燃用准东煤的超超临界电站锅炉

摘要

本发明燃用准东煤的超超临界电站锅炉涉及一种火电站使用的可以长期、安全、经济、完全燃用准东煤的超超临界电站锅炉。本发明包括炉膛及燃烧器、屏式过热器、高温过热器、高温再热器、低温再热器、低温过热器、折烟角、风-烟喷射器关断档板、调温风-烟喷射器、喷射器停用保护冷却风挡板、分离二次风风箱、省煤器、喷射器热一次风调节挡板、前烟道烟气调节挡板、后烟道烟气调节挡板、超音速汽流喷嘴、超音速汽流喷嘴定位套板、顶棚管、顶棚管鳍片；喷射器热一次风调节挡板在锅炉中、低负荷和/或再热器沾污系数增大时开启，调温烟风混合物的重量流量在0至BMCR烟气重量流量的30％之间可调；在顶棚布置强指向超音速汽流蒸汽吹灰系统；解决现有技术的超超临界电站锅炉不能长期、安全、经济、完全燃用准东煤的问题。

说明书

(一)技术领域：

本发明燃用准东煤的超超临界电站锅炉涉及一种火电站使用的可以长期、安全、经济、 完全燃用准东煤的超超临界电站锅炉。

(二)背景技术：

现有技术火电站使用的超超临界电站锅炉用于向超超临界的汽轮发电机组供汽，典型的 锅炉侧主汽温度/再热汽温度的设计值为605℃/623℃。

典型的超超临界的汽轮发电机组配有三级高压加热器和分离的蒸汽冷却器，锅炉给水温 度高达300℃；低温再热器的蒸汽进口温度361℃。

现有技术的主蒸汽调温方式：煤水比+喷水减温+摆动喷燃器，可确保过热蒸汽出口温度 在30％～100％BMCR工况下均能达到605℃；再热蒸汽调温方式：烟气挡板+摆动燃烧器，可 确保再热蒸汽出口温度在65％～100％BMCR工况下能达到623℃；为了控制炉膛结渣，燃用准 东煤的超超临界电站锅炉设计通常选用非常低的炉膛容积热负荷，烟气挡板+摆动燃烧器，在 50％～65％BMCR工况下，难以使再热蒸汽出口温度达到设计值；燃用准东煤高温对流受热面 和半辐射受热面有严重沾污倾向，难以长周期保持再热汽温达到623℃；过热汽温达到605℃。

准东煤田是位于新疆的特大型煤田，预测储量达3900×10⁸t，开采成本低廉。准东煤的 水分、挥发分较高，灰分、硫分甚低，热值中等，典型的准东煤Na含量5.11％到7.15％，有很 强的结渣性和沾污特性，其中以受热面沾污特性表现的尤为突出。

现有技术的电站锅炉在掺烧准东煤40％以上时，开始出现炉膛燃烧器区域严重结渣；屏式 过热器、高温过热器、高温再热器烟侧沾污、堵塞、腐蚀；排烟温度升高，带负荷能力下降 等现象。严重时，现有技术的电站锅炉被迫停炉检修。

现有技术的电站锅炉安全燃用准东煤的主要措施是加强电站堆、配煤管理；合理控制准 东煤的掺烧比例。尚无长期、安全、完全燃用准东煤的记录。

2台600MW等级的电站锅炉如果由掺烧40％比例的准东煤改变为完全烧准东煤，由于准东煤 和井工煤之间的巨大差价，年节省燃料费用约1.8亿元。

现有技术尚无超超临界电站锅炉燃用准东煤的业绩。

(三)发明内容：

所要解决的技术问题：

为了控制炉膛结渣，燃用准东煤的超超临界电站锅炉设计通常选用非常低的炉膛容积热 负荷，烟气挡板+摆动燃烧器，在50％～65％BMCR工况下，难以使再热蒸汽出口温度达到设 计值；燃用准东煤高温对流受热面和半辐射受热面有严重沾污倾向，难以长周期保持再热汽 温达到623℃；过热汽温达到605℃。

现有技术的电站锅炉在掺烧准东煤40％以上时，出现炉膛燃烧器区域结渣严重；屏式过 热器、高温过热器、高温再热器烟侧沾污堵塞腐蚀；排烟温度升高，带负荷能力下降等现象。 解决现有技术的电站锅炉不能长期、安全、完全燃用准东煤的问题。

解决其技术问题采用的技术方案：

本发明的目的是提供一种燃用准东煤的超超临界电站锅炉采取与现有技术不同的技术 路线，解决现有技术的超超临界电站锅炉不能长期、安全、经济、完全燃用准东煤的问题。

本发明燃用准东煤的超超临界电站锅炉包括炉膛及燃烧器(1)、屏式过热器(2)、 高温过热器(3)、高温再热器(4)、低温再热器(5)、低温过热器(6)、折烟角(7)、 风-烟喷射器关断档板(8)、调温风-烟喷射器(9)、喷射器停用保护冷却风挡板(10)、 分离二次风风箱(11)、省煤器(12)、喷射器热一次风调节挡板(13)、前烟道烟气调节挡 板(14)、后烟道烟气调节挡板(15)、超音速汽流喷嘴(16)、超音速汽流喷嘴定位套板 (17)、顶棚管(18)、顶棚管鳍片(19)；尾部烟道由分隔墙分为前烟道、后烟道，双烟 道内布置的受热面均采用支撑结构；前烟道内布置低温再热器(5)和省煤器(12)，后烟 道内布置低温过热器(6)和省煤器(12)；前烟道出口设置前烟道烟气调节挡板(14)， 后烟道出口设置后烟道烟气调节挡板(15)；调温风-烟喷射器(9)的烟气吸入口设置在前 烟道的前墙，烟风混合物出口设置在折烟角(7)的下部；在锅炉高、中负荷时，调节前烟 道烟气调节挡板(14)和后烟道烟气调节挡板(15)控制低温过热器(6)与低温再热器(5) 之间的吸热量分配，使再热气温和过热汽温达额定值；在锅炉中、低负荷和/或高温再热器 (4)沾污系数增大时，热一次风经喷射器热一次风调节挡板(13)进入调温风-烟喷射器 (9)，打开风-烟喷射器关断档板(8)，从低温再热器(5)后抽吸烟气，烟风混合物在折 烟角(7)下部进入锅炉炉膛，烟风混合物改变炉膛内辐射换热量和对流换热量的比例、增加 烟气容积流量，增加低温再热器(5)的吸热量提高再热汽温，控制喷射器热一次风调节挡板 (13)开度使再热汽温运行在额定值；烟风混合物与炉膛高温主烟气流混合后，不但有效降 低屏底烟温和炉膛出口烟温，也有效降低屏式过热器(2)的吸热量；调温风-烟喷射器(9) 的数量与分离二次风喷嘴一排的数量相同，调温风-烟喷射器(9)可以逐个投入，在DCS控制 下，改变沿炉宽方向调温风-烟喷射器(9)的投入次序和投入个数，可以补偿、减小高温过 热器(3)和高温再热器(4)沿炉宽方向的热偏差；调温风-烟喷射器(9)停运时，关闭风- 烟喷射器关断档板(8)打开喷射器停用保护冷却风挡板(10)；在顶棚布置强指向超音速 汽流蒸汽吹灰系统，控制各组超音速汽流喷嘴的持续吹灰时间和间隔时间，可以进一步补偿 各高温受热面的热偏差；炉膛选用低容积热强度，从最下排燃烧器开始到分离二次风喷嘴区 域的炉膛水冷壁管喷涂耐烟气高温腐蚀的镍基合金保护层；高温过热器(3)、高温再热器(4)、 采用大横向节距，提高各高温受热面的抗烟侧堵塞能力；屏式过热器(2)、高温过热器(3)、 高温再热器(4)全部使用抗氧化能力强的耐热奥氏体不锈钢。

发明的有益效果：

·解决现有技术燃用准东煤的超超临界电站锅炉设计通常选用非常低的炉膛容积热负 荷，烟气挡板+摆动燃烧器，在50％～65％BMCR工况下，难以使再热蒸汽出口温度达到设计 值；

·增大了空气预热器空侧的热容量，锅炉排烟温度为下降趋势；

·无需从汽机侧引入凝结水和/或温度较低的给水来冷却烟气避免汽轮机的凝汽损失 增大；

·可节省空气预热器的旁路省煤器和/或预热器后的低压省煤器的巨额投资；

·以布置在尾部后烟道中的低温过热器替代具有高辐射特性的分隔屏过热器使现有技 术过热器系统过度的辐射特性得到大幅度对冲；

·更宽泛的再热汽温可调负荷区间，可以在40％至100％BMCR区间维持再热汽温在623 ℃，无需喷水；

·解决现有技术的电站锅炉燃用准东煤炉膛燃烧器区域结渣严重和高温受热面沾污 严重的问题；

·降低炉膛出口烟温、屏底温度和甚低的炉膛容积放热强度使炉膛内辐射受热面结渣 沾污情况受控，积灰易于被强指向超音速汽流蒸汽吹灰系统清除；

·低Na灰循环使准东煤的视在当量Na指标下降，使屏式过热器、高温过热器、高温 再热器的烟侧沾污堵塞过程受控；

·屏式过热器、高温过热器、高温再热器全部使用抗氧化能力强耐热奥氏体不锈钢， 使烟侧腐蚀过程和管内侧氧化过程受控；

·超音速汽流喷嘴具有高喷嘴速度系数，更有效地将蒸汽的高焓值转换为速度能；

·无蒸汽减压站无熵增过程，超音速汽流喷嘴可获得更高的可用焓降，超音速汽流喷 嘴出口流速可超过1200m/s，同样质量蒸汽具有的动能比现有技术的长行程蒸汽吹灰器要高 一个数量级；

·超音速汽流喷嘴具有强指向性，布置在锅炉顶棚上的超音速汽流喷嘴组特别适合用 于打通受热面之间搭桥式的积灰；

·改变沿炉宽方向调温风-烟喷射器的投入次序和投入个数，可以补偿、减小高温 过热器和高温再热器沿炉宽方向的热偏差；

·控制各组超音速汽流喷嘴的持续吹灰时间和间隔时间，可以进一步补偿各高温受热 面的热偏差；

·较低的热偏差有效缓解各高温受热面的内侧氧化皮生成过程；

·本发明燃用准东煤的超超临界电站锅炉也可用于燃用其它灰熔点低、易结渣煤种 的超超临界电站锅炉。

(四)附图说明：

图1为燃用准东煤的超超临界电站锅炉方案。

图2为超音速汽流喷嘴在顶棚管上的定位安装图。

在图1和图2中：

1 炉膛及燃烧器、2 屏式过热器、

3 高温过热器、4 高温再热器、

5 低温再热器、6 低温过热器、

7 折烟角、8 风-烟喷射器关断档板、

9 调温风-烟喷射器、 10喷射器停用保护冷却风挡板、

11分离二次风风箱、12省煤器、

13喷射器热一次风调节挡板、14前烟道烟气调节挡板、

15后烟道烟气调节挡板、16超音速汽流喷嘴、

17超音速汽流喷嘴定位套板、18顶棚管、

19顶棚管鳍片。

(五)具体实施方式：

现结合图1和图2以一台600MW等级，主汽温度/再热汽温度605℃/623℃的超超临界 ∏型电站锅炉为例说明实现本发明的优选方式。

本发明燃用准东煤的超超临界电站锅炉包括炉膛及燃烧器(1)、屏式过热器(2)、 高温过热器(3)、高温再热器(4)、低温再热器(5)、低温过热器(6)、折烟角(7)、 风-烟喷射器关断档板(8)、调温风-烟喷射器(9)、喷射器停用保护冷却风挡板(10)、 分离二次风风箱(11)、省煤器(12)、喷射器热一次风调节挡板(13)、前烟道烟气调节挡 板(14)、后烟道烟气调节挡板(15)、超音速汽流喷嘴(16)、超音速汽流喷嘴定位套板 (17)、顶棚管(18)、顶棚管鳍片(19)；尾部烟道由分隔墙分为前烟道、后烟道，双烟 道内布置的受热面均采用支撑结构；前烟道内布置低温再热器(5)和省煤器(12)，后烟 道内布置低温过热器(6)和省煤器(12)；前烟道出口设置前烟道烟气调节挡板(14)， 后烟道出口设置后烟道烟气调节挡板(15)；调温风-烟喷射器(9)的烟气吸入口设置在前 烟道的前墙，烟风混合物出口设置在折烟角(7)的下部；在锅炉高、中负荷时，调节前烟 道烟气调节挡板(14)和后烟道烟气调节挡板(15)控制低温过热器(6)与低温再热器(5) 之间的吸热量分配，使再热气温和过热汽温达额定值；在锅炉中、低负荷和/或高温再热器 (4)沾污系数增大时，热一次风经喷射器热一次风调节挡板(13)进入调温风-烟喷射器 (9)，打开风-烟喷射器关断档板(8)，从低温再热器(5)后抽吸烟气，烟风混合物在折 烟角(7)下部进入锅炉炉膛，烟风混合物改变炉膛内辐射换热量和对流换热量的比例、增加 烟气容积流量，增加低温再热器(5)的吸热量提高再热汽温，控制喷射器热一次风调节挡板 (13)开度使再热汽温运行在额定值；烟风混合物与炉膛高温主烟气流混合后，不但有效降 低屏底烟温和炉膛出口烟温，也有效降低屏式过热器(2)的吸热量；调温风-烟喷射器(9) 的数量与分离二次风喷嘴一排的数量相同，调温风-烟喷射器(9)可以逐个投入，在DCS控制 下，改变沿炉宽方向调温风-烟喷射器(9)的投入次序和投入个数，可以补偿、减小高温过 热器(3)和高温再热器(4)沿炉宽方向的热偏差；调温风-烟喷射器(9)停运时，关闭风- 烟喷射器关断档板(8)打开喷射器停用保护冷却风挡板(10)；在顶棚布置强指向超音速 汽流蒸汽吹灰系统，控制各组超音速汽流喷嘴的持续吹灰时间和间隔时间，可以进一步补偿 各高温受热面的热偏差；炉膛选用低容积热强度，从最下排燃烧器开始到分离二次风喷嘴区 域的炉膛水冷壁管喷涂耐烟气高温腐蚀的镍基合金保护层；高温过热器(3)、高温再热器(4)、 采用大横向节距，提高各高温受热面的抗烟侧堵塞能力；屏式过热器(2)、高温过热器(3)、 高温再热器(4)全部使用抗氧化能力强的耐热奥氏体不锈钢。

炉膛及燃烧器(1)使用旋流式低氮燃烧器，前、后墙各3层，每层6只旋流式低氮燃烧器； 上层燃烧器上方6m至10m布置有2层分离二次风喷嘴，每层8只；炉膛容积放热强度50kW/m³至 60kW/m³；

折烟角(6)探入炉膛深度为炉膛全深度的35％，折烟角下斜边与垂直线的夹角为35°到 40°，折烟角上斜边与垂直线的夹角为70°到75°。

包括调温风-烟喷射器(9)、控制喷射器热一次风调节挡板(13)、喷射器停用保护冷 却风挡板(10)、风-烟喷射器关断档板(8)的射流烟气再循环系统沿炉宽方向布置8套， 与每层分离二次风喷嘴的个数相对应。

调温风-烟喷射器(9)的与炉膛的接口段使用耐高温、抗氧化的不锈钢；风-烟喷射器 关断档板(8)为双闸板结构，使用耐高温、抗氧化的不锈钢制作；调温风-烟喷射器(9)的 烟气入口为截锥形；调温风-烟喷射器(9)的出口位于折烟角(7)的根部，保护折烟角(7) 的下斜面不结渣，控制屏式过热器(2)的沾污情况；调温烟风混合物的重量流量在0至BMCR 烟气重量流量的30％之间可调。

超音速汽流喷嘴(19)具有强指向性，布置在锅炉顶棚上的超音速汽流喷嘴组特别适合 用于打通受热面之间搭桥式的积灰。

屏式过热器(2)12片沿炉宽方向均匀布置，配置超音速汽流喷嘴(19)24只。

高温过热器(4)48片沿炉宽方向均匀布置，配置超音速汽流喷嘴(19)49只。

高温再热器(5)64片沿炉宽方向均匀布置，配置超音速汽流喷嘴(19)65只。

超音速汽流喷嘴(19)使用低温再热器出口蒸汽，BMCR工况5.63MPa516℃，50％THA工况 2.73MPa528℃，30％THA工况2.24MPa520℃无减压站，有较高焓值(3464kJ/kg至3522 kJ/kg)以取得高超音速汽流。