1000MW超超临界变压运行直流锅炉设计说明书

累年平均水汽压
17.7hPa
累年平均降水量
1368.9mm
累年最大 24 小时降水量
284.6mm
累年最大 1 小时降水量
147.0mm
累年最长连续降水日数
18d
累年最大过程降水量
225.3mm
累年平均蒸发量
1379.0mm
累年平均雷暴日数
37.5d
累年平均雾日数
49d
累年最大积雪深度
14cm
累年平均风速
原町 1 1000
250
566 593 2970 煤 1997-7 采用
采用
三隅 1 1000
250
600 600 2900 煤 1998-7 采用
采用
舞鹤 1 900
250
595 595 2570 煤 2003-3 采用
采用
敦贺 2 700
246
593 593 2120 煤 2000-10 采用
采用
锅炉设计说明书
1．锅炉技术规范 哈尔滨锅炉厂有限责任公司由三菱重工业株式会社（Mitsuibishi Heavy
Industries Co. Ltd）提供技术支持，为本工程设计的锅炉是超超临界变压运行直 流锅炉，采用П型布置、单炉膛、低 NOX PM 主燃烧器和 MACT 型低 NOx 分级 送风燃烧系统、反向双切园燃烧方式，炉膛采用内螺纹管垂直上升膜式水冷壁、 循环泵启动系统、一次中间再热、调温方式除煤/水比外，还采用烟气分配挡板、 燃烧器摆动、喷水等方式。锅炉采用平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、 全悬吊结构，燃用神府东胜煤、晋北煤。锅炉主要参数如下：
#0 轻柴油 1.2~1.67°E 不高于 0℃ 不低于 65℃ 无 不大于 1.0% 痕迹 不大于 0.025% 817kg/m3 41800KJ/ kg
2
22440 54.81 58.6 3.36 7.28 0.79 0.63 1110 1190 1270 50.41 15.73 23.46 3.93 1.27
过热器采用四级布置，即低温过热器（一级）→分隔屏过热器（二级）→屏 式过热器（三级）→末级过热器（四级）；再热器为二级，即低温再热器（一级） →末级再热器（二级）。其中低温再热器和低温过热器分别布置于尾部烟道的前、 后竖井中，均为逆流布置。在上炉膛、折焰角和水平烟道内分别布置了分隔屏过 热器、屏式过热器、末级过热器和末级再热器，由于烟温较高均采用顺流布置， 所有过热器、再热器和省煤器部件均采用顺列布置，以便于检修和密封，防止结 渣和积灰。
3.2 结构特点 1）采用改进型的内螺纹管垂直水冷壁，即在上下炉膛之间加装水冷壁中间 混合集箱，以减少水冷壁沿各墙宽的工质温度和管子壁温的偏差，取消
早期的在大直径水冷壁下集箱内装设小直径节流孔圈的设计，改为在小
直径的下联箱外面较粗的水冷壁入口管段上装焊直径较大的节流孔圈以
加大节流度，提高调节流量能力，然后通过三叉管过渡的方式与小直径
2.05 1.23 1.1
2.3 自然条件
玉环地区气象有关数据如下：
累年平均气压
1004.9hPa
年最高气压
1028.4hPa
年最低气压
954.1hPa
累年平均气温
17.0℃
极端最高气温
34.7℃
极端最低气温
-5.4℃
累年平均相对湿度
80%
累年最小相对湿度
8%
最大的月平均相对湿度
91% (此时月平均最高气温 25.5℃)
5）为降低过热器阻力，过热器在顶棚和尾部烟道包墙系统采用二种旁路系 统，第一个旁路系统是顶棚管路系统，只有前水冷壁出口的工质流经顶 棚管；第二个旁路为包墙管系统的旁路，即由顶棚出口集箱出来的蒸汽 大部分送往包墙管系统，另有小部分蒸汽不经过包墙系统而直接用连接 管送往后包墙出口集箱。
水冷壁系统流程图
6）过热器正常喷水水源来自省煤器出口的水，这样可减少喷水减温器在喷 水点的温度差和热应力；但在非正常情况下，如果屏式过热器和末级过 热器汽温和壁温过高，则可利用由给水管引出较低温度的水喷入，达到
收到基全水分 Mar
工 空气干燥基水分 Mad
业 分
收到基灰分
Aar
析 收到基挥发份 Var
收到基固定碳 FCar
单位
% % % % %
设计煤种
校核煤种
（神府东胜煤） （晋北煤）
14
9.61
8.49
11
19.77
Байду номын сангаас
27.33
22.82
47.67
47.8
1
收到基低位发热量
哈氏可磨系数
收到基碳
元
收到基氢
素 分
收到基氧
析
收到基氮
收到基全硫
灰
变形温度
熔
软化温度
融
性
流动温度
二氧化硅
三氧化二铝
三氧化二铁
灰
氧化钙
分 分
氧化镁
析
五氧化二磷
三氧化硫
氧化钠
氧化钾
Qnet,ar HGI Car Har Oar Nar St,ar DT ST FT SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO P2O5 SO3 Na2O K2O
采用较高的质量流速，能保证在变压运行的四个阶段即超临界直流、近 临界直流、亚临界直流和启动阶段中控制金属壁温、控制高干度蒸干 （DRO）、防止低干度高热负荷区的膜态沸腾（DNB）以及水动力的稳定 性等，由于装设水冷壁中间混合集箱和采用节流度较大的装于集箱外面 的较粗水冷壁入口管段的节流孔圈，对控制水冷壁的温度偏差和流量偏 差均非常有利。而启动系统采用再循环泵，对于加速启动速度，保证启 动阶段运行的可靠性、经济性均是有利的。 2）燃烧稳定、热负荷分配均匀、防结渣性能良好的反向双切园燃烧方式： 这种燃烧方式能保证沿炉膛水平方向均匀的热负荷分配。由于采用双切 园使燃烧器数目倍增，降低了单只燃烧器的热功率，这些都对燃用结渣
神户 1 700
246
538 566 2340 煤 2002-3 采用
采用
岭北 2 700
246
593 593 2120 煤 2002-7 采用
采用
广野
5
600
250 24.5Mpa(a)
600
600 1770 煤 2002-7 采用
采用
5
2）在保证水冷壁出口工质必需的过热度的前提下，采用较低的水冷壁出口 温度（421℃），并把汽水分离器布置于顶棚、包墙系统的出口，这种设 计和布置可以使整个水冷壁系统包括顶棚包墙管系统和分离器系统采用 低合金钢 SA213-T12（P12），所有膜式壁不需作焊后整屏热处理，也使 工地安装焊接简化，对保证产品和安装质量有利。
的水冷壁管（φ28.6）相接，用控制各回路的工质流量的方法来控制各回 路管子的吸热和温度偏差。
三菱重工超临界与超超临界锅炉采用新型高热强钢业绩
电站 名称
机 组 号
额定 出力
过热蒸汽
压力 kg/cm2g
过热 汽温 ℃
再热 汽温 ℃
蒸发 量 t/h
燃 料
投运 日期
code case 2328
SA213 TP310HCbN
项目 过热蒸汽流量 过热蒸汽出口压力 过热蒸汽出口温度 再热蒸汽流量 再热器进口蒸汽压力 再热器出口蒸汽压力 再热器进口蒸汽温度 再热器出口蒸汽温度 省煤器进口给水温度
单位
t/h Mpa(g)
℃ t/h Mpa(g) Mpa(g) ℃ ℃ ℃
BMCR 2953 27.56 605 2446 6.14 5.94 377 603 298
3）由于过热器和再热器大量采用优质高热强钢，管壁相对较薄，因此各级 过热器可以采用较大直径的蛇形管（φ51~60）保证较低的过热器阻力， 而在很多其它公司（特别是欧洲公司）的设计中，超临界和超超临界锅 炉过热器均采用小直径管（φ38~44.5）以控制壁厚，这样导致较高的过 热器阻力。
4）汽温调节手段的多样化，除过热器采用三级六点的喷水外，直流运行时 主要靠改变煤/水比来调节过热汽温，再热汽温主要调节手段为烟气分配 挡板，而以燃烧器摆动作为辅助调节手段，再热器还在再热汽的入口管 道上加装事故喷水减温装置。过热器采用三级喷水能更好消除工质通过 前级部件所造成的携带偏差，也增加了调温能力。
4
性强的神府东胜煤有利。同时，由于采用双切园方式，使单个燃烧器煤
粉射流的射程变短，对于保证燃烧稳定性有利，解决了大型锅炉采用单
切园正方形炉膛时燃烧器射程过长和炉膛水平截面气流充满度较差的难
题。
3）经济、高效的低 NOX 型 PM 主燃烧器和 MACT 型分级燃烧方式：MHI 低 NOX 的 PM 型燃烧器已在 97 台大型煤粉锅炉中采用，而 MACT 型分 级燃烧方式也已在数十台锅炉上采用，长期运行经验证明这种燃烧器的
KJ/kg
% % % % % ℃ ℃ ℃ % % % % % % % % %
22760 56
60.33 3.62 9.95 0.69 0.41 1130 1160 1210 36.71 13.99 13.85 22.92 1.28
-9.3 1.23 0.72
2.2 点火助燃用油 油种 粘度(20℃时) 凝固点 闭口闪点 机械杂质 含硫量 水份 灰份 比重 低位发热值 Qnet.ar
5.2m/s
累年十分钟平均最大风速
40.6m/s(1994 年 8 月 21 日)
累年瞬时最大风速
50.4m/s(1994 年 8 月 21 日)
50 年一遇 10M 高压基本风压 0.8kN/m3(初步)
全年主导风向
N(16%)
夏季主导风向
SW
冬季主导风向
N
2.4 锅炉运行条件
锅炉运行方式：带基本负荷并参与调峰（锅炉的效率—负荷曲线见附图）。
3
制粉系统：采用中速磨煤机直吹式制粉系统，每炉配 6 台磨煤机，煤粉细度 按 200 目筛通过率为 80%。 给 水 调 节 ： 机 组 配 置 2 × 50%B-MCR 调 速 汽 动 给 水 泵 和 一 台 启 动 用 30%BMCR 容量的电动调速给水泵。 汽轮机旁路系统：暂定 30%容量二级串联旁路。 空气预热器进风：二次风进口侧加装暖风器。 3．锅炉特点 3.1 技术特点 本工程的锅炉是采用三菱重工技术设计的垂直水冷壁超超临界直流锅炉。从 七十年代开始，全世界电力行业因调峰和周期性负荷运行方式的需要，要求火电 机组从传统的定压带基本负荷运行方式改为变压调峰运行，因此三菱重工于七十 年代末开发了适合变压运行的螺旋管圈水冷壁的超临界锅炉，首台螺旋管圈水冷 壁超临界锅炉于 1981 年投运，MHI 共生产了 10 台这种型式的大型超临界锅炉。 由于螺旋管圈水冷壁结构较复杂，阻力较大，运行过程中的热应力也较大，MHI 于 80 年中期开发了采用内螺纹管的垂直管圈水冷壁的变压运行超临界锅炉，首 台机组于 1989 年投入商业运行，迄今已有 11 台采用垂直管圈水冷壁的超临界锅 炉和超超临界锅炉投入运行。十多年的运行经验表明，垂直管圈水冷壁也适合于 变压运行，且具有阻力小、结构简单、安装工作量较小、水冷壁在各种工况下的 热应力较小等一系列优点，其技术特点如下： 1）良好的变压、调峰和再启动性能：锅炉炉膛采用内螺纹管垂直水冷壁并
水冷壁为膜式水冷壁，由于全部为垂直管屏，因此可以不必采用结构复杂的 张力板来解决下部炉膛水冷壁的重量传递问题。为了使回路复杂的后水冷壁工作 可靠，将后水冷壁出口集箱（折焰角斜坡管的出口集箱）出口工质分别送往后水 冷壁吊挂管和水平烟道二侧包墙二个平行回路，然后再用连接管送往顶棚出口集 箱，与前水冷壁和二侧水冷壁出口的工质汇合后再送往顶棚包墙系统，这样的布 置方式在避免后水冷壁回路在低负荷时发生水动力的不稳定性和减少温度偏差 方面较为合理和有利。
BRL(夏季工况) 2864 27.38 605 2366 5.94 5.75 370 603 296
BRL 2733 27.27 605 2274 5.70 5.51 362 603 293
2．设计条件
2.1 煤种 电厂燃煤设计煤种为神府东胜煤，校核煤种为晋北烟煤，煤质分析数据及灰
份组成如下表：
名称及符号
6
较好的减温效果。再热器喷水水源来自给水泵中间抽头。 4．锅炉整体布置
本锅炉采用单炉膛、П型布置、悬吊结构。燃烧器布置为反向双切园燃烧方 式。
锅炉的汽水流程以内置式汽水分离器为分界点，从水冷壁入口集箱到汽水分 离器为水冷壁系统，从分离器出口到过热器出口集箱为过热器系统，另有省煤器 系统、再热器系统和启动系统。
分级送风方式对降低炉内 NOX 生成量有明显的效果。 4） 采用适合高蒸汽参数的超超临界锅炉的高热强钢：由于锅炉的主汽和再热
汽温度均在 600℃以上，对高温级过热器和再热器，采用了在 7 台超临界 和超超临界锅炉上已有 7 年以上运行经验的 25Cr20NiNb 钢（HR3C）和改 良型细晶粒 18Cr 级奥氏体钢（Code case 2328），详见附表。这二种钢材对 防止因管壁温度过高而引起的烟侧高温腐蚀和内壁蒸汽氧化效果明显。