大型余热锅炉介绍.doc
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1、大型余热锅炉介绍一、余热锅炉岛主要技术特点余热锅炉岛是联合循环电站中回收燃气轮机排气余热,产生蒸汽,推动蒸汽轮机发电的换热设备。1 余热锅炉不同于燃煤锅炉,一般不设燃烧系统,只有汽水系统,烟气温度较低(500650),传热温差小。2 受热面管子用螺旋鳍片进行强化传热。一方面增加传热面积,一方面增大传热系数。3 大型余热锅炉汽水系统布置比较复杂,有不同的压力等级:单压型、双压型、三压无再热型、三压有再热型,按此发展,锅炉效率越来越高,排烟温度越来越低。对于“F”级燃气轮机,由于排气温度高、流量大,与其匹配的余热锅炉一般均采用三压再热式,虽然汽水系统较复杂,造价高,但排气热量得到充分利用,有利于提
2、高电厂热效率。通常余热锅炉从单压发展到双压,联合循环效率可提高1.52.0%,三压循环又比双压循环提高热效率0.50.6%,而三压再热循环比三压无再热循环又高0.20.4%。如下图所示。图1 不同压力级余热锅炉效率对比4循环方式:自然循环、强制循环、直流锅炉自然循环锅炉受热面管子一般是垂直布置的,在循环回路中,下降管中水的密度比上升管中汽水混合物的密度大,依靠这一密度差产生的运动压头的推动,水循环就自动建立了。强制循环锅炉受热面管子普遍采用水平布置,循环倍率小,在下降管中加装了强制循环泵,依靠泵的压头就有很高的循环动力,便于受热面的布置。但循环泵的工作介质为高温高压的炉水,因此泵本身需要很高的
3、可靠性,一旦故障,锅炉便不能运行,故有人把它称为强制循环锅炉的心脏。另外循环泵需要消耗厂用电,增大了厂用电率。5按烟气通道的布置方式不同,余热锅炉的结构有卧式和立式之分,通常卧式结构的水循环方式设计成自然循环,立式结构设计成强制循环。A.卧式:在这种形式的余热锅炉中,燃气轮机排气水平地流过过热器、蒸发器、省煤器等,烟气呈“横向流动”,而与其对应的热交换器管束是垂直布置,在汽包、蒸发器管束和下降管回路中,依靠水汽与冷水密度差维持流动和循环,即自然循环。B.立式:在这种形式的余热锅炉中,燃气轮机排气由下而上地流过过热器、蒸发器、省煤器等,烟气呈“从向流动”,而与其对应的热交换器管束是水平布置,在汽
4、包、蒸发器管束和下降管回路中,通过循环水泵把水压入蒸发器管束,形成强制循环。6余热锅炉受热面都是模块化结构,每个模块在工厂组装完毕,整体运输到安装现场,大大减少了现场安装的工作量。二、余热锅炉简单传热原理1对流传热基本公式:Q=KSt其中:K是传热系数,是翅片距离和烟气流速等参数的函数 S是换热面积 t是烟气和工质温差2节点温差和接近点温差节点温差:烟气温度和饱和蒸汽的温度差接近点温差:省煤器出口压力下的饱和温度和实际出口温度之间的差值。图57 不同压力级余热锅炉中的温降三、余热锅炉发展趋势几十年来,北美主要发展卧式自然循环余热炉,欧洲偏重于立式强制循环。在七十年代中期,欧洲的一些余热锅炉制造
5、商如比利时CMI等公司开始研制立式自然循环锅炉,最初仍考虑在下降管安装启动循环泵,负荷小于30%时运行该泵建立正常的水循环,之后停止运行,通过喷射器维持稳定的水循环,这种方式被称为引致循环。九十年代,CMI、NEM等公司又开发了不带启动泵的立式自然循环余热锅炉,主要靠增加循环倍率、提高汽包安装高度、加大管径等措施维持水循环动力,这种锅炉近十年来在一些电厂得到了应用,但业绩不多。基于不同的设计理念和传统,卧式和立式这两种不同结构的锅炉在争议中向前发展。立式余热锅炉管子水平布置,联箱布置在同一侧,联箱之间是蛇形管,因此膨胀比较自由,可以向四周膨胀;整个模块全部悬吊在顶部的钢梁上,模块可以向下自由膨
6、胀,这样管子可以在三维空间膨胀,减小了启动和停止过程中的热应力,比较适合频繁调峰运行的机组,这是立式锅炉得以发展的一个主要因素。立式强制循环锅炉不但可以将上述优点发挥得淋漓尽致,而且还有启动速度快、占地面积小等优点,可是循环泵需增加耗功、整体可靠性降低的缺点也很突出,以致对于燃用天然气的联合循环电厂,立式强制循环锅炉逐渐不被看好,部分被立式自然循环所替代。采用自然循环的立式锅炉尽管克服了强制循环因循环水泵带来的缺点,然而立式锅炉本身的优点也大为逊色,还带来了循环可靠性降低以及其它问题。首先,立式自然循环锅炉需要维持一个经济的、可靠的循环压头,循环倍率不能设计得太大,一般维持在34之间(卧式自然
7、循环在810之间),因此启动阶段水循环不容易建立,可能造成烧干,为防止这种现象,就有必要降低升负荷的速率,启动速度因而大打折扣;其次,由于设计需要流速降低,导致蒸汽与饱和水密度差产生的分层现象加剧,在大直径的水平蒸发器管子中,密度较大的饱和水沿管子底部流动,密度小的饱和蒸汽则沿管子顶部流动,两者与壁面的热交换系数不同,上部会产生干点,造成管子的底部和顶部温差很大,产生很大的热应力,可能导致管子变形损坏。卧式自然循环锅炉管子是垂直布置,能避免了以上问题。可以看出,立式自然循环余热锅炉只是立式强制循环锅炉的暂时替代品。鉴于它的局限性,不可能得到大规模的发展,也不为大多数用户认可。目前,“F”级联合
8、循环机组的蒸汽压力已到了超高压参数,尤其与西门子燃机配套的余热锅炉,蒸汽压力最高,达到了13MPa,所以卧式自然循环锅炉成为当今天然气电厂的主流产品,为大多数用户所推崇。随着燃机功率进一步增大,今后余热锅炉将发展到亚临界和超临界压力,自然循环锅炉会逐步淘汰,多次强制循环锅炉和直流锅炉是未来的发展方向,特别是直流锅炉现已开始应用。无锡锅炉厂引进的是比利时CMI公司立式自然循环锅炉技术,其他五家锅炉厂都采用卧式自然循环余热锅炉,这两种不同结构锅炉的特点见表1。表1 卧式自然循环与立式自然循环的余热锅炉特点比较 项 目卧式自然循环余热锅炉立式自然循环余热锅炉受热面布置方式垂直布置水平布置烟气流向水平
9、垂直 出力和效率相同相同占地面积相当(长而窄)相当(短而宽,特别需要时可减少)传热面积较大基准钢结构与管道轻而多重而少有无循环泵无无循环倍率(高压系统)大于8约3.3循环可靠性高较高检查和维护更换和检查受热面管子较困难,管子损坏后一般只能堵管处理管子水平布置,检查方便,管子损坏后可以更换启动速度较快水平蛇形管布置,受热面采用悬挂结构,允许受热部件向各个方向自由膨胀,启动速度可以加快,但低循环倍率又限制了启动速度厂用电相同相同施工难易程度相当相当安装时间相当相当投资基准稍高运行费用相当相当四. 三压再热联合循环余热锅炉的结构 1简单热力系统图 图55 三压再热循环原理图2汽水系统流程图1)GE公
10、司2)西门子图58 西门子三压再热自然循环余热锅炉流程图3)其它3、余热锅炉外形图及模块图1)外形图2)模块示意图自然循环的余热锅炉模块表4 余热锅炉技术参数和主要特点比较表序号项目哈尔滨锅炉厂上海锅炉厂东方日立公司杭州锅炉厂武汉锅炉厂无锡锅炉厂一设计方面1受热面布置方式卧式卧式卧式卧式卧式立式2循环型式自然循环自然循环自然循环自然循环自然循环自然循环3循环倍率(高压/中压/低压)6/11/206/15/248/32/408/10/156/15/304/67/104锅炉效率(%,石洞口项目)75(珠江项目90.51)87.5886.985.6985.735锅炉总重量(t,石洞口项目)32503
11、5253850360031276总受热面积(m2,石洞口项目)3040153191593003103274342696767烟气压损(kPa)3.33.33.33.33.13.28最小稳定负荷(%)303030303030925100%负荷变化率(MW/min,上海石洞口项目)15(珠江项目5090%负荷10%)15151515(珠江项目50100%负荷10%)10冷态启动时间(min)19070150659011温态启动时间(min)1404050-60508012热态启动时间(min)803040-50356013极热态启动时间(min)60103020没有提供二结构方面1深度(m)31最
12、大3636.834.930.2332宽度(m)11.8最大1513.713.513.4133汽包中心线高度(m)29.3229.529.753028.528.24模块最低数量(个)1515271812155最大模块重量(t,石洞口项目)约1201601502201461806最大模块尺寸(m,高宽深,石洞口项目)24.5 3.7 1.624.123.713.0925 4.2 1.825 3.6 3.425.7 4 3高度267连接结构每排管子一个小联箱,再汇入集箱每排管子一个小联箱,再汇入集箱多排管子一个联箱多排管子一个联箱多排管子一个联箱多排管子一个联箱8管子排列方式错列错列错列顺列(拟改为
13、错列)错列错列9省煤器防汽化方式出口控制阀出口控制阀,且高、低压省煤器设置旁路和控制阀。高压省煤器用入口控制阀+旁路阀;中低压省煤器用出口控制阀第一、二排管子(高温段)工质设计为上行;三、四排管子加节流孔板出口控制阀出口控制阀三制造方面1联箱材料(过热器/再热器)P91/P22P91P91P91/T22P912高温段管子材料(过热器/再热器)T91/T22T91T91T91/T22T91T91/T223低温段管子材料(过热器/再热器)T11/T12SA-210A112Cr1MOVSA-210A1SA-210A1SA-210A14蒸发器/省煤器材料SA210低压P1120GSA-210CSA-2
14、10 A15高温鳍片材料SS409SS409合金钢SS409T409TP410S 6低温鳍片材料碳钢碳钢碳钢CS碳钢7高压汽包尺寸(mm,外径长度厚度)182913291100珠江项目1981124石洞口179295北三热210015400100半山项目18901400090珠江项目8中压汽包尺寸(mm,外径长度厚度)15761291426珠江项目137225石洞口1600北三热12561290028半山项目13501400025珠江项目9低压汽包尺寸(mm,外径长度厚度)27701348613珠江项目152412石洞口24401450020半山项目14501400016珠江项目10高/中/低
15、压汽包有效水容积(min,正常水位至低低水位)2.04/13.04/7.813.3/8.1/11.62.07/4.86/5.432.12/5.62/5.192.13/8.2/10.1211受热面管径(mm)44.5/38.144.5/38.150.8/3850.8/63.5/44.4531.8/3844.8/38/5112联箱与管子焊接方式高温模块对接焊,低温模块承插焊高温模块对接焊,低温模块承插焊对接焊承插焊对接焊13每根管子焊口数量(个)高温模块4,低温模块2高温模块4,低温模块242414联箱热处理方式回炉处理,方便回炉处理,方便回炉处理,方便不能回炉,就地电加热,麻烦回炉处理,方便四现
16、场安装1交货方式竖琴式或模块式模块式竖琴式或模块式模块式模块式模块式2受热面吊装方向顶部顶部或后部前部顶部顶部顶部,液压装置吊装3起吊工具模块交货需400t吊车400t吊车竖琴重量30t,只需60吊车400t吊车400t吊车需有液压装置 4现场焊口数量(个)模块500,竖琴1500竖琴式1200约5505保温形式内保温内保温内保温内保温内保温内保温6穿护板管道密封方式膨胀节膨胀节膨胀节膨胀节膨胀节四、余热锅炉供货范围余热锅炉岛的合同供货范围按系统划分应包括:(1)烟气系统(引入和排出)(2)N/A(3)凝结水预热及再循环系统(4)N/A(5)高压/中压给水系统(6)低压循环系统(7)低压蒸汽系
17、统(8)中压循环系统(9)中压蒸汽系统(10)高压循环系统(11)高压蒸汽系统 (12)余热锅炉疏放水、排污和排汽和放空气系统,反冲洗系统(13) 氮气系统、启动上水系统(14) 汽水取样和加药系统(选项)(15)主蒸汽系统(16)再热蒸汽系统(17)减温水系统(18)平衡蒸汽系统(19)电气系统、照明系统(20)酸洗系统和停炉水洗系统,投标人应提出酸洗和水洗方式(若有)。(21)冲管系统:只提供系统方案及有关接口,不供材料。(22)锅炉岛内管道的支吊架、阀门及执行机构、管道附件应包括在内。(23)卖方应按2.1.4、2.4及3.4章节的要求负责设计、供应保温和油漆。(24)卖方应负责供货范围
18、内电缆、电缆桥架、管道、导管和支架的设计,规范书中所述特殊电缆应由投标人供应。(24)卖方应负责供货范围内的就地仪表装置和整套控制装置,包括仪表脉冲管、管接头、信号管、支架、接线盒、变送器和就地控制盘。五、余热锅炉的性能参数(一)余热锅炉参数1 主参数a. 高压主蒸汽出力: 高压蒸汽流量: _t/h(高压过热器出口) 高压蒸汽压力: _MPa.a(高压过热器出口) 过热蒸汽温度: _ (高压过热器出口)b. 热再热蒸汽出力(含中压主汽和再热蒸汽): 再热蒸汽流量: _t/h(再热器出口) 热再热蒸汽压力: _MPa.a(再热器出口) 热再热蒸汽温度: _ (再热器出口)c. 低压主蒸汽出力:过
19、热蒸汽流量: _t/h(低压过热器出口)过热蒸汽压力: _MPa.a(低压过热器出口)过热蒸汽温度 _ (低压过热器出口) 2 排烟系统阻力(罚款项目)总的烟气阻力(静压)不应大于3.3kPa。3 辅助功耗(罚款项目)在性能保证工况下,投标方应在投标书数据中提供余热锅炉辅助设备电负荷清单,每一套余热锅炉岛的辅机电耗为 kW其中:高压给水泵电耗为 kW 中压给水泵电耗为 kW 低压汽包给水再循环泵 KW除氧器水泵电耗为 kW 。4 锅炉汽水系统温降和压降锅炉汽水系统设计压降应为:a. 高压过热器不大于 MPa(高压汽包至过热器出口)。 中压过热器不大于 MPa(中压汽包至过热器出口)。 低压过热
20、器不大于 MPa(低压汽包至过热器出口)。b. 再热器压降(锅炉再热器进口至再热器出口) 最大不超过 MPa。c. 高压省煤器入口联箱至汽包间的压降不大于 MPa。中压省煤器入口联箱至汽包间的压降不大于 MPa。低压省煤器入口联箱至汽包间的压降不大于 MPa。d. 过热蒸汽的测量温度与额定值的偏差不大于 ,保证过热蒸汽温度为额定值的负荷范围是 %保证条件:a. 在联合循环机组性能保证工况b. 受热面管子内表面洁净无垢5 噪声保证 在各种正常运行工况条件下,锅炉及其辅助设备、阀门的噪音在距设备外壳1m处不大于85dB(A)。6 给水及蒸汽品质(二)联合循环机组性能验收中机岛和炉岛的责任划分为了节
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