800MW超临界参数锅炉水冷壁及启动系统分析

电力18讯：    摘　要：介绍原苏联800 MW超临界参数机组锅炉的垂直管屏水冷壁系统、启动系统。分析超临界参数下工质的热物理特性与水冷壁系统运行特性的关系，以及防止水动力多值性、减小热偏差、避免类膜态沸腾的关键技术。
关键词：超临界参数；水冷壁；启动系统；工质热物理特性
分类号：TK223.3　文献标识码：A
文章编号：1003-9171(2000)01-0009-04
Analysis on Water-cooling Wall and Start System of 800 MW Supercrtical Boiler▲
　　超临界参数锅炉的水动力特性主要决定于水冷壁型式、工质的热物理特性、运行方式、水冷壁热流密度的大小及其分布等因素的影响。其中工质的热物理特性是指超临界参数下工质在拟临界温度左右的一定范围内受到大比热特性的影响，比容发生急剧变化的特性。超临界压力下工质的热物理特性显著地影响着直流锅炉水动力的稳定性和下辐射区水冷壁出口工质的温度，进一步影响到自动调节性能。引进的500 MW、600 MW、800 MW级超临界参数机组相继投入运行，将为我国发展和研究超临界机组的技术性能、锅炉水动力特性及传热特性提供良好的条件。
1　超临界压力800 MW锅炉的整体布置简介
　　原苏联红色锅炉厂设计制造的800 MW超临界参数机组锅炉为T型布置，全悬吊结构。炉膛断面为30.986 m×15.472 m，两侧对流竖井断面为30.986 m×8.152 m，冷灰斗中心标高为12.55 m，锅炉顶棚标高为75 m。锅炉炉膛为膜式水冷壁气密结构，采用平衡通风方式，顶棚及对流竖井也为膜式壁结构。在炉膛的两侧墙上布置四层双蜗壳旋流式燃烧器，形成对冲燃烧方式，每层燃烧器的数量为12个。燃烧器中心线标高从22.9 m延伸至35.8 m。相邻两层燃烧器中心线距离为4.3m。采用固态排渣方式。炉膛断面热负荷为4.186 8×106 W/m2，炉膛容积热负荷为84.90×103 W/m3。每排燃烧器的壁面热负荷为0.90×106 W/m2，燃用烟煤。
　　位于炉膛出口部位布置的腮管是由水冷壁管拉大间距而形成的。腮管之后是屏式过热器、对流过热器、垂直再热器，两侧对流竖井布置水平再热器和省煤器。1台锅炉配置3台空气预热器，其中1台是一次风空气预热器，另外2台是二次风空气预热器。
　　锅炉的汽水系统分为两个独立的流程，汽水分相区在炉膛内。主蒸汽温度调节方式由煤水比和喷水减温来实现，再热蒸汽温度的调节由汽―汽热交换器、事故喷水减温来实现，此外还设置烟气再循环。烟气再循环对于本台锅炉并不是主要的汽温调节手段，其主要作用是控制辐射受热面的热负荷，同时还可以降低炉膛高温燃烧区的烟气温度，减少氧化氮等污染物的生成量以及防止结渣。锅炉设置2台再循环风机，再循环烟气温度为390℃。烟气再循环量为18%，其中炉膛出口处送入6%，燃烧器区域送入12%。各受热面的管子规格和金属材料见表1。
表1　各受热面的管子规格和金属材料
受热面 管子规格 材料 极限温度/℃
水冷壁 D32×6 12CrlMoV 600
屏式过热器 D42×7 1Cr18Ni12Ti 700
　 　 12Cr1MoV 600
高温过热器 D42×7 1Cr18Ni12Ti 700
高温再热器 D60×4 1Cr18Ni12Ti 700
低温再热器 D50×4 12Cr1MoV 600
省煤器 D32×4 20号钢 480

2　800 MW超临界参数锅炉水冷壁的工作特点
　　位于辽宁省葫芦岛市附近的绥中电厂引进了前苏联800 MW超临界压力锅炉，水冷壁全部采用垂直管屏。锅炉汽水系统分为2个完全独立的调节流程，每个流程的水冷壁下辐射区为二次垂直上升。锅炉给水温度为277℃，经过省煤器及悬吊管加热后，温度提高至320℃，进入水冷壁下辐射区。在下辐射区水冷壁的一次垂直上升管屏(即第一流程)中，工质温升为55℃，下辐射区水冷壁的二次垂直上升管屏(即第二流程)中，工质温升为25℃，工质到达下辐射区水冷壁出口处时被加热到400℃。上辐射区水冷壁也采用二次垂直上升管屏，下辐射区水冷壁出口的工质经过混合，进入上辐射区水冷壁继续加热后，工质温升为26℃。在水冷壁出口处工质温度达到429℃。水冷壁中工质温度大约上升了109℃。锅炉设计时为了保证下辐射区的水冷壁安全工作，控制下辐射区水冷壁出口工质的最高温度不超过410～430℃，下辐射区水冷壁出口处的工作压力为31.5MPa左右，这一压力下对应的定压比热最大处的拟临界温度约为410℃左右。因此控制极限温度实际上是为了防止相变点下移到燃烧器区域。主要目的是避免水冷壁发生类膜态沸腾，避免由于工质比容急剧变化导致的水动力多值性以及防止过热器超温。
　　在超临界压力下，水冷壁管中工质温度不像亚临界压力下那样具有相同的沸腾温度，即各管中的工质温度是不同的，这将导致各管中工质的膨胀量不尽相同，工质膨胀量过大时，将会产生水动力的多值性。为了保证水动力的稳定性，一次垂直上升管屏中工质的重量流速在100%MCR时，高达2 339 kg/(m2.s)，二次垂直上升管屏中的重量流速仍然保持在2 000 kg/(m2.s)以上。为了避免低负荷运行时的水动力不稳定和脉动问题，锅炉采用全压启动方式。



图1　水冷壁