超高参数超超临界锅炉三段式炉膛

摘要

本发明是一种超高参数超超临界锅炉三段式炉膛，该锅炉三段式炉膛采用上、中、下三段式设计，所述炉膛下部和中部采用螺旋水冷壁管构成的螺旋管炉膛结构，上部采用垂直水冷壁管构成的垂直管结构，从下往上分别为下部螺旋炉膛（1）、中部螺旋炉膛（2）和上部垂直炉膛（3）。本发明可大幅提高热偏差较小的螺旋炉膛的高度，减少热偏差较大的垂直炉膛的高度，并通过增加一次混合过程，有效降低汽水侧各个循环回路之间的热力偏差，达到在极端工况下将水冷壁的壁温控制在12Cr1MoVG管材许用温度范围之内，极大降低设备制造和安装的成本，提高锅炉运行的安全性和可靠性。

说明书

技术领域

本发明属于大型火力发电成套设备，尤其是涉及主蒸汽和再热蒸汽温度参数在630℃及以上的超高参数超超临界锅炉的炉膛。

背景技术

目前大型火力发电厂用燃煤燃油燃气超临界锅炉，常采用多次往复上升多通道炉膛设计或是采用螺旋炉膛设计。这两种炉膛设计都是采用一定的结构措施来提高锅炉水冷壁循环系统内的工质质量流速，从而达到大幅提高水冷壁管内流动工质与水冷壁管壁之间的对流传热系数，防止膜态或类膜态沸腾，使得有足够多的热量被工质吸收，避免水冷壁在高温环境下过热超温，维持锅炉稳定长期安全运行。

但在目前更高参数的锅炉设计条件下，以上两种锅炉炉膛水循环系统的设计都出现了各回路之间汽水温度偏差控制困难，使得在设计中炉膛材料选取面临必须升级的局面。在当前超超临界锅炉主流过热蒸汽和再热蒸汽温度参数为605℃/623℃的条件下，炉膛水冷壁管材已经需要选用12Cr1MoVG这种高压锅炉合金管材。当锅炉过热蒸汽和再热蒸汽温度参数提高630℃，甚至到650℃/650℃的温度水平时，如果仍采用以上两种常规炉膛循环系统回路设计方式，其在各回路汽水偏差控制上的局限性，已经使得12Cr1MoVG这种高压锅炉合金管不能满足更高的温度压力条件下的强度要求，因此必须将炉膛水冷壁材料升级到T23、T24甚至T91等更高等级的高压合金管材。但是将这些管材运用到模式水冷壁的车间制造尤其是现场安装过程中都存在着到目前为止尚未完全客服的工艺问题，其中T23管材在国内外都曾经由于这些工艺问题在实际运行中发生过大量的安全生产事故，导致国内各个火力发电企业在设备采购过程中明确禁止将T23材料用作水冷壁的选材。

在更高参数（630℃及以上等级）的超超临界锅炉中采用更高等级的材料作为炉膛水冷壁的用材，面临着制造加工和现场安装等一系列的工艺技术问题，尤其是工地现场安装的技术问题至今没有十分可靠有效的解决办法，即使将来找到了可行的技术解决方案，仍将大幅提高锅炉设备的制造安装成本。

发明内容

本发明的目的是从锅炉水冷壁循环系统回路的设计出发，采用新的炉膛回路划分和连接方式，在锅炉过热蒸汽和再热蒸汽温度参数提高至630℃及以上等级的温度水平时，最大程度的减小水冷壁循环系统的各项热力偏差，降低水冷壁管子在各种运行工况条件下中可能出现的极端高温，将温度控制在12Cr1MoVG管材的温度使用限制范围之内，在更高参数的超超临界锅炉设计上避免使用T23、T24和T91等等级更高但是水冷壁制造和安装工艺尚不成熟的材料，达到可保证锅炉长期安全稳定运行并有效降低制造和安装成本的目的。

为了实现本发明的目的，提出以下技术方案：

超高参数超超临界锅炉三段式炉膛，所述锅炉三段式炉膛采用上、中、下三段式设计，所述炉膛下部和中部采用螺旋水冷壁管构成的螺旋管炉膛结构，上部采用垂直水冷壁管构成的垂直管结构，从下往上分别为下部螺旋炉膛1、中部螺旋炉膛2和上部垂直炉膛3。

所述下部螺旋炉膛1和中部螺旋炉膛2之间具有四根连接集箱4，位于炉膛四周；该连接集箱4是下部螺旋炉膛1的出口集箱，同时也是中部螺旋炉膛2的进口集箱，下部螺旋炉膛1引出的工质在该连接集箱4中进行第一次混合，混合后的工质进入中部螺旋炉膛2；

所述中部螺旋炉膛2和上部垂直炉膛3之间具有四根中部炉膛出口集箱7和四根上部炉膛进口集箱8，位于炉膛四周；每个中部炉膛出口集箱7上有中上部炉膛连接管6，炉膛两侧设有两根中上部炉膛混合集箱5，由中上部炉膛连接管6导入的工质在中上部炉膛混合集箱5进行第二次混合；混合后的工质再通过中上部炉膛连接管6导入上部炉膛进口集箱8，并从上部炉膛进口集箱8上引入上部垂直炉膛3。

本发明通过将炉膛改为三段式设计，可大幅提高热偏差较小的螺旋炉膛的高度，减少热偏差较大的垂直炉膛的高度，并通过增加一次混合过程，有效降低汽水侧各个循环回路之间的热力偏差，达到在极端工况下将水冷壁的壁温控制在12Cr1MoVG管材许用温度范围之内。

本发明采用制造和安装技术上都非常成熟的12Cr1MoVG管材作为大型电站煤粉锅炉炉膛的用材，可极大降低设备制造和安装的成本，提高锅炉运行的安全性和可靠性；同时这种设计不仅仅适用于温度等级630℃及以上等级的超高参数超超临界锅炉上，对于那些燃用极易结焦煤种，需要设计较大炉膛容积的高参数超临界一次再热锅炉和二次再热锅炉都有较大的利用价值；这种设计在提高煤粉锅炉对不同结焦特性的煤种的适应性，为防止运行过程中严重结焦情况发生提供了有利条件的同时，可更好的保证锅炉炉膛水循环系统的水动力安全。

附图说明

图1为两次混合低偏差炉膛水循环系统三段式结构示意图。

其中：

1下部螺旋炉膛、2中部螺旋炉膛、3上部垂直炉膛、4连接集箱、5中上部炉膛混合集箱、6中上部炉膛连接管、7中部炉膛出口集箱、8上部炉膛进口集箱。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施例，对本发明进一步详细说明。

本实施例解决方案是在舟山六横1000MW超超临界锅炉方案的基础上，为解决更高参数的锅炉炉膛水动力安全性问题而研制开发的。舟山六横1000MW超超临界锅炉为常规超超临界参数，主要参数为主汽压力27.5MPa，主汽温度603℃，再热蒸汽温度605℃。当锅炉主汽和再热蒸汽温度提高到630℃及以上温度等级，主汽压力提高至32MPa以上时，现有的锅炉炉膛常用管材（如T12、15CrMoG、12Cr1MoVG等）已经不能满足炉膛水动力安全性要求。而更高等级的管材在现场安装方面技术难度大，工艺尚不成熟。为了解决这一制约锅炉向更高参数发展的技术瓶颈，在原来常规超超临界锅炉炉膛设计的基础上，开发此三段式低偏差炉膛结构形式，以达到最大程度减少炉膛热力偏差，降低材料运行温度水平，避免使用更高等级但技术工艺尚不成熟的材料的目的，使得现有常规炉膛材料（如T12、15CrMoG、12Cr1MoVG等）在630℃及以上等级锅炉上仍能满足水动力的安全性需求。

图1为两次混合低偏差炉膛水循环系统三段式结构示意图如图所示，在锅炉炉膛上要实现各回路之间温度低偏差的水动力设计必须采用以下几个措施:

炉膛采用上、中、下三段式设计，炉膛下部和中部采用螺旋管炉膛结构，上部采用垂直管结构。

工质在由螺旋上升的水冷壁管构成的下部螺旋炉膛1中上升到一定的高度被引出，进入炉膛四周的四根连接集箱4，该集箱即是下部螺旋炉膛的出口集箱同时也是中部螺旋炉膛的进口集箱。工质在该集箱中进行第一次混合，降低下部炉膛各回路工质在流动吸热过程中形成的热力偏差。混合后的工质通过水冷壁管导引，进入中部螺旋炉膛2。

工质在由螺旋上升的水冷壁管构成的中部螺旋炉膛2中上升到一定的高度被引出，进入炉膛四周的四根中部炉膛出口集箱7。每个中部集箱上有一定数量的中上部炉膛连接管6，这些连接管将工质导入设在炉膛两侧的两根中上部炉膛混合集箱5，工质在混合集箱中进行第二次混合，降低各回路工质在中部螺旋炉膛2中形成的热力偏差。混合后的工质再通过一定数量的中上部炉膛连接管6导入设在炉膛周围的四根上部炉膛进口集箱8，并从上部炉膛进口集箱8上引出垂直水冷壁管构成上部垂直炉膛3。

通过较常规上下炉膛的水动力典型两段式设计，将炉膛改为三段式设计，可大幅提高热偏差较小的螺旋炉膛的高度，减少热偏差较大的垂直炉膛的高度，并通脱增加一次混合过程，可有效降低汽水侧各个循环回路之间的热力偏差。根据国家相关材料标准规定，12Cr1MoVG管材的最高使用温度不能高于580℃，根据新的三段式炉膛结构设计，可将水冷壁最高计算壁温控制在580℃以下，达到在极端工况下将水冷壁的壁温控制在12Cr1MoVG管材许用温度范围之内的目的。

该三段式炉膛设计方法用于大型电站超超临界630℃及以上温度等级的煤粉锅炉水动力安全性设计中。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。