1000MW级火电机组锅炉发展综述

1000MW级火电机组锅炉发展综述
0 前言
上海外高桥电厂第二期工程为引进2 台900MW 超临界压力变压运行发电机组, 锅炉由德国阿尔斯通公司设计制造, 汽轮机由西门子公司设计制造, 将于2003 年投运。

这是我国迄今为止单机容量最大的火电机组, 是我国火电发展史上的又一个新的里程碑。

在我国自行设计发展百万千瓦级火电机组以前, 必须做好各种技术准备和储备工作; 另一方面, 对大容量机组运行中可能出现的问题和故障也应有所估计和准备。

为此, 了解百万千瓦级大容量机组锅炉的发展情况、结构特点以及运行情况是非常必要的。

直至90 年代中期, 已经投运了单机容量在800MW 以上的火电机组的国家只有美国、日本和原苏联3 个国家。

德国在90 年代末、21 世纪初才投运了一些800MW 以上的火电机组。

我国东北的绥中发电厂在90 年代从俄罗斯引进了组投运的报道。

百万千瓦级的大容量火电机组从60 年代在美国的兴起, 70 年代开始逐渐衰退, 至80、90 年代在日本又崛起的经历, 以及国外大容量机组锅炉的运行和技术发展经验均值得我国借鉴。

本文主要介绍美国、日本以及原苏联等3 个国家大容量机组锅炉的发展情况。

800MW 机组。

其它国家则少见有这类大容量机
1 美国的大容量电站锅炉
本世纪60、70 年代是美国火电行业的黄金时代。

由于不断增加单机功率和提高蒸汽参数, 大容量、高参数火电机组不断涌现, 单机容量迅速突破1000MW。

首台1000MW 以上发电机组于1965 年投运, 装于Con so lidate Edison 电力公司的Raven sWood 火电厂, 其锅炉由CE 公司设计制造。

CE、BW 和FW 公司是美国的三大锅炉制造商。

下面分别介绍这3 个公司发展大容量电站锅炉的情况。

1. 1 CE 公司1. 1. 1 概述
美国燃烧工程公司(以下简称CE 公司) 曾经是美国最大的锅炉制造商, 在电站锅炉的发展史上占有很重要的一席之地。

CE 公司在发展大容量电站锅炉方面有其独特的成就。

表 1 为CE 公司制造的部分已投运的900MW 以上锅炉。

由表1 可见: CE 生产的大容量锅炉大多为超临界压力一次再热锅炉, 参数为24. 1M Pa2539°C?539°C。

CE 公司生产的大容量机组锅炉主要采用控制循环和复合循环。

在超临界参数时采用复合循环, 亚临界参数时采用控制循环。

CE 的大容量锅炉大多为双炉结构, 炉膛中间用双面曝光水冷壁隔开, 采用四角切圆燃烧。

再热器出口蒸汽温度一般用摆动式燃烧器来调节, 过热器蒸汽温度用喷水来调节。

1. 1. 2 大容量锅炉示例
Bu ll Run Stat ion 1 号机组是于1965 年投运的1 台900MW 机组, 锅炉由CE 公司制造, 为超临界压力复合循环燃烧锅炉, 其设计参数示于表1。

下面为该锅炉的一些基本情况。

(1) 锅炉结构
锅炉炉膛容积为*****m 3, 炉膛容积热负荷为140. 7kW ?m 3。

该炉包括2 个固态排渣炉膛, 中间用双面曝光水冷壁隔开, 形成2 个燃烧室。

燃烧器布置在每个燃烧室的四角, 具体位置在前水冷壁和后水冷壁的角上, 形成四角切圆燃烧方式。

每组燃烧器由煤粉和重油喷燃器组成, 后者供锅炉启动时自动点火用。

喷燃器可上下摆动, 以改变火焰中心位置。

在折焰角上部炉膛内, 布置了4 片屏式过热器, 中间形成较宽的烟气走廓。

然后, 烟气继续绕过节距更小的对流受热面, 先经过两段高温再热器, 然后流过最末一级过热器, 再转向流入尾部烟道。

尾部烟道中布置有水平过热器, 包括低温过热器和高温过热器。

(2) 汽水流程
给水经阀门进入省煤器, 在混合球与水冷壁出口部分工质混合, 流过再循环泵, 进入水冷壁。

双面曝光水冷壁和外围水冷壁是串联的,
蒸汽先进双面曝光水冷壁, 接着进外围水冷壁, 再进入转向烟道的包覆水冷壁。

此时, 蒸汽通过锅炉的节流阀, 流过水平过热器和悬吊过热器, 最后进入汽轮机。

(3) 锅炉特点
该锅炉在设计上有如下特点: ①工质在炉膛和转向烟道的水冷壁中是垂直向上流动; ②由于是直流流动, 管屏的所有管子中工质入口温度相同; ③双面曝光水冷壁和外围水冷壁是串联的; ④所有的炉膛受热面均可疏水。

这些特点使锅炉具有许多优越性。

通过炉膛四周平行管子的流量可以调节, 使管屏中的流速不会过大, 也不会过小。

另外, 由于使用了再循环泵, 水冷壁的压力降特性也得到了改善。

1. 2 BW 公司
1. 2. 1 概述
巴拔葛公司(以下简称BW 公司) 是美国仅次于CE 公司的第二大锅炉制造商。

BW 公司是美国掌握单机容量超过1000MW 机组的设计、制造、运行经验的唯一锅炉制造厂。

在1965～1980年间,BW 公司共生产了11 台1000MW 以上锅炉, 其中8 台为配1300MW 机组锅炉, 全部为超临界压力U P 型直流锅炉。

BW 公司生产的1000MW 以上机组锅炉有2 个系列: 一个系列是配1150MW 机组; 另外一个系列是配1300MW机组。

首台1000MW 以上机组锅炉于1965 年订货, 装于美国TVA 电力公司的Paradise 电站3号机组上。

表2 为BW 公司生产的部分已投运的1000MW 以上机组锅炉。

BW 公司1000MW 以上机组锅炉在炉膛和燃烧器设计上的共同特点为: 炉膛宽度大, 在炉膛前后墙上布置了数目众多的燃烧器, 这样可使炉内的热量输入均匀, 减少了炉内结渣的可能性。

炉膛设计中均采用了烟气再循环和烟温调节2 种蒸汽温度调节手段。

在低负荷运行时, 用烟气再循环来增加再热器的吸热量, 并降低炉膛下部的烟气温度, 从而保护了炉膛下部回路。

而烟温调节是减少过热器和再热器的外部腐蚀、脆化和表面积灰的有效手段。

1. 2. 2 大容量锅炉示
例
Com berland 电站的1 号、2 号机组为最早投运的1300MW 机组, 其锅炉的设计参数示于表
2。

锅炉的基本情况如下:
(1) 锅炉结构
炉膛宽度为33. 832m , 深度为15. 544m , 从炉底集箱到炉顶的高度为57. 911m , 炉膛的前后墙上分2 层共布置了44 只双喷嘴湍流燃烧器, 形成对冲燃烧。

注: 在表2 中, 1991 年投运的Zimmer 1 号是由核电站改建的。

过热器的布置方式为: 低温过热器逆流布置在烟道中, 高温过热器冷段顺流布置, 热段为混流布置。

(2) 汽水流程
给水经省煤器到水冷壁, 经顶棚到过热器。

其
水冷壁的特点是: 由下至上有3 个回路。

在炉膛下部有2 个回路。

这2 个回路的管子在四面水冷壁墙上交替布置, 2 个回路之间的工质可充分混合。

第二回路出口工质再一次混合进入第三回路, 这样的整个炉膛内, 工质经过了2 次混合, 从而减少了工质温度的不均匀程度。

(3) 运行情况
Com berland 1 号机组于1972 年2 月点火,1972 年6 月首次到达满负荷, 1973 年3 月正式商业运行。

在首次到达满负荷后的9 个月内, 共有45% 的时间, 锅炉在70%～100% 负荷下运行。

其余时间, 由于各种问题的出现, 使得锅炉不是停炉, 就是在低于70% 负荷下运行。