如图1所示,《一种具有两次再热器的塔式锅炉》包含一个炉膛6,第一烟道即炉膛垂直烟道32,第一烟道上下分为分隔烟道和主烟道,分隔烟道被带鳍片的隔墙18分为前烟道和后烟道;带鳍片的隔墙18以下为不带鳍片的受热面光管子17,由于没有鳍片的分隔,烟气不受阻拦,带鳍片的隔墙18为膜式水冷壁;第二烟道分水平烟道8和垂直烟道9。该锅炉例如为燃用煤粉的锅炉。
来自炉膛6下部的多个燃烧器7的高温燃气通过炉膛6,进入垂直方向的第一烟道32,然后进入第二烟道的水平烟道8,然后进入第二烟道的垂直烟道9。
炉膛上部垂直烟道沿烟气流向依次串联布置有低温屏式过热器,一、二次再热高温再热器冷段,高温过热器、一、二次再热高温再热器热段及一、二次再热低温再热器,前后墙省煤器,低温过热器悬吊进口管;一次再热器冷段和二次再热器冷段并联布置,一次再热器热段和二次再热器热段并联布置,一次再热低温再热器和二次再热低温再热器并联布置。
上部悬吊管23是不通流通介质的,用于悬吊低温过热器悬吊进口管22。
如图1所示,锅炉为1000MW等级燃煤汽轮发电机组,超超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉,单炉膛、二次中间再热、采用切圆燃烧方式、平衡通风、固态排渣、全钢悬吊结构塔式锅炉、露天布置燃煤锅炉。
如图1和表1所示,主汽系统流程为:给水进入省煤器进口集箱26后进入前、后烟道省煤器10,前后烟道省煤器为并联布置,水在省煤器中加热后进入省煤器出口集箱27,省煤器出口集箱中的水由炉膛下部水冷壁进口集箱4汇合后进入前后水冷壁1、2,在水冷壁中加热后进入水冷壁出口集箱28,水冷壁出口集箱连接汽水分离器19,分离器出口蒸汽依次进入低温过热器15和高温过热器31中,最终进入汽机做功。
锅炉炉前沿宽度方向垂直布置6只汽水分离器,其进出口分别与水冷壁和低温过热器相连接。当机组启动,锅炉负荷低于最低直流负荷30%BMCR时,蒸发受热面出口的介质流经分离器前的分配器后进入分离器进行汽水分离,蒸汽通过分离器上部管接头进入两个分配器后进入一级过热器,而饱和水则通过每个分离器筒身下方1根连接管道进入下方1只贮水箱中,贮水箱上设有水位控制。贮水箱下方1根疏水管道引至一个连接件。通过连接件一路疏水至再循环系统,另一路接至大气式扩容器中。
炉膛由膜式壁组成,水冷壁采用螺旋管加垂直管的布置方式。从炉膛冷灰斗进口到高温过热器末端处炉膛四周采用螺旋管圈;在高温过热器末端的上方为垂直管圈。
过热器汽温通过煤水比调节和两级喷水来控制。一、二次再热器汽温同步采用燃烧器摆动调节,通过烟气挡板调节一、二次再热器间吸热平衡。低温再热器出口连接管道上设置微量喷水。
1、受热面布置
二次再热锅炉和一次再热锅炉相比增加了一组高温受热面,有高温过热器、一次再热高温再热器和二次再热高温再热器,且再热器的吸热比例大幅增加,因此在设计中需要考虑合理进行受热面匹配以满足过热蒸汽和再热蒸汽吸热的变化,同时满足再热蒸汽出口温度提高的带来的安全性的要求。
如果按常规的一次再热设计理念,每一级受热面串联布置,会导致有一级高温受热面无法得到足够的换热温压,从而需要布置大量效率低下的换热面积。故在二次再热受热面设计中,大胆地采用部分再热器提前,吸收部分辐射热量,并将两次高再受热面并联布置的方式,达到换热、经济性、安全性的最佳平衡。由于低温过热器在一、二次再热高温再热器冷段之前,挡住了部分热辐射,因此将低温过热器设计成屏管式过热器,屏与屏之间的距离较大,距离大约是700毫米-1300毫米,优选900毫米-1100毫米,部分热辐射能够穿透低温过热器屏管,到达一、二次再热高温再热器冷段。一、二次再热高温再热器冷段设计成屏管式,部分布置在低温过热器的屏与屏之间空挡处的上方,能够接受热辐射,此处温度也较高,超过1000摄氏度,甚至达到1300摄氏度-1500摄氏度,具有较高的热辐射特性;一、二次再热高温再热器冷段还包括垂直段受热面(25),垂直段受热面(25)与一、二次再热高温再热器热段相连,垂直段受热面(25)设置在炉膛中,优选设置在炉膛中间位置,最优选设置在不带鳍片的隔墙17的两侧。设计成屏管式的低温过热器,屏与屏之间的距离较大,能够透过热辐射;低温过热器还包括垂直段受热面16,垂直段受热面16还可悬吊低温过热器管屏段上方的省煤器、再热器、高温过热器等,作为这些受热面的悬吊受力点。另外低温再热器与再热高温再热器冷段通过炉膛外的集箱相连,更具体的,低温再热器出口集箱与再热高温再热器冷段进口集箱通过管道相连。
2、调温方式
在机组运行过程中,往往需要无论在满负荷还是低负荷,过热蒸汽出口温度还是再热蒸汽出口温度均能达到设计值,这样机组就能获得较高的效率。在蒸汽出口温度较低的机组中,调温方式的选择已经是一个重要的课题,对于选用的600摄氏度以上的蒸汽出口温度、二次再热的二次再热超超临界机组,调温方式的选择就更为重要。
从各级蒸汽的做功能力来看,一次汽的温度级别高于二次汽的温度级别,二次汽的温度级别高于三次汽的温度级别。在进行调温方案选择时需要对各级蒸汽进行分别控制。
3、再热蒸汽调温方案
该实施例再热蒸汽调温方式:摆动燃烧器 烟气挡板 喷水减温。
调温的目标:通过采用有效的温度调节手段,确保一次再热蒸汽出口温度在50%~100%BMCR工况下和二次再热蒸汽出口温度在65%~100%BMCR工况下均能达到设计值。
为了有效解决低负荷时再热蒸汽的调温效果,燃烧器的设计能够上下摆动,通过燃烧器的摆动调节燃烧中心的高度,通过燃烧中心的调整改变炉膛出口的烟气温度,影响高温再热器的吸热量,从而调节再热蒸汽出口温度。由于一二次高再都设置了一部分吸收辐射热的受热面,火焰中心的变化对再热汽温的影响显著,可保证一二次再热器在较大负荷范围内达到额定汽温。同时选用烟气挡板调温方式,通过挡板开度控制进入前后分隔烟道中的烟气份额,改变一二次再热器间的吸热分配比例来达到调节一二次再热器出口温度平衡的目的。同时另外,在再热器的管道上配置喷水减温防止超温情况的发生和有效控制左右侧的蒸汽温度偏差。
低温再热器和高温再热器之间布置四点微量喷水减温,低温再热器进口布置两点喷水减温,在正常运行工况下喷水减温不投入运行,仅在紧急事故工况下运行,总的喷水能力为3%,管道和阀门的能力按照设计喷水量的250%考虑。
该方案一、二次再热汽的蒸汽进出口温度是比较接近的,一、二次再热器受热面面积的比例与一、二次再热吸热量比例也是基本一致的。故一、二次再热器受热面并联布置的形式可保证两次再热器吸热量随负荷变化的趋势是基本相同的。通过摆动燃烧器对火焰中心的调整,可保证一、二次再热器出口汽温都基本达到额定值,两者间本来就不大的吸热量差异再通过尾部烟气挡板的调整达到平衡。另外,一、二次再热器都布置了一部分辐射受热面,使锅炉具有了在较低负荷也具有良好再热汽温的特点。