600MW的超临界机组锅炉本体结构研究

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中国设备工程 2019.03 （下）我国火力发电的主力机型有两种，一是超临界，二是亚临界机组，目前锅炉的常用类型主要以∏型锅炉和塔式锅炉为主，现有投产的600MW等级机组主要用于∏型锅炉中。本次研究在总结查阅相关国内外研究成果的基础之上，为了满足600MW的超临界火力发电机组锅炉运行的需要，借用工程实例，提出600MW的超临界机组锅炉本体结构的分析，从而更好的规范机组的运行管理，确保机组安全、可靠、经济、环保运行等。1 设备概况该设备为山西某电厂2台600MW超临界燃煤汽轮发电机组，锅炉为超临界参数变压直流∏型锅炉，一次再热，单炉膛，尾部双烟道结构，采用平行挡板调节再热汽温，固态排渣，全钢构架，全悬吊结构，平衡通风，露天布置。2 600MW的超临界机组锅炉本体结构分析2.1 总体布置600MW的超临界机组锅炉本体结构实施前，需要进行总体布局，首先需要掌握相关锅炉主要规范，如过热蒸汽流量、过热器出口蒸汽温度、再热蒸汽流量、给水省煤器进口温度、保证热效率(按低位发热量)、排烟温度(修正前/后)等，对其需要的参数与标准，进行详细罗列，依据各参考标准优化600MW的超临界机组锅炉本体结构设计。其次，需要对锅炉主要性能参数进行罗列，包括炉膛容积热负荷、燃料耗量、锅炉计算效率(按低位热值)等，将所需性能参数逐一对照，保证数据的可依从性，还需要掌握锅炉汽、水、烟、风阻力，对相应的限值，进行验算，从而保证整体实施的效果。另外，负荷特性需要符合带基本负荷，并具有一定调峰能力。运行方式采用定-滑-定方式运行，也可定压方式运行。汽温控制范围则在过热汽温35%～100%B-MCR，再热汽温50%～100%B-MCR，炉膛压力为设计压力±5800Pa，瞬时承受压力±8700Pa。锅炉启动时间则依次为冷态启动7～8h、温态启

600MW的超临界机组锅炉本体结构研究赵加星，于建明，郑景河（中国特种设备检测研究院，北京 100020）

摘要：本次研究针对600MW的超临界机组锅炉本体结构展开系统性的分析，从总体布置依据，以及相应规范参数掌握的项目入手，提出锅炉主要界限尺寸及布置、锅炉∏型布置和塔型布置的比较、水冷壁采用螺旋管圈＋垂直管圈方式、水冷壁系统的保护、启动分离器、燃烧方式等多个本体结构，通过逐个结构的细节性分析，提出运行中的安全性能注意事项，依据标准与规范执行操作，从而达到最佳的锅炉运行使用效果，提高锅炉的整体可靠性与适用性。关键词：600MW；超临界机组；锅炉；本体结构中图分类号：TM621.2 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2019）03（下）-0155-02

动2～3h、热态启动1～1.5h、极热态＜1h。锅炉主要界限尺寸的掌握，需要进行实地检查，结合现场实际情况，绘制相应的图纸。目前，本项目中采用П型布置(见图1），主要因其较为常见，且具有一定的优势，也是普遍采用的一种形式，炉膛烟气通过水平作用下进入尾部烟道，从而使尾部烟道可经受热后予以较好的排出，这一主要优点是锅炉的高度非常低，而尾部烟道的烟气可由下进行流动，从而达到自生吹灰的作用，无需二次操作，即可自行完成，并且每个受热面容易布置形成逆流的形式，从而实现有利的传热效应。2.2 水冷壁(见图2）

（1）水冷壁采用螺旋管圈＋垂直管圈方式。水冷壁采用螺旋管圈＋垂直管圈方式，对于锅炉的超临界变压运行而言，螺旋管圈水冷壁是最早应用于此的系统方式，锅炉的水冷壁型式是初起应用于超临界变压运行的首要条件。而炉膛水冷壁采用螺旋管圈＋垂直管圈方式，也就是目前下部炉膛的水冷壁采用螺旋管圈（内螺纹管），上部炉膛的水冷壁为垂直形式，这一形式的设置可

图1 П型布置示意图2 水冷壁示意图参考文献：[1]成大先.机械设计手册—气压传动.第六版[M].化学工业出版社,2017.[2]雷天觉等.新编液压工程手册[M].北京理工大学出版社.1998.

[3]王积伟，章宏甲，簧谊，《液压与气压传动》.第二版.机械工业出版社,2005.[4]哈尔滨工业大学理论力学教研室，《理论力学（Ⅰ）》，《理论力学（Ⅱ）》.第八版.高等教育出版社,2016.156

研究与探索Research and Exploration ·探讨与创新

中国设备工程 2019.03 (下)以较好的对质量流速予以保障。水冷壁的焊接方式主要以全焊接为主，一次中间混合联箱的设置，能够使水冷壁实现螺旋管至垂直水冷壁管的过渡。 水冷壁结构的炉膛宽为19419.2mm、深度为15456.8mm、高度为67000m。本次研究水冷壁对于整个炉膛四周的焊接，则采用的是全焊式膜式，炉膛由两个不同的结构组成，一是水冷壁下部螺旋盘绕上升，二是水冷壁上部垂直上升，二者之间还需要进行水冷壁转换连接，即过渡水冷壁形成所需连接转换，炉膛角部为R150m圆弧，即指过渡结构设置。同时，需要对炉膛冷灰斗的倾斜角度进行设置，本次研究中设置为55°，除渣口的喉口宽度为1.2432m，每项尺寸设计，必须符合规范要求，并严格按照要求执行下一步的操作，从而保证水冷壁安全高效运行。（2）螺旋管圈水冷壁。螺旋管圈水冷壁具有较多优越的性能，其技术成熟可靠，并且在布置管径的选择方面更具灵活性，很容易得到高质量的流动速度。另外，螺旋管圈水冷壁，它所需要的管子根数，以及相应的管径可以通过改造管子水平倾斜角度，从而达到一定的调整效果。最终可以使设计者得到相适宜的设计数值，从而确保锅炉安全运行，以及水冷壁自身的刚性均能够得到较好的保障。并且在管子的根数使用方面，能够大大降低数量。利用这种方法不仅可以达到一定的经济效益，而且可以使大管子之间的间距，有效的进行节与节之间的距离调整。进而使管子肋片等金属壁温度，无论在任何工序状况下均可达到既定的安全效果。内螺纹螺旋管圈水冷壁中，使用内螺纹管材料，可以有效提高安全裕度，也就是说进一步提高水冷壁的使用性能，内螺纹管所使用的管圈，能够有效控制设计的平均质量流动速度，并且保持其合理性，从而防止出现亚临界状态下，传热可能发生的恶化情况，也就是说在锅炉高负荷的运转下，提高水冷壁的安全裕度，该项操作实验中选择较高的质量流动速度，预先进行质量流动速度的测控，从而确保传热性能得到可拓展性的提升，以及质量流动速度的可靠性，进一步在实际运行中保证水冷壁的安全性，以及水冷壁具有较大的安全裕度，另外，此时的汽水阻力仅增加至10%左右，汽水阻力不会受到较大影响。内螺纹螺旋管圈水冷壁，其在实际运行中，螺旋管之间的吸热偏差较小，这一性能也较好的适应了变压的运行，我们能够看到螺旋管在盘旋上升时，它的每个管子都会由炉膛下部高热负荷区域，进入整个周围边界面，并且所有的宽度都会途经各个区域的不同热负荷分布，从而达到均匀的受热传热性能，由此我们能够看到螺旋管的每个管子，其在整个长度来看，不会存在较大的热度偏差。（3）过渡段水冷壁。对于过渡段水冷壁的螺旋水冷壁需要进行前墙以及两侧侧墙出口管的抽出，将其全部抽出于锅炉外，后墙出口管在抽出时需遵循四根抽出一根的原则，也就是说将管子直接调整为垂直水冷壁后墙凝渣管，则另外3根抽出到锅炉外，将所抽出的管子，全部收集在水冷壁的出口箱，而其余22根连接管从螺旋水冷壁出口集箱进行有效的引入，引入位置则是在锅炉左右两侧的两个混合集箱内，将其进行混合后，再通过22根连接管，引入到24根垂直水冷壁进口集箱，从而形成垂直水冷壁管垂直光管与螺旋管二者之间的管束比例，需要控制在3:1以内，这种结构的过渡段，能够使螺旋水冷壁的核载平稳的进行传递，直至达到上部水冷壁位置。（4）水冷壁系统的保护。水冷壁系统的保护主要是对温度进行检测，从而达到保护的效果，水冷壁的系统温度一般是进行测点的布置，从而在锅炉启动与停止运行等过程中使管子金属壁温度能够得到有效的监测与控制，从而实现保护的手段，也就是说需要提前进行观测点位置的温度测点布置，温度的监视可以通过设置系统管道上不同位置的热电偶，进而实现温度的有效监测，金属壁温的监视则是通过装设在水冷壁的壁温测点，从而达到温度的监控测点效果，进而实现水冷壁系统的整体保护作用。2.3 启动分离器启动分离器的设置采用的是超临界锅炉的典型结构设置，我们在实际进行锅炉启动与停止，包括正常运行的过程中，能够看到汽水分离器，均投入到运行，在锅炉启动与停止或者是低负荷运行的过程中，汽水分离是在湿态运行下，汽水分离能够达到相应的适用性作用，而在其正常运行期间，此时的汽水分离器，仅作为蒸气通道使用，而在此时启动时，可将蒸汽从水中进行有效分离，从而达到收集水排入储水罐的作用。2.4 燃烧方式此次研究中所采用的燃烧方式是对前后墙进行对冲燃烧的方式，从而使热量向炉膛宽度方向输入，并且实现较为均匀的热量分布，伴随着锅炉容量的逐渐扩张，通常仅需对炉膛宽度调整，达到炉膛断面增加的效果，则可达到分布均匀的热量传输，而锅炉容量的增加与炉膛内的断面增加，可以使燃烧器在一定数量的情况下方便增加，进而促进炉内火焰充满状态运行，从而保证其均衡的燃烧热负荷状态。上述状态下，能够对烟气通过旋转进行消除，对逐个燃烧器具有良好的燃料供应作用，并且使空气较为均匀的分布，独特的燃烧器宏口设计结构，可以避免燃烧器区域结扎或者出现腐蚀状态，从而保证炉膛宽度方向的烟气温度以及流速均在适宜的状态下运行，分布较为均匀，进一步促进水冷壁出口温度的偏差缩小，从而降低过热锅炉过热蒸汽温度，进一步提高过热器和再热器的安全性能。3 结语综上所述，在600MW的超临界机组锅炉本体结构分析过程中，依据标准规范、细节过程中的注间事项，以及相应的系统比较，从而较好的得到最优选系统，通过本体结构的分析，能够明确认知600MW的超临界机组锅炉的作用价值，注重锅炉本体结构分析，从而得到最优选的设计结果，保证锅炉的运行适用性，以及安全和可靠性。

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