朝陽電廠鍋爐培訓資料
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- 朝陽電廠鍋爐培訓資料朝陽燕山湖發電有限公司
前 言
朝陽燕山湖發電有限公司一期工程建設2×600 MW超臨界空冷燃煤發電機組，該機組的鍋爐、汽輪機、發電機均由哈爾濱三大動力廠生產制造，計劃于2011年8月和11月投產發電。
本教材依據電力設計院資料、各設備廠家技術協議書及部頒規程和標準，結合二十五項反措并參考相關電廠同類型機組的培訓資料和我公司的工程初步設計資料編寫而成。本書闡述了超臨界鍋爐的工作原理和工作特點，針對燕山湖發電有限公司所選鍋爐系統和設備的工作原理、技術規范、結構特點、運行特性等做了具體介紹，以及關于鍋爐啟動、停止、正常調整、事故處理等運行方面的知識，為我們從事褐煤超臨界空冷機組生產提供一些借鑒。
本教材在編寫過程中得到公司各級領導的大力支持和指導。由于編者水平有限，加之設備資料缺乏，有些數據僅是從技術協議中摘得，故書中錯誤和不足之處在所難免，請各位讀者批評指正，以便我們下一步進行完善。
編者：劉振喜 常金剛
2010年6月
目 錄
第一章 超臨界鍋爐概述 5
第一節 超臨界的概念和特點 5
第二節 超臨界鍋爐的啟動 7
第三節 超臨界鍋爐工作原理 9
第四節 燕山湖電廠鍋爐特點 10
第二章 鍋爐本體部分 12
第一節 鍋爐技術規范及汽水流程簡介 12
第二節 鍋爐啟動系統 24
第三節 爐膛和水冷壁 37
第四節 過熱器 41
第五節 再熱器 44
第六節 省煤器 46
第三章 風煙系統 49
第一節 空預器 49
第二節 引風機 65
第三節 送風機 77
第四節 一次風機 94
第五節 暖風器 106
第四章 制粉系統 112
第一節 煤質資料 112
第二節 磨煤機 113
第三節 給煤機 127
第四節 燃燒器 134
第五節 微油點火 156
第六節 制粉系統運行 157
第七節 點火及助燃用油 157
第五章 除渣除灰系統 157
第一節 干排渣系統 157
第二節 電除塵器系統 157
第六章 壓縮空氣系統 157
第一節 空壓機 157
第二節 空氣干燥凈化裝置 157
第七章 鍋爐閥門 157
第一節 閥門一般常識 157
第二節 閥門結構介紹 157
第八章 鍋爐啟停與保養 157
第一節 鍋爐啟動的準備工作 157
第二節 鍋爐啟動 157
第三節 鍋爐停止 157
第四節 鍋爐保養 157
第九章 鍋爐的正常運行及調整 157
第一節 鍋爐運行調整的任務 157
第二節 直流鍋爐蒸汽參數調節的原理 157
第三節 蒸汽溫度的調節 157
第四節 燃燒調節 157
第十章 熱工控制系統控制及保護 157
第一節 熱工自動化概述 157
第二節 FSSS系統 157
第三節 模擬量系統（MCS）控制 157
第四節 機組協調方式說明 157
第十一章 事故處理 157
第一節 單元機組事故的特點和處理原則 157
第二節 鍋爐事故處理 157
第一章 超臨界鍋爐概述
第一節 超臨界的概念和特點
一、超臨界機組的概念
超臨界是一個熱力學概念。水的臨界狀態參數為22.115MPa，374.15℃，在水的參數達到該臨界點時，水會在一瞬間完成全部汽化，即在臨界點時，在飽和水和飽和蒸汽之間不再有汽、水共存的二相區存在，二者參數不再有分別。當機組參數高于這一臨界狀態參數時，通常稱其為超臨界參數機組。對蒸汽動力裝置循環的理論分析結果表明，提高初參數和降低循環的終參數都可以提高循環的熱效率。實際上，蒸汽動力裝置的發展和進步就是一直沿著提高參數的方向前進的。
二、超臨界鍋爐的主要特點
1. 取消汽包，能快速啟停。與自然循環鍋爐相比，直流鍋爐從冷態啟動到滿負荷運行，變負荷速度可提高一倍左右。
2. 在超臨界壓力范圍內運行的直流鍋爐水冷壁管內工質溫度隨吸熱量而變，即管壁溫度隨吸熱量而變。因此，熱偏差對水冷壁管壁溫度的影響作用增大。
3. 鍋爐本體金屬消耗量小，鍋爐質量小，降低鍋爐制造成本。
4. 水冷壁流動阻力全部依靠給水泵來克服，這部分阻力約占汽水流程全部阻力的35%左右。所需的給水泵壓頭高，既提高了制造成本，又增加了運行耗電量。
5. 啟停速度和變負荷速率受到過熱器出口聯箱的應力限制，但主要限制因素是汽輪機的熱應力和脹差。
6. 變壓運行的超臨界參數直流鍋爐，在亞臨界壓力范圍和超臨界壓力范圍內工作時，都存在工質的熱膨脹現象，但在溫態、熱態、極熱態啟動階段汽水膨脹量最大。同時，在亞臨界壓力低干度區可能出現膜態沸騰。因此，任何階段都必須限制水冷壁壁溫飛升。
7. 為了達到較高的質量流速，必須采用小管徑水冷壁。這樣不但提高了傳熱能力，而且節省金屬，減小了爐墻質量，同時減小了鍋爐熱慣性，鍋爐蓄熱量變小，加快啟動速度。
8. 采用復合變壓運行的超臨界本生直流鍋爐，隨著負荷的降低，過熱器出口汽壓將逐步降低，在更低的負荷時，將在亞臨界參數下運行，鍋爐各部份（省煤段、蒸發段、過熱和再熱段）的吸熱量和比率都發生著動態變化，特別是蒸發段，每公斤的工質要吸收更多的熱量，須注意升降負荷時，出現的過燒（over firing）和欠燒（under firing）現象的影響。
9. 隨著負荷降低，工作條件極為惡劣的水冷壁中，質量流速也按比例下降。在直流方式下，工質流動的穩定性受到影響，為了防止出現流動多值性、脈動等不穩定現象，須限定最低直流運行負荷時的質量流速。
10. 在進入臨界壓力點以下低負荷運行時，與亞臨界機組一樣，必須重視水冷壁管內兩相流的傳熱和流動，要防止發生膜態沸騰導致水冷壁管金屬超溫爆管。
11. 由于降低負荷后，省煤器段的吸熱量減少，按MCR工況設計布置的省煤器在低負荷時有可能出現出口處汽化，它將影響水冷壁流量分配，導致流動工況惡化，故須限制省煤器的吸熱量。
12. 負荷降低后，爐膛水冷壁的吸熱不均將加大，須注意防止因水冷壁管圈吸熱不均導致溫度偏差增大。
13. 在整個變壓運行中，蒸發點的變化，使單相和兩相區水冷壁金屬溫度將變化，須注意水冷壁及其剛性梁體系的熱膨脹設計，并防止頻繁變化引起承壓件上出現疲勞破壞。
14. 由于壓力降低，飽和汽溫下降，煙氣和蒸汽之間的溫差增加，過熱器的焓增比定壓運行機組要大，又促使汽溫進一步升高，故須考慮較大的減溫器容量，同時還要保證各種負荷下的噴水量。
15. 直流鍋爐要求的給水品質高，要求凝結水進行100%的除鹽處理。在啟動階段，對于鍋爐的受熱面及給水系統管道應進行化學清洗，將含鐵量不符合要求的工質通過旁路系統直接排往凝汽器，避免三氧化二鐵等固體顆粒對汽輪機動葉片和靜葉片造成侵蝕。控制系統復雜，調節裝置費用較高。
第二節 超臨界鍋爐的啟動
一、超臨界鍋爐的啟動特點
超臨界鍋爐的啟動與汽包鍋爐的比較，具有以下特點：
1. 啟動階段應進行循環清洗
對于運行中的鍋爐，給水中的的雜質除了一部分溶于過熱蒸汽被帶出之外，其余部分都沉積在受熱面上，尤其是在蒸干點附近。因此，超臨界鍋爐除了對給水品質要求嚴格外，還應在啟動階段進行冷水和熱水的清洗。清洗的污垢主要有兩部分，一部分是鍋爐本身和循環系統在停運期間生成的腐蝕產物；另一部分是運行中受熱面上的鹽垢。
2. 啟動期間需維持足夠的啟動流量
超臨界鍋爐啟動時，由于沒有自然循環回路，所以超臨界鍋爐受熱面唯一的冷卻方式是，從鍋爐開始點火就必須不間斷地向鍋爐進水，并保持一定的流量，以保證受熱面得到足夠的冷卻。啟動流量的選擇，一般在保證受熱面可靠冷卻和工質流動穩定的前提下，應盡可能選得小一些，以免啟動時間過長，減少啟動中工質和熱量的損失。通常超臨界鍋爐的啟動流量為25～30%的額定蒸發量。
3. 啟動過程中會發生短暫的膨脹現象
超臨界鍋爐啟動點火后，水冷壁內工質溫度逐漸升高，到飽和溫度并開始汽化，這時比容突然增大很多。汽化點以后的水將從鍋爐內被排擠出去。這時進入啟動分離器的工質流量要比給水量大得多，這種現象稱為啟動中的膨脹現象。啟動中主要通過控制燃料投入速度和避免給水溫度突然升高，控制工質的膨脹，從而保持鍋爐啟動分離器水位的基本穩定。實踐證明，在膨脹開始前，適當減少燃料量，可以減小膨脹高峰的膨脹量。
4. 啟動時間短、速度快
超臨界鍋爐由于是由許多小管徑而管壁較薄的管子組成，無厚壁汽包限制升溫速度，因而升溫可快速進行，即允許快速啟動。從冷爐點火至鍋爐達到額定參數，鍋爐本身的啟動時間一般僅需40～45min。
二、超臨界鍋爐的啟動過程
1. 冷態清洗
在鍋爐點火之前，用一定溫度的除氧水進行循環清洗。為防止其他設備和管道中污垢進入鍋爐，清洗可分兩步進行，首先進行給水泵前低壓系統清洗，水質合格后再進行高壓系統清洗。循環清洗的目的是洗去管內的污物，提高給水品質。
2. 建立啟動流量
啟動鍋爐再循環泵，建立啟動流量，保證鍋爐點火初期水冷壁足夠的冷卻。
3. 鍋爐點火及工質加熱
鍋爐點火初期，需嚴格控制爐膛出口煙溫和燃料投入速度，以保證過熱器、再熱器的保護和工質膨脹時啟動分離器水位的穩定。
4. 熱態清洗
當水中的含鐵量超過規定值時，應進行熱態清洗。熱態清洗時，水溫較高，沖洗效果較好。但水溫也不能過高，通常鍋爐本體汽水系統出口水溫不超過200℃。因為鐵的氧化物在高溫水中的溶解度很小，水溫太高時，熱負荷較大的水冷壁或頂棚過熱器管中，容易發生水中氧化鐵重新沉積的現象。因此，通常要求熱態清洗水溫為200℃附近。
5. 汽輪機沖轉、升速和并網
鍋爐熱態清洗結束后，提高鍋爐壓力和蒸汽溫度，當參數達到沖轉要求時，即可進行汽輪機復歸和沖轉、并網帶負荷等操作。
6. 停運鍋爐再循環泵
當鍋爐過到30%左右的負荷時，啟動分離器進入干態運行，停運鍋爐再循環泵，投入鍋爐啟動系統的暖管系統。
7. 鍋爐本體的升壓和升溫
根據汽輪機升負荷曲線要求，投入鍋爐制粉系統，按比例地增加燃料量和給水量，進一步提高蒸汽參數，最后達到滿負荷運行工況。
第三節 超臨界鍋爐工作原理
一、鍋爐分類
根據鍋爐蒸發系統中汽水混合物流動工作原理進行分類，鍋爐可分為自然循環鍋爐、強制循環鍋爐和直流鍋爐三種。
若蒸發受熱面內工質的流動是依靠下降管中水與上升管中汽水混合物之間的密度差所形成的壓力差來推動，此種鍋爐為自然循環鍋爐：若蒸發受熱面內工質的流動是依靠鍋水循環泵壓頭和汽水密度差來推動，此種鍋爐為強制循環鍋爐；若工質一次性通過各受熱面，此種鍋爐為直流鍋爐。
直流鍋爐是由許多管子并聯，然后再用聯箱連接串聯而成。它可以適用于任何壓力，通常用在工質壓力≥16Mpa的情況，且是超臨界參數鍋爐唯一可采用的爐型。
二、直流鍋爐的工作原理
直流鍋爐依靠給水泵的壓頭將鍋爐給水一次通過預熱、蒸發、過熱各受熱面而變成過熱蒸汽。直流鍋爐的工作原理如下圖所示。
給水泵 省煤器 水冷壁 過熱器
直流鍋爐的工作原理示意圖
在直流鍋爐蒸發受熱面中，由于工質的流動不是依靠汽水密度差來推動，而是通過給水泵壓頭來實現，工質一次通過各受熱面，蒸發量D等于給水量G，故可認為直流鍋爐的循環倍率K=G/D=l。
直流鍋爐沒有汽包，在水的加熱受熱面和蒸發受熱面間，及蒸發受熱面和過熱受熱面間無固定的分界點，在工況變化時，各受熱面長度會發生變化。
第四節 燕山湖電廠鍋爐特點
一、技術特點
本鍋爐是超臨界燃煤直流鍋爐,可適用于各種變壓工況運行，具有較高的鍋爐效率和可靠性。其技術特點如下：
1. 良好的變壓、備用和再啟動性能
鍋爐下部爐膛水冷壁及灰斗采用螺旋管圈，在各種負荷下均有足夠的冷卻能力，并能有效地補償沿爐膛周界上的熱偏差，水動力特性穩定；采用四只啟動分離器，壁厚較薄，溫度變化時熱應力小，適合于滑壓運行，提高了機組的效率，延長了汽機的壽命。
2. 燃燒穩定、溫度場均勻的墻式燃燒系統
墻式燃燒系統的旋流燃燒器具有自穩燃能力和較大的調節比，在爐膛中布置的節距較大，相鄰的燃燒器之間不需要相互支持；墻式燃燒系統的燃燒器布置為對稱方式，沿爐膛寬度方向的熱量輸入均勻分布，因而在上爐膛及水平煙道的過熱器、再熱器區域的煙氣溫度也更加均勻，避免高溫區受壓元件的蠕變和腐蝕，有效抑制結渣。
3. 經濟、高效的低NOX軸向旋流燃燒器
該型燃燒器不僅能夠高效、穩定地燃燒世界各地的多種燃煤，而且已經作為一種經濟實用的手段來滿足日益嚴格的降低NOX排放的需要。
二、結構特點
1. 本鍋爐中、下部水冷壁采用螺旋管圈，上部水冷壁采用一次上升垂直管屏，二者之間用過渡集箱連接。螺旋管圈的同一管帶中的各管子以相同方式從下到上繞過爐膛的角隅部分和中間部分，水冷壁吸熱均勻，管間熱偏差小，使得水冷壁出口的介質溫度和金屬溫度非常均勻。因此，螺旋管圈水冷壁更能適應爐內燃燒工況的變化。
2. 在螺旋管圈水冷壁部分采用可膨脹的帶焊接式張力板垂直剛性梁系統，下部爐膛和冷灰斗的荷載傳遞給上部垂直水冷壁，保證鍋爐爐膛自由向下膨脹。
3. 布置于上爐膛的屏式過熱器采用膜式管屏末端技術，使管屏平整防止結焦、掛渣。
4. 省煤器為H型鰭片管省煤器，傳熱效率高，受熱面管組布置緊湊，煙氣側和工質側流動阻力小，耐磨損，防堵灰，部件的使用壽命長。
5. 燃燒器喉口設計采用水冷壁讓管加強喉口冷卻，并采用高導熱性的、光滑的碳化硅磚敷設喉口表面，以降低燃燒器喉部耐火層表面溫度，抑制燃燒器區域的結焦。
6. 高溫受熱面采用小集箱和短管接頭的結構型式，集箱口徑小，壁厚薄，降低了...
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