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1、锅炉原理课件本讲稿第一页，共四十四页工程热力学将水的临界状态点的参数定义为：压力为工程热力学将水的临界状态点的参数定义为：压力为22.115MPa,374.15C。当水的状态参数达到临界点时，在饱和水和饱和。当水的状态参数达到临界点时，在饱和水和饱和蒸汽之间不再有汽、水共存的二相区存在。与较低参数的状蒸汽之间不再有汽、水共存的二相区存在。与较低参数的状态不同，这时水的传热和流动特性等也会存在显著的变化。态不同，这时水的传热和流动特性等也会存在显著的变化。当水蒸气参数值大于上述临界状态点的压力和温度值时，当水蒸气参数值大于上述临界状态点的压力和温度值时，则称其为超临界参数。则称其为超临界参数。1
2、 1、超临界定义：、超临界定义：一、超临界参数锅炉的发展一、超临界参数锅炉的发展 本讲稿第二页，共四十四页2 2、超超临界定义：、超超临界定义：日本的定义为压力大于日本的定义为压力大于24.2MPa,或温度达到或温度达到593；丹麦定义为压力大于丹麦定义为压力大于27.5MPa；西门子公司的观点是应从材料的等级来区分超临界和超超临界机西门子公司的观点是应从材料的等级来区分超临界和超超临界机组等等。组等等。我国电力百科全书则将超超临界定义为：蒸汽参数高于我国电力百科全书则将超超临界定义为：蒸汽参数高于27MPa。综合以上观点，一般将超超临界机组设定在蒸汽压力大于综合以上观点，一般将超超临界机组设
3、定在蒸汽压力大于25MPa，蒸汽温度高于，蒸汽温度高于580的范围的范围 本讲稿第三页，共四十四页图图1-2-1 超超临界蒸汽循环对热效率的提高超超临界蒸汽循环对热效率的提高 本讲稿第四页，共四十四页第第一一个个阶阶段段，是是从从上上个个世世纪纪50年年代代开开始始，以以美美国国和和德德国国等等为为代代表表。当当时时的的起起步步参参数数就就是是超超超超临临界界参参数数，但但随随后后由由于于电电厂厂可可靠靠性性的的问问题题，在在经经历历了了初初期期超超超超临临界界参参数数后后，从从60年年代代后后期期开开始始美美国国超超临临界界机机组组大大规规模模发发展展时时期期所所采采用用的的参参数数均均降降
4、低低到到常常规规超超临临界界参参数数。直直至至80年年代代，美美国国超超临临界界机机组组的的参参数数基基本本稳稳定定在在这个水平。这个水平。超临界机组发展的三个阶段超临界机组发展的三个阶段本讲稿第五页，共四十四页3、发展的三个阶段：、发展的三个阶段：n第二个阶段，第二个阶段，大约是从上个世纪大约是从上个世纪80年代初期开始。由于材料技术的年代初期开始。由于材料技术的发展，尤其是锅炉和汽轮机发展，尤其是锅炉和汽轮机材料性能材料性能的大幅度改进，及对的大幅度改进，及对电厂水化学电厂水化学方面方面的认识的深入，克服了早期超临界机组所遇到的可靠性问题。同的认识的深入，克服了早期超临界机组所遇到的可靠性
5、问题。同时，美国对已投运的机组进行了大规模的优化及改造，可靠性和可用时，美国对已投运的机组进行了大规模的优化及改造，可靠性和可用率指标已经达到甚至超过了相应的亚临界机组。通过改造实践，形成率指标已经达到甚至超过了相应的亚临界机组。通过改造实践，形成了新的结构和新的设计方法，大大提高了机组的经济性、可靠性、运了新的结构和新的设计方法，大大提高了机组的经济性、可靠性、运行灵活性。其间，美国又将超临界技术转让给行灵活性。其间，美国又将超临界技术转让给日本日本(GE向东芝、日立，西向东芝、日立，西屋向三菱屋向三菱)，联合进行了一系列新超临界电厂的开发设计。这样，超临界机组，联合进行了一系列新超临界电厂
6、的开发设计。这样，超临界机组的市场逐步转移到了欧洲及日本，涌现出了一批新的超临界机组。的市场逐步转移到了欧洲及日本，涌现出了一批新的超临界机组。本讲稿第六页，共四十四页第第三三个个阶阶段段，大大约约是是从从20世世纪纪九九十十年年代代开开始始进进入入了了新新一一轮轮的的发发展展阶阶段段。这这也也是是世世界界上上超超超超临临界界机机组组快快速速发发展展的的阶阶段段，即即在在保保证证机机组组高高可可靠靠性性、高高可可用用率率的的前前提提下下采采用用更更高高的的蒸蒸汽汽温温度度和和压压力力。其其主主要要原原因因在在于于国国际际上上环环保保要要求求日日益益严严格格，同同时时新新材材料料的的开开发发成成
7、功功和和和和常常规规超超临临界界技技术术的的成成熟熟也也为为超超超超临临界界机机组组的的发发展展提提供供了了条条件件。主主要要以以日日本本(三三菱菱、东东芝芝、日日立立)、欧欧洲洲(西西门门子子、阿阿尔尔斯斯通通)的的技技术术为为主主。这这个个阶阶段超超临界机组的技术发展具有以下三方面的特点：段超超临界机组的技术发展具有以下三方面的特点：3、发展的三个阶段、发展的三个阶段本讲稿第七页，共四十四页1)蒸汽压力取得并不太高，多为蒸汽压力取得并不太高，多为25MPa左右，而蒸汽温度取得相对较高，左右，而蒸汽温度取得相对较高，主要以日本的技术发展为代表。近期欧洲及日本生产的新机组，大多数主要以日本的技
8、术发展为代表。近期欧洲及日本生产的新机组，大多数机组的压力保持在机组的压力保持在25MPa左右，进汽温度均提高到了左右，进汽温度均提高到了580-600左右。左右。2)蒸汽压力和温度同时都取较高值蒸汽压力和温度同时都取较高值(28MPa-30MPa，600左右左右)，从而获得更高的效率。主要以欧洲的技术发展为代表，在采用高温从而获得更高的效率。主要以欧洲的技术发展为代表，在采用高温的同时，压力也提高到的同时，压力也提高到27MPa以上。压力的提高不仅关系到材料以上。压力的提高不仅关系到材料强度及结构设计，而且由于汽轮机排汽湿度的原因，压力提高强度及结构设计，而且由于汽轮机排汽湿度的原因，压力提
9、高到某一等级后，必须采用更高的再热温度或二次再热循环。近到某一等级后，必须采用更高的再热温度或二次再热循环。近年来，提高压力的业绩主要来源于欧洲和丹麦一些设备制造厂年来，提高压力的业绩主要来源于欧洲和丹麦一些设备制造厂家。家。3)开发更大容量的超超临界机组以及百万等级机组倾向于采用单轴方案。开发更大容量的超超临界机组以及百万等级机组倾向于采用单轴方案。为尽量减少汽缸数，大容量机组的发展更注重大型低压缸的开发和应用。为尽量减少汽缸数，大容量机组的发展更注重大型低压缸的开发和应用。日本几家公司和西门子，阿尔斯通等在大功率机组中己开始使用末级钛日本几家公司和西门子，阿尔斯通等在大功率机组中己开始使用
10、末级钛合金长叶片。合金长叶片。本讲稿第八页，共四十四页为了发展高效率的超超临界机组，从为了发展高效率的超超临界机组，从80年代初开始美国、日年代初开始美国、日本和欧洲都投入了大量财力和研究人员开展了各自的新材料研本和欧洲都投入了大量财力和研究人员开展了各自的新材料研发计划，这些材料分别针对不同参数级别的机组，如发计划，这些材料分别针对不同参数级别的机组，如593(包包括欧洲的括欧洲的580机组和日本的机组和日本的600机组机组)级别、级别、620级别、级别、650级别和正在研发之中的更高温度级别的机组。新开发级别和正在研发之中的更高温度级别的机组。新开发的耐热材料在投入正式使用之前进行了大量的
11、实验室和实的耐热材料在投入正式使用之前进行了大量的实验室和实机验证试验。机验证试验。到目前为止欧洲已经成功投运了主汽温度为到目前为止欧洲已经成功投运了主汽温度为580的超超临界的超超临界机组，日本投运了主汽温度为机组，日本投运了主汽温度为600的机组，从材料的实的机组，从材料的实机验证结果来看，国际上目前成熟的材料已经可以用于建机验证结果来看，国际上目前成熟的材料已经可以用于建造造620的机组，而据日本最新的报导称已经可以提供的机组，而据日本最新的报导称已经可以提供650机机组所需的关键部件材料。组所需的关键部件材料。本讲稿第九页，共四十四页本讲稿第十页，共四十四页本讲稿第十一页，共四十四页本
12、讲稿第十二页，共四十四页结论：结论：1.早早期期(50年年代代末末)以以美美国国为为代代表表，更更注注重重提提高高初初压压(30MPa或或以以上上)，并并采采用用两两次次再再热热。使使结结构构与与系系统统趋趋于于复复杂杂，运运行行控控制制难难度度趋趋于于提提高高，机机组组可可用用率率下下降降。因因此此，美美国国早早期期只只生生产产了了三三台台超超超超临临界界机机组组之之后后便便停停止生产。到止生产。到80年代，又退回到超临界参数。年代，又退回到超临界参数。2.中中期期(80年年代代末末)日日本本由由川川越越电电厂厂31MPa566566566超超超超临临界界为为代代表表，走走的的是是一一条条从
13、从引引进进到到自自主主开开发发，有有步步骤骤、有有计计划划的的发展之路。发展之路。3.近近期期(90年年代代始始)，日日本本由由川川越越电电厂厂31MPa566566566超超超超临临界界参参数数，压压力力调调整整为为(2425)MPa，温温度度由由566593稳步上升为稳步上升为600600的发展方向，取得了显著的成功。的发展方向，取得了显著的成功。本讲稿第十三页，共四十四页4.德德国国等等欧欧洲洲国国家家(丹丹麦麦除除外外)超超超超临临界界机机组组的的压压力力在在(25-28)MPa范围，温度也上升为范围，温度也上升为580600及及600600。5.丹丹麦麦的的超超超超临临界界机机组组追
14、追求求技技术术上上可可能能达达到到的的最最高高效效率率，压压力力接接近近30MPa，温温度度为为580580580或或580600，目目前前又又倾倾向于采用一次再热。向于采用一次再热。6.采用二次再热的超超临界机组，除了早期美国的三台机组外，只有采用二次再热的超超临界机组，除了早期美国的三台机组外，只有日本川越两台日本川越两台(1989)和丹麦的机组。采用两次再热可使机组的热效率和丹麦的机组。采用两次再热可使机组的热效率提高提高1-2，但也造成了调温方式、受热面布置、结构等的复杂，但也造成了调温方式、受热面布置、结构等的复杂性，成本明显提高。因此，除早期投运的少数超超临界机组机组性，成本明显提
15、高。因此，除早期投运的少数超超临界机组机组外，无论是日本还是欧洲都趋向于采用一次再热。外，无论是日本还是欧洲都趋向于采用一次再热。本讲稿第十四页，共四十四页7.90年代中期以来，世界上已建和在建的超超临界机组的参数年代中期以来，世界上已建和在建的超超临界机组的参数和容量的发展有两个特点：和容量的发展有两个特点：欧洲的国家在建设大容量火力发电机组时以追求机组的高效率欧洲的国家在建设大容量火力发电机组时以追求机组的高效率为主要目标，在提高蒸汽温度的同时，蒸汽压力也随之提高，为主要目标，在提高蒸汽温度的同时，蒸汽压力也随之提高，主蒸汽压力为主蒸汽压力为(25-28)MPa，主蒸汽温度为，主蒸汽温度为
16、580居多，再热蒸居多，再热蒸汽温度为汽温度为(580-600)，大多采用一次再热。，大多采用一次再热。日本的超超临界机组在大幅度提高机组容量的时候，主要是提高日本的超超临界机组在大幅度提高机组容量的时候，主要是提高机组的蒸汽温度，而蒸汽压力基本保持在机组的蒸汽温度，而蒸汽压力基本保持在25MPa，日本这种对，日本这种对超超临界机组蒸汽参数超超临界机组蒸汽参数(较低的蒸汽压力和较高的蒸汽温度较低的蒸汽压力和较高的蒸汽温度)的选的选择主要是基于技术经济方面的考虑。择主要是基于技术经济方面的考虑。本讲稿第十五页，共四十四页8.锅炉布置型式按各公司传统，有锅炉布置型式按各公司传统，有型布置及半塔型布
17、置。日本超超临型布置及半塔型布置。日本超超临界锅炉全部采用界锅炉全部采用型布置，德国、丹麦全部采用塔式布置，这主要是各自型布置，德国、丹麦全部采用塔式布置，这主要是各自的传统技术所决定的。的传统技术所决定的。9.燃烧方式按各公司传统，有切圆燃烧和对冲燃烧。燃烧方式按各公司传统，有切圆燃烧和对冲燃烧。日本日本IHI、日立公司制造的超超临界、日立公司制造的超超临界型炉均采用了前后墙对冲燃烧型炉均采用了前后墙对冲燃烧方式方式三菱重工的锅炉燃烧方式为单炉膛或双炉膛燃烧方式，两种燃烧三菱重工的锅炉燃烧方式为单炉膛或双炉膛燃烧方式，两种燃烧方式都可以减少炉膛出口烟温偏差。方式都可以减少炉膛出口烟温偏差。欧
18、洲的超超临界塔式炉不存在烟温偏差问题，燃烧方式既有四角切欧洲的超超临界塔式炉不存在烟温偏差问题，燃烧方式既有四角切园燃烧，又有对冲燃烧，还有个别的双切园燃烧和八角单切园燃烧。园燃烧，又有对冲燃烧，还有个别的双切园燃烧和八角单切园燃烧。本讲稿第十六页，共四十四页10.水冷壁型式为垂直管屏和螺旋管圈二种型式共存。美国早期水冷壁型式为垂直管屏和螺旋管圈二种型式共存。美国早期为垂直管屏，欧洲为螺管圈；为垂直管屏，欧洲为螺管圈；90年代后，除日本三菱公司新开年代后，除日本三菱公司新开发了内螺纹垂直管屏外，其余全部采用螺旋管圈。发了内螺纹垂直管屏外，其余全部采用螺旋管圈。11.已投运的已投运的1000MW
19、级超超临界机组以双轴机组居多，但随级超超临界机组以双轴机组居多，但随着汽轮机超长末级长叶片的开发应用，大容量单轴机组已成着汽轮机超长末级长叶片的开发应用，大容量单轴机组已成为发展的趋势。为发展的趋势。本讲稿第十七页，共四十四页本讲稿第十八页，共四十四页 (1)炉膛出口烟温偏差炉膛出口烟温偏差 容量（MW）200 300600 最大偏差(C)100 150 200 原因原因：炉膛出口气流的残余旋转；煤粉颗粒的燃尽延迟；单股炉膛出口气流的残余旋转；煤粉颗粒的燃尽延迟；单股煤粉气流螺旋运动的影响。煤粉气流螺旋运动的影响。二、二、切圆燃烧煤粉炉大型化面临的燃烧新问题切圆燃烧煤粉炉大型化面临的燃烧新问题
20、切圆燃烧煤粉炉大型化面临的燃烧新问题切圆燃烧煤粉炉大型化面临的燃烧新问题本讲稿第十九页，共四十四页按照传统设计，容量增加，燃烧器层数并不按比例增加。按照传统设计，容量增加，燃烧器层数并不按比例增加。300MW 增大至增大至600MW 时燃烧器层数由时燃烧器层数由5层增加至层增加至6层，燃烧器个数由层，燃烧器个数由20增加至增加至24。那么。那么从从600MW增加到增加到1000MW等级，燃烧器也最多增加一层左右。如果等级，燃烧器也最多增加一层左右。如果设计不当，可能给燃尽带来不利影响，尤其是对于燃尽特性差的煤。设计不当，可能给燃尽带来不利影响，尤其是对于燃尽特性差的煤。这点与我国大量电厂运行事
21、实一致，即：到这点与我国大量电厂运行事实一致，即：到300MW容量等级为止，随容量等级为止，随锅炉容量增大，未燃锅炉容量增大，未燃q4不断下降。从不断下降。从300MW增加增加600MW容量，容量，q4下降下降趋缓，有的甚至不降反升趋缓，有的甚至不降反升4。（2）燃烧器问题）燃烧器问题本讲稿第二十页，共四十四页本讲稿第二十一页，共四十四页第一容量阶段（第一容量阶段（100MW 100MW 以下）以下）：通常是根据煤种选择炉膛容积热负荷通常是根据煤种选择炉膛容积热负荷QvQv。Qv Qv 不变意不变意味着炉内燃料的平均停留时间也不变。在这一容量区味着炉内燃料的平均停留时间也不变。在这一容量区间由
22、于炉膛温度较低燃烧通常处于动力控制区域。间由于炉膛温度较低燃烧通常处于动力控制区域。随锅炉容量增大炉膛温度升高化学反应速率随之增随锅炉容量增大炉膛温度升高化学反应速率随之增大，因此未燃尽炭损失也随之下降。大，因此未燃尽炭损失也随之下降。控制控制q4：化学反应动力学（速度）化学反应动力学（速度）扩散扩散停留时间停留时间本讲稿第二十二页，共四十四页第二容量阶段（第二容量阶段（100-300MW 100-300MW）炉膛温度已经足够高了燃烧通常已进入分子扩散控制区。炉膛温度已经足够高了燃烧通常已进入分子扩散控制区。炉温继续升高但炭的燃尽速率不再明显增大。炉温继续升高但炭的燃尽速率不再明显增大。在实际
23、锅炉设计上由于水冷壁受热面的布置原因，炉膛容积热负在实际锅炉设计上由于水冷壁受热面的布置原因，炉膛容积热负荷荷Qv Qv 随锅炉容量的增大而下降。而随锅炉容量的增大而下降。而Qv Qv 的下降即意味着燃料在炉的下降即意味着燃料在炉内的平均停留时间的增大，正是因为停留内的平均停留时间的增大，正是因为停留时间的增大，未燃尽损失时间的增大，未燃尽损失q q4 4 才得以进一步随容量的增大而下降才得以进一步随容量的增大而下降本讲稿第二十三页，共四十四页第三容量阶段（第三容量阶段（300MW300MW以上）以上）燃烧逐步进入湍流混合控制区。燃烧逐步进入湍流混合控制区。其原因一方面是随火炬尺寸增大所需的湍
24、流混合时间增加；而其原因一方面是随火炬尺寸增大所需的湍流混合时间增加；而另一方面随锅炉容量增大，燃烧器层数增加，比值另一方面随锅炉容量增大，燃烧器层数增加，比值HBHB/HF HF 增大，增大，因而停留时间的分布特性变坏。因而停留时间的分布特性变坏。虽然平均停留时间继续随炉子容量增大而加长。但实际最短的虽然平均停留时间继续随炉子容量增大而加长。但实际最短的停留时间停留时间min min 却有可能下降，比较所需混合时间却有可能下降，比较所需混合时间mix mix 与炉子可提与炉子可提供的停留时间供的停留时间min min 随容量的变化趋势。即可见在这一容量区随容量的变化趋势。即可见在这一容量区间
25、如设计不当，炭未燃尽损失间如设计不当，炭未燃尽损失q q4 4 就有可能随锅炉容量的增大而就有可能随锅炉容量的增大而加大加大本讲稿第二十四页，共四十四页受热面塔式布置受热面塔式布置燃烧器的单炉膛双切圆布置燃烧器的单炉膛双切圆布置（前后墙旋流燃烧器）（前后墙旋流燃烧器）三、解决超大型切向燃烧锅炉问题的方法三、解决超大型切向燃烧锅炉问题的方法本讲稿第二十五页，共四十四页图图1-3-11-3-1 锅炉整体布置方式锅炉整体布置方式(a)型布置，型布置，(b)型布置；型布置；(c)T型布置；型布置；(d)塔型布置；塔型布置；(e)改良塔型布置，改良塔型布置，(f)箱型布置；箱型布置；(g)U型布置；型布
26、置；(h)N型布置；型布置；(i)型布置型布置 本讲稿第二十六页，共四十四页1、塔式锅炉、塔式锅炉（一）历史（一）历史 塔塔式式锅锅炉炉最最先先出出现现于于欧欧洲洲。促促进进塔塔式式锅锅炉炉发发展展的的原原因因主主要要可可归归结结为为燃燃料料及及灰灰渣渣特特性性，以以及及锅锅炉炉容容量量增增大大引引发发的的结结构构布布置置上的问题两个方面。上的问题两个方面。欧欧洲洲大大陆陆的的许许多多国国家家，如如德德国国、捷捷克克、波波兰兰，罗罗马马尼尼亚亚、比比利利时时、瑞瑞士士、南南斯斯拉拉夫夫等等国国家家的的褐褐煤煤资资源源非非常常丰丰富富，为为了了燃燃用用这这种种高高灰灰分分、水水分分、低低热热值值
27、的的褐褐煤煤，解解决决飞飞灰灰对对对对流流受受热热面面磨磨损损，以以及及锅锅炉炉容容量量增增大大，布布置置困困难难的的问问题题，于于6060年年代代开开发发了了适适合合于于褐褐煤煤的的塔塔式式锅锅炉炉。其其后后在在容容量量上上也也经经历历了了由由小小到到大大的的发发展展，被被广广泛泛应应用用于于燃燃用用不同煤种。不同煤种。本讲稿第二十七页，共四十四页7070年代末年代末引引进进了几台了几台300MW300MW级级机机组组的塔式的塔式锅锅炉炉：元宝山电厂元宝山电厂l l号锅炉系引进瑞士苏尔寿公司号锅炉系引进瑞士苏尔寿公司945t945th h低循环倍率低循环倍率塔式褐煤锅炉；塔式褐煤锅炉；姚孟电
28、厂二期工程的锅炉系引进比利时制造、苏尔寿专利的姚孟电厂二期工程的锅炉系引进比利时制造、苏尔寿专利的2 2台台923.74t923.74th h塔式直流锅炉塔式直流锅炉(螺旋管圈螺旋管圈)。8080年代中期，我国又分别引进了年代中期，我国又分别引进了300MW300MW及及500MW500MW级机组的塔式锅炉：级机组的塔式锅炉：太原一电厂五期工程系引进波兰制造、苏尔寿专利的太原一电厂五期工程系引进波兰制造、苏尔寿专利的2 2台台1025t1025th h低循环倍率塔式、多灰分贫煤锅炉低循环倍率塔式、多灰分贫煤锅炉神头二电厂一期工程系引进捷克制造、苏尔寿专利的神头二电厂一期工程系引进捷克制造、苏尔
29、寿专利的2 2台台1650t1650th h低循环倍率塔式、多灰分烟煤锅炉。低循环倍率塔式、多灰分烟煤锅炉。我国塔式锅炉我国塔式锅炉本讲稿第二十八页，共四十四页（二）塔式锅炉特点：（二）塔式锅炉特点：1.1.防磨性能。防磨性能。2.2.便便于于疏疏水水。塔塔式式锅锅炉炉的的过过热热器器、再再热热器器及及省省煤煤器器均均为为水水平平布布置置，所所以以管管内内疏疏水水可可全全部部排排尽尽，有有利利于于启启动动、停停炉炉检检查查和和保保养养。此此外外也也有利于过热器，再热器酸洗。而有利于过热器，再热器酸洗。而型锅炉则难于做到。型锅炉则难于做到。3.3.对对流流受受热热面面布布置置方方便便。型型布布置
30、置时时，由由于于受受到到尾尾部部烟烟道道空空间间位位置置的的限限制制，烟烟速速很很难难降降到到塔塔式式布布置置的的烟烟速速。以以300MW300MW机机组组型型布布置置的的直直流流锅锅炉炉为为例例，如如果果其其他他条条件件不不变变，省省煤煤器器烟烟速速从从8m8ms s下下降降到到6m6ms s，传传热热系系数数约约减减少少1818，受受热热面面积积约约需需增增加加2222，同同样样高高温温过过热热器器的的烟烟速速从从12.5m/s12.5m/s降降到到8m8ms s，传传热热系系数数约约下下降降27.627.6，受受热热面面积积约约需需增增加加4040，显显然然，型型布布置置锅锅炉炉要要增增
31、加加如如此此多多的的受受热热面面谈谈何何容容易易，而而塔式布置锅炉则容易做到。塔式布置锅炉则容易做到。本讲稿第二十九页，共四十四页4.4.煤煤种种适适应应性性广广。凡凡型型布布置置能能适适应应的的煤煤种种，塔塔式式布布置置都都能能适适应应反反之之，型型布布置置较较难难实实施施的的煤煤种种，塔塔式式锅锅炉炉也也能能实实施施。根根据据德德国国电电厂厂的的实实践践，塔塔式式锅锅炉炉不不仅仅适适用用于于燃燃油油、燃燃气气，也也适适用用于于燃燃煤煤；更更适适于于燃用高灰、多水、低熔点、低热值的褐煤以及高灰分的烟煤、贫煤等。燃用高灰、多水、低熔点、低热值的褐煤以及高灰分的烟煤、贫煤等。5.5.占占地地面面
32、积积小小，且且有有利利于于制制粉粉及及燃燃烧烧系系统统设设备备和和烟烟、风风、煤煤粉粉管管道道的的布布置。置。6.6.炉顶的穿墙管大量减少，易于解决炉顶的密封问题。炉顶的穿墙管大量减少，易于解决炉顶的密封问题。7.7.锅锅炉炉钢钢架架金金属属耗耗量量大大。由由于于塔塔式式布布置置的的锅锅炉炉炉炉体体高高，整整个个炉炉体体悬悬吊在炉顶，荷载高且集中，使锅炉支撑结构金属耗量相对增大。吊在炉顶，荷载高且集中，使锅炉支撑结构金属耗量相对增大。8.8.安装与检修复杂。由于塔式锅炉炉体高，使设备安装和检修复杂安装与检修复杂。由于塔式锅炉炉体高，使设备安装和检修复杂化，锅炉吊装需使用高型起吊设备或液压提升装
33、置及专用机具，且难化，锅炉吊装需使用高型起吊设备或液压提升装置及专用机具，且难度也较大，安装工期也较其他常用炉型长。度也较大，安装工期也较其他常用炉型长。本讲稿第三十页，共四十四页图图1塔式布置塔式布置1.一级过热器一级过热器 2.三级过热器三级过热器3.二级再热器二级再热器 4.二级过热器二级过热器 5.一级再热器一级再热器 6.省煤器省煤器 无水平烟道，不存在无水平烟道，不存在 烟温偏差烟温偏差本讲稿第三十一页，共四十四页采用美国采用美国CE公司公司80年代初开发的低年代初开发的低NOx同轴燃烧同轴燃烧系统（系统（The Low NOx Concentric Firing System,L
34、NCFS）。其切圆布置如图）。其切圆布置如图2所示，炉内旋转为所示，炉内旋转为顺时针顺时针(从炉膛上面向下看从炉膛上面向下看),一一、二次风燃烧器轴线、二次风燃烧器轴线与炉膛侧墙夹角为与炉膛侧墙夹角为51和和39，偏转二次风在一次，偏转二次风在一次风基础上同向向外偏转一角度风基础上同向向外偏转一角度(20-25)，目的在于，目的在于低低NOx分级燃烧。分级燃烧。多喷射燃烧器（多喷射燃烧器（multi-jet burner），每个燃），每个燃烧器由两个煤粉燃烧器喷嘴组成，即由一根烧器由两个煤粉燃烧器喷嘴组成，即由一根煤粉管在炉前经分配器沿高度方向一分为二煤粉管在炉前经分配器沿高度方向一分为二而成
35、。因此在保持燃烧器层数（而成。因此在保持燃烧器层数（6层）不增加层）不增加的情况下，喷嘴只数增加一倍，减少湍流混合时间。的情况下，喷嘴只数增加一倍，减少湍流混合时间。虽然燃烧器总高度有所增加，但由于塔式炉炉膛较虽然燃烧器总高度有所增加，但由于塔式炉炉膛较高，不会减少煤粉最小停留时间（对应于最上层煤高，不会减少煤粉最小停留时间（对应于最上层煤粉燃烧器），从而解决了火焰燃尽问题粉燃烧器），从而解决了火焰燃尽问题。本讲稿第三十二页，共四十四页（一）历史（一）历史美美国国燃燃烧烧工工程程公公司司(CE)自自1968年年为为宾宾夕夕法法尼尼亚亚州州的的Keystome电电厂厂制制造造了了第第一一台台85
36、0MW的的单单炉炉膛膛双双切切圆圆燃燃烧烧锅锅炉炉起起，至至今今至至少少有有十十台台容容量量大大于于700MW的的锅锅炉炉采采用用了了这这种种燃燃烧烧方方式式。锅锅炉炉采采用用了了8组组燃燃烧烧器，在炉内形成两个切圆，但是炉膛中部却没有双面水冷壁。器，在炉内形成两个切圆，但是炉膛中部却没有双面水冷壁。日日本本三三菱菱公公司司至至少少也也已已有有16台台这这样样的的机机组组在在运运行行，其其中中10台台为为燃燃煤煤机机组组，包包括括我我国国福福建建新新近近投投产产的的后后石石电电厂厂1号号超超临临界界锅锅炉炉(600MW)在在内内，最最小小的的机机组组容容量量为为600MW。现现三三菱菱公公司司
37、对对外外提提供供的的单单炉炉膛膛四四角角切切向向燃燃烧烧与与单单炉炉膛膛双双切切圆圆燃燃烧烧方方式式适适用用机机组组容容量量为为：单单炉炉膛膛四四角角切切向向燃燃烧烧方方式式适适用用的的锅锅炉炉容容量量上上限限大大约约为为800MW，而而单单炉炉膛膛双双切切圆燃烧方式自圆燃烧方式自500MW起用到起用到1100MW。2、单炉膛双切圆、单炉膛双切圆本讲稿第三十三页，共四十四页图图3双切园布置示意图双切园布置示意图(从炉膛上面向下看从炉膛上面向下看)（二）减少烟温偏差原理（二）减少烟温偏差原理本讲稿第三十四页，共四十四页图图4 单炉膛双切圆降低炉膛出口烟温偏差的原理示意单炉膛双切圆降低炉膛出口烟温
38、偏差的原理示意(a)切向燃烧炉膛出口的速度分布切向燃烧炉膛出口的速度分布(b)切向燃烧炉膛出口的烟气热偏差切向燃烧炉膛出口的烟气热偏差(c)单炉膛双切圆的烟气热偏差单炉膛双切圆的烟气热偏差本讲稿第三十五页，共四十四页在无双面水冷壁的单炉膛双切向燃烧锅炉中，如果正确选在无双面水冷壁的单炉膛双切向燃烧锅炉中，如果正确选择切圆的旋向，将两个相对独立燃烧系统的对流热偏差与择切圆的旋向，将两个相对独立燃烧系统的对流热偏差与整体单一火焰辐射系统的辐射热偏差进行合理的搭配和补整体单一火焰辐射系统的辐射热偏差进行合理的搭配和补偿，则炉膛出口区域总的烟气热偏差将有可能大大降低。偿，则炉膛出口区域总的烟气热偏差将
39、有可能大大降低。这也是国外这也是国外型布置切向燃烧锅炉超大型化后采用单炉膛双型布置切向燃烧锅炉超大型化后采用单炉膛双切圆燃烧方式的原因。切圆燃烧方式的原因。相反，如果是采用双炉膛双切圆的布置方式，则两个炉膛的辐相反，如果是采用双炉膛双切圆的布置方式，则两个炉膛的辐射场也是独立的，不可能取得辐射与对流偏差互补的效果，其射场也是独立的，不可能取得辐射与对流偏差互补的效果，其结果只相当于锅炉容量减小一半，热偏差略有下降。可见，双结果只相当于锅炉容量减小一半，热偏差略有下降。可见，双切圆燃烧锅炉取消双面水冷壁不仅仅是为了简化制造工艺，更切圆燃烧锅炉取消双面水冷壁不仅仅是为了简化制造工艺，更重要的是应从
40、消除热偏差的性能设计来考虑。重要的是应从消除热偏差的性能设计来考虑。本讲稿第三十六页，共四十四页双切圆八角布置在不增加燃烧器层数（与双切圆八角布置在不增加燃烧器层数（与600MW相比），相比），使燃烧器个数增加使燃烧器个数增加1倍，大大减少了减少湍流混合时间，同倍，大大减少了减少湍流混合时间，同时燃烧器总高度没有明显增加，有利于提高燃尽率。时燃烧器总高度没有明显增加，有利于提高燃尽率。本讲稿第三十七页，共四十四页1.单炉膛双切圆燃烧方式能有效地降低炉膛两侧的烟温偏差。单炉膛双切圆燃烧方式能有效地降低炉膛两侧的烟温偏差。由由于于双双切切圆圆的的旋旋转转方方向向相相反反，炉炉膛膛出出口口烟烟气气沿
41、沿炉炉膛膛宽宽度度方方向向旋旋向向相相反反，相相互互叠叠加加抵抵消消，使使炉炉膛膛出出口口烟烟温温偏偏差差大大大大降降低低，有有利利于于锅炉安全运行。锅炉安全运行。2.单单炉炉膛膛双双切切圆圆由由于于燃燃烧烧器器八八角角布布置置能能降降低低一一次次风风单单只只喷喷嘴嘴热热功功率率，其其热热功功率率仅仅为为常常规规四四角角布布置置切切向向燃燃烧烧方方式式的的50，为为前前后后墙墙对对冲冲燃燃烧烧方方式式的的62.5左左右右。由由于于单单只只喷喷嘴嘴热热功功率率的的降低，有利于防止水冷壁结焦的产生。降低，有利于防止水冷壁结焦的产生。3.单单炉炉膛膛双双切切圆圆燃燃烧烧方方式式炉炉膛膛内内温温度度场
42、场更更加加均均匀匀，并并且且温温度度水平适中，使锅炉水循环更加可靠。水平适中，使锅炉水循环更加可靠。（三）（三）单炉膛双切圆的特点单炉膛双切圆的特点本讲稿第三十八页，共四十四页4.单炉膛双切圆燃烧方式运行时应注意的问题：单炉膛双切圆燃烧方式运行时应注意的问题：1)油枪点火时应先在同层进行，同层油枪点火时又应在同一炉油枪点火时应先在同层进行，同层油枪点火时又应在同一炉膛内进行，在确认点火成功后，在另一侧炉膛进行点火。同一膛内进行，在确认点火成功后，在另一侧炉膛进行点火。同一层点火成功后，再点燃下一层，以此类推。层点火成功后，再点燃下一层，以此类推。2)当锅炉燃油具备投粉条件后，投入与油枪相邻的一
43、台磨煤机。当当锅炉燃油具备投粉条件后，投入与油枪相邻的一台磨煤机。当确认投运成功后，再进行下一台磨煤机的投运。无论哪一台磨煤机确认投运成功后，再进行下一台磨煤机的投运。无论哪一台磨煤机的投停都应确保按层运行。的投停都应确保按层运行。3)双切圆锅炉存在两火球相互配合、防止偏斜等问题。双切圆锅炉存在两火球相互配合、防止偏斜等问题。本讲稿第三十九页，共四十四页炉膛截面尺寸炉膛截面尺寸:21.48m21.48m锅炉大板梁顶标高：锅炉大板梁顶标高：114.5m炉膛容积：炉膛容积：31869m3炉膛容积热负荷：炉膛容积热负荷：77.4MW/m2炉膛截面热负荷：炉膛截面热负荷：5.35MW/m2炉膛宽炉膛宽
44、深深 32.084m15.67m大板梁下沿标高大板梁下沿标高81m炉膛容积炉膛容积 28000m3炉膛容积热负荷炉膛容积热负荷 82.7 MW/m3炉膛截面热负荷炉膛截面热负荷 4.59 KW/m2塔式塔式双切圆双切圆5、比较、比较本讲稿第四十页，共四十四页切切向向燃燃烧烧燃燃烧烧锅锅炉炉达达到到百百万万千千瓦瓦等等级级后后，塔塔式式和和单单炉炉膛膛双双切切圆圆布布置置是是目目前前两两种种较较好好选选择择。两两种种方方式式分分别别从从两两个个方方面面：受受热热面布置和燃烧器布置着手，两种方式的比较如下：面布置和燃烧器布置着手，两种方式的比较如下：（1）塔塔式式布布置置由由于于过过热热器器、再再
45、热热器器和和省省煤煤器器受受热热面面布布置置炉炉膛膛上上部部。从从根根本本上上解解决决了了由由于于水水平平烟烟道道烟烟气气能能量量不不平平衡衡问问题题所所带带来来的的过过热热器器、再再热热器器超超温温。而而单单炉炉膛膛双双切切圆圆方方式式则则采采用用反反向向切切圆圆相相互互补补偿偿效效应应，可可以以大大大大减减轻轻热热偏偏差差。在在燃燃尽尽率率方方面面，塔塔式式布布置置采采用用多多喷喷射射燃燃烧烧器器，单单炉炉膛膛双双切切圆圆采采用用燃燃烧烧八八角角布布置置，都都对对提提高高燃燃尽率有利。尽率有利。本讲稿第四十一页，共四十四页（2）由于塔式布置为单烟道，烟气垂直上升流经各对流受热）由于塔式布置
46、为单烟道，烟气垂直上升流经各对流受热面，烟气中灰粒因受到重力作用，上升速度将减慢。灰粒与烟面，烟气中灰粒因受到重力作用，上升速度将减慢。灰粒与烟气有速度差，因而灰粒对塔式锅炉的对流受热面的磨损大为减气有速度差，因而灰粒对塔式锅炉的对流受热面的磨损大为减轻。而且灰粒不会因转弯而发生分离，且飞灰浓度比较均匀，轻。而且灰粒不会因转弯而发生分离，且飞灰浓度比较均匀，不致产生局部严重磨损。因此尤其适用于高灰分煤种，从防磨不致产生局部严重磨损。因此尤其适用于高灰分煤种，从防磨损和煤种适应性角度，塔式布置优于单炉膛双切圆。损和煤种适应性角度，塔式布置优于单炉膛双切圆。（3）塔式布置时过热器、再热器及省煤器均
47、为水平布置，所）塔式布置时过热器、再热器及省煤器均为水平布置，所以管内疏水可全部排尽，有利于启动、停炉检查和保养以管内疏水可全部排尽，有利于启动、停炉检查和保养本讲稿第四十二页，共四十四页（4）从从占占地地面面积积而而言言，塔塔式式布布置置向向上上发发展展，而而单单炉炉膛膛双双切切圆圆向向宽宽度度方方向向发发展展，因因此此塔塔式式布布置置占占地地面面积积小小。但但缺缺点点是是锅锅炉炉高高度度较较高高，百百万万机机组组锅锅炉炉的的大大板板梁梁顶顶标标高高达达114.5m，而而单单炉炉膛膛双双切切圆圆锅锅炉炉大大板板梁梁下下沿沿标标高高仅仅81m，相相差差30m左左右右。投投资资及及安安装装、检检
48、修修费费用用将将提高。考虑到地质风险，地震风险大的地区不宜采用塔式。提高。考虑到地质风险，地震风险大的地区不宜采用塔式。（5）从从设设计计方方面面而而言言，双双切切圆圆燃燃烧烧炉炉膛膛相相当当于于二二个个尺尺寸寸较较小小的的单单切切园园炉炉膛膛，炉炉内内烟烟气气温温度度场场和和热热负负荷荷分分配配较较为为均均匀匀，同同时时避避免免了了大大于于1000MW超超大大型型燃燃煤煤锅锅炉炉采采用用切切圆圆燃燃烧烧时时炉炉膛膛尺尺寸寸上上的的限限制制。对对保保证证直直流流燃燃烧烧器器的的火火焰焰穿穿透透能能力力和和改改进进燃燃烧烧组组织织是是有有利利的的，从从这这一一角角度度讲讲双双切切圆圆锅锅炉炉最最
49、大大允允许许容容量量可可以以高高于于塔塔式式锅锅炉炉。而而塔式布置其炉膛截面热负荷较高，容积热负荷较低。塔式布置其炉膛截面热负荷较高，容积热负荷较低。（6）从运行方面而言，由于双切圆锅炉存在两火球相互配合、）从运行方面而言，由于双切圆锅炉存在两火球相互配合、防止偏斜等问题，塔式比双切圆锅炉相对简单。防止偏斜等问题，塔式比双切圆锅炉相对简单。本讲稿第四十三页，共四十四页1.外高桥第二电厂外高桥第二电厂2 900MW、第三电厂、第三电厂21000MW 上锅（上锅（SBWC）-阿尔斯通公司（阿尔斯通公司（API，USA）,塔式塔式2.华能玉环电厂华能玉环电厂21000MW 哈锅（哈锅（HBC）-三菱公司（三菱公司（MHI,JAPAN），双切圆），双切圆3.山东邹县电厂四期山东邹县电厂四期21000MW21000MW东锅（东锅（DBC）-巴布科克巴布科克-日立公司（日立公司（BHK,JAPAN）旋流燃烧器旋流燃烧器国内百万等级超临界锅炉：国内百万等级超临界锅炉：本讲稿第四十四页，共四十四页