1000MW超超临界火电机组锅炉设计说明书.doc

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1、专题1锅炉设计说明书一、概述本次为浙江国华宁海电厂二期21000MW扩建工程机组超超临界锅炉提出的方案是上海锅炉厂有限公司采用Alstom Power 公司Boiler GmbH（以下简称APBG公司）的技术，总体方案是在该公司为外高桥二期、三期设计的2900MW超临界和21000MW超超临界锅炉的基础上，根据本工程燃煤特性、蒸汽参数特点以及相关要求进行设计的。锅炉的系统、性能设计由上海锅炉厂有限公司与技术支持方APBG公司联合进行，性能保证将由技术支持方APBG公司负责。本方案提供1000MW等级螺旋管圈水冷壁方案。对于本工程，卖方认为锅炉设计时主要考虑采用成熟先进的超临界锅炉技术，以确保机

2、组的可用率和获得高的经济性；炉膛尺寸及燃烧设备的选用保证炉膛及炉膛出口处受热面不结渣、高的燃烧效率、低负荷稳燃、降低NOx排放、防止低温受热面飞灰沾污和磨损、防止炉内受热面的腐蚀和锅内高温蒸汽氧化等。卖方有信心为浙江国华宁海电厂提供二台技术既成熟又可靠、性能优良、环保水平高、质量优等、交货及时、服务到位的1000MW超超临界锅炉，产品性能、质量符合国际一流火力发电厂的要求。二、锅炉的主要技术规范本方案锅炉为1000MW等级超（超）临界参数变压运行螺旋管圈直流炉、一次再热、采用单炉膛单切圆燃烧方式、平衡通风、运转层以上露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构塔式锅炉。设计煤种/校核煤种为神华煤。

3、1、 锅炉设计容量和参数蒸汽参数按与上海汽轮机有限公司提供的1000MW超超临界汽机热平衡参数相匹配，也可以同国内相同容量级汽机制造商的汽机相匹配。投标文件以锅炉出口蒸汽参数27.56MPa(a)/605/603为准，除7、技术数据表外，其它文字部分均适合于蒸汽参数26.25MPa(a)/605/603方案。对应于蒸汽参数26.25 MPa(a)/605/603方案的7、技术数据表单列于附件1方案二中。最终锅炉主蒸汽和再热蒸汽的压力、温度、流量等要求与汽轮机的参数相匹配，不调整价格。名 称单位BMCRBRL过热蒸汽流量t/h30912943过热器出口蒸汽压力MPa(g)27.4627.34过热

4、器出口蒸汽温度oC605605再热蒸汽流量t/h2580.92465.4再热器进口蒸汽压力MPa(g)6.065.78再热器出口蒸汽压力MPa(g)5.865.59再热器进口蒸汽温度oC374366再热器出口蒸汽温度oC603603省煤器进口给水温度oC2982952、设计条件煤种煤种设计煤种校核煤种项目活鸡兔矿煤变动范围乌兰木伦矿工业分析1. 工业元素及可磨性分析全水分Mt%14.00416.50干燥基水份Mad%5.906.70灰分 Aar%7.04513.07碳 Car%63.2556.38氢 Har%3.403.37全硫 St,ar%0.500.30.58氧 Oar %11.189.4

5、4Nar%0.640.66高位发热值Qgr,arMJ/kg24.5022.15低位发热值Qnet,arMJ/kg23.392.3420.98干燥无灰基挥发份Vdaf%33.1938.00哈氏可磨性指数HGI62552. 灰熔点DT(变形温度)10801060（10501150）ST(软化温度)11201080（11001200）HT(半球温度)11801120（11101250）FT(熔融温度)12201450（11501300）3. 灰成分SiO2%26.3145.01 (3050)Al2O3%12.6614.99 (920)TiO2%0.480.41 (0.41.5)Fe2O3%20.66

6、6.11 (620)CaO %18.0918.21 (1535)MgO %1.081.18 (0.81.8)K2O %0.701.20 (0.22.0)Na2O%0.430.82SO3%16.206.69 (812)MnO2%0.060.46其它%3.334.922) 点火及助燃用油油种：#0轻柴油粘度(20时)：3.08.0 mm2/s凝固点：不高于0闭口闪点：不低于55机械杂质：无含硫量：不大于1.0%水份：痕迹灰份：不大于0.02%比重：817 kg/m3低位发热值Qnet,ar41800 kJ/kg3) 气象条件累年平均大气压： 1013.4hPa累年平均气温： 16.4极端最高气温：

7、 39.7累年平均最高气温： 21.0极端最低气温： -9.6累年平均最低气温： 12.7年最高气温高于等于35日数： 6d累年平均相对湿度： 82累年最小相对湿度： 5累年平均水汽压： 17.3hPa累年平均降水量： 1715.5mm最大一日降水量： 355.7mm最长连续降水日数： 17d过程降水量： 749.2mm累年平均蒸发量： 1314.0mm累年平均雾日数： 16.6d累年平均雷暴日数： 42.6d累年最大积雪深度： 26 cm累年平均风速： 4.57 m/s累年最大风速： 26 m/s 风向：NW (1974.8.19)全年主导风向： NW (15)五十年一遇基本风压值： 0.6

8、 KN/m2雪压值： 0.4 KN/m2主厂房零米地坪标高： 6.85m(85国家高程)4) 给水品质和蒸汽品质的要求给水品质：锅炉给水质量标准（按CWT工况设计，即联合水处理工况设计）总硬度：0 mol/L溶解氧： 30300 g/L(加氧处理)铁：10g/kg铜：3g/kg二氧化硅： 15g/kgpH值（CWT工况）：8.09.0 （加氧处理）电导率(25)：0.15 S/cm钠：5g/kg锅炉补给水质量标准：电导率(25)：0.15 S/cm二氧化硅：20g/kg蒸汽品质：钠：5 g/kg二氧化硅：15 g/kg电导率(25)：0.15 S/cm铁：10 g/kg铜：3 g/kg5）锅炉

9、运行条件及模式锅炉运行方式：带基本负荷并参与调峰。锅炉按变压运行方式设计，采用定滑定运行或纯滑压运行的方式，定滑定运行的变压运行的范围按30%90%BMCR；定压运行的范围按030%BMCR和90%100%BMCR。纯滑压运行方式的变压运行的范围按30100%BMCR。制粉系统：中速磨冷一次风机直吹式制粉系统，每炉配6台磨煤机，五运一备，设计煤粉细度R90=17%。给水调节：机组配置250%B-MCR调速汽动给水泵和一台启动用电动调速给水泵。根据锅炉启动旁路设置情况，推荐的电动给水泵容量为40%B-MCR，具体的关于电动给水泵容量的推荐意见详见专题4。汽轮机旁路系统：卖方根据自身经验提出的旁路

10、设置的推荐意见具体详见专题4：启动系统专题说明、汽机旁路及电动给水泵配置的推荐意见。空预器进口冷风加热方式：在二次风道上设热风再循环。3、锅炉性能保证值1) 最大连续蒸发量（MCR）：3091t/h；2）在BRL工况下，锅炉保证热效率不小于 93.72%(按低位发热量)；3）空气预热器的漏风率在BMCR工况下，投产第一年内不高于6 %，运行1年后不高于 8 %。一次风漏风率不高于35 %；4）锅炉最低不投油稳燃负荷不大于30%B-MCR；5）烟、风压降实际值与设计值的偏差不大于10%；6）锅炉出口NOx的排放浓度：不超过300mg/Nm3(O2=6% 干基)；7）过热器、再热器、省煤器的实际汽

11、、水侧压降数值不超过设计值；8）滑压运行在35%100%B-MCR范围过热蒸汽能维持其额定汽温；在50100% B-MCR时再热蒸汽能维持额定汽温；4、锅炉特点APBG为本工程提供的是超超临界塔式直流锅炉。Alstom Power公司数十年在设计和安装燃用各种各样燃料的锅炉上的经验确保了本工程的设计是成熟而且安全的，并且具有很高的可用率。该锅炉具有如下特点：1）锅炉系统简单；2） 锅炉具有很强的自疏水能力，具备优异的备用和快速启动特点；3）均匀的过热器、再热器烟气温度分布；4）均匀的对流受热面烟气流场分布；5）采用单炉膛单切圆的燃烧方式，在所有工况下，水冷壁出口温度分布均匀；6）采用低NOx同

12、轴燃烧系统（LNTFSTM）；7）过热器采用煤水比加两级八点喷水，再热器采用燃烧器摆动、低负荷过量空气系数调节和在进口装设事故紧急喷水和两级再热器中间装设微量喷水；8）无水力侧偏差，过热器、再热器蒸汽温度分布均匀；9）过热器、再热器受热面材料选取留有较大的裕度；10）不同受热面之间无管子直接焊接（没有携带偏差）；11）受热面布置下部宽松，无堵灰；12）运行过程中锅炉能自由膨胀；13）悬吊结构规则，支撑结构简单；14）受热面磨损小；15）占地面积小；为了降低超超临界锅炉因过热器和再热器出口汽温的提高所导致的高温段管子烟气侧高温腐蚀和管内高温氧化，在受热面材料选用上采用大量的高档次奥氏体钢管。5、

13、锅炉整体布置锅炉为1000MW等级燃煤汽轮发电机组，超超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，单炉膛、一次中间再热、采用切圆燃烧方式、平衡通风、固态排渣、全钢悬吊结构塔式锅炉、露天布置燃煤锅炉。锅炉燃用煤种为神华煤。制粉系统采用中速磨煤机正压直吹式制粉系统，5台磨运行带锅炉BMCR工况。锅炉总体布置见附图1-1。炉膛宽度23160mm，炉膛深度23160mm，水冷壁下集箱标高为4000mm（暂定），炉顶管中心标高为117910mm（暂定）。锅炉炉前沿宽度方向垂直布置6只外径/壁厚为F610/80mm的汽水分离器，每个分离器筒身上方布置1根内径为F240mm和4根外径为F219.1mm的管接头，其进出

14、口分别与水冷壁和一级过热器相连接。当机组启动，锅炉负荷低于最低直流负荷30%BMCR时，蒸发受热面出口的介质流经分离器前的分配器后进入分离器进行汽水分离，蒸汽通过分离器上部管接头进入两个分配器后进入一级过热器，而饱和水则通过每个分离器筒身下方1根内径为F240mm的连接管道进入下方1只F610/80mm贮水箱中，贮水箱上设有水位控制。贮水箱下方1根外径为F570mm疏水管道引至一个连接件。通过连接件一路疏水至再循环系统，另一路接至大气式扩容器中。炉膛由膜式壁组成，水冷壁采用螺旋管加垂直管的布置方式。从炉膛冷灰斗进口（标高4000mm）到标高68180mm处炉膛四周采用螺旋管圈，管子规格为38.

15、1mm，节距为53mm。在此上方为垂直管圈，垂直管圈分为两部分，首先选用管子规格为38.1mm，节距为60mm，在标高88880mm，两根垂直管合并成为一根垂直管，管子规格为44.5mm，节距为120mm。炉膛上部依次分别布置有一级过热器、三级过热器、二级再热器、二级过热器、一级再热器、省煤器。锅炉燃烧系统按配中速磨正压直吹式制粉系统设计，配置6台磨煤机，每台磨煤机引出4根煤粉管道到炉膛四角，炉外安装煤粉分配装置，每根管道分配成两根管道分别同两个一次风喷嘴相连，共计48只直流式燃烧器分12层布置于炉膛下部四角（每两个煤粉喷嘴为一层），在炉膛中呈四角切圆方式燃烧。过热器汽温通过煤水比调节和两级喷

16、水来控制。再热器汽温采用燃烧器摆动调节，一级再热器进口连接管道上设置事故喷水，一级再热器出口连接管道设置有微量喷水。尾部烟道下方设置两台转子直径16421mm三分仓受热面旋转容克式空气预热器。炉底排渣系统采用机械出渣方式。锅炉运行层标高暂定为20.5m。锅炉设有膨胀中心及零位保证系统，炉墙为轻型结构带梯型金属外护板，屋顶为轻型金属屋盖。附图1-1：锅炉总体布置图1）锅炉总体设计简况：如下表1-1所示。表1-1：锅炉的总体设计简况序号项 目螺旋管圈1炉型单炉膛塔式布置，全悬吊结构。炉膛下部（包括冷灰斗）采用螺旋围绕管圈经过中间混合集箱引入上部垂直管屏2炉膛断面尺寸2316023610 mm3炉顶

17、标高117910mm4汽水流程主汽系统给水省煤器炉膛下部螺旋围绕管圈中间混合集箱炉膛上部垂直管屏分配器汽水分离器分配器一级过热器（垂直段和管屏段） 一级喷水二级过热器 二级喷水三级过热器去汽机再热系统：来自汽机高压缸排汽事故喷水低温（一级）再热器微量喷水高温（二级）再热器去汽机中压缸序号项 目螺旋管圈启动系统（带循环泵）汽水分离器贮水箱 大气扩容器 混合器 集水箱 再循环泵 冷凝器给水管道 省煤器7烟气流程一级过热器（屏管）三级过热器二级再热器二级过热器一级再热器省煤器一级过热器（悬吊管）空气预热器8燃烧系统磨煤机燃烧器型式数量油枪中速磨煤机正压直吹式制粉系统HP1163磨，每台接一层八个喷口

18、，5 台磨带BMCR。单炉膛单切圆燃烧、低NOx同轴燃烧系统（LNTFSTM），一层SOFA布置。六层布置，共48只煤粉喷口。25%MCR输入热量。24根启动暖炉，低负荷稳燃9调温方式主蒸汽再热蒸汽煤水比+两级喷水（按6%BMCR流量） 燃烧器摆动+过量空气系数（事故超温时喷水、微量喷水）10空气预热器型式数量容克式三分仓回转式预热器 2台11吹灰器炉膛：墙式吹灰器 64台（介质：蒸汽），8台（介质：水）对流烟道：长伸缩式吹灰器 96台（介质：蒸汽）预热器：蒸汽吹灰器 4台12出渣装置机械刮板捞渣机装置2）锅炉主要界限尺寸：见下表1-2表1-2：锅炉主要界限尺寸项 目螺旋管圈单位1、炉膛宽度深

19、度2316023160mm2、上排燃烧器至屏底距离26630mm3、下排燃烧器至冷灰斗上沿距离5233mm4、上下一次风喷口距离21137mm5、相邻层燃烧器间距1612mm6、水冷壁下集箱标高4000mm7、炉顶管标高117910mm9、大扳梁顶标高126160mm10、锅炉宽度（锅炉构架范围）53516mm11、锅炉深度（锅炉构架范围）63435mm12、中间过渡集箱标高67575mm3）锅炉炉膛热负荷数据：见下表1-3表1-3：炉膛热负荷数据1、炉膛容积热负荷65.93kw/m32、炉膛断面热负荷4.471Mw/m23、燃烧器区域热负荷1.072Mw/m26、受压部件简介1）水冷系统螺旋

20、管圈水冷壁流程见附图1-2、布置数据见表1-4。附图1-2：水冷壁流程图表1-4：1000MW螺旋水冷壁管结构及设计参数名 称数量外 径mm内径或壁厚mm材 料 设计参数内径壁厚压力Mpa温度oC下降管集箱1540110SA-336-F133.43360到连接管管接头（锻件）2380105SA-336-F133.43360连接管142030060.0SA-106 C34.25360水冷壁进口集箱进口管接头77238.123.437.33SA-210 C34.03360水冷壁进口集箱230075SA-106 C34.03360水冷壁灰斗螺旋段77238.123.437.33SA-209 T134

21、.03425水冷壁螺旋管下部77238.124.547.0SA-213 T1233.83490水冷壁螺旋管上部77238.124.547.0SA-213 T2333.18514水冷壁螺旋管出口连接管77238.124.547.0SA-213 T1232.24479水冷壁中间集箱进口管接头77238.124.547.0SA-213 T1232.24479水冷壁中间过渡集箱427315360SA-335 P1232.24479水冷壁中间集箱出口管接头154438.124.547.33SA-213 T1232.24479水冷壁垂直管进口连接管154438.124.547.33SA-213 T1232

22、.24479水冷壁垂直管下部154438.124.547.33SA-213 T2332.24529水冷壁垂直管上部77244.529.837.33SA-213 T2332.04515水冷壁垂直管出口连接管77244.529.837.33SA-213 T2331.77495水冷壁出口集箱435021070SA-335 P1231.77495水冷壁出口集箱到分配器的连接管道832021055SA-335 P1231.77485水冷壁管子重量流速如下：BMCR30%BMCR螺旋管：2292kg/m2.s709 kg/m2.s垂直管下部：1115kg/m2.s376 kg/m2.s垂直管上部：1499

23、 kg/m2.s464 kg/m2.s2）过热器系统过热器系统按蒸汽流向主受热面分为三级：吊挂管和第一级屏式过热器、第二级过热器、第三级过热器。其中第一级过热器和第三级过热器布置在炉膛出口断面前，主要吸收炉膛内的辐射热量。第二级过热器布置在第一级再热器和末级再热器之间，靠对流传热吸收热量。第一、第二级过热器逆流布置，第三级过热器顺流布置。过热器系统的汽温调节采用燃料/给水比和两级八点喷水减温，在第一级过热器和第二级、第二级和第三级过热器之间设置二级喷水减温并通过两级受热面之间的连接管道的交叉，一级受热面外侧管道的蒸汽进入下一级受热面的内侧管道，来补偿烟气导致的热偏差。过热器出口蒸汽温度由第一级

24、过热器和第二级过热器间，第二级过热器和第三级过热器间的总喷水量为6%的喷水减温来控制。如系统配置100%高压旁路和65%低压旁路，锅炉在启动、停机及任何汽轮机跳闸的情况下，4个高压旁路减压站可以将蒸汽引到再热器。过热器系统流程见附图1-3，布置数据见表1-5。附图1-3 过热器系统流程图表1-5：过热器布置结构特性名称节距mm管径mm排数每排管子根数布置受热面积 m2横向St纵向SL一级过热器(屏管)9606548.324281856一级过热器(悬吊管)24048.39674845二级过热器a1208044.4519278618二级过热器b2408544.4596148618三级过热器9607

25、048.3243455673）再热器系统再热器受热面分为两级，即第一级再热器（低再）和第二级再热器（高再）。第二级再热器布置在第二级过热器和第三级过热器之间，第一级再热器布置在省煤器和第二级过热器之间。第二级再热器（高再）顺流布置，受热面特性表现为半辐射式；第一级再热器逆流布置，受热面特性为纯对流。再热器的汽温调节主要靠摆动燃烧器，在低温过热器的入口管道上布置事故喷水减温器，两级再热器之间设置有一级微量喷水并内外侧管道采用交叉连接。再热器受热面的结构特性如表12-2所示：再热器主受热面的结构特性如下表所示：再热器系统流程见附图1-4，布置数据见表1-6。附图1-4：再热器系统流程图表1-6：再

26、热器布置结构特性名称节距mm管径mm排数每排管子根数布置受热面积 m2横向St纵向SL一级再热器1209557.15192832117二级再热器48010557.15482388344）省煤器系统省煤器系统流程见图1-5，布置数据见表1-7。附图1-5：省煤器系统流程图表1-7：省煤器布置结构特性名称节距mm管径mm排数每排管子根数布置受热面积 m2横向St纵向SL省煤器1208042.21927326395) 启动系统启动系统流程图见图1-6；表1-8，9启动系统各部件的设计参数；附图1-6：启动系统流程图表1-8：启动系统部件设计参数序号名称数量规 格mm材 料设计参数 外径内径最小壁厚平

27、均壁厚温度oC压力MPaF-26分离器661080.0SA-335-P9148531.66F-27贮水箱进口连接管道6240 58.5SA-335-P1248531.77F-28A贮水箱(上部)161072SA-335-P9148531.77F-28B贮水箱(下部)161080.0SA-335-P9148531.77F-29贮水箱出口连接管道2285 67.5SA-335-P1238032.07F-30连接球1500 80.0SA-336-F138032.07F-31循环泵进口连接管道1400 76.5SA-106-C38032.07电动截止阀138032.07F-32循环泵138032.07

28、F-33循环泵出口连接管道1360 67.5SA-106-C38032.07流量计138032.07电动角阀138032.07F-34混合器进口连接管道136072.0SA-106-C38035.56电动闸阀138035.56止回阀138035.56F-35循环泵最小流量管1219.136.0 SA-106-C38032.07F-36冷却管（控制阀出口）1101.617.50 SA-106-C38032.07F-37暖管17314.0 SA-106-C38032.07F-38到大气式扩容器的暖管17314.0 SA-106-C38032.07F-39A大气式扩容器进口连接管道A140076.5

29、SA-106-C38032.07F-39B大气式扩容器进口连接管道B228554SA-106-C38032.07液动截止阀238032.07液动调节阀238032.07F-40大气式扩容器1350030.0 SA-516 Gr 701800.90F-41集水箱进口管道16209.5 SA-106-C1500.90F-42集水箱1350030.0 SA-516 Gr 701500.40F-43A疏水泵进口管道A1482.69.5 SA-106-C1500.40F-43B疏水泵进口管道B2355.69.5 SA-106-C1500.40F-44疏水泵21500.40F-45A疏水泵出口管道A221

30、99.5 SA-106-C1500.60F-45B疏水泵出口管道B12689.5 SA-106-C1500.60F-46疏水泵最小流量管1168.39.5 SA-106-C1500.60F-47A集水箱溢流管1482.69.5 SA-106-C1500.40F-47B集水箱溢流管1426.0 SA-106-C1500.40F-48集水箱上的排气管1323.89.5 SA-106-C1800.40F-49大气式扩容器上的排气管1126030.0 SA-516 Gr 701800.40本工程分离器布置为组合式，采用6只外径F610mm，高度3.5m的分离器和1只外径F610mm，高度35m的贮水箱

31、设计，将汽水分离和水位控制功能分开。采用带泵的启动系统中，再循环系统采用1台湿式马达启动泵，型式与常规控制循环的炉水循环泵基本相同，但只有一个泵出口（控制循环泵有两个出口），泵的扬程也要比控制循环泵高，功率消耗大。有关启动系统详细描述见专题4。7、燃烧设备燃烧设备采用从APBG公司引进的低NOx同轴燃烧系统（LNTFSTM）,6台碗式磨煤机中每台磨煤机给6层燃烧器中一层燃烧器提供煤粉，整台锅炉包括46=24个燃烧器。每一个燃烧器包括2个煤粉喷嘴，包括周界风，上层和下层风，中间风，还包括一个偏置风处于上层风喷嘴的上面，来隔离火球和水冷壁以避免水冷壁的CO腐蚀。在炉膛燃烧器区域，大量火焰沿着炉膛中

32、心循环的，同时煤粉与一次风的混合也比较慢。这样，燃烧过程比较缓慢，可以降低热力NOx的生成。而且，本工程采用如下措施进一步减少NOx的排放:1) 炉膛尺寸的选择针对燃用煤种有充分的裕度2) 燃烧喷嘴之间有足够的间距3) 对不同的燃烧器采用分级送风4) 燃烧器区域燃烧空气过量小于理论空气量，同时布置分离二次风5) 上排燃烧器和受热面之间高度可以确保煤粉燃尽。屏式受热面选择采用足够大的横向节距，这可以保证受热面不会出现结渣。有关燃烧设备的设计请参见专题511。8、空气预热器锅炉配备两台按2001年ALSTOM-APC技术制造的回转式空气预热器。空气预热器主轴垂直布置，烟气和空气以逆流方式换热。空气

33、预热器型号为：2-34.5VI(50)-2185SM。有关预热器的详细设计请参阅专题19。9、吹灰器、安全阀1）吹灰器蒸汽吹灰：墙式短行程吹灰器：64只可伸缩式长行程吹灰器：96只空气预热器吹灰器：4只蒸汽汽源取自再热器进口。水吹：可伸缩式长行程吹灰器：8只炉膛出口烟气温度探针：2台2）安全阀a. 汽轮机旁路100%HP+65%LP再热器安全阀再热器出口：4台b. 汽轮机旁路40%HP+40%LP过热器安全阀进口：4台出口：4台PCV：4台再热器安全阀再热器进口：4台再热器出口：6台10、钢构架和平台楼梯本工程是塔式布置锅炉（见锅炉总图1-1）。锅炉受压件都悬挂在大板梁上，而这些大板梁是由四根主要的锅炉排柱来支撑的。回转式空气预热器安装在连到后面的主要锅炉排柱的钢结构上。整个锅炉还通过锅炉自身的结构和垂直钢性梁得到进一步加强。锅炉结构是一个三维结构，地面形状为正方形，主要由四个垂直部分组成。锅炉炉墙通过水平布置钢性梁连接起来，同时通过垂直钢性梁来固定。有关塔式锅炉钢结构设计见专题11。