超临界锅炉运行特性及调整课件.ppt
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1、关于超临界锅炉运行特性及调整第1页,此课件共86页哦主要内容1 概述1.1 名词定义1.2 超临界直流炉的特点2 超临界直流锅炉的典型结构2.1 蒸发受热面2.2 启动系统2.3 燃烧系统第2页,此课件共86页哦主要内容3 超临界直流炉的运行特性3.1 启动前的水冲洗阶段3.2 点火、升温、升压阶段3.3 干、湿态转换4 超临界直流炉的运行调节4.1 蒸汽压力的控制与调节4.2 蒸汽温度的控制与调节4.3 锅炉燃烧调整第3页,此课件共86页哦1.1 名词定义临界点、超临界、直流炉的定义临界点、超临界、直流炉的定义临界点:水在加热过程中存在一个状态点。临界点的主要影响参临界点:水在加热过程中存在
2、一个状态点。临界点的主要影响参数是压力,水的临界点压力为数是压力,水的临界点压力为22.115MPa,22.115MPa,对应的温度对应的温度374.15374.15。(1 1)低于临界点压力,从低温下的水加热到过)低于临界点压力,从低温下的水加热到过热蒸汽的过程中要经过加热、汽化、过热的过程,即经过热蒸汽的过程中要经过加热、汽化、过热的过程,即经过水和水蒸汽共存的状态;水和水蒸汽共存的状态;(2 2)如果压力在临界压力或临界压力以上时,)如果压力在临界压力或临界压力以上时,水在加热的过程中就没有汽水共存状态而直接水在加热的过程中就没有汽水共存状态而直接从水转变为蒸汽。从水转变为蒸汽。第4页,
3、此课件共86页哦1.1 名词定义l超临界:当流体的压力和温度超过一定的值(临界点)时,流体会处于一种介乎于液态和气态的中间态,称为超临界态。对锅炉来说,主蒸汽压力超过(大于)临界点压力(22.12MPa)的工况。l直流锅炉:锅炉中水或水蒸气在加热管道中的流动是依直流锅炉:锅炉中水或水蒸气在加热管道中的流动是依靠水泵的作用,而且与自然循环锅炉和强制循环锅炉不靠水泵的作用,而且与自然循环锅炉和强制循环锅炉不同的是直流锅炉没有汽包,水在一次经过加热管道后就同的是直流锅炉没有汽包,水在一次经过加热管道后就变成了饱和蒸汽或过热蒸汽,故称之为直流锅炉。变成了饱和蒸汽或过热蒸汽,故称之为直流锅炉。第5页,此
4、课件共86页哦结论:结论:l超临界锅炉从压力上分类l直流锅炉从有无汽包分类l超临界锅炉一定是直流锅炉l直流锅炉不一定是超临界锅炉,可以是亚临界或以下压力锅炉l直流炉可以适用于任何压力,但如果压力太低,则不如自然循环锅炉,所以一般应用在P16MPa的锅炉上。当然超(超)临界参数锅炉必须采用直流型式第6页,此课件共86页哦1.2 超临界直流炉的特点超临界直流炉的主要特点1、热效率高,节约燃料l朗肯循环热效率随主蒸汽压力、温度的升高而提高,超临界压力机组比亚临界机组热效率提高23%,而超超临界机组的热效率比常规超临界机组的高4左右。l在超超临界机组参数范围的条件下主蒸汽压力提高1MPa,机组的热耗率
5、就可下降0.130.15%;主蒸汽温度每提高10,机组的热耗率就可下降0.250.3O;再热蒸汽温度每提高10,机组的热耗率就可下降0.150.20;在一定的范围内,如果增加再热次数,采用二次再热,则其热耗率可较采用一次再热的机组下降1.41.6。第7页,此课件共86页哦1.2 超临界直流炉的特点2、污染排放低,保护环境、污染排放低,保护环境l低NOx排放l低CO2排放3、取消汽包,能快速启停、取消汽包,能快速启停l与自然循环锅炉相比,直流炉从冷态启动到满负荷运行,变负荷速度可提高一倍左右。第8页,此课件共86页哦1.2 超临界直流炉的特点4、水泵压头高、水泵压头高l水冷壁的流动阻力全部要靠给
6、水泵来克服,这部分阻力约占全部阻力的2530。所需的给水泵压头高,既提高了制造成本,又增加了运行耗电量。5、金属耗量少金属耗量少l锅炉本体金属消耗量最少,锅炉重量轻。一台300MW自然循环锅炉的金属重量约为5500t7200t,相同等级的直流炉的金属重量仅有4500t5680t,一台直流锅炉大约可节省金属2000t。加上省去了汽包的制造工艺,使锅炉制造成本降低。第9页,此课件共86页哦1.2 超临界直流炉的特点6、需要专门的启动系统需要专门的启动系统l直流锅炉启动时约有30额定流量的工质经过水冷壁并被加热,为了回收启动过程的工质和热量并保证低负荷运行时水冷壁管内有足够的重量流速,直流锅炉需要设
7、置专门的启动系统,而且需要设置过热器的高压旁路系统和再热器的低压旁路系统。加上直流锅炉的参数比较高,需要的金属材料档次相应要提高,其总成本不低于自然循环锅炉。l需要汽水分离器在低负荷时起汽水分离作用并维持一定的水位,在高负荷时切换为纯直流运行,汽水分离器作为通流承压部件。第10页,此课件共86页哦1.2 超临界直流炉的特点7、需要较高的质量流速、需要较高的质量流速l为了达到较高的质量流速,必须采用小管径水冷壁。这样,不但提高了传热能力而且节省了金属,减轻了炉墙重量,同时减小了锅炉的热惯性。8、热惯性小热惯性小l水冷壁的金属储热量和工质储热量最小,即热惯性最小,使快速启停的能力进一步提高,适用机
8、组调峰的要求。l但热惯性小也会带来问题,它使水冷壁对热偏差的敏感性增强。当煤质变化或炉内火焰偏斜时,各管屏的热偏差增大,由此引起各管屏出口工质参数产生较大偏差,进而导致工质流动不稳定或管子超温。第11页,此课件共86页哦1.2 超临界直流炉的特点9、流动阻力大流动阻力大l为保证足够的冷却能力和防止低负荷下发生水动力多值性以及脉动,水冷壁管内工质的重量流速在MCR负荷时提高到2000/(s)以上。加上管径减小的影响,使直流锅炉的流动阻力显著提高。l600MW以上的直流锅炉的流动阻力一般为5.4MPa6.0MPa第12页,此课件共86页哦1.2 超临界直流炉的特点10、汽温调节、汽温调节l汽温调节
9、的主要方式是调节燃料量与给水量之比,辅助手段是喷水减温或烟气侧调节。由于没有固定的汽水分界面,随着给水流量和燃料量的变化,受热面的省煤段、蒸发段和过热段长度发生变化,汽温随着发生变化,汽温调节比较困难。11、容易发生水动力不稳定容易发生水动力不稳定l低负荷运行时,给水流量和压力降低,受热面入口的工质欠焓增大,容易发生水动力不稳定。由于给水流量降低,水冷壁流量分配不均匀性增大;压力降低,汽水比容变化增大;工质欠焓增大,会使蒸发段和省煤段的阻力比值发生变化。第13页,此课件共86页哦1.2 超临界直流炉的特点12、水冷壁可灵活布置、水冷壁可灵活布置l水冷壁可灵活布置,可采用螺旋管圈或垂直管屏水冷壁
10、。采用螺旋管圈水冷壁有利于实现变压运行。13、热偏差影响大、热偏差影响大l超临界压力直流锅炉水冷壁管内工质温度随吸热量而变,即管壁温度随吸热量而变。因此,热偏差对水冷壁管壁温度的影响作用显著增大。14、存在传热恶化的可能、存在传热恶化的可能l变压运行的超临界参数直流炉,在亚临界压力范围和超临界压力范围内工作时,都存在工质的热膨胀现象。在亚临界压力范围内可能出现膜态沸腾;在超临界压力范围内可能出现类膜态沸腾。第14页,此课件共86页哦2 超临界直流锅炉的典型结构锅炉典型结构锅炉典型结构 大型超临界煤粉锅炉的整大型超临界煤粉锅炉的整体布置主要体布置主要采用采用型布置和塔式布置,也型布置和塔式布置,
11、也有有T型布型布置方式。置方式。第15页,此课件共86页哦型布置是传统普遍采用的方式,型布置是传统普遍采用的方式,烟气由炉膛经水平烟道进入尾部烟烟气由炉膛经水平烟道进入尾部烟道,在尾部烟道通过各受热面后排出。道,在尾部烟道通过各受热面后排出。其主要优点是锅炉高度较低,尾部烟其主要优点是锅炉高度较低,尾部烟道烟气向下流动有自生吹灰作用,各道烟气向下流动有自生吹灰作用,各受热面易于布置成逆流形式,对传热受热面易于布置成逆流形式,对传热有利等。有利等。第16页,此课件共86页哦省煤器去高压缸去高压缸去中压缸去中压缸来自高加来自高加来自高压缸炉膛低过屏过末过低再高再分离器贮水罐过热器一级减温过热器一级
12、减温再热器事故减温再热器事故减温过热器二级减温过热器二级减温分离器出口分离器出口高压缸排汽高压缸排汽第17页,此课件共86页哦启动分离器启动分离器顶棚过热器顶棚过热器包墙过热器包墙过热器 低温过热器低温过热器 一级减温一级减温 屏式过热器屏式过热器 二级减温二级减温 高温过热器高温过热器水平烟道侧包后竖井前包后竖井侧包后竖井中隔后竖井后包水平烟道侧包启动分离器启动分离器低过屏过高过至高压缸一级减温一级减温二级减温器二级减温器顶顶棚棚过过热热器器第18页,此课件共86页哦低温再热器 再热器事故喷水减温再热器事故喷水减温 高温再热器高温再热器低再高再高再至中压缸至中压缸事故减温器事故减温器事故减温
13、器事故减温器第19页,此课件共86页哦2.1 蒸发受热面现代直流锅炉蒸发受热面的主要型式现代直流锅炉蒸发受热面的主要型式l螺旋管螺旋管+垂直垂直(光管光管)l垂直垂直+垂直垂直(内螺纹管内螺纹管)螺旋管螺旋管+垂直(内螺纹管)垂直(内螺纹管)第20页,此课件共86页哦螺旋管+垂直炉膛水冷壁采用螺旋管圈垂直管圈方式【即下部炉膛的水冷壁采用螺旋管圈,上部炉膛的水冷壁为垂直】第21页,此课件共86页哦第22页,此课件共86页哦第23页,此课件共86页哦第24页,此课件共86页哦垂直+垂直(内螺纹管)第25页,此课件共86页哦内螺纹管 第26页,此课件共86页哦装水冷壁节流圈以防上炉膛四角和中心部位管
14、子的吸热偏差;第27页,此课件共86页哦螺旋管+垂直(内螺纹管)螺旋管圈+内螺纹管漩涡效果 重力作用管子内表面充满了液体 第28页,此课件共86页哦内螺纹螺旋管圈水冷壁:管间吸热偏差小,适应变压运行燃烧器燃烧器燃烧器燃烧器燃烧器燃烧器燃烧器燃烧器水冷壁出口水冷壁出口介质温度介质温度垂直管布置水冷壁垂直管布置水冷壁螺旋上升式水冷壁螺旋上升式水冷壁热负荷热负荷前墙侧墙后墙侧墙前墙侧墙后墙侧墙流向流向流向流向流向流向流向流向螺旋管在盘旋上升的过程中,每根管子都经过炉膛下部高热负荷区域的整个周界,途经宽度方向不同热负荷分布的区域。因此,螺旋管的每个管子,以整个长度而言,热偏差很小 第29页,此课件共8
15、6页哦内螺纹垂直水冷壁优点:内螺纹垂直水冷壁优点:l水水冷冷壁壁阻阻力力较较小小,可可降降低低给给水水泵泵耗耗电电量量,其其水水冷冷壁壁的的总总阻阻力力仅仅为为螺螺旋旋管圈的一半左右。管圈的一半左右。l与光管相比,内螺纹管的传热特性较好。与光管相比,内螺纹管的传热特性较好。l安安装装焊焊缝缝少少,减减少少了了安安装装工工作作量量和和焊焊口口可可能能泄泄漏漏机机率率,同同时时缩缩短短了了安装工期。安装工期。l水水冷冷壁壁本本身身支支吊吊,且且支支承承结结构构和和刚刚性性梁梁结结构构简简单单,热热应应力力小小,可可采采用用传传统统的支吊型式。的支吊型式。l维护和检修较易,检查和更换管子较方便。维护
16、和检修较易,检查和更换管子较方便。l比螺旋管圈结渣轻。比螺旋管圈结渣轻。缺点:缺点:l水水冷冷壁壁管管径径较较细细,内内螺螺纹纹管管相相对对于于光光管管来来说说价价格格较较高高,一一般般高高出出1015。需需装装设设节节流流孔孔圈圈,增增加加了了水水冷冷壁壁和和下下集集箱箱结结构构的的复复杂杂性性,节流圈的加工精度要求高,调节较为复杂。节流圈的加工精度要求高,调节较为复杂。l机机组组容容量量会会受受垂垂直直管管屏屏管管径径的的限限制制,对对容容量量较较小小机机组组,其其炉炉膛膛周周界界相相对较大,无法保证质量流速。对较大,无法保证质量流速。第30页,此课件共86页哦2.2 启动系统启动系统启动
17、系统作用作用建立启动压力和启动流量建立启动压力和启动流量回收工质和热量回收工质和热量实现锅炉各受热面之间和锅炉与汽轮机之间工质实现锅炉各受热面之间和锅炉与汽轮机之间工质状态的配合。状态的配合。主要设备主要设备(1)炉水循环泵)炉水循环泵(2)启动分离器)启动分离器(3)分离器储水罐)分离器储水罐(4)疏水扩容器)疏水扩容器第31页,此课件共86页哦2.3 燃烧系统l燃烧方式 l煤粉的燃烧方式,主要有四角切园燃烧方式(墙式切圆),前、后墙对冲燃烧和W型火焰燃烧方式(也称拱式燃烧)三种。l由于切向燃烧中四角火焰的相互支持,一、二次风的混合便于控制等特点,其煤种适应性更强。四角切向燃烧型炉在应用中最
18、为突出的问题是炉膛出口的水平烟道左右侧的烟温偏差大,以及某些锅炉局部过、再热器超温爆管和左、右侧主蒸汽及再热蒸汽温差甚大。景德镇电厂哈锅对于热偏差,利用喷嘴上部二次风反相切圆进行消除旋转,减少热偏差。第32页,此课件共86页哦四角切圆示意图第33页,此课件共86页哦第34页,此课件共86页哦1、高温烟气卷吸到煤粉气流中有利于煤粉着火。含有熔化灰粒的热烟气冲刷水冷壁 灰粒在水冷壁上堆积形成结渣 燃烧器炉膛水冷壁第35页,此课件共86页哦墙式切圆(景电锅炉)低NOX强化单切园燃烧方式,燃烧器布置为墙式布置、直流摆动PM燃烧器。第36页,此课件共86页哦墙式切圆燃烧器布置图第37页,此课件共86页哦
19、墙式布置切圆燃烧的主要特点l上游邻角气流的加热作用,加之本身卷吸,着火条件优越,着火稳定性好l在整个炉内形成强烈的旋转,挠动混合好,利于燃烧及燃尽l强烈的湍流扩散和良好的恋内空气动力结构,烟气在炉内充满程度好,炉内热负荷颁布均匀l负荷的调节灵活,对煤种的适应性强,控制和调节的手段也较多l炉膛结构简单,便于大容量锅炉的布置l采用摆动式燃烧器时,可通过上下摆动调节汽温l便于实现分段送风,组织分级燃烧,从而抑制NOx生成第一阶段低空气系数,还原性气氛抑制NOx生成第二阶段高空气系数,保证燃烧的完全燃尽第38页,此课件共86页哦前后墙对冲:省煤器电电除除尘尘A空空预预器器B空空预预器器引风机引风机第3
20、9页,此课件共86页哦后墙前墙热烟气和灰粒冲刷的几率较小侧墙布置的吹灰器可有效控制水冷壁的积灰技术特点:消除烟气旋转,单个燃烧器具有良好的燃料、空气分布,独特的燃烧器喉口设计结构,能够避免燃烧器区域结渣和腐蚀。第40页,此课件共86页哦第41页,此课件共86页哦燃烧器分类:l旋流燃烧器旋流燃烧器前后墙布置前后墙布置直流燃烧器直流燃烧器四角布置切圆燃烧方式四角布置切圆燃烧方式燃烧器的要求:燃烧器的要求:l着火后,良好的混合着火后,良好的混合l充满度充满度 与与 刷墙刷墙(配风、角度配风、角度)l燃料适应性燃料适应性l负荷调节负荷调节(稳燃技术稳燃技术)l低低NOxNOx燃烧器燃烧器l流动阻力小流
21、动阻力小第42页,此课件共86页哦旋流燃烧器 第43页,此课件共86页哦旋流燃烧器剖视图第44页,此课件共86页哦旋流燃烧器工作示意图第45页,此课件共86页哦第46页,此课件共86页哦直流燃烧器第47页,此课件共86页哦3 超临界直流炉的运行特性l3.1 启动前的水冲洗阶段 l 直流锅炉除了对给水品质要求严格以外,启动阶段还要进行冷水和热水的清洗,以便确保受热面内部的清洁和传热安全。l锅炉进水至分离器内有水位出现,控制清洗水量为启动流量。清洗分低压系统和高压系统两步进行。l 低压系统清洗路线为:凝汽器凝结水泵低压加热器除氧器凝汽器(或地沟)l l 高压系统清洗路线为凝结水泵低压加热器除氧器给
22、水泵高压加热器省煤器水冷壁启动分离器扩容器疏水箱凝汽器(或地沟)。含铁量小于100ug/L时结束清洗,锅炉点火。第48页,此课件共86页哦3 超临界直流炉的运行特性3.2 点火升温、升压阶段点火升温、升压阶段l 直流锅炉启动时,由于没有自然循环回路,所以直流锅炉水冷壁冷却的唯一方式是从锅炉开始点火就不断地向锅炉进水,并保持一定的工质流量,以保证受热面良好的冷却。该流量应一直保持到蒸汽达到相应负荷(称启动流量),然后随负荷的增加而增加。第49页,此课件共86页哦3 超临界直流炉的运行特性l启动流量的选择,直接关系到直流锅炉启动过程的安全经济性。l启动流量为25%MCR,锅炉总风量大于35%,高压
23、旁路控制方式置启动位置,锅炉可点火。零压点火后,启动分离器内最初无压,随着燃料量的增加,当启动分离器中有蒸汽时,即开始起压。随着继续增加投入燃料量,分离器内的压力逐渐升高,由启动分离器和高温过热器出口集箱的内外壁温差控制直流锅炉的升压速度。第50页,此课件共86页哦3 超临界直流炉的运行特性l控制燃料投入速度不宜过快、过大,调节分离器各排放通道的排放量,以防止水冷壁超压和启动分离器水位失控。l 对外置式分离器的系统,冷态启动时水冷壁压力高出分离器压力许多,工质膨胀时燃烧率已较高,分离器的产汽量超过冲转所需要的耗汽量,故汽轮机冲转在膨胀之前进行(但热态启动仍是膨胀后冲转)。这样既有利于协调蒸汽参
24、数、减小启动热损失,又可避免低温再热器因旁路容量限制了蒸汽流量而引起管子超温。第51页,此课件共86页哦3 超临界直流炉的运行特性l点火以后,随着炉膛热负荷的增加,水冷壁的工质温度逐渐升高,在不稳定加热过程中,中部某点工质首先汽化,体积突然增大,引起局部压力突然升高,急剧地将后面的工质推向出口,造成锅炉排出量大大超过锅炉给水量,这种现象(称工质膨胀)将持续一段时间,直至出口为湿饱和蒸汽时为止。l 如膨胀量过大,将使锅炉内的工质压力和启动分离器水位都一时难以控制。l 影响工质膨胀的因素主要有启动流量、给水温度、燃料的投入速度等。启动流量越大,膨胀量越大;给水温度越低,膨胀到来越迟,膨胀量越小;投
25、入的燃料量大,投燃料速度快,工质先达到沸点的位置在炉膛下辐射区,膨胀点后的存水量就多,总的膨胀量大;同时局部压力升高快,因而瞬时的最大排出量也愈大。第52页,此课件共86页哦3 超临界直流炉的运行特性l3.3 干湿态转换l 最低直流负荷是锅炉进入干态运行的起始点(一般转换在30%负荷左右,对于600MW的机组来说给水流量大概在650t/h左右),在此负荷以下,当燃烧率增加的时候,省煤器和水冷壁内的给水流量固定不变。转换的过程如下:l 带炉水循环泵锅炉l 当燃料逐渐增加的时候,由于进入省煤器和水冷壁的给水流量不变,产生的蒸汽量逐渐增加,由炉水泵返回的再循环水量减少,由给水泵来的给水量逐渐增加,保
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