力）。因此，锅炉运行的经济指标，除锅炉热效率外，还有一个锅炉净效率。 锅炉净效率是指扣除了锅炉机组运行时的自用能量消耗（热耗和电耗）以后的锅炉效率。火力 发电厂锅炉净效率ηj 可用下式计算： ηj = Q1 Qq Q p Qr (1－3) 式中：Q1 为锅炉有效利用热，kJ／kg；Qq 为锅炉机组自身需要的热量，kJ／kg；Qp 为用于锅 炉机组自身电耗对应的热量，kJ／kg； Qr 为输入热量，kJ／kg。 一台锅炉机组运行时自身需用的热耗有：吹灰和除渣用的热耗、锅炉排污水的热损失热耗、燃 用液体燃料时的热耗，以及重油加热及雾化的热耗等。 而用于锅炉机组自身电耗方面，则要考虑送风机、引风机、排粉风机、一次风机、给粉机、原 煤给煤机、磨煤机以及电除尘器等的电耗。对于单元机组，还要计入给水泵的电耗（不仅是主给水 泵，还包括增压泵），而非单元机组给水泵的电耗可接与锅炉给水量成正比计算。此外，在计算锅 炉净效率时，还要考虑锅炉车间自身电耗，而这部分电耗则是锅炉车间内所有运行锅炉共同均分的。 这方面需要计算油系统、水处理系统、燃料输送和处理系统和锅炉车间办公室的取暖设备、照明设 备及淋浴设备所消耗的热能和电能等。 锅炉机组的自用电耗 Qp 可用下式计算： Qp=29270（b/B）∑p， kJ／kg （l－4） 式中：29270 为标准燃料的发热值，kJ／kg；b 为电厂发电煤耗（标准煤耗），kg／（kWh）； ∑p 为锅炉自身总电耗，kW。B 为燃料消耗量，kg／h； 原苏联 800MW 机组全国平均煤耗率由 1970 年的 350．6g／（kWh）降到 1980 年的 327．3g ／（kWh）。 美国 16．56MPa，538／538℃级机组平均煤耗率为 354g／（kWh），24MPa 级 538／550／565 ℃机组平均煤耗率为 337g／（kWh）。 1.5.2 锅炉运行的安全性指标 锅炉运行时的安全性指标不能进行专门的测量，而用下列三个间接指标来衡量： 1.5.2.1 锅炉连续运行小时数 锅炉连续运行小时数是指两次被迫停炉进行检修之间的运行小时数，国内一般大、中型电站锅 炉的平均连续运行小时数在 4000h 以上，而大型电站锅炉则应在 7000h 左右。 12 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 1.5.2.2 锅炉的可用率 锅炉可用率是指在统计期间内，锅炉总运行小时数及总备用小时数之和与该期间总时数的百分 比，即 可用率＝ 总运行小时数＋总备用 小时时 × 100％ 统计期间总小时数 (1－5) 1.5.2.3 锅炉事故率 锅炉事故率是指在统计期间内，锅炉总事故停炉小时数与总运行小时数、总事故停炉小时数之 和的百分比．即 事故率 = 总事故停炉小时数 ×100 总运行小时数＋总事故停炉小时数 （1－6） 锅炉的可用率和事故率可按一个适当长的周期来计算，我国火力发电厂锅炉通常以一年为一个 统计周期。电站机组锅炉的可靠性是机组的主要技术经济指标之一，因为大型机组锅炉能够安全满 发就是最大的经济性。目前，国内一般比较好的指标是：可用率约为 90％，事故率约为 1％。有人 认为采用超临界压力机组的可靠性要低于亚临界压力机组，而目前的统计数据表明超临界压力机组 和亚临界压力机组一样具有较高的可靠性，大容量超临界压力机组的事故停机率低于 1％。例如鹿 岛电厂 6 号机组（超临界压力）1980～1983 年共停机 14 次，松岛电厂两台 500MW 机组 1981 年投运 至 1984 年的 7 次停机事故中，均未发生因超临界压力引起的事故。 原苏联按 1980 年的统计，800MW 机组的可用率为 79.7%。 美国 CE 公司 7 台 575～750MW 机组，1979 年统计平均运行可用率为 87.6％，强迫停运率为 3.4 ％。 美国 200～1000MW 机组的大修间隔年限为 4～6 年， 小修间隔为 1.l～1.5 年， 原苏联 150～300MW 机组的大修间隔周期是 3～4.3 年。 1.5.2.4 负荷适应性 各国 600MW 级机组大多都能承担一部分中间负荷运行， 当锅炉负荷在 60％～100%甚至更大范围 内，基本上都能保持全燃煤运行，且能保证蒸汽温度在额定值。 13 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 第二章 2.1 锅炉设计规范 2.1.1 锅炉型式 我公司超超临界锅炉概述 我公司锅炉为超超临界参数变压直流炉、一次再热、平衡通风、半露天布置、固态排渣、全钢 构架、全悬吊结构∏型锅炉。由哈尔滨锅炉厂有限责任公司引进日本三菱技术设计和制造，采用一 次上升垂直管圈水冷壁。 锅炉型号：HG2060/26.15－YM2 型 锅炉最大连续蒸发量： 锅炉保证效率(B-MCR)： 锅炉(B-MCR)燃煤量： 2060t/h 93.55% 266.6t/h(设计煤种) 288t/h(校核煤种) 燃烧器型式、布置方式：切向燃烧直流式、四墙布置 空气予热器型式：三分仓、回转式 理论空气量：设计煤种 5.681 Nm3/kg 炉膛出口过剩空气系数(B-MCR)： 1.15 锅炉运行方式：主要承担基本负荷并具有一定的调峰能力。锅炉最低稳燃负荷(不投油助燃时) 为 30%B-MCR，锅炉在此负荷下能长期安全稳定运行。 制粉系统：采用中速磨冷一次风机正压直吹式制粉系统，共布置 6 台中速磨煤机，燃用设计煤 种时，5 台运行，1 台备用。 除尘器型式：双室五电场， 数量：每台炉配置两台 2.1.2 锅炉主要参数 锅炉容量和主要参数 表 2-1 锅炉主要汽水参数表 过热蒸汽： 最大连续蒸发量(B-MCR) 额定蒸发量(BRL) 额定蒸汽压力（过热器出口） 额定蒸汽压力（汽机入口） 额定蒸汽温度 再热蒸汽： 蒸汽流量（B-MCR） 进口/出口蒸汽压力（B-MCR） 进口/出口蒸汽温度（B-MCR） 给水温度（B-MCR） 1660 t/h 5.33 / 5.11MPa(g) 366.8 / 603℃ 298.4℃ 2060t/h 1962t/h 26.15MPa(g) 25MPa(g) 605℃ 校核煤种 5.275 Nm3/kg 注：* 压力单位中“g” 表示表压。 “a” 表示绝对压（以后均同） 。 14 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 锅炉额定蒸发量（BRL）即是汽机在 TRL 工况下的进汽量，也是汽机在 TMCR 工况下的进汽 量。 锅炉最大连续蒸发量（B-MCR）对应于汽机 VWO（调门全开）工况下的进汽量。 表 2-2 锅炉热力特性（B-MCR 工况） ： 干烟气热损失 LG 氢燃烧生成水热损失 LHm 燃料中水份引起的热损失 Lmf 空气中水份热损失 LmA 未燃尽碳热损失 LUC 辐射及对流热损失 L 未计入热损失 LUA 计算热效率（按低位发热量） 制造厂裕量 Lmm 保证热效率（按低位发热量,BRL） 炉膛容积热负荷 炉膛断面热负荷 燃烧器区壁面热负荷 空气预热器进风温度 空气预热器出口热风温度 一次风温度 二次风温度 省煤器出口空气过剩系数α 炉膛出口过剩空气系数α 空气预热器出口烟气修正前温度 空气预热器出口烟气修正后温度 4.31% 0.04% 0.22% 0.07% 1.0 % 0.18% 0.3 % 93.88% 0.4% ≮93.55% 77kW/m 3 4.3MW/m 2 1.43MW/m 20/20℃ / 332℃ 339℃ 1.15 1.15 129℃ 124℃ ℃ 2 注：炉膛有效容积、炉膛断面积、燃烧器区炉壁面积、炉膛燃尽区容积、锅炉输入热功率等定义按 中华人民共和国电力行业标准《大容量煤粉燃烧锅炉炉膛选型导则》 （DL／T831-2002）为标准。具 体说明如下： (1) 炉膛断面面积: Fc = W × D (2) 炉膛容积 V 的定义为：下部取冷灰斗高度一半处截面为下界面，上部取折焰角突缘至炉顶棚的 垂直平面为上界面，且扣除节距小于 457.2mm(18 英寸)管束所占炉膛内区域的容积。 (3) 燃烧器区取最上排及最下排一次风喷口中心线分别向上及向下各 1.5m 的四面体。燃烧器区域 选取为： FB = 2 × (W + D ) × ( h2 + 3) (4) 热负荷值根据炉膛输入热功率 P 计算，炉膛输入热功率 P 计算是锅炉在 B-MCR 工况下的计算燃 15 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 煤量(即扣除 q4 损失后的燃煤量)与燃料低位发热量的乘积。 炉膛截面积(图 a)，燃烧器区域面积(图 b)，有效投影辐射面积(图 c)，炉膛容积(图 d)的计算示意 图如下： 炉膛容积热负荷：qv=P/V 炉膛截面热负荷：qF=P/Fc 燃烧器区域壁面热负荷：qB=P/FB 其中： W-炉膛宽度；D-炉膛深度； h2-最上排一次风喷口中心线到最下排一次风喷口中心线间距离； 图2-1-1 a b c d 锅炉设计条件: a． 煤种 设计煤种为国投新集能源股份有限公司淮南燃煤，校核煤种为淮北煤。设计煤种燃料特性见表 2-3 。 表 2-3 煤质分析 项 收到基碳 元 素 分 析 收到基氢 收到基氧 收到基氮 收到基全硫 工 业 分 析 空气干燥基水份 干燥无灰基固定碳 Mad Cdaf % % 1.63 1.02 收到基灰份 收到基水份 目 符号 Car Har Oar Nar St,ar Aar Mt 单位 % % % % % % % 设计煤种 55.40 3.60 6.41 0.98 0.45 26.96 6.20 校核煤种 51.28 3.38 5.80 0.90 0.42 30.92 7.30 16 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 干燥无灰基挥发份 收到基低位发热量 Vdaf Qnet,ar HGI % MJ/kg － － － － ℃ t/m ℃ ℃ ℃ ℃ % % % % % % % % % % Ωcm Ωcm Ωcm Ωcm Ωcm 17 3 37.80 21.61 66 38.88 20.01 73 可磨系数 KVT1 磨损指数 游离二氧化硅 煤粉气流着火温度 收到基原煤堆积比重 变形温度 灰 熔 点 半球温度 熔化温度 二氧化硅 三氧化二铝 三氧化二铁 氧化钙 灰 成 分 氧化钾 氧化钠 二氧化钛 二氧化锰 三氧化硫 灰 比 电 阻 100℃ 120℃ 150℃ 500V 500V 500V R100 R120 R150 1.20×10 2.60×10 3.80×10 12 Al SiO2 IT ρ c，b DT ST HT FT SiO2 Al2 O3 Fe2 O3 CaO MgO K2 O Na2 O TiO2 MnO2 SO3 500V 500V R21.5 R80 42 7. 41 10.14 >1500 >1500 >1500 >1500 56.25 32.41 4.40 1.23 0.71 0.86 0.68 1.45 0.02 0.53 3.90×10 4.50×10 10 1470 >1500 >1500 >1500 56.74 29.20 4.39 3.01 0.92 1.03 0.47 1.24 0.03 1.15 3.80×10 1.60×10 3.40×10 9.20×10 1.58×10 10 软化温度 氧化镁 21.5℃ 80℃ (校核煤 17℃时) 11 11 11 12 11 12 12 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 180℃ 500V R180 Ωcm 1.26×10 12 1.02×10 12 b． 点火及助燃用油 锅炉点火及低负荷助燃用燃料采用 0 号轻柴油，燃料特性见表 2-4 。 表 2-4 燃油工业分析组成 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 名 项 称 目 － °E ℃ ℃ % % % － － kJ/kg 单位 0 号轻柴油 1.2～ 1.67 ≤0 ≤ 55 ≤ 0.4 ≤ 0.2 ≤ 0.025 痕迹 ≥ 50 41800 数 据 恩 氏 粘 度 (20℃ ) 凝 点 闪 点 (闭 口 ) 10%蒸 余 物 残 碳 硫 灰 水 份 份 份 十六烷值 低位发热量 c． 锅炉给水及蒸汽品质 表 2－5 锅炉给水及蒸汽品质要求 项 目 T/h T/h mol/l μg/l μg/l μg/l μg/l mg/l —— μS μg/l μg/l μg/kg 18 单 位 51.5 123.6 ～0 30～200 ≤10 ≤3 ≤15 ～0 数 值 正常时补给水量 启动或事故时补给水量 总硬度 给 水 质 量 标 准 溶解氧（化水处理后） 铁 铜 二氧化硅 油 PH 值（25℃） 电导率（25℃） 钠 蒸汽 品质 钠 二氧化硅 8.0～9.0 ≤0.2 ≤5 ＜5 ＜10 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 标准 电导率（25℃） 铁 铜 μS μg/kg μg/kg ＜0.15 ＜5 ＜2 d． 锅炉主要性能参数 表 2－6 锅炉性能参数汇总表（压力为绝对压力） 负 项 目 1.蒸汽及水流量 过热器出口 再热器出口 省煤器进口 过热器一级喷水 过热器二级喷水 过热器三级喷水 再热器喷水 2.蒸汽及水压力/压降 过热器出口压力 一级过热器压降 二级过热器压降 三级过热器压降 四级过热器压降 过热器总压降 再热器进口压力 一级再热器压降 二级再热器压降 三级再热器压降 再热器出口压力 顶棚和包墙压降 启动分离器压力 水冷壁压降 MPa(g) MPa MPa MPa MPa MPa MPa(g) MPa MPa MPa MPa(g) MPa MPa(g) MPa 26.15 0.29 0.29 0.29 0.29 1.50 5.33 0.10 0.12 / 5.11 / 27.65 1.80 0.14 -0.45 29.75 27.65 25.92 0.25 0.24 0.24 0.24 1.24 5.05 0.09 0.11 / 4.84 / 27.16 1.65 0.13 -0.45 29.11 27.16 19 荷 单位 BMCR TRL 75% BMCR 50% BMCR 30% BMCR 高加 切除 t/h t/h t/h t/h t/h t/h t/h 2060 1660 2060 63 21 63 0 1962 1576 1962 60 20 60 0 1304 1085 1304 39 13 39 0 851 724 851 27 9 27 0 531 461 531 15 5 15 0 1565 1510 1565 48 16 48 0 25.68 0.19 0.19 0.20 0.20 0.98 3.47 0.08 0.10 / 3.33 / 26.66 1.28 0.15 -0.52 28.20 26.66 18.74 0.20 0.19 0.19 0.19 0.99 2.3 0.06 0.06 / 2.2 / 19.73 1.11 0.13 -0.46 21.14 19.73 13.21 0.09 0.09 0.10 0.10 0.49 1.41 0.04 0.04 / 1.35 / 13.70 0.76 0.15 -0.49 14.56 13.70 25.68 0.19 0.19 0.19 0.19 0.96 4.92 0.10 0.11 / 4.72 / 26. 1.56 0.15 -0.45 28.52 26. 省煤器压降（不含位差） MPa 省煤器重位压降 省煤器进口压力 启动循环泵入口压力 MPa MPa(g) MPa(g) 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 负 项 目 荷 单位 MPa(g) / BMCR / TRL / 75% BMCR / 50% BMCR / 30% BMCR / 高加 切除 启动循环泵出口压力 3、蒸汽和水温度 过热器出口 过热汽温度左右偏差 再热器进口 再热器出口 再热汽温度左右偏差 省煤器进口 省煤器出口 过热器减温水 再热器减温水 启动分离器 4、空气流量 空气预热器进口一次风 空气预热器进口二次风 空气预热器出口一次风 空气预热器出口二次风 一次风旁通风流量 空气预热器中的漏风 一次风漏到烟气 一次风漏到二次风 二次风漏到烟气 总的空气侧漏到烟气侧 5、烟气流量 炉膛出口 末级过热器出口 高温再热器出口 省煤器出口 前烟井（挡板调温） 后烟井（挡板调温） 空气预热器进口 空气预热器出口 ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ 605 ±5℃ 350 603 ±5℃ 298 314 314 182 421 605 605 605 605 605 324 603 321 603 322 603 331 571 343 603 295 307 307 178 421 270 299 299 171 419 245 277 277 154 377 220 256 256 137 335 194 234 234 182 404 kg/h kg/h kg/h kg/h kg/h 298700 1773500 207500 1732700 2573 275287 1395690 181846 1378000 252654 251038 1320337 157597 1303100 198403 201153 1017022 107258 1001600 154042 188139 620676 95605 604800 132995 310634 1457383 216286 1440600 223714 kg/h kg/h kg/h kg/h 102000 6804 30000 132000 86637 6804 24494 111131 86637 6804 24041 110678 86183 7711 23133 109317 85730 6804 22680 108410 87091 7258 24041 111131 kg/h kg/h kg/h kg/h kg/h kg/h kg/h kg/h 2477200 2477200 2477200 2477200 1198700 1278500 2477200 2609200 2236700 2236700 2236700 2236700 1451600 785100 2236700 2347831 20 2071300 2071300 2071300 2071300 1216500 854800 2071300 2181978 1619100 1619100 1619100 1619100 961100 658000 1619100 1728417 1107300 1107300 1107300 1107300 7300 370900 1107300 1215710 2317800 2317800 2317800 2317800 1306800 1011000 2317800 2824931 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 负 项 目 荷 单位 BMCR TRL 75% BMCR 50% BMCR 30% BMCR 高加 切除 6.空气预热器出口烟气 含尘量 7、空气温度 空气预热器进口一次风 空气预热器进口二次风 空气预热器出口一次风 空气预热器出口二次风 8、烟气温度 炉膛出口 分隔过热器进口 分隔过热器出口 屏式过热器进口 屏式过热器出口 末级过热器进口 末级过热器出口 低温过热器进口 低温过热器出口 高温再热器进口 高温再热器出口 低温再热器进口 低温再热器出口 省煤器进口 省煤器出口 空气预热器进口 空气预热器出口(未修 正) g/Nm 3 33.4 ℃ ℃ ℃ ℃ 20 20 332 339 20 20 327 332 20 20 318 323 20 22.8 298 300 20 23.9 287 288 20 23.3 286 293 ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ 960 1300 1120 1120 960 960 0 650 470 0 740 710 380 380/470 352/376 363 129 124 940 1280 1090 1090 940 940 860 660 460 860 730 700 380 380/460 349/360 353 127 122 900 1220 1050 1050 900 900 840 650 440 840 710 685 370 370/440 338/351 343 120 115 810 1120 950 950 810 810 750 605 390 750 650 630 360 360/390 317/308 313 114 108 710 1000 840 840 710 710 670 535 350 670 580 565 350 350/350 305/292 300 113 105 950 1290 1100 1100 950 950 870 660 440 870 730 700 390 390/440 317/309 314 113 109 空气预热器出口（修正） ℃ 9、空气压降 空气预热器一次风压降 空气预热器二次风压降 燃烧器阻力(一次/二次) 10、烟气压力及压降 kPa kPa kPa 0.30 0.90 1.57/1.48 21 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 负 项 目 炉膛设计压力 炉膛可承受压力 炉膛出口压力 省煤器出口压力 脱硝装置压降 空气预热器压降 荷 单位 kPa kPa kPa kPa kPa kPa kPa BMCR ±5.90 ±9.80 -0. -1.38 / 1.01 2.60 272 5880 TRL 75% BMCR 50% BMCR 30% BMCR 高加 切除 炉膛到空气预热器出口 压降 11、燃料消耗量（实际） t/h 12、输入热量 13、锅炉热损失 干烟气热损失 氢燃烧生成水热损失 燃料中水份引起的热损 失 空气中水份热损失 未燃尽碳热损失 辐射及对流散热热损失 未计入热损失 总热损失 14、锅炉热效率 计算热效率 （按低位发热 量计算） 制造厂裕度 保证热效率 15、热量，炉膛热负荷 过热蒸汽吸热量 再热蒸汽吸热量 燃料向锅炉供的热量 截面热负荷 容积热负荷 GJ/h GJ/h GJ/h MW/m kW/m 2 250 5224 212 4447 151 3147 94 1944 258 53 GJ/h % % % % % % % % 4.31 0.04 0.22 0.07 1.00 0.18 0.30 6.12 4.23 0.04 0.22 0.07 1.00 0.19 0.30 6.05 4.17 0.04 0.19 0.07 1.00 0.22 0.30 5.99 4.38 0.03 0.17 0.07 1.20 0.32 0.30 6.47 4.41 0.03 0.15 0.08 1.50 0.51 0.30 6.98 3.60 0.03 0.17 0.06 1.00 0.18 0.30 5.34 % % % 93.88 93.95 0.40 93.55 94.01 93.53 93.02 94.46 1780 940 5780 4.3 77 157 1420 830 4749 4.1 75 145 22 1180 730 4043 3.5 63 126 850 470 2861 2.5 46 88 530 240 1767 1.5 28 55 1490 840 49 4.3 78 150 3 有效投影辐射受热面热 KW/m 2 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 负 项 目 负荷（EPRS） 荷 单位 BMCR TRL 75% BMCR 50% BMCR 30% BMCR 高加 切除 燃烧器区域面积热负荷 16 、 NOX 排 放 浓 度 （ 以 O2=6%计） 17、 空气预热器出口烟气 含尘浓度 18、风率 一次风率 二次风率 19、过剩空气系数 炉膛出口 省煤器出口 20、烟速 屏式过热器 末级过热器 高温再热器 低温过热器 低温再热器 省煤器（前/后） MW/m 2 1.43 3 1.26 1.03 0.763 0.47 1.30 mg/Nm <400 g/Nm 3 33.4 % % 23.7 76.3 － － 1.15 1.15 1.15 1.15 1.25 1.25 1.40 1.40 1.55 1.55 1.15 1.15 m/s m/s m/s m/s m/s m/s / 9.3 11.2 9.3 8.9 7.9/10 / 8.4 10.1 6.5 9.7 8.6/7 / 7.6 9.9 7 8.1 7.1/7.5 / 5.5 6.7 5 6.1 5.5/5.5 / 3.4 4.3 3.8 3.5 3.2/4 / 8.8 10.6 8.3 8.8 7.6/8.7 注: 上表中“高加切除”指对应于汽轮机回热系统全部高加切除，汽机带额定功率工况 2.2 锅炉总体简介 2.2.1 锅炉整体布置图 如图 2-2-1 所示。 2.2.2 锅炉整体结构 本锅炉采用正方形单炉膛、П型露天岛式布置、悬吊结构。运转层标高 17.00m，采用混凝土平 台。燃烧器区域的平台铺设花纹钢板，便于检修及防雨。锅炉房其他范围内设置栅格平台。运转层 大平台的活荷载为 10kN/m （不包括平台自重） ；检修平台的活荷载为 4kN/m ；其余各层平台的活荷 载为 2.5kN/m ；扶梯的活荷载 2kN/m ，集中荷载为 20kN/m 。常用扶梯的倾斜度小于 45°。炉顶采 用大罩壳密封结构，设置防雨型轻型钢屋盖及其侧封，轻型钢屋盖顶部四周设置钢制落雨水管（落 雨水管接至锅炉零米） 。 锅炉为全钢结构构架，全部采用扭剪型高强螺栓连接，构件结合面经摩擦面处理，其摩擦系数 不小于 0.45， 大板梁叠合面不小于 0.55。 构架宽度为 44.8m， 57.48m， 深 大板梁上表面标高 88.1m， ， 23 2 2 2 2 2 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 锅炉构架除承受锅炉本体荷载外，还承受锅炉范围内的各汽水管道、烟、风、煤粉管道、吹灰设备、 轻型屋盖、炉顶吊、锅炉运行层大平台等的荷载（包括活荷载） ，以及各停靠层处电梯井，锅炉本体 外传来的荷载，以及包括风、地震等作用荷载。 图2-2-1 锅炉整体布置简图 锅炉设置膨胀中心点。通过水平和垂直方向的导向与约束，实现以锅炉某一高度为中心的三维 膨胀，并防止炉顶、炉墙开裂和受热面变形。锅炉本体采用全悬吊结构，使锅炉本体的每个部分能 够比较充分的热膨胀，大大地减少了由于热膨胀受阻而产生的热应力。锅炉的自然热膨胀中心除了 与锅炉的几何尺寸有关之外，还与温度的分布有关。而锅炉在启动低负荷、满负荷和停炉工况下温 度的分布是不一样的。因此，锅炉的自然热膨胀中心是随着工况的变化而变化的。为了进行比较精 确的热膨胀位移计算，以便进行系统的应力分析和密封设计，需要有一个在各种工况下都保持不变 24 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 的膨胀中心，作为热膨胀位移计算的零点，这个膨胀中心就是所谓的人为的膨胀中心。 2.2.3 主要流程 2.2.3.1 汽水系统的主要流程：如图 2-2-1，以汽水分离器为分界点，分离器之后为过热器系统， 分离器之前则为水冷壁和省煤器。给水经省煤器后引到水冷壁下集箱进入下炉膛垂直管圈，再进入 位于折焰角下方的水冷壁中间混合集箱，工质由中间混合集箱引出后进入上炉膛垂直管圈，由前墙 和二侧墙出来的工质再导往顶棚入口集箱，经顶棚管进入顶棚出口集箱。至于后水冷壁工质则经中 间混合集箱进入后墙折焰角斜坡管，再由出口集箱分成二路，分别进入后水冷壁吊挂管和水平烟道 延伸侧墙再用连接管送往顶棚出口集箱。由顶棚出口集箱将工质用连接管引至后烟道前、后、二侧 包墙及分隔墙的下集箱，全部用平行回路向上流动，集中到后包墙出口集箱再送往汽水分离器。为 了减少包墙系统阻力，由顶棚出口集箱引出部分蒸汽经旁路管直接进入后包墙出口集箱，从汽水分 离器出来的蒸汽再经一级过热器（低过） ，二级过热器（分隔屏） 、三级过热器（后屏过热器）和四 级过热器（末级过热器） ，送往汽机。从汽机高压缸排汽来的蒸汽进入布置在后竖井前烟道的低 温段再热器，再通过引出管进入布置于水平烟道中的高温段再热器；然后通过再热蒸气管道 送到汽机中压缸。 2.2.3.2 烟气流程：如图 2-2-1，烟气依次流经上炉膛的分隔屏过热器、后屏过热器、末级过热器、 末级再热器和尾部转向室，再进入用分隔墙分成的前、后两个尾部烟道竖井，在前竖井中烟气流经 低温再热器和前级省煤器，另一部分烟气则流经低温过热器和后级省煤器，在前、后两个分竖井出 口布置了烟气分配挡板以调节流经前、后分竖井的烟气量，从而达到调节再热器汽温的目的。烟气 流经分配挡板后通过连接烟道和回转式空气预热器排往电气除尘器和引风机。 2.2.4 锅炉主要技术特点 2.2.4.1 结构特点： （1）采用低偏差、改进型的内螺纹管水冷壁系统：为了进一步降低水冷壁沿炉膛周界的出口的 工质温度偏差，除采用节流孔圈调节各回路的流量外，还在下炉膛出口处加装中间混合集箱，采用 足够的质量流速的内螺纹垂直管圈，在亚临界区直流运行时，可避免在低干度、高局部热负荷区出 现膜态沸腾现象，在近临界区运行时也可以控制度区出现干涸（DRO）的现象，而且能保证在启 动和低负荷再循环模式运行时的水动力稳定性。像所有垂直型水冷壁一样，垂直内螺管水冷壁具有 维持正向流动的特性（自补偿能力） ，与螺旋管圈相比，垂直管圈水冷壁具有流动阻力较低，结渣易 于掉落、安装焊缝较少等优点。 该型 （MHI） 超超临界锅炉水冷壁系统的设计特点是将汽水分离器布置在顶棚、 包墙系统的出口， 使得水冷壁的出口温度较低， 这样水冷壁可以采用低合金的不需焊后作整屏热处理的 15CrMoG 钢管， 而且水冷壁的壁温水平和温度偏差也相对较小。 垂直管圈水冷壁结构简单，与螺旋管圈水冷壁相比，不需要下部螺旋管圈与上部垂直管圈过渡 处复杂的张力板以及在螺旋管圈与水平刚性梁间的复杂的连接结构，因此在锅炉启停和负荷波动期 间不会产生大的热应力，此外水冷壁管屏之间安装焊口只受垂直方向的负荷，不会像螺旋管圈的安 装焊缝受力情况那样复杂，因此提高了水冷壁的可靠性。 25 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 （2）先进的低 NOX 强化单切园燃烧方式：采用低 NOX 的 PM 型燃烧器。即沿高度方向，每只煤粉 喷咀分成浓淡二相的煤粉气流以保证低的 NOX 生成量，这种改进型的 PM 燃烧器一次风通过弯头后的 煤粉分配器分成浓淡两股分别进入炉膛。除在主燃烧器上方装有上二次风喷咀外（OFA） ，还在下炉 膛出口装有附加风喷咀，以实现分级燃烧，进一步降低 NOX，这种系统称为 MACT 低 NOX 燃烧系统。我 公司锅炉所采用的 PM 主燃烧器和 MACT 分级燃烧系统均属于改进型，有关燃烧器的详细介绍见“第 三章锅炉本体设备” 。 采用 MHI 强化单切圆燃烧方式（CUF） ，燃烧器布置在四面墙上，火焰喷射方向与墙垂直，燃烧 器两侧补气条件好，有利于高温烟气回流，炉膛充满度高，热流分配均匀，减少水冷壁附近烟气流 扰动的影响，着火稳定，燃烧器效率高，不易结渣，炉膛出口烟温均匀。 （3）合理的过热器和再热器布置和灵活、多样化的汽温调节方式：考虑到我公司超超临界锅炉 的主汽/再热汽出口温度达到 605/603℃，过热器的吸热量显著增加，为减少每级过热器的焓增和降 低金属壁温，过热器系统采用四级布置，即低温过热器、分隔后过热器、后屏过热器和末级过热器。 再热器采用了二级布置即低温再热器和末级再热器，采用挡板调温，整个再热器系统布置在较低的 烟温区，以获得较好的挡板调温所需要的对流特性，同时有利于控制壁温。 过热汽温的调节：当锅炉处于再循环模式运行时，即从启动到最小直流负荷之间作湿态运行时， 过热汽温主要靠喷水调节。当锅炉转入直流运行时，此时汽水分离器已无汽水分离作用，只起蒸汽 汇集通道作用，即转入干态运行，此时过热汽温主要靠改变煤/水比来调节，过热器的喷水只起到细 调节作用。过热器系统采用三级喷水，分别布置于低过与分隔屏之间，分隔屏与后屏之间以及后屏 与末过之间，水源取自省煤器出口给水。 再热器的调温主要靠布置于后烟道出口处的烟气分配挡板调节，另外在再热器入口布置了事故 用紧急喷水装置，切向燃烧器通过执行机构可上下摆动作为汽温的一种辅助调节手段。 （4) 采用带再循环泵的启动系统：这种启动系统在长期停炉后，可用于启动前进行给水系统、 省煤器和水冷壁系统的冷态冲洗和启动时热态冲洗， 当水质不合格时， 冲洗水排掉， 一旦水质合格， 通过再循环泵可以全部回收工质和热量。采用再循环泵的另一个优点是可以用较少的冲洗水量，和 再循环水量相加能获得较高的水速以达到冲洗的目的。 启动系统中采用二只汽水分离器并联后与一 只贮水箱相连，贮水箱的疏水通过再循环泵与高加来的给水混合后送往省煤器，进行再循环。当锅 炉负荷上升并转入直流运行后，切断再循环泵，启动系统退出运行，处于备用状态。 （5) 防止和减轻烟侧高温腐蚀和内壁蒸汽氧化的措施： 由于锅炉过热汽和再热汽的出口温度分 别为 605/603℃，高温级的过热器和再热器管子某些管段的外壁和内壁温度处于极易发生烟气高温 腐蚀和蒸汽氧化的温度范围内，因此在后屏过热器、末级过热器和末级再热器中大量采用超级 TP304H 钢和高铬 25Cr20Ni，试验和运行经验表明含 Cr 愈多，抵抗高温腐蚀的特性愈好。另外，在 过热器和再热器的布置上将末级过热器布置于后屏过热器之后的折焰角之上， 而末级再热器则布置 于末过之后的水平烟道，使它尽可能布置在烟温稍低的区域。后屏过热器和末级过热器采用了改进 型 18Cr 钢，高温时许用应力显著提高。 再热器为低温再热器（一级）与末级再热器（二级）的二级布置，低温再热器布置于后烟道的 26 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 前竖井，末级再热器则布置于水平烟道中，在低温再热器入口导管上装有事故喷水减温器，喷水水 源来自给水泵中间抽头。 水冷壁、水平烟道的二侧包墙和后烟道的所有包墙管均为膜式壁结构。省煤器为鳍片式，分别 布置于后烟道的前后竖井中，从省煤器出口集箱引出的水冷吊挂管承受前后竖井中所有的水平低温 再热器和水平低温过热器以及省煤器本身的重量。从省煤器出口的水通过下行连接管送入位于水冷 壁下集箱上方的汇集管后再分别送往水冷壁的各个入口集箱。 所有后烟道中的水平式低温过热器和低温再热器以及省煤器均采用逆流布置方式，后烟道前后 竖井中省煤器出口烟道上装有烟气分配挡板，作为再热汽温的主要调节手段。 2.2.4.2 性能特点： 锅炉变压运行，采用定—滑—定的方式，压力—负荷曲线见图 2-2-2，并与汽轮机曲线相匹配。 图2-2-2 压力-负荷曲线 附：锅炉总图 27 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 28 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 第三章 3.1 炉膛与水冷壁 3.1.1 概述 锅炉本体设备 炉膛是锅炉中组织燃料燃烧的空间，也称燃烧室。是锅炉燃烧设备的重要组成部分。炉膛除了 要把燃料的化学能转变成燃烧产物的热能外，还承担着组织炉膛换热的任务，因此它的结构应能保 证燃料燃尽，并使烟气在炉膛出口处已被冷却到使其后面的对流受热面安全工作所允许的温度。 水冷壁是敷设在炉膛四周由多根并联管组成的蒸发受热面。其主要作用是：吸收炉膛中高温火 焰及炉烟的辐射热量，使水冷壁内的水汽化，产生饱和水蒸汽；降低高温对炉墙的破坏作用，保护 炉墙；强化传热，减少锅炉受热面面积，节省金属耗量；有效防止炉壁结渣；悬吊炉墙。直流锅炉 水冷壁中工质的流动为强制流动，管屏的布置较为自由，最基本的有螺旋管圈、垂直上升管屏和回 带管屏三种型式。我公司超超临界锅炉水冷壁采用垂直上升管屏。 我公司锅炉炉膛总高度 （自水冷壁入口集箱到顶棚） 68250mm， 为 宽为 112mm， 深度为 18874mm。 水冷壁分成上、下二部分，下部水冷壁包括冷灰斗。上、下部水冷壁之间装设一圈中间混合集箱过 渡。 锅炉具有先进的防止煤粉爆炸的措施和良好的防止内爆的特性。燃烧室的设计承压能力大于± 5900Pa，当燃烧室突然灭火内爆，瞬时不变形承载能力不低于±9800Pa。 3.1.2 对水冷壁运行中主要参数的考虑 3.1.2.1 水冷壁工质质量流速 对超临界锅炉来说，变压运行的方式使其工作条件变得更为复杂，从额定负荷至最低直流负荷， 锅炉运行压力将从超临界压力降为亚临界再降为超高压，当低于最低直流负荷则又进入依靠循环泵 控制循环方式运行，水冷壁内工质也由超临界时的单相变为亚临界、超高压以至高压运行时的汽水 双相，工质的温度和干度也有很大的变化，因此水冷壁系统设计的关键是要防止传热恶化的发生和 出现流动不稳定。 (1) (2) 温最高。 (3) 在近临界区，由于二相介质的干度（含汽率）大，特别在上部水冷壁中度的工质将产 对于变压运行的超超临界直流炉，水冷壁必须考虑不同负荷参数下的传热特性。 在超临界区，管内单相介质的传热系数比亚临界区介质低，工质温度也高，因此水冷壁壁 生干涸（DRO）现象，因此需将干涸点控制在较低的热负荷区，避免“干涸”时的壁温骤升。 (4) 在亚临界区，对下炉膛高热负荷区水冷壁，要防止膜态沸腾（DNB）的产生，也要控制上 炉膛度区壁温的升高辐度。 (5) 在启动和低负荷区（≤最低直流负荷） ，由于压力的降低，使汽水密度差增大，容易产生 较大的热偏差和流动的不稳定。 (6) 采用内螺纹管不仅可以避免在高热负荷的燃烧器区在干度达到 0.5 的情况下出现膜态沸 腾（DNB） ，而且在近临界区干度达到 0.9 时出现干涸（DRO）时也可控制壁温的上升。由于垂直上升 水冷壁具有正向流动特性，有利于低负荷保持水动力的稳定性，同时选用较高的质量流速(高于 29 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 1800kg/m2.s)。质量流速的选取必须要大于变压运行超超临界锅炉在下述四个运行区内的水冷壁管 壁温度不超过管材的许可壁温时的临界速度，即要分别高于超临界区不发生类膜态沸腾、近临界区 控制干涸、亚临界区不发生膜态沸腾、启动阶段保持水动力的稳定性等四个运行区的临界质量流速。 我公司锅炉垂直水冷壁 BMCR 工况采用的质量流速大于 1851kg/ m .s，水冷壁管材采用 15CrMoG 合金钢。这样高的质量流速即使在所采用的最低直流负荷为 25%BMCR 时水冷壁的质量流速仍为 463 kg/ m .s，远高于启动低负荷阶段保持水动力稳定性和控制水冷壁出口温度偏差在许可范围内的临 界质量流速（～300 kg/ m .s） ，因此仍有足够的安全裕度。较小的最低直流负荷，可减少再循环泵 的电耗，也减少启动期间工质和热量的损失，提高了经济性。这样高的质量流速可以保证水冷壁在 所有四个运行阶段的安全性。 3.1.2.2 水冷壁出口过热度和入口欠焓 对于直流锅炉，蒸发受热面和过热器之间没有固定的分界点，因此水冷壁出口工质过热度的合 理确定是十分重要的，在额定负荷下，水冷壁出口温度的选取主要取决于内置式汽水分离器材质的 允许使用温度。分离器的钢材为 SA335 P12，水冷壁管为 15CrMoG，均属于低合金钢，其许可使用温 度为 550℃，在 BMCR 工况炉膛水冷壁的出口温度采用 416℃，因此有足够的安全裕度，稍低的水冷 壁出口温度也有利于减少水冷壁的温度偏差。 水冷壁出口温度过低也是不可取的，应保证在最低负荷时水冷壁出口工质仍有一定的过热度， 如果水冷壁出口温度过低，将造成低负荷时本生点提高，甚至造成过热器带水，这种运行工况是不 允许出现的。 水冷壁进口工质的温度要有一定的过冷度和欠焓， 以防止在较低的压力下水冷壁入口出现汽化， 一般水冷壁进口工质的过冷度不得小于 5℃，一般为 40～50℃。本工程 BMCR 工况下水冷壁入口温度 为 316℃，即使在 30%最低稳燃负荷时，入口温度也只有 252℃，过冷度在 70℃以上。当然，水冷壁 进口工质的过冷度也有一定，也就是说水冷壁入口工质应有一定欠焓，但欠焓不能过大，若欠 焓过大，又会给水冷壁系统水动力的稳定性带来问题，避免水动力不稳定（多值性、脉动）的主要 措施之一是水冷壁进口工质的欠焓要小于产生水动力不稳定的界限欠焓， 对象我公司采用该型带 BCP 循环泵的超超临界锅炉来说，由于泵的压头和节流孔圈能保证水冷壁系统的正向流动，因此不会产 生水动力的不稳定。 3.1.2.3 进一步降低水冷壁出口温度偏差的措施 尽管垂直管水冷壁已按回路装设节流孔圈调节流量以减少管间吸热和结构上的偏差，而且垂直 管圈水冷壁与螺旋管圈水冷壁相比，具有始终保持正向流动和一定的自补偿能力，但为了进一步降 低水冷壁的吸热和温度偏差，我公司锅炉设计上采取了如下改进措施。 (1) 在上、 下炉膛水冷壁之间加装中间混合集箱以消除炉膛水冷壁因结构差异和吸热不均所导 2 2 2 致的工质侧偏差，从而大大降低水冷壁出口的工质温度偏差，降低水冷壁管壁温度。中间混合集箱 的位置按照在锅炉最低负荷时，此位置处水冷壁的干度为 0.8 左右，根据经验，汽水混合物在这样 高的干度下可以防止二相介质沿平行管组的流量分配不均匀问题。 (2) 将节流孔圈由传统设置于大直径的水冷壁下集箱内并将节流孔圈的装设由原 Marman 夹定 30 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 位销式 （如图 3-1-1 所示） 改为管段形式嵌焊在由小直径的水冷壁下集箱外面的水冷壁入口管上 （如 图 3-1-2 所示） 。 图3-1-1 定位销式节流孔圈 图3-1-2先进的管内式节流孔圈 这样不仅简化了结构，也便于调试和维修，并将装有节流孔圈的水冷壁入口管段加粗，再通过 三叉管的方式与小直径的水冷壁管相配，这样大大增加了节流孔圈孔径的变化范围，提高了节流幅 度和各回路管组流量调节的能力，保证在各负荷下水冷壁出口温度沿各墙宽度的较小温度偏差。 (3) ∏型布置锅炉后水冷壁的回路和结构比较复杂，容易产生管壁超温或偏差过大，因此我公 司锅炉采取 MHI 已有成熟经验的设计，即将上部后水冷壁管经折焰角斜坡至出口集箱后送往汇集管 混合后分别引往后水冷壁吊挂管和水平烟道延伸侧包墙两个平行回路，再用连接管送往顶棚出口集 箱与前水冷壁和两侧水冷壁出口工质相混合，这样可以减少后水冷壁各回路的温度和吸热偏差。 垂直水冷壁沿各墙宽度方向出口温度场的分布见图 3-1-3。 3.1.2.4 水动力稳定性 (1) 停滞和倒流： 超临界直流锅炉由于在最低直流负荷以下，采用再循环运行方式，水冷壁具有较强的强制流动 特性，所有上升的管屏不会发生倒流，更不必进行倒流的校验，同时，对于垂直管屏，最低直流负 荷下的工作压差（平均受热管的重位压差和流动阻力之总和）总是能大于管圈的最大停滞压差△ Pt=Hr′（式中 H 为管圈高度；r′为系统压力下的饱和水重度） ，特别是由于装设阻力较大的入口节 流孔圈，更不会发生停滞现象。 (2) 多值性： 多值性是指管屏的水动力特性呈三次方曲线，因此对应于一个压降有三个流量，从而造成很大 的流量偏差或不稳定性，这种流动不稳定性主要可能发生于低负荷时，由于在最低直流负荷以下采 用再循环泵进行强制循环，循环泵有足够的压头保持流动的稳定性，另一方面，向上流动的垂直管 水冷壁由于静压占总阻力的比例较大，不存在多值性的可能。 31 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 图3-1-3 水冷壁出口温度场（100% BMCR及50% BMCR） (3) 流体脉动 在沸腾系统中产生的脉动可以分成密度波型脉动，压力降型脉动和热力型脉动三种类型。根据 经验，当小于最低直流负荷时水冷壁质量流速高于 300kg/m s 不会产生密度波型脉动，我公司锅炉 在最小直流负荷区运行时水冷壁质量流速保持 450kg/m s 不变，又由于垂直水冷壁水动力特性呈单 值性曲线，不存在负斜率区段，因此也不会发生压力降型脉动。足够高的质量流速避免了最低直流 负荷下产生膜态沸腾的可能性，同时又不会发生密度波型脉动，所以也就不会发生热力型脉动。 我公司炉膛几何尺寸有关的计算数据见下表： 表 3-1 炉膛几何尺寸 炉膛断面（宽×深） 炉膛容积 炉膛有效辐射受热面（EPRS） 燃烧器区域受热面积 上排一次风中心到屏底距离 燃烧器上下一次风间距 底层燃烧器中心线到冷灰斗上沿距离 32 2 2 112×18874 mm 21069m 9682 m 1100 m 3 2 2 19.453m 11.56 m 7.34 m 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 分隔屏高度 炉膛容积热负荷 炉膛截面热负荷 燃烧器区域壁面热负荷 炉膛有效投影辐射受热面热负荷 炉膛出口烟气温度 屏式过热器底部烟气温度 3.1.3 水冷壁的结构 16.4 m 75.48 kW/m 4.455 MW/m 1.445 MW/m 3 2 2 1.26kW/m 970 ℃ 1317 ℃ 2 我公司锅炉采用内螺纹管垂直上升式的焊接膜式水冷壁、 ，炉膛断面尺寸为 112mm×18874mm。 水冷壁管共有 1696 根， 均为φ28.6mm×6.4mm 最小壁厚） （ 四头螺纹管， 内螺纹管布置区域见图 3-1-4 所示，材质 15CrMoG，节距 44.5mm，管子间加焊的扁钢宽为 15.9mm，厚度 6mm，材质 15CrMo。 图 3-1-4 水冷壁内螺纹管布置区域 33 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 在上下炉膛之间装设了一圈中间混合集箱，作用是消除下炉膛工质吸热与温度的偏差。由前水 冷壁上集箱出口的工质经顶棚管流入顶棚出口集箱，前部顶棚管管径φ44.5mm，节距为 66.75mm， 管子材质 15CrMoG，后部顶棚管管径φ54mm，节距为 133.5 mm，所有顶棚管均为膜式壁。对于回路 结构复杂的后水冷壁上部则作单独处理，后水冷壁上部管经折焰角斜坡至后水出口集箱，然后进入 汇集管再用连接管将后水冷壁工质送往水平烟道两侧包墙和后水冷壁吊挂管。水平烟道两侧包墙管 管径φ38mm， 节距 mm， 采用 15CrMoG 的光管， 后水冷壁吊挂管为光管， 管径为φ51mm， 节距 267mm， 材料 15CrMoG，这两个平行回路出口的工质也均用连接管送往顶棚管出口集箱。这样所有从炉膛水 冷壁出口来的全部工质均集中到顶棚出口集箱，然后由此集箱一部分用连接管送往后竖井包墙管进 口集箱再分别流经后竖井的前、后两侧包墙及分隔墙，这些包墙管出口的工质全部集中到后烟道后 包墙出口集箱，然后用四根大直径连接管送到布置于锅炉上方的汽水分离器，如图 3-1-5 所示。这 里应说明的是顶棚管出口集箱的工质并不是全部送往包墙系统，有一部分通过旁通管直接进入后烟 道包墙出口集箱，这样可以减少包墙系统的阻力，包墙系统的管子数据如下：前包墙管管径φ38mm， 节距为 133.5mm，材质 15CrMoG；后包墙管采用φ38mm，节距为 133.5mm，材质为 15CrMoG 的管子； 两侧包墙采用φ38mm，节距为 111.25mm，材质为 15CrMoG 的管子；分隔墙管径为φ32mm，节距 100.13mm。所有包墙管也均采用膜式壁结构，管间扁钢厚为 6mm，材质均为 15CrMo，所有包墙管均 采用上升流动，因此对防止低负荷和启动时水动力不稳定性有利。 综上所述，对内螺纹管的结构特性总结如下： 材质 管子外径及公差 最小壁厚及公差 螺纹头数 螺纹导角 鳍片（扁钢）材质 鳍片宽 鳍片厚 15CrMoG 28.6mm+0.15 6 . 4 mm + 10 % 0% 4 30° 15CrMo 15.9mm 6mm 水冷壁下集箱不再采用 MHI 公司前几台垂直水冷壁所采用的类似于控制循环锅炉那样的大直径 集箱（φ800～900）而改用φ219mm 的小直径集箱，并将节流孔圈移到水冷壁集箱外面的水冷壁管 入口段，入口短管采用φ42×6.5 的较粗管子，在其中嵌焊入节流孔圈，再通过二次三叉管过渡的 方法，与φ28.6 的水冷壁管相接，这样节流孔圈的孔径允许采用较大的节流范围，可以保证孔圈有 足够的节流能力，按照水平方向各墙的热负荷分配和结构特点，调节各回路水冷壁管中的流量，以 保证水冷壁出口工质温度的均匀性，并防止个别受热强烈和结构复杂的回路与管段产生 DNB 和出现 壁温不可控制的干涸（DRO）现象。 34 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 图 3-1-5 水冷壁系统图 在炉膛折焰角下方装设了一圈水冷壁中间混合集箱，设两级分配器，布置位置见图 3-1-5，中 间混合集箱与一级分配器连接结构外形见图 3-1-6a 所示，一级分配器见图 3-1-6b，二级分配器见 图 3-1-6c，这是 MHI 九十年代中期以后对原采用的一次上升垂直水冷壁所做的重大改进之一。 35 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 图3-1-6a 水冷壁中间混合集箱与一级分配集箱 图3-1-6b 一级分配器 36 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 图3-1-6c 二级分配器 这样使下炉膛出来的工质在中间混合集箱进行混合，消除沿集箱轴向工质温度的偏差，这样也 在很大程度上减少了上部水冷壁工质温度的偏差；另一项重大的改进措施是取消早期垂直水冷壁和 控制循环锅炉在大直径的水冷壁下集箱中的各水冷壁管入口装设定位销对号的节流孔圈，而将节流 孔圈装于水冷壁下集箱外面的水冷壁入口管段上，由于小直径水冷壁管直接装设节流孔圈调节流量 的能力有限，因此通过三叉管过渡的方式，将水冷壁入口管段直径加大、根数减少的方法，使装设 节流孔圈的管段直径达到φ42mm，使其内径达到 29mm 以上，因此可以通过采用不同的孔圈内径，大 大提高了孔圈的节流度和节流调节的能力，这种装于炉外的节流孔圈也便于调试和检修，而且可以 采用较细的水冷壁下集箱，简化了结构。 3.1.4 水冷壁系统流程 水冷壁系统与过热器系统的分界点为汽水分离器，自水冷壁下集箱的入口导管开始到汽水分离 器贮水箱出口导管为止均属于水冷壁系统，其流程如图 3-1-7： 图3-1-7水冷壁流程描述 37 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 详细描述如下：由省煤器出口的工质通过两根大直径供水管送到两只水冷壁进水汇集装置，再 用较多的分散供水管送到各水冷壁下集箱，再分别流经下炉膛前、后及两侧水冷壁，然后进入中间 混合集箱进行混合以消除工质吸热偏差，然后进入上炉膛前、后、两侧墙水冷壁，其中前墙水冷壁、 两侧墙水冷壁上集箱出来的工质引往顶棚管入口集箱经顶棚管进入布置于后竖井外的顶棚管出口集 箱，至于进入上炉膛后水冷壁的工质，先后流经折焰角和水平烟道斜面坡进入后水冷壁出口集箱， 再通过二汇集装置分别送往后水冷壁吊挂管和水平烟道两侧包墙管，由后水冷壁吊挂管出口集箱和 水平烟道两侧包墙出口集箱引出的工质也均送往顶棚管出口集箱，由顶棚管出口集箱引出两根大直 径连接管将工质送往两只后竖井工质汇集集箱，通过连接管将大部分工质送往后竖井的前、后、两 侧包墙管及中间分隔墙。所有包墙管上集箱出来的工质全部用连接管引至后包墙管出口集箱，然后 用连接管引至布置于锅炉后部的两只汽水分离器，由分离器顶部引出的蒸汽送往一级过热器进口集 箱，进入过热器系统。在启动过程中，锅炉以再循环模式作湿态运行时，由水冷壁来的二相介质在 汽水分离器内分离后，蒸汽自分离器上部引出，而分离出来的水自分离器底部由连通管送往分离器 贮水箱，再用一根大直径疏水管由启动循环泵将再循环水送入省煤器前的给水管道进行混合，然后 送往省煤器和水冷壁系统进行再循环运行，而在锅炉结束启动阶段达到最低直流负荷后，由于启动 泵已切除，启动系统进入干态运行模式，此时汽水分离器内全部为蒸汽，只起到蒸汽汇合集箱的作 用。 为了降低顶棚包墙系统阻力以及保证复杂的后水冷壁回路的可靠性，采用了二次旁路。第一次 旁路是后水冷壁的工质如上所述不经顶棚而流经折焰角、水平烟道斜坡、水平烟道两侧墙和后水吊 挂管后再用连接管送往顶棚出口集箱。第二次旁路则是由顶棚出口集箱引出的工质并非全部送往后 烟道包墙管，而是有一部份通过旁通管直接送往后包墙管出口集箱与后烟道包墙系统工质汇合后通 过分离器，全部引入一级过热器入口集箱，二次旁路管上装有电动闸阀，锅炉在超临界区运行时应 打开此旁路阀。 综上所述，对我公司超超临界锅炉的炉膛及水冷壁总结如下： 1. 炉膛下部水冷壁采用带内螺纹的一次垂直上升方式（即从冷灰斗开始一直到炉膛顶部出口， 水冷壁管均垂直布置） 。 2. 渣斗底部有足够的加强型厚壁管，允许的磨蚀厚度不小于 1mm。钢结构足以防止渣落下造成 的损害。渣斗喉部最小开口为 1.5 米宽。下部水冷壁为垂直管圈，前后水冷壁向内弯曲形成冷灰斗。 3. 水冷壁采用全焊接的膜式水冷壁，保证燃烧室的严密性，鳍片宽度适应变压运行的工况。并 确保在任何工况下鳍端温度低于材料的最高允许温度。 4. 水冷壁采用内螺纹管垂直管圈结构：大量试验表明，内螺纹管即使采用光管水冷壁一半的质 量流速（1500kg/m2s）就可以避免在燃烧器局部高热负荷区发生偏离核态沸腾（DNB） ，即避免产生 膜态沸腾，而且在上炉膛低热负荷、度区出现“干涸” （Dry out 即 DRO）时，管子壁温的上升 也比光管小得多，即可以控制“干涸”时的壁温在钢材允许的范围内。 5. 采用垂直水冷壁：由于垂直水冷壁具有始终保持正向流动的特性，即较高流动稳定性，而且 当个别管子吸热增加时，通过该管的工质流量也会自动增加，即具有自然循环的补偿特性，因此对 38 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 保证沿水冷壁宽度方向工质温度的均匀性和防止个别管子因热负荷过高而导致膜态沸腾有利。 6. 水冷壁入口装设节流孔圈： 能根据水冷壁热负荷分配， 调节各管组的流量， 热负荷高的管子， 给予较多的工质，使管内工质的流量与管子的吸热量相匹配，而且增加节流孔圈对水动力的稳定性 也有利。 7. 垂直水冷壁采用足够高的质量流速， 保证管内质量流速高于亚临界直流运行各阶段发生膜态 沸腾的临界质量流速，也高于在超临界运行时不发生类膜态沸腾的临界质量流速，同时也高于从启 动到最低直流负荷运行之间锅炉按再循环模式运行时保证水动力稳定性的临界质量流速。 39 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 3.2 燃烧设备 3.2.1 概述 燃烧器是将燃料和一定比例的空气送入炉膛进行燃烧的装置，是锅炉燃烧系统中的关键设备。 煤粉燃烧所需要的空气通过燃烧器进入炉膛，煤粉气流的着火过程、炉膛中的空气动力和燃烧工况， 主要是通过燃烧器的结构及其在炉膛上的布置来组织的。 对燃烧器的基本要求： (1) 组织良好的空气动力场，使燃料及时着火，与空气适时混合，以保证燃烧稳定性和经济性。 (2) 对燃料适应性好。 (3) 有一定的负荷调节性。 (4) 较低的燃烧污染。 (5) 运行可靠，不易烧坏和磨损，便于维修和更换部件。 (6) 易于实现远程或自动控制。 煤粉燃烧器的型式按基本原理可分为两类，旋流式燃烧器和直流式燃烧器。这两类燃烧器结构 上差别很大，因而其动力工况、火炬形状、保持火焰稳定的方法都不相同。 直流燃烧器喷出的一、二次风都是不旋转的直流射流，喷口一般都是狭长形，直流燃烧器可以 布置在炉膛的前后墙、炉膛四角或炉膛顶部，从而形成不同的燃烧方式，如切向燃烧方式、U 形、W 形火焰燃烧方式等。 旋流燃烧器是利用其能使气流产生旋转的导向结构，使气流旋转以形成有利于着火的回流区。 携带煤粉的一次风和不携带煤粉的二次风，是分别用不同管道与燃烧器连接的，在燃烧器中一、二 次风的通道是隔开的。按照产生旋转气流方法的不同，旋流燃烧器可分为蜗壳式、轴向叶片式和切 向叶片式三大类。 本锅炉燃烧器为直流燃烧器， 采用 CUF （circular Ultra Firing） 墙式切圆燃烧， 如图 3-2-1 所 示。 该燃烧方式的特点为： (1) 将整个炉膛作为一个大燃烧器组织燃烧，因此对每只燃烧器的风量、粉量的控制要求不需 严格，并且操作简单。 (2) 锅炉负荷变化时，燃烧器按层切换，使炉膛各水平截面热负荷分布保持不变。 (3) 对煤种适应性强，容易适应煤种的变化。 (4) 由于炉膛内气流旋转强烈，与煤粉颗粒混合好，而且延长了煤粉颗粒在炉内流动路程，有 利于煤粉的燃烬。 (5) 相对于普通四角燃烧 CCF（Circular Corner Firing）具有火焰和烟气流场稳定，火焰充 满度好，能够最大限度地利用炉膛空间。并且温度分配均匀，偏差只有普通四角燃烧的 75%，火焰 稳定，具有较强的低负荷稳燃能力。 本燃烧系统设计方案具有如下优点： (1) 具有良好的燃烧稳定性。 40 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 图3-2-1 CUF墙式切圆燃烧俯视简图 (2) 燃烧器采用 CUF（circular Ultra Firing）墙式切圆燃烧方式能有效地防止炉膛结焦和烟 气偏差。 (3) PM 燃烧器采用浓淡燃烧降低 NOx 生成。 (4) 采用燃尽风（OFA）控制燃烧反应当量，降低 NOx。 (5) 采用 MACT（Mitsubishi Advanced Combustion Technology）燃烧技术，进一步降低 NOx。 3.2.2 燃烧器的布置与结构 燃烧器采用 CUF（circular Ultra Firing）墙式切圆燃烧大风箱结构。燃烧器风箱是整个切向 摆动式燃烧器的主体部分，由二次热风道输送的二次热风和煤粉管道输送的风粉混合物(一次风)， 均通过燃烧器风箱对各个喷嘴进行分配，以实现燃烧工况所要求的合理配风，同时燃烧器风箱又是 各喷嘴及相应摆动机构、油、点火器及其相应伸缩机构、燃烧器护板等的机座。为防止通过燃烧 器风箱的二次风产生过大的涡流，减少阻力损失，改善由于在燃烧器风箱内气流转向所引起的气流 偏斜，在燃烧器各风室内均设置了一块导流板，这些导流板对燃烧系统一、二次风各股射流的流向 控制，防止了进入炉膛的气流的偏斜，从而保证炉膛内形成良好的空气动力场。整个燃烧器风箱壳 体有三层结构，内壁钢板、保温层和最外层护板。为使装设于燃烧器风箱内部的各摆动机构、煤粉 喷嘴装置等便于维护和更换，在燃烧器风箱的前端和侧面相对于各层风室开设有孔门，使风箱内的 各机构有良好的可接近性，便于风箱内各机构的维护和更换。因为燃烧器风箱又是各摆动机构的机 座，为使摆动机构动作灵活，必须使各摆动连杆机构相互位置正确，这就要求燃烧器风箱在冷热态 下都要保持设计的几何形状，为此燃烧器风箱设计有较大的刚性，风箱前端采用了大型角钢，后部 及相应的挡板风箱都采用了槽钢，在风箱内部又设有多段斜拉条，同时对燃烧器风箱的膨胀结构进 41 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 行了精心的设计。燃烧器风箱同水冷壁用螺钉连接的方式固接在一起，在热态时，燃烧器风箱同炉 膛水冷壁一起向下膨胀，燃烧器风箱同热风道的相对膨胀由装设在燃烧器风箱和热风道之间的大型 波纹膨胀节吸收。考虑到水冷壁管和燃烧器风箱本体相对的膨胀差，其螺钉连接结构，采用风箱中 间部分用圆形孔固结式连接， 除中间部分以外的垂直部分和水平两端都采用腰形孔滑动连接的方式， 使热态下风箱本身以其中间固接部分为膨胀中心向上和向下两个方向可相对于水冷壁自由膨胀。为 保证风箱的密封性，在风箱前端法兰部分加设了密封箱装置，保证了风箱的密封性。燃烧器风箱外 侧的外护板是用来保护风箱保温层和改善风箱外观而设置的，材质采用梯形波纹铝板，外护板可在 夹板内自由膨胀，同时波纹护板也可吸收一定的膨胀。所有生根于风箱内壁板上并突出护板外的结 构，如摆动气缸支座，外摆动机构支座等，在穿出护板的地方都在护板上开大孔，以保证与风箱内 壁板间的相互自由膨胀。在燃烧器风箱同热风道连接处设计有挡板风箱，相应于风箱各风室在挡板 风箱内设计有挡板结构，以便控制进入燃烧器各风室的二次风量，使之适应燃烧工况的需要。挡板 风箱的风室挡板是用带位置反馈器的气缸来驱动的，各驱动气缸的行程即相应挡板的开启位置是根 据炉内燃烧工况，锅炉负荷和气温控制的要求由机组的协制系统来控制的。在燃烧器风箱前部 的侧面相应各风室装设有风压测点，以各风室中风压同炉膛负压之差作为控制各风室进风量的控制 信号。 全摆动式燃烧器，共设六层三菱低 NOx PM 一次风喷口，每 1 层与 1 台磨煤机相配，三层油风室， 一层燃烬风室、十层辅助风室和四层附加（Addition Air）风室，如图 3-2-2 所示。燃烧器采用三 菱 MACT 燃烧技术，降低炉内 NOx 的生成；二次风挡板采用非平衡式。 共 24 只 PM 燃烧器，每只燃烧器又分成浓淡两个喷口，如图 3-2-3 所示，喷嘴体见图 3-2-4。在 这两种煤粉燃烧器煤粉喷嘴体内设导向板用以分隔 PM 煤粉分离器分离后形成的浓相煤粉气流和淡 相煤粉气流，在燃烧器喷口内设置有波形钝体，该钝体与喷嘴体内导向板一起使浓、淡相煤粉气流 一直保持到燃烧器出口。在出口处针对浓淡煤粉燃烧器配置不同的助燃风，使浓淡两相煤粉及时合 理地配风燃烧，同时在波形钝体出口处，形成一个稳定的回流区，回流区中的烟气使得每个煤粉燃 烧器初燃段浓淡两相得到相对分离，并使火焰稳定在一个较宽的负荷变化范围内，有利于保证及时 着火及燃烧稳定，确保及时燃尽，能有效抑制 NOX 排放，保证锅炉效率。 共 48 个喷口，布置于前后左右墙上，形成强化型大直径单切园，以获得沿炉膛水平断面较为均 匀的空气动力场。煤粉喷口见图 3-2-5。波纹钝体使得在煤粉气流下游产生一个负压高温回流区， 在此负压区中存在着高温烟气的回流与煤粉/空气混合物间剧烈的扰动和混合， 这一点满足了锅炉负 荷在较宽范围变化时对煤粉点火和稳定燃烧的要求。 在主燃燃烧器的上方为 OFA 喷咀， 在距上层煤粉喷嘴上方约 6.2m 处布置有四层附加燃尽风 （AA） 喷咀，AA 风采用角式布置，如图 3-2-6 所示。为了减弱炉膛内空气气流的残余旋转，减少炉膛出口 两侧烟温偏差，A—A 风各喷口还可做水平摆动。A—A 风风箱分 4 个风室，每个风室设置 2 个喷口即 上喷口和下喷口。A—A 风风箱外在高度方向布置 4 只手动的水平摆动机构，A—A 风每个风室内的两 只上下喷口组成一组，绕其内部转轴由水平摆动连杆连接到外部手动的水平摆动机构，做左右 10° 的摆动。每只 A—A 风燃烧器沿其高度设置了 4 个带内曲拐的外摆动机构，A—A 风最上端风室的下 42 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 图3-2-2 单个炉墙燃烧器及风箱配置图 43 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 图3-2-3 低NOx PM燃烧器 图3-2-4 浓淡煤粉喷嘴体 喷口与其它三个风室的喷口一起做上下 30°的摆动。每个外摆动机构通过垂直摆动连杆驱动一 组 2 只喷嘴，4 个带内曲拐的外摆动机构再通过一根端部带铰链的外连杆连至每只 A--A 燃烧器的摆 动驱动气缸。带曲拐的外摆动机构除带有一套驱动单只喷嘴摆动的内曲拐摆动机构外，还设有摆动 驱动杆、止动板、止动销，摆动角度指示装置和一套摆动安全保护装置。A—A 风喷口除最上端风室 的上喷口为手动调节垂直摆动，可视燃烧工况来调整喷嘴的摆动角度，但调整范围不得超过设计值。 可以从指针刻度盘上的指示装置读出喷嘴的摆动角度。 44 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 图3-2-5 浓淡煤粉燃烧器喷口图 AA 风的作用是补充燃料后期燃烧所需要的空气，同时实现分级燃烧达到降低炉内温度水平，抑 制 NOX 的生成，此 AA 附加燃尽风与 OFA 风一起构成 MACT 低 NOX 燃烧系统。 每排燃烧器各装有三只机械雾化式油喷咀，全炉共 12 只油，油采用机械雾化，其总容量为 15%BMCR，用于锅炉点火稳燃和低负荷稳燃。每只油均配有高能点火装置。锅炉采用两级点火，即 高能点火器点燃轻油油，轻油油点燃煤粉。 在热态运行中一、二次风均可上下摆动，摆动角度能达到设计值，最大摆角为±30°。 喷口的摆动由能反馈电信号的执行机构来实现。执行机构有足够的力矩，能使燃烧器摆动灵活， 四角同步，燃烧器上设有摆动角度指示标志，执行机构采用进口气动执行机构。煤粉喷嘴及其摆动 机构示意如图 3-2-7 所示。 燃烧器的布置、设计是通过模化试验来确定的，且尽可能采用对称燃烧。炉膛空气动力场良好， 炉膛出口温度场均匀。受热面不产生高温腐蚀。没有火焰直接冲刷水冷壁和明显结焦现象，燃烧器 出口及附近水冷壁没有结焦现象，以保证锅炉安全经济运行。 45 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 图 3-2-6 AA 风运行想象图 图3-2-7 煤粉喷嘴及其摆动机构 不同负荷时燃烧器的投入方式及所主要设计参数如下： 46 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 项目 燃料耗量 燃烧器投 运数量 单只燃烧 器煤量 t/h t/h 层 BMCR 250.75 5 TRL 240.36 5 75% THA 198.83 4 50%THA 140.62 4 35%BMCR 101.76 3 高加切除 236.75 5 12.54 12.02 12.42 8.79 8.48 11.84 我公司锅炉点火采用等离子点火和燃油助燃相结合的方式。油作为等离子点火装置的备用设 备，也可满足锅炉低负荷助燃的需要（详见“等离子点火系统”。 ） 每个燃烧器均装置一个高质量的火焰检测装置，满足锅炉保护和燃烧器控制系统的要求。 3.2.3 低 NOx PM 煤粉燃烧器原理 低 NOx PM（Pollution Minimum）燃烧器由日本三菱重工（MHI）开发，其原理是利用燃烧器入 口弯头的离心分离作用将煤粉气流分成上下浓淡两股，分别进入炉膛，浓相煤粉浓度高所需着火热 少，利于着火和稳燃；淡相补充后期所需的空气，利于煤粉的燃尽，同时浓淡燃烧均偏离了化学当 量燃烧，大大降低了 NOx 的生成。如图 3-2-8 、图 3-2-9 所示。该燃烧器不仅能够高效、稳定地 燃烧世界各地的多种燃料，而且已经作为一种经济实用的手段来满足现有的及将来日益严格的降低 NOx 排放量的需要。 图3-2-8 低NOx PM燃烧器 47 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 该型燃烧器的设计指导准则是： (1) 浓淡分离偏离化学当量燃烧降低 NOx 的生成； (2) 增大浓相挥发份从燃料中释放出来的速率，以获得最大的挥发物生成量； (3) 在燃烧的初始阶段除了提供适量的氧以供稳定燃烧所需要以外， 尽量维持一个较低氧量水 平的区域，以最大限度地减少 NOx 生成； (4) 控制和优化燃料富集区域的温度和燃料在此区域的驻留时间，以最大限度地减少 NOx 生 成； (5) 增加煤焦粒子在燃料富集区域的驻留时间， 以减少煤焦粒子中氮氧化物释出形成 NOx 的可 能； (6) 及时补充燃尽所需要的其余的风量，以确保充分燃尽。 图 3-2-9 低 NOx PM 燃烧器结构图 PM 燃烧器的设计已考虑耐磨、耐温，并且机械结构上较为简单、可靠，以提供较长的使用寿 命和长期连续运行的能力，简化燃烧调整和运行操作，一旦试运行期间的燃烧调整工作结束，即使 运行煤质在一个较宽的范围内波动，燃烧器的设置也不需要进行任何调整，同样能获得最佳的运行 性能。 燃烧器运行的主要参数及方式: 48 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 一次风率 二次风率 一次风温 二次风温 一次风速 二次风速 上下一次风喷嘴中心距 燃烧器高度 燃烧器切园直径 上一次风中心线至屏下距离 下一次风中心线至冷灰斗拐点距离 炉内停留时间 20.0% 79.0% 75℃ 321℃ 26m/s 46m/s 11560mm 15000mm 8800mm 19453mm 7340mm 2.3S 锅炉 35%B-MCR 下投 2 层 8 只 PM 燃烧器；50%B-MCR 时投 3 层 12 只 PM 燃烧器； 锅炉 75%到 100%B-MCR 时投 4-5 层 16-20 只 PM 燃烧器。 3.2.4 墙式布置与四角布置燃烧器的比较 墙式布置与四角布置燃烧器动力场及温度场比较如图 3-2-10、图 3-2-11 所示。 图 3-2-10 动力场比较图（左为四角布置、右为墙式布置） 49 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 图3-2-11墙式布置与四角布置燃烧方式炉膛内温度场比较 （左为四角布置、右为墙式布置） 墙式布置相对四角布置的优点如下： (1) 墙式布置切圆燃烧方式能有效地降低炉膛两侧的烟温偏差,相对于普通四角燃烧 CCF （Circular Corner Firing） ，偏差只有普通四角燃烧的 75%。使炉膛出口烟温偏差大大降低，有利 于锅炉安全运行。 (2) 墙式布置切圆燃烧方式使燃烧器出口具有较大的空间,气流不易受到水冷壁的影响造成贴 墙,从而有利于防止水冷壁的结焦。 (3) 墙式布置切圆燃烧方式炉膛内温度场更加均匀，并且温度水平适中，能有效降低 NOx 的排 放,同时使锅炉水循环更加可靠。墙式布置切圆燃烧方式能最大限度地利用炉膛空间。有利于充分燃 烧,降低未燃碳损失。 (4) 墙式布置切圆燃烧方式煤粉气流受水冷壁水冷程度要大大小于角式切圆燃烧,从而强化煤 粉气流的着火特性和增加低负荷稳燃的能力。 3.2.5 MACT 燃烧技术简介 三菱重工（MHI）开发的 MACT（Mitsubishi Advanced Combustion Technology）燃烧技术也称 为降低炉内 NOx 燃烧系统。将较大比例的附加风 AA（Additional Air）布置在燃烧器的上部。该附 加风不仅能够降低 NOx 的生成而且保证炉膛燃尽区进一步完全燃烧从而降低飞灰可燃物的含量。 MACT（Mitsubishi Advanced Combustion Technology）燃烧技术特点是： 50 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 (1) 适应各种燃料如煤、油、气。 (2) 不增加设备投资，能减少尾部脱硝设备的投资。 (3) 锅炉燃烧效率和烟气流量没有改变，炉膛不会产生结渣和高温腐蚀。 (4) 炉膛内的燃烧稳定、低负荷性能良好，安全可靠，火焰检测不受影响。 MACT（Mitsubishi Advanced Combustion Technology）燃烧技术系统图见图 3-2-12。 燃尽区 附加风 还原脱 NOx区 烟气 燃烧用空气 主燃烧器燃烧区 图3-2-12 MACT燃烧技术系统图 51 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 3.3 过热器 3.3.1 概述 过热器是把蒸汽加热到额定过热温度的锅炉受热面部件。按传热方式，过热器可分为对流、半 辐射和辐射三种型式。按结构，过热器可分为蛇形管式、屏式、壁式和包墙管式四种。 3.3.1.1 对流式 过热器系统中的末级高温过热器、低温过热器，布置在水平烟道和尾部竖井烟道中，主要依靠 对流传热方式从烟气中吸收热量，属对流式过热器。 对流式过热器基本由蛇形管管排组成，蛇形管的布置有垂直放置(立式)和水平放置(卧式)两种 型式。立式过热器通常布置在烟温较高的水平烟道中，如末级高温过热器。其优点是：支吊结构简 单，吊挂方便，且不易积灰。缺点是：停炉后管内积水不易排除，长期停炉将造成腐蚀。在升炉时 工质流量不大，因管内存有积水，可能形成气塞，将管子烧坏，所以在升炉时应注意控制过热器热 负荷，在空气没有完全排除以前热负荷不能太大。水平布置的对流式过热器易于疏水排气，但支吊 比较麻烦，通常采用有蒸汽或水冷却的悬吊管吊挂，布置在尾部竖井烟道内。塔式锅炉和箱式锅炉 的过热器和再热器大多采用水平布置的方式。 根据管内外蒸汽和烟气总的流动方向，对流式过热器可有逆流、顺流和混合流三种布置方式， 如图 3-3-1 所示。逆流布置有最大的传热温压，金属耗量最少，但蒸汽出口温度最高处也是烟温最 高处，管子工作条件差。一般在烟温较低区域的低温过热器采用逆流布置方式。顺流布置则相反， 传热温压小，耗用金属多，但蒸汽出口处的烟气温度最低，管壁工作条件好，为在使用现有钢材条 件下获得尽可能高的蒸汽温度，末级高温过热器采用顺流布置方式。 图3-3-1 (a)逆流 (b)顺流 (c)混合流 蛇形管的排列方式有顺列和错列两种布置方式，如图 3-3-2 所示。烟气横向冲刷顺列布置受热 面管子时的传热系数比冲刷错列布置时小，但顺列管束管外积灰易于被吹灰器清除。 布置在高烟温区的过热器一般易产生粘结性积灰，为便于蒸汽吹灰器清除积灰，及支吊方便， 都以顺列方式布置。尾部烟井中低温过热器一般采用错列布置，以增强传热。但有的大型电站锅炉 将它们以顺列方式布置，以便于吹灰和支吊。 过热器和再热器并联蛇形管的排数主要由烟气流速决定。其横向管间相对节距 s1/d，顺列布置 时选取 s1/d=2.0～3.5，错列布置时取 s1/d＝3.0～3.5。大容量锅炉的烟道宽度相对较小，满足烟 52 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 图3-3-2 管子的顺列和错列布置方式 (a)顺列；(b)错列 气流速要求的管排数后，就不能满足蒸汽流速的要求。因其管内流通截面太小，蒸汽质量流速 太大，超过工质压降，所以通常以多管并联套弯的型式来满足蒸汽流速的要求。通常，蛇形管 有如图 3-3-3 所示的单管圈和多管圈结构。 图3-3-3 蛇形管结构(a)单管圈；(b)双管圈；(c)三管圈 3.3.1.2 辐射式(壁式、墙式) 布置在炉膛壁面上、直接吸收炉膛辐射热的过热器，称为辐射式(或墙式)过热器。高参数大容 量锅炉蒸发吸热所占比例减小，为了在炉膛内布置足够的受热面，就需要布置辐射式过热器。同时 辐射式受热面具有与对流式受热面相反的汽温特性，有利于改善整个过热器的汽温调节性能，同时 由于辐射传热强度大，可减少金属耗量，所以辐射式过热器已被广泛采用。 由于炉膛内热负荷很高，所以辐射式过热器管子的工作条件较恶劣，运行经验表明，管壁与管 内工质的温差可达 100～120℃。通常在辐射式过热器的设计、布置和运行时作如下考虑： (1)使辐射式过热器远离热负荷最高的火焰中心区，布置在热负荷稍低的炉膛上部。如顶棚过热 器。但这种布置使水冷壁高度减小，对水循环安全性不利，设计时应特别注意水循环计算。 53 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 (2)将辐射式过热器作为低温级受热面，以较低温度的蒸汽流过这些受热面，改善管子的工作条 件。 (3)选取较高的管内工质质量流速，提高管内放热系数。 (4)在锅炉启动时管内必须有足够的蒸汽流量来冷却管壁。这是因为启动时工质流量很小，但火 焰温度与满负荷时差不多，很高的热负荷容易将管子烧坏。 3.3.1.3 半辐射式(屏式) 布置在炉膛上部或炉膛出口烟窗处，既能接收到炉膛的辐射热，也吸收烟气对流换热的受热面 称为半辐射式过热器。如图 3-3-4 所示。 图3-3-4 屏式过热器结构简图1一相邻管屏间的定位管；2一屏本身的扎紧管 它们由焊在联箱上的许多 U 型管紧密排列成管屏组成，通常称为屏式过热器。它们的作用是： (1) 悬吊布置在炉膛上部的屏式受热面吸收相当部分炉内热量，降低炉膛出口烟气温度。解决 了大容量锅炉炉壁面积相对较小，布置的辐射受热面积太少的困难。 (2) 后屏的屏间距离 s＝500～900mm，稀疏布置的管屏起了凝结熔渣的作用。流经管屏的烟气 流速达 5～10m／s，所以后屏也吸收相当部分的对流换热量。能有效降低进入水平烟道的烟气温度， 防止布置密集的对流过热器的结渣。 (3) 屏式受热面布置在 1000～1300℃的高烟温区域， 传热强度高， 可以减少过热器的金属耗量。 (4) 屏式受热面布置在高烟温区，且屏间节距大，有较大辐射层厚度，能使过热器吸收辐射热 量的比例增大，可改善过热汽温调节特性。 屏式受热面既吸收炉膛辐射热，又吸收高温烟气的对流热，具有较高的热负荷。为保证管子工 作安全，需采用较高的质量流速，一般ρω＝700～1200kg／(m2s)。屏中并联管根数由蒸汽流速决 定，密排管的相对纵向节距一般为，s／d＝1.1～1.25。屏过有很多布置方式，如图 3-3-5。 屏中紧密排列各 U 型管受到的辐射热及所接触的烟气温度有明显的差别，且内外圈的管长不同 会导致蒸汽流量差别，因此平行工作的各 U 型管的吸热偏差较大，有时管与管之间的壁温差 54 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 (a)后屏；(b)大屏；(c)半大屏；(d)前屏； (e)能疏水的屏；(f)水平布置的屏 图 3-3-5 屏式受热面的布置 可达 80—90℃。运行时应注意对屏式受热面蒸汽出口端金属壁温的监视和控制。屏最外圈 U 型 管工质行程长、阻力大、流量小，又受到高温烟气的直接冲刷，且接受炉膛辐射热的表面积较其他 管子大许多，其工质焓增比屏的平均焓增大 40％～50％，极容易超温烧坏。为防止外圈管子管壁超 温，有许多改进结构，如图 3-3-6 所示。如将外圈管的长度缩短，将外圈管和内圈管在中间交换位 置等，也可用加大外圈管管径及采用高一级材质的钢材等方法来提高其工作可靠性。 图3-3-6 屏式过热器防止外圈管子超温的改进措施 (a)外圈两圈管子截短；(b)外圈一圈管子短路；(c)内外圈管子交叉；(d)外圈管子短路，内外管屏交叉 为提高屏式受热面的工作性能，国外已开始研究用鳍片管制造全焊膜式屏来代替光管屏。试验 表明，对于结渣性燃料，可以降低沾污程度。在同样条件下吸热量约可提高 12％，是一种有发展前 途的结构型式。 3.3.1.4 包覆壁过热器 现代大型锅炉为了简化炉墙结构，采用悬吊结构的敷管炉墙，在水平烟道和尾部竖井烟道内壁 像布置水冷壁那样布置过热器，称为包覆壁过热器。当包覆壁过热器由光管组成时，相对节距 s/d 55 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 等于 1.1～1.2；采用膜式结构时，s/d 为 2～3。大容量锅炉都采用膜式壁结构，这样可以保证锅炉 烟道的气密性，并可减少金属消耗量。 包覆壁过热器作为炉壁，仅受烟气的单面冲刷，贴壁处烟速又较低，对流换热效果较差。在尾 部烟道内烟温又较低，布置的受热面较密集，其辐射吸热量也小。同时包覆壁过热器内蒸汽温度较 低。因此，包覆壁过热器具有较低的管壁温度，这有利于减少锅炉的散热损失。 包覆壁过热器也具有将蒸汽输送入布置在尾部烟道的低温过热器进口的作用。 过热器工作特点 (1）由于过热器的出口处工质已达到较高温度，所以过热器的许多部分，特别是它们的末端部 分需要采用价格较高的合金钢。通常为降低锅炉造价，尽量避免采用更高级的合金钢，设计时，几 乎使各级过热器金属管子的工作温度都接近极限温度。为使过热器安全运行，必须注意保持汽温稳 定，波动不应超过±5～10℃。 (2）整个过热器的阻力，即工质压降不能太大。因大部分过热器都布置在较高烟温区域，为了 使管子得到较好的冷却，就得使管内工质有较高的流速。工质流速越高，阻力越大，工质的压降就 会越大。对于过热器，工质压降越大，要求给水压力越高，除给水泵功率消耗增大外，省煤器、水 冷壁等承压部件壁厚就需要增大，它们的材料和制造成本就会提高。因此，一般要求整个过热器内 工质的压降不超过其工作压力的 10％。 (3）过热器出口蒸汽温度随负荷的改变而变化。这是由于过热器是组合式的，既有对流传热又 有辐射传热，但总体上是以对流传热为主，当负荷变化时，受热面管外烟气流速和管内工质流速都 将发生变化，管内外的对流放热系数随着改变，导致管内蒸汽吸热量改变。 (4）在锅炉启动点火或汽轮机甩负荷时，过热器中没有或只有少量蒸汽通过，管壁会由于得不 到冷却而产生爆管或烧损。为此，必须采取控制烟气温度等有效措施，用来保障在启动或汽轮机甩 负荷时过热器的安全。 3.3.2 我公司锅炉过热器介绍 我公司过热器系统采用四级布置，以降低每级过热器的焓增，沿蒸汽流程依次为水平与立式低 温过热器、分隔屏过热器、后屏过热器和末级过热器如图 3-3-7 所示。 3.3.2.1 低温过热器（一级过热器） 由两只汽水分离顶部引出的两根蒸汽连接管（φ457×70mm，SA-335 P12）将蒸汽送往位于后竖 井中的水平低温过热器入口集箱，流经水平低过的下、中、上管组，水平低过蛇形管共有 140 片， 每片由 6 根管子组成，管子为φ51，节距为 133.5mm，壁厚为 8～8.5mm，材质为 15CrMoG。由水平 低过的出口段与立式低过相接，管径亦为φ51，节距为 267mm，以降低烟速，材质也是 15CrMoG，其 布置形式及管子材质段情况见图 3-3-8。 3.3.2.2 分隔屏过热器（二级过热器） 由立式低过出口集箱引出的 2 根φ457×70 的连接管上装有两只第一级喷水减温器，通过喷水 减温后进入分隔屏入口集箱。分隔屏共有 8 大片屏，每个大屏又由 4 个小屏组成，每大屏各有 72 根 φ60/54 的管子， 按照壁温， 分别采用 12Cr1MoV （壁厚为 11mm） +和 SA213-TP347H （壁厚为 8～11mm） 56 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 材料，其布置形式及管子材质分段情况见图 3-3-9。 图3-3-7过热器系统图 3.3.2.3 后屏过热器（三级过热器） 由分隔屏出口集箱引出的 2 根φ508×65（SA-335 P91）连接管上装有两只第二级喷水减温器， 蒸汽进入后屏过热器入口集箱（φ457×80，SA-335 P91） 。后屏蛇形管共有 35 屏，每屏由 18 根管 组成，横向节距为 534mm，管子材质为 Code case 2328（super304H）和 25Cr20Ni，管径为φ51/φ 63.5，管子壁厚为 6.5～10.5mm，屏过出口集箱为φ610×140（SA-355 P91） ，其管屏形式及管材分 段情况见图 3-3-10。 3.3.2.4 高温过热器（四级过热器） 由屏过出口集箱引出 2 根φ559×95 连接管，管上装有两只第三级喷水减温器，喷水后的蒸汽 57 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 进入末级过热器入口集箱（φ457×90；SA335P91） ，末过蛇形管共有 56 屏，每屏由 16 根管弯成， 管径为为φ51/60， 材质为 Code case 2328 和 25Cr20Ni， 厚度为 5.5～11.5mm， 横向节距为 333.75mm， 末过出口集箱为φ610X140，SA-335 P92。由末过出口集箱引出两根主汽导管送往汽机高压缸，主汽 导管为φ457mm，材质为 SA-335 P92。其管屏形式及管材分段情况见图 3-3-11。 各级过热器材料及参数总结如下表： 表 3-3 各级过热器参数表 项 目 管子规格 ( 外 径 × 最小 壁厚) 节距(横向/纵 向) mm 133.5/90 mm Φ51×8， 8.5 单位 低温过热器 分隔屏过热 器 Φ54×8-11 Φ60×8-11 后屏热器 末级过热器 Φ51×6.5-10.5 Φ63.5×7.5-10.5 Φ51×5.5-8.5 Φ60×6.5-11.5 2136/63.5 534/60.5 333.75/60.5 材质 ( 不 含 炉 外管 段) — 15CrMoG TP347H 12Cr1MoVG TP347H super304H SA213TP310HCBH （HR3C） 55000 173000 20000 8.8 1119 970 28.2 26.91 TP347H super304H SA213TP310HCBH （HR3C） 60000 170000 23000 9.6 970 905 27.8 26.53 相对应的材质 重 量 ( 不 含炉 外管段) 管组平均烟速 进口烟温 出口烟温 最高设计压力 运行压力 (B-MCR) 出口工质温度 (B-MCR) 最高计算工质 温度 出口金属壁温 (平均) m/s ℃ ℃ MPa.g MPa.g 10.5 672 459 28.9 27.65 kg 0000 75000 149000 / 1317 1119 28.6 27.28 ℃ 445 502 567 605 ℃ 452 525 605 615 ℃ 480 565 58 7 650 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 最高金属壁温 材质适用温度 限 并联管数 ℃ ℃ 根 480 507 840 565 605 576 7 660 630 650 675 840 3.3.3 过热器的温度调节和止晃措施 3.3.3.1 过热器消除热力偏差的措施 为消除蒸汽侧和烟气侧产生的热力偏差， 过热器各段进出口集箱间的连接采取有效的平衡措施。 过热器采用一级交叉，并设置三级喷水减温器，且能左右分别调节；末级再热器入口和出口均采用 双集箱结构。过热器系统分成四级，每一级的焓增较低且分配合理。 过热器配置三级喷水减温装置，且左右能分别调节。各工况下各级减温水量和总量见下表。在 任何工况下（包括高加全切和 B-MCR 工况） ，过热器喷水的总流量约为 7%过热蒸汽流量（B-MCR 工况 下） 。 项 目 过热器一级减温水量 过热器二级减温水量 过热器三级减温水量 过热器总的减温水量 3.3.3.2 过热汽温的调节 煤水比的变化是过热汽温变化的基本原因。保持煤水比基本不变，则可维持过热器出口汽温不 变。当过热蒸汽温度改变时，首先应该改变燃料量或者改变给水量，使汽温大致恢复给定值，然后 用喷水减温的方法较快速精确地保持汽温。 (1) 过热汽温粗调（煤水比调节） 煤水比的调节普遍采用汽水行程中的某一中间工况点的参数做控制信号。其理由是，在给定负 荷下，与主蒸汽焓值一样，中间点的焓值（或温度）也是煤水比的函数。只要煤水比稍有变化，就 会影响中间点温度，造成主蒸汽温度超限。而中间点的温度对煤水比的指示，显然要比主蒸汽温度 的指示快得多。因此可以选择位置接近过热器进口的中间点的焓值控制煤水比，它可以比出口汽温 信号更快反映煤水比的变化，起提前调节的作用。 中间点一般选为具有一定过热度的微过热蒸汽（如汽水分离器出口） 。若位置过于靠前（如水冷 壁出口） ，则当负荷或其他工况变动时，中间点温度一旦低至饱和温度即不再变化，因而失去信号功 能。 低负荷时炉膛单位辐射热增加且煤水比稍稍变大，将使中间点的焓值升高。因此，不同负荷下 中间点焓值的设定值并不是一个固定值，设计人员应将这个特性绘制成曲线指导运行，或输入计算 机进行自动控制。举例：如图 3-3-12 为 CE-600MW 直流锅炉分离器出口温度控制值与负荷变化的关 59 单 位 t/h t/h t/h t/h BMCR 63 21 63 147 100%THA 54 18 54 126 75%BMCR 39 13 39 91 50%BMCR 27 9 27 63 30%BMCR 15 5 15 35 高加 全切 48 16 48 112 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 系曲线。曲线中当负荷由 600MW 降至 330MW 时，分离器出口压力由 26.4Mpa 降低到 14.1Mpa，煤水 比由 0.1295 变动到 0.1514，中间点焓值由 2699kJ/kg 升为 2845kJ/kg，中间点温度则由 418C 降为 365C，由图可看出，由于选择了分离器出口作中间点，亚临界压力运行范围的中间点温度始终高出 饱和温度 30C 左右，使温度信号可靠反映煤水比。 图3-3-12 中间点参数控制与负荷关系 (2) 过热汽温细调（喷水调节） 实际运行中，由于给粉量的控制不可能很精确，因而只能将保持煤水比作为粗调，以喷水减温 对过热器进行细调。大型直流锅炉的喷水减温装置通常分两级，第一-级布置于后屏过热器的入口， 第二级布置于末级过热器的入口。我公司超超临界锅炉过热蒸汽喷水减温设置三级，一、二级过热 器，二、三级过热器，三、四级过热器之间各设置一级喷水减温，充分保护了各段过热器，过热器 减温器如图所示。 60 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 图3-3-8低温过热器材料分段图 61 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 图3-3-9分隔屏过热器材料分段图 62 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 图3-3-10后屏过热器材料分段图 63 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 图3-3-11末级过热器材料分段图 用喷水减温调节汽温时，要严格控制减温水总量，尽可能少用，以保证有足够的水量冷却水冷 壁；高负荷投用时，应尽可能多投前两级减温水，少投三级减温水，以保护屏式过热器。  安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 锅炉给水温度降低时汽温降低，若要维持机组负荷不变，必须增加燃料。若锅炉超出力运行， 必须注意锅炉各段受热面的温度水平，恰当调节减温水量，防止管壁过热。 3.3.3.3 止晃措施 对炉膛和尾部烟道内的所有过热器都装设有效的止晃装置,具体结构有以下几种: (1) 烟气温度>9℃的管屏采用流体冷却夹管和流体冷却间隔管进行固定,如分隔屏和后屏过 热器等管屏，在炉宽方向通过流体冷却间隔管将每片管屏进行固定，使炉宽方向的所有管屏形成整 体以防止晃动。另外，对于过热器分隔屏、过热器后屏,采用延长最里圈管来夹紧其它管子的方式防 止管屏变形。 (2) 对于尾部低温过热器，首先采用管夹对每片管屏进行单片固定，以防止管屏变形，然后在 炉宽方向加设机械定位装置。 65 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 3.4 再热器 3.4.1 概述 再热器是把汽轮机高压缸（或中压缸）的排汽重新加热到一定温度的锅炉受热部件。其作用是 减小汽轮机尾部的蒸汽湿度及进一步提高机组的经济性。按传热方式，再热器可分为对流再热器和 辐射再热器两种，有关对流式及辐射式吸热的特性分析与过热器相似，在此不再赘述。 3.4.2 我公司再热器介绍 我公司再热器分为低温再热器和末级再热器二级，如图 3-4-1 所示： 图3-4-1 再热器系统图 3.4.2.1 低温再热器 低温再热器布置于尾部竖井中，由汽机高压缸来的排汽用两根φ660×20（SA-106C）的导管送 入水平低温再热器入口集箱，600MW 水平低再共 132 片，660MW 水平低再共 140 片，每片由 6 根管子 组成， 节距为 133.5mm, 管子规格为φ63.5mm， 分下、 中下、 中上、 上四组， 材质依次为 20G、 15CrMoG 及 12Cr1MoVG，壁厚为 3.5～6.5mm, 水平低再出口端与立式低再相接，低再共有 70 片（注：同类型 600MW 机组立式低再共有 66 片） ，节距为 267mm，管径为 63.5mm,材质为 SA213T91，壁厚为 3.5mm， 材质分段情况见图 3-4-2。 66 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 图 3-4-2 低温再热器材料分段图 67 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 3.4.2.2 末级再热器（高温再热器） 由立式低再出口集箱引出两根φ559×30（SA-335 P12）的连接管，其出口蒸汽进入末级再热器 入口集箱，集箱为φ559×40，材质为 SA-355 P22，末再蛇形管共 70 片，每片由 11 根管组成，横 向节距为 267mm，其材质为 12Cr1MoV，Code case 2328 和 25Cr20Ni，平均壁厚为 3.5mm。末再出口 集箱为φ660×50，材质为 SA-355 P91，由末再出口集箱引出的 2 根热再热导管将再热汽送往汽机 中压缸， 热段再热蒸汽导管采用φ711×45， 材质为 SA-335 P92， 末级再热器材质分段情况见图 3-4-3。 再热器工作特点： (1）再热蒸汽压力低于过热蒸汽，一般为过热蒸汽压力的 1/4～1/5。由于蒸汽压力低，再热蒸 汽的定压比热较过热蒸汽小，这样在等量的蒸汽和改变相同的 吸热量的条件下，再热汽温的变化就比较敏感，且变化幅度也较过热蒸汽为大。反过来在调节再热 汽温时，其调节也较灵敏，调节幅度也较过热汽温大。 (2）再热器进汽蒸汽状态决定于汽轮机高压缸的排汽参数，而高压缸排汽参数随汽轮机的运行 方式、负荷大小及工况变化而变化。当汽轮机负荷降低时，再热器入口汽温也相应降低，要维持再 热器的额定出口汽温，则其调温幅度大。由于再热汽温调节机构的调节幅度受到，则维持额定 再热汽温的负荷范围受到。 (3）再热汽温调节不宜用喷水减温方法，否则机组运行经济性下降。再热器置于汽轮机的高压 缸和中压缸之间。因此在再热器喷水减温，使喷入的水蒸发加热成中压蒸汽，使汽轮机的中、低压 缸的蒸汽流量增加，即增加了中、低压缸的输出功率。如果机组总功率不变，则势必要减少高压缸 的功率。由于中压蒸汽作功的热效率较低，因而使整个机组的循环热效率降低。因此再热汽温调节 方法采用烟气侧调节，即采用摆动燃烧器或分隔烟道等方法。为保护再热器，在事故状态下，使再 热器不过热烧坏，在再热器进口处设置事故喷水减温器，当再热器进口汽温采用烟气侧调节无法使 汽温降低，则要用事故喷水来保护再热器管壁不超温，以保证再热器的安全。 (4）采用再热器目的是降低汽轮机末几级叶片的湿度和提高机组的热经济性，在亚临界压力机 组中，再热汽温与过热汽温采用相同的温度。而在超临界压力机组，如果再热汽温采用与过热汽温 相同值，则汽轮机末几级叶片的湿度仍比较大，则需采用较高的再热汽温，以减小其末几级叶片的 湿度。本锅炉再热汽温采用的是 569℃。 (5）再热蒸汽压力低，再热蒸汽放热系数低于过热蒸汽，在同样蒸汽流量和吸热条件下，再热 器管壁温度高于过热器壁温。 再热器参数及材质情况总结如下表 表 3-4 再热器参数表 项目 管子规格 (外径×最小壁厚) 节距(横向/纵向) 单位 mm mm/mm 水平低温再热器 Φ63.5×3.5-5.5 133.5/100 68 立式低温再热器 Φ63.5×3.5 267/110 末级再热器 Φ57×3.5,5.5 Φ60×3.5 267/110 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 20G 材质(不含炉外管段) — 15CrMoG 12Cr1MoVG 223000 kg 204000 243000 m/s ℃ ℃ MPa.g MPa.g ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ 根 7.7 677 403 5.7 4.836 437 450 543 543 580 840 11.3 762 681 5.7 4.836 499 510 605 605 9 840 60000 T91 12Cr1MoVG super304H SA213TP310HCBH （HR3C） 56000 115000 72000 11.5 1 766 5.7 4.736 603 620 634 635 680 770 相对应的材质重量 (不含炉外管段) 管组平均烟速 进口烟温 出口烟温 最高设计压力 运行压力(B-MCR) 出口工质温度(B-MCR) 最高计算工质温度 出口金属壁温 最高金属壁温 材质适用温度限 并联管数 3.4.3 再热汽温调节和管子止晃措施 3.4.3.1 再热汽温调节 再热器主要采用烟气挡板调温、并辅以摆动燃烧器调温，喷水减温仅用于事故减温，防止超温 破坏，再热器喷水减温器如图 3-4-2 所示。 烟气侧调节再热汽温方法主要是摆动燃烧器角度和分隔烟气挡板。本锅炉采用的是分隔烟气挡 板调温。 分隔烟道改变烟气挡板角度调节再热汽温方法就是利用中间隔墙把后竖井烟道分隔成前后两个 平行烟道，在后侧（主烟道）布置低温过热器，在前侧（旁路烟道）布置低温再热器，在两平行烟 道的出口处装设可调的烟气挡板。当锅炉出力改变或其它工况发生变动而引起再热汽温变化时，则 调节低温再热器侧烟气挡板开度，并相应改变低温过热器侧烟气挡板开度，从而改变两平行烟道的 烟气流量分配，以改变低温再热器的吸热量，使再热汽温被调整至所需的数值。 69 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 1. 筒体 2. 混合管 图3-4-2 再热汽喷水减温器 3. 喷管 再热器喷水减温器喷水总流量约为 2%再热蒸汽流量（B-MCR 工况下） 。采用喷水减温时，其喷水 后的蒸汽温度至少高于相应的饱和温度 15℃。 3.4.3.2 再热器止晃措施 对于末级再热器以及尾部低温再热器，首先采用管夹对每片管屏进行单片固定，以防止管屏变 形，然后在炉宽方向加设机械定位装置。 附：过热器、再热器的温度测点布置数量如下： 位置 一级再热器出口 二级再热器出口 汽水分离器 四过出口集箱 数量 6只 10 只 3只 3只 位置 水冷壁（炉内炉外各 一半） 水冷壁出口集箱 中间混合集箱 数量 24 只 72 只 72 只 位置 四级过热器出口 三级过热器出口 二级过热器出口 一级过热器出口 数量 9只 9只 6只 6只 过热器和再热器温度控制范围： 过热汽温在 35%～100%B-MCR、再热汽温在 50%～100%B-MCR 负荷范围时，保持稳定在额定 值，偏差不超过±5℃。当锅炉负荷在 50%B-MCR 及以上时，过、再热蒸汽均能达到额定汽温；当 锅炉负荷在 35%B-MCR～50%B-MCR 时， 过热蒸汽能够达到额定汽温； 当锅炉负荷在 25% B-MCR～ 35%B-MCR 时，过热蒸汽温度等于或略低于额定汽温。 70 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 图3-4-3 高温再热器材料分段图 71 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 锅炉分册 3.5 省煤器 3.5.1 概述 在锅炉尾部烟道的最后，烟气温度仍有 400℃左右，为了最大限度地利用烟气热量，大型锅炉 在尾部烟道都布置一些低温受热面，通常包括省煤器和空预器。省煤器的作用就是让给水在进入锅 炉前，利用烟气的热量对之进行加热，同时降低排烟温度，提高锅炉效率，节约燃料耗量。省煤器 的另一作用在于给水流入蒸发受热面前，先被省煤器加热，这样就降低了炉膛内传热的不可逆热损 失，提高了经济性，同时减少了水在蒸发受热面的吸热量。因此采用省煤器可以取代部分蒸发受热 面。也就是以管径较小、管壁较薄、传热温差较大、价格较低的省煤器来代替部分造价较高的蒸发 受热面。因此，省煤器的作用不仅是省煤，实际上已成为现代锅炉中不可缺少的一个组成部件。 (1) 省煤器按布置方式可分为错列布置和顺列布置。错列布置结构紧凑，传热系数较大，但加 大了管子的磨损。顺列布置则可以减轻省煤器磨损，且易于清灰。 (2) 按制造材料可分为铸铁式和钢管式两类。铸铁式省煤器强度不高，性脆，不能受冲击，只 能用于工作压力低于 4MPa 的锅炉。电站锅炉已不采用。钢管式省煤器体积小，重量轻，价格低廉， 且可适用于任何压力和容量锅炉。电站锅炉都采用钢管式省煤器。 (3) 按水在省煤器中被加热的程度，省煤器可分为非沸腾式和沸腾式两类。省煤器出口水温低 于饱和温度的叫做非沸腾式省煤器；在省煤器出口处水已被加热到饱和温度并产生部分蒸汽的叫做 沸腾式省煤器。中压锅炉由于水的汽化吸热量占的比例大，而炉膛内布置过多的蒸发受热面会降低 炉内温度水平，不利于煤的着火燃烧，所以采用沸腾式省煤器，这样可以减少炉膛蒸发受热面，缩 小炉膛容积，提高炉内热强度。为避免管内汽水分层和产生过大的流动阻力，影响锅炉运行的安全 性和经济性，一般要求沸腾式省煤器出口蒸汽含量不超过 20％。随着锅炉压力的提高，蒸发吸热量 比例减小，炉膛内蒸发受热面吸热已大于汽化热；同时又考虑在汽包内用省煤器来的水清洗蒸汽， 提高蒸汽品质，因此高压、超高压、亚临界和超临界压力锅炉都采用非沸腾式省煤器，且具有一定 的欠热。 为减少金属耗量，省煤器可采用小管径光管弯制成的蛇形管结构(图 3-5-1)。 图 1-4-1 锅炉省煤器 72 安徽华电芜湖发电有限公司培训教材 1-蛇形管；2-支杆；3-进口集箱；4-出口集箱；5-悬吊管； 6-吊夹；7-再热器进口集箱；8-隔墙管；9-炉墙；1