国电建投内蒙古能源有限公司布连电厂调研报告

国电建投内蒙古能源有限公司布连电厂调研报告1.概述
国电建投内蒙古能源有限公司由国电电力发展股份有限公司、河北省建设投资公司按50%∶50%比例出资组建的新型煤电一体化企业。

公司于2005年11月18日在内蒙古自治区鄂尔多斯市注册成立。

布连电厂一期2×660MW 机组于2010年7月获得国家发改委核准。

2012年12月28日，#1机组实现首次并网，2013年1月31日通过168小时试运，7月23日完成了性能考核试验，期间最高负荷710MW。

2013年5月19日，#2机组实现首次并网，6月27日通过168小时试运，8月30日完成了性能考核试验，期间最高负荷730MW。

2.布连电厂主要设计优化及新技术概况
2.1锅炉设计参数优化
锅炉主汽压力由26.15MPa提高到28MPa；
锅炉排烟温度由130℃降低至125 ℃；
再热系统压降由高压缸排气压力的10%减至8%。

2.2系统配置优化
锅炉辅机采用单列布置，包括空气预热器、主给水系统、送引风系统；
采用100%高压旁路，锅炉过热器系统取消安全阀。

2.3蒸汽侧设计优化
采用四级过热器布置方式，尽量减小各级受热面的面积，控制
各级高温受热面的焓增，可以有效减小屏间和管间温度偏差，大大降低受热面管子极端高温的温度水平；
受热面顺流布置，避免高温烟气和高温蒸汽相遇的情况；
在各级受热面进口集箱设置节流孔，控制屏间和管间流量偏差；
屏式过热器采用发卡式结构，使得同屏管间流程长度均匀一致，减小管间流量偏差；
采用跳管措施，平衡各管间流程差异和传热强度差异，使得各管流量和蒸汽温度均匀；
受热面不采用小弯管半径结构，末级再热器采用大U形布置方式，防止氧化皮脱落阻塞，且有利于吹管过程中将异物吹出；
材料种类和规格采用保守的设计原则。

2.4烟气侧设计优化
墙式对冲燃烧—烟气侧空气动力场和温度场分布均匀；可将炉膛左右温度偏差控制在20℃以内。

同时，墙式对冲燃烧方式不会因锅炉容量的变化来影响这种分布均匀性，尤其是大容量锅炉更具优势；
6层、每层6只，共36只燃烧器的布置方式—进一步分散热输入，使得空气动力场和温度场分布更加均匀，有利于降低高温受热面的最高温度水平。

炉膛大折烟角的结构形式，有利于烟气转向时的均流，使得烟气在水平烟道处的温度和速度分布非常均匀。

2.5其他主要创新技术的应用
使用等离子点火，取消燃油系统；
取消炉顶节流圈；
采用无循环泵的简化启动系统；
部分穿墙管道采用柔性密封技术等。

3.布连电厂锅炉设备概况及主要设计参数
3.1锅炉设备概况
国电建投内蒙古能源有限公司煤电一体化项目布连发电厂
2×660MW超超临界空冷燃煤机组的锅炉设备为北京B&W公司按美国
B&W公司SWUP锅炉技术标准，结合本工程燃用的设计、校核煤质特性和自然条件，进行性能、结构优化设计的超超临界参数SWUP（Spiral Wound UP）锅炉。

锅炉配有不带循环泵的内置式启动系统。

锅炉设计煤种和校核煤种均为本地煤矿的烟煤。

锅炉采用中速磨直吹式制粉系统，前后墙对冲燃烧方式，配置B&W公司DRB-4ZTM型低NOx双调风旋流燃烧器及NOx 喷口（OFA）。

锅炉尾部设置分烟道，采用烟气调温挡板调节再热器出口汽温。

锅炉尾部采用单列布置，锅炉竖井下设置一台三分仓回转式空气预热器。

图3-1为国电布连660MW SWUPTM锅炉岛总图。

图3-1：国电布连660MW SWUPTM锅炉岛总图3.2锅炉主要设计参数
表3-1 锅炉主要技术参数
表3-2 炉膛几何尺寸和热工参数
3.3煤质特性参数
表3-3 煤质元素分析
表3-4 煤质工业分析
表3-4 煤质灰分析
4.布连电厂锅炉主要性能指标
#1、#2 锅炉分别于2013 年8 月和2013 年9 月通过性能考核试验，两台炉主要考核指标与锅炉保证值的比较见表4-1：表4-1 两台炉性能试验数据与保证对比
从表4-1 中可看出，两台锅炉的热效率测试值均高于锅炉效率保证值。

尤其是1 号机组的效率高于保证值的1.23 个百分点，两台炉的未燃尽碳热损失0.13%和0.311%均远低于设计值的0.63%各0.5 个百分点和0.319 个百分点，锅炉的排烟温度也分别低于设计值的8℃和10℃；汽水侧的各项阻力均低于保证值，尤其是2 号炉在取消水冷壁进口集箱的节流孔圈后，水冷壁和省煤器的总阻力低于设计
0.93MPa；1 号炉的最大出力高于设计值20t/h。

实测NOx 排放浓度也比保证值下44 mg/m3。

烟风侧阻力也在锅炉保证范围内。

表4-2 #1机组性能考核测试数据
从以上各项指标均表明，布连项目的两台锅炉的设计在各项性能指标上均达到了最优，创下了国内的领先水平。

5.布连电厂锅炉设计优化具体情况
布连电厂为了贯彻落实国电集团公司和国电电力发展股份有限
公司关于学习上海外高桥第三发电有限责任公司工程建设和科技创
新经验，在布连电厂一期工程中控制造价，提高质量，建设创新型工程，提高工程优化设计和节能降耗水平，在2009 年4 月依据国电电力发展股份有限公司国电股工【2009】87 号文件“布连电厂2×660MW 超超临界燃煤空冷机组设计优化技术创新方案审查会议纪要”的精神
指导下，根据锅炉补充技术协议及技术创新的精神对锅炉进行了一系列的优化及设计创新。

主要包含以下几个方面：
5.1 主机设备参数和运行方式优化
锅炉主蒸汽压力由原设计的25.15 MPa 提高到28MPa，汽轮机设计背压由原来的13kPa 优化至12kPa，再热系统压降由原来的10%优化至8%，再热器进出口压力得到优化。

另外，为了进一步提高锅炉热效率，经过优化锅炉受热面及空预器受热面的布置，锅炉排烟温度由原设计值的130℃（BMCR 工况）降低到125℃（BMCR 工况）。

优化前和优化后的设计参数见表5-1。

表5-1 优化前后锅炉设计参数变化
注：其中的损失增加是因为设计煤质发生变化。

5.2 锅炉辅机采用单列配置
锅炉辅机单列布置是指单台锅炉的主给水系统设备、送引系统设备、空气预热器等采用一台全容量设备。

从国外火电机组发展情况看，日本在1996 年开始在600MW 的锅炉上采用主要辅机单列配置方案，而德国为了追求机组的最佳性价比，在800MW 等级以下机组大部分采用锅炉辅机单列配置，而国内在这方面还是一片空白。

为了降低工程造价减少运行维护成本，布连电厂对双列布置和单列布置的方案及其设备的可靠性经过反复论证及评估，认为锅炉辅机采用单列配置后烟风系统设备及控制方式相对简单，初投资下降，而风机效率至少相当。

因此本工程最终采用每炉配置单台给水泵、单台空预器、单台送风机、单台引风机、单台一次风机和单台增压风机、设脱硫烟气旁路挡板（隔离冲洗烟气换热器需要）的单列布置方案。

单列布置方案的提出对锅炉烟风道的布置及空预器的设计及布
置提出了新的挑战。

5.2.1空预器的设计及选型
在空预器是否采用单列布置及选取供货商方面巴威公司与布连
电厂对豪顿华工程有限公司、上海锅炉厂有限公司、阿尔斯通技术服务公司（上海）、巴克杜尔技术有限公司四家空预器厂家在1000MW 等级上空预器的使用情况及其各个空预器厂家设计和生产的最大的空预器的运行情况进行了调研，对每个空预器厂家提供的单列布置及双列布置的方案进行反复对比及推敲，最后在确认单个空预器的可靠性没有问题的前提下，选择了豪顿华工程有限公司提供的空预器单列布置方案。

豪顿华空预器单列布置及双列布置的相关对比见表5-2。

表5-2 豪顿华空预器单列及双列技术参数对比表
从表5-2 的各项数据中可以看出除空预器烟风侧阻力外，其他各项指标单列布置空预器均优于或者等于双列布置的空预器。

5.2.2空预器单列布置后烟风道的设计
空预器由两个变一个，与空预器连接的烟风道也需随之改动。

烟风道是采用一个还是一分为二，巴威公司与设计院和电厂的相关人员也进行了讨论和分析，最后认为在保持相同的磨损特性，相同的风速下，单个烟风道的相对于双烟道来说，尺寸要增加约50%，增大了烟风道支吊架的设计难度和烟风道的设计难度，同时烟道的径向膨胀量增大，对膨胀节的要求提高；然而，最重要的是单个风道进入炉膛的环形大风箱时，会引起前后墙上的燃烧器进风不均匀，影响燃烧效率及NOx 的排放。

因此，经过反复平衡最后决定采用烟风道一分为二的布置形式。

空预器型号35.5VNT2260 是豪顿华首次做的最大的用于锅炉上的空预器，空预器厂家提出了空预器的水平及垂直膨胀量的计算值，但是根据已往项目现场安装误差和实际运行情况，经常出现膨胀节位移太小的现象，再考虑到布连项目烟风道较大，经与空预器厂家协商设计非金属膨胀节时水平和垂直膨胀理论值基础上增加50％裕量，为空预器的安全运行提供保障。

5.2.3其他主要辅机
1）引风机
本工程引风机单列布置，为引进英国HOWDEN公司技术，豪顿华工程有限公司制造。

型号ANT-4240/2000B,叶轮直径4240mm，风机总压升5324pa，单级20叶片，叶片可调范围0-80度，型式为动叶可调轴流风机。

2）送风机
本工程送风机单列布置，为引进英国HOWDEN公司技术，豪顿华工程有限公司制造。

型号ANT-3392/1600C,叶轮直径3392mm，风机总压升3558pa，轴功率为2066KW，效率为85.2%，型式为动叶可调轴流风机。

3）一次风机
本工程一次风机单列布置，为引进英国HOWDEN公司技术，豪顿华工程有限公司制造。

型号ANT-2000/1000C,叶轮直径2000mm，风机总压升10673pa，轴功率为2077KW，效率为89%，型式为动叶可调轴流风机。

4）汽动给水泵
本工程使用一台1×100%容量的给水泵汽轮机，承包商为杭州汽轮机股份有限公司，产品采用引进德国西门子公司积木块工业汽轮机技术，国内设计、制造。

是国内600MW等级及以上机组的首台全容量给水泵汽轮机。

型号为W63/80,型式为单缸、纯冷凝、双分流、下排汽、外切换、反动式汽轮机，自带水冷凝汽器。

给水泵汽轮机的额定出力为22.855MW，扬程32.449MPa，流量为2186.1t/h，额定工况进汽量为101.2t/h，额定转速4934r/min，背压
5.6kPa，最好连续运行转速5370r/min，最大连续功率32MW。

超速保护跳闸转速5565r/min,泵组效率大于84%。

5）电动给水泵
本工程两台机组共用一台电动给水泵，型式为双桶、卧式离心泵。

由苏州苏尔寿泵业有限公司生产，型号为GSG200-400B-8,额定转速2980r/min，扬程1665MH2O，NPSP12.51m，轴功率3965KW，效率78.5%。

5.3采用100%高压旁路系统
为了满足国内电网的实际需求，布连电厂660MW 超超临界机组必须参与电网调峰。

为了启停方便，响应电网负荷迅速，最好的方法是要使机组单向连锁成为可行，或具备FCB 功能。

即在主开关突然跳闸的情况下能迅速转为维持厂用电的孤岛运行方式，大容量旁路系统是实现此运行方式的重要保障。

在机组甩负荷时，锅炉的响应速度远低于汽轮发电机。

借助调速系统和励磁调节系统的快速反应，汽轮机发电机可在很短的时间内适应负荷的变化。

但锅炉由于较大的热惯性和燃料系统的延时性，锅炉降负荷需要数分钟的时间。

另外布连项目锅炉最低稳燃负荷设计为30％BMCR 左右；在此负荷时主蒸汽压力较低，蒸汽比容较大，将导致高压旁路的通流能力降低。

通常当机组发生意外，要求汽机带厂用电运行，或需采用停机不停炉的方法处理事故时，当电气或汽机跳闸后，总是希望连锁系统能够把燃料量切至保证稳定燃烧所需的最小值，同时依靠联锁投入旁路系统停止向汽轮机供汽；采用大容量旁路后，由于其开启速度极快，在机组甩负荷时，连锁快开旁路，锅炉蒸汽便可借道旁路而使其维持运行。

5.3.1 布连项目采用100%旁路的优点
本工程机组原设计为35%BMCR 容量的两级高低压串联旁路系统，锅炉配有2×5%PCV阀，旁路容量较小，难以实现上述所述的功能和FCB 功能。

经调研和论证后，高低压两级串联旁路中的高压旁路改为100%大旁路加65%的低压旁路。

布连660MW 超超临界机组设计100%大旁路作用主要有以下几点：
1) 当电网或汽轮发电机组发生故障跳闸时，迅速动作开启维持主汽压力，实现带厂用电、或实现停机不停炉，保持锅炉运行，机组能随时重新并网恢复正常运行。

2) 可满足机组高动量冲洗，冲洗流量可为BMCR 工况下主汽流量的70％～80％BMCR。

这样的清洗方式不但极大改善了冲洗效果，也缩短了冲洗时间，有效缓解因锅炉启停引起的超超临界机组固体颗粒侵蚀；同时锅炉受热面和给水泵同时得到了相当程度的预热，大大改善了启动和运行条件缩短机组启动时间。

3) 100%高压旁路的系统配置为实现FCB 和RB 功能提供先决条件。

4) 在各种工况（冷态、温态、热态、极热态）启动阶段控制锅炉快速提高蒸汽温度，使之与汽轮机缸金属温度较快地相匹配，从而缩短机组启动时间和减少蒸汽向空排放。

5) 在机组正常运行后，代替锅炉过热器安全阀的作用，在锅炉超压时能及时动作开启泄压。

由于采用了100％汽机高压旁路，在机组正常运行后，如果出现锅炉压力超压现象，可通过快速开启高压旁
路上的旁路阀泄压，待压力回归正常后再关闭旁路阀，以实现过热器系统上安全阀和PCV 阀的作用，因此布连项目在创优后取消了过热器系统上的安全阀和PCV 阀。

5.3.2 再热器出口可调式安全阀的设计
高压旁路一侧与过热器出口的管道连接，一侧与再热器进口管道连接。

为了适应再热器进口的参数，在高压旁路上设有喷水减温器。

当机组启动FCB 模式运行时，高压高温蒸汽经过高压旁路经减压减温后进入锅炉的再热器系统，从再热器出口进入低压旁路，最后排放至凝汽器。

但是受凝汽器冷却能力的影响，低压旁路的设计容量受到限制。

在机组甩负荷时，多于低压旁路容量的蒸汽需在进入低旁前释放，因此必须在再热器出口设置安全阀。

再热器安全门目前有两种型式，即二位式（常用的为弹簧式安全阀）和调节式，但是不论采用何种型式，也不论低压旁路如何选取，其容量必须按100%配置，要实现不同负荷的FCB，必须选用调节式的安全阀。

高负荷情况下发生FCB 时，再热器安全门必须打开。

由于二位式安全门只能全开，必然导致大部分蒸汽被排至大气，极大的加剧了工质的不平衡。

而调节式安全阀可按不超压的原则进行可控制排放，当其开启时只排放多余的蒸汽，这对改善FCB 工况下的工质极为有利；当机组在正常模式下运行，锅炉再热系统的压力高于系统的设计压力时，再热器出口的安全门又要起到常规的弹簧安全阀的作用，迅速打开使再热系统压力回归正常。

因此再热器出口的可调式安全阀
既可满足不同负荷机组甩负荷的可调功能，又要有普通安全阀的快速响应功能。

与普通弹簧式开关型安全阀不同，这种可调式安全阀要求带辅助驱动系统（一般为液动或气动）。

在锅炉FCB 或RB 甩负荷时，一般要求该安全阀参与控制。

在控制精度要求不是特别高的情况下，一般都选用气动或液动驱动方式。

这种安全阀是结合了不可控开关式弹簧式安全阀和控制阀门的优点，主要表现如下：
1) 在控制系统或气动驱动系统出现任何故障时，则气动驱动安全阀就是一个弹簧式安全阀，在系统超压到弹簧整定压力时，能够克服弹簧作用力打开，从而保护锅炉安全。

2) 在系统压力接近设定压力时，由于加载空气压力作用而提高了阀门密封性。

3) 提高系统运行压力，可以很接近设定压力。

系统运行压力的提高意味着电厂有更大的产出。

4) 因为可以依靠压力开关及控制驱动系统来打开安全阀，从而提高设定压力的精确性。

5) 减小开启压力和回座压力的压差。

6) 回座比可以精确调整。

7) 纯弹簧式安全阀起跳后，下一次的起跳值可能会发生偏移；而气动驱动安全阀依靠压力开关动作打开，因此即使重复起跳，其起跳值完全一致。

8) 纯弹簧式安全阀在起跳时会产生很大的反力及噪音，而气动
驱动安全阀的开启反力及噪音很小。

9) 可以在低于整定压力时，手动或通过DCS 打开安全阀。

10) 参与机组FCB、RB 等甩负荷功能。

调节式安全阀在机组甩负荷时需根据负荷-压力曲线来控制蒸汽压力参，因此安全阀的起跳压力和回座压力是根据负荷-压力曲线来进行设定。

为了满足运行压力的正常波动范围，安全阀的起跳压力和回座压力应稍大于机组的运行压力。

在机组快速降负荷时，低旁全开后，如果系统压力还在继续升高，当压力升高到第一组安全阀起座压力时，则安全阀控制系统会打开第一组安全阀来帮助降低系统压力，直至系统压力下降到第一组安全阀回座压力，这时安全阀控制系统会关闭第一组安全阀；如果第一组安全阀开启后，如果系统压力还在继续升高，当压力升高到第二组安全阀起座压力时，则安全阀控制系统会接着打开第二组安全阀来帮助降低系统压力，直至系统压力下降到第二组安全阀回座压力，这时安全阀控制系统会关闭第二组安全阀；当系统压力继续下降到第一组安全阀回座压力，这时安全阀控制系统会关闭第一组安全阀。

在安全阀参与机组甩负荷时，可有2 种开启方式，一种是安全阀全开启来参与调节，另一种是阀门部分开启来参与调节。

分别可通过在阀门顶部装一个位置反馈指示器，将阀门的实际位置指示送入PLC 模块，PLC 同时接受从DCS 过来的阀门开启位置指令，阀门控制系统会将安全阀气缸上部的加载空气卸掉，同时向气缸下部的提升腔注入一定压力的压缩空气，将阀门开起到所需高度。

目前设计和生产这种可调式安全阀的厂家有德国博普-罗依特安全与调节阀门有限公司和德国Sempell 阀门公司。

经过经济技术比较后，最终为本项目选取了德国博普-罗依特公司提供的可调式安全阀。

该公司提供的带辅助驱动装置的可控式安全阀由电-气控制装置EPC 5400，测量试验装置MT 5356，定位器PCS ，为满足甩负荷功能所需15bar 空气压力的空压机及气动执行机构组成，可使安全阀除了有安全阀功能外还可作为调节阀实现甩负荷的功能。

该安全阀在再热器正常运行压力下，在没有达到安全阀的设定压力时均可保证安全阀绝对严密地关闭（没泄漏）。

在达到安全阀设定压力时，该安全阀通过电-气控制装置EPC 5400 和测量试验装置MT5356 使安全阀平稳地开启。

在作为普通弹簧安全阀功能时，由空压机提供的5bar 空气压力使在安全阀开启时提高开启速度而在安全阀关闭时再加一个关闭力。

作为安全功能的所有系统设备均按安全法规的要求为3 重冗余配置。

作为调节阀实现甩负荷功能时，在气动执行机构的下气缸需由空压机提供15bar 的空气压力。

当再热器安全阀控制器的给定值与实际测量的再热器压力出现正偏差时，将有安全阀开度指令信号送到再热器安全阀所配套的定位器中。

该定位器由阀位控制器PCS 和位置反馈变送器（LVDT）组成。

阀位控制器将模拟量的开度指令信号转换成EPC 5400 中电磁阀的动作信号控制进入气缸的空气量，从而使阀门动作。

直到位置反馈变送器与开度指令信号平衡为止。

再热器安全阀的动作与汽机低压旁路相匹配地满足机组的FCB 或RB 的甩负荷功能。

100%的高压旁路是按BMCR 工况甩负荷时的最大流量和压力进行
设计，由旁路进入再热系统时经过了喷水减温，同时考虑到低压旁路故障的情况，再热器出口的安全阀的最大排汽量需在100%BMCR 工况下的主流流量上再加上高旁的减温水流量。

因此该工程的安全阀排放能力是按117%BMCR 主汽流量设计的，其中17%BMCR 的主汽流量是高旁可能出现的最大减温水流量。

按此排放流量和安全阀的最高快速排放整定压力再综合比较投资成本后，在再热器出口选取了4 个可调式安全阀。

5.4锅炉启动系统优化
5.4.1锅炉启动系统功能
布连项目锅炉配置容量为30%B-MCR 的内置式启动系统，与锅炉水冷壁最低质量流量相匹配。

该启动系统的主要功能为：
1) 锅炉给水系统和水冷壁及省煤器的冷态和温态水冲洗时，可通过启动系统管路将冲洗水通过扩容器和冷凝水箱排入冷却水总管或冷凝器。

2) 满足锅炉冷态、温态、热态和极热态启动阶段汽水分离的需要，直到锅炉达到30%BMCR 最低直流负荷，由再循环模式转入直流方式运行为止。

3) 回收工质及其所含的热量。

4) 锅炉启动期间通过炉水循环泵和疏水调节阀来保证各状态下正常的炉水再循环。

5) 启动分离器系统可起到在水冷壁出口集箱与过热器之间的温度补偿作用，均匀分配进入顶棚过热器的蒸汽流量。

5.4.2锅炉启动系统优化
根据布连项目的实际情况，从电厂今后的主要运行模式考虑，采用无循环泵启动的简化系统，降低初投资，降低电厂的运行及维护费用无疑是很好的选择，但是如何克服无泵启动的缺点成为难题。

巴威公司人员及国电公司、布连电厂、河北设计院人员就此问题对上海外高桥电厂进行了调研和大量的论证，认为取消循环泵后采用以下措施即可达到有泵启动的效果。

1) 设置启动锅炉或有邻炉抽汽，保证启动初期锅炉给水温度始终在230℃以上，同时能实现汽源在本汽机和邻炉抽汽之间的自由切换。

2) 增加除氧器的设计到1.4MPa，设计温度到250℃。

锅炉启动前上水时，从辅汽来的热蒸汽进入给水泵上游的除氧器，将除氧器中的水加热到所需的230℃，保证了锅炉启动的水温。

3) 为了不增加启动锅炉的容量，可采用两炉抽汽互相加热的方式。

第一台锅炉启动时采取常规启动方式。

当第一台锅炉启动后，第二台锅炉使用第一台锅炉的抽汽实现启动。

以后就可实现停运炉从运行炉中抽汽启动。

这种启动方式主要优点是维持了无循环泵启动系统简单、初投资低的优点，同时维持了有循环泵启动方式下的较高的给水温度，避免了热态启动及极热态启动方式下由于给水温度较低对锅炉造成的热冲击，同时加快了启动速度，缩短了启动时间，相对地减少了疏水引起的工质及热损失。

另外由于锅炉点火前锅炉给水温度已经达到了。