[实用新型]适用于超高汽温的煤粉锅炉

说明书

技术领域

本实用新型涉及燃烧设备领域，特别地，涉及一种适用于超高汽温的煤粉锅炉。

背景技术

煤粉锅炉发电机组作为火力发电的核心技术经历了一百多年的发展历程。从亚临界到超临界，再到超超临界，我国燃煤火电技术在近几年中更是得到了迅猛发展。大力发展超超临界燃煤火电技术，提高机组效率，是当前实现节能减排、降低二氧化碳排放的最经济有效的途径。

目前，亚临界一次再热火电机组发电效率为37％左右，超临界一次再热火电机组发电效率为41％左右，而主蒸汽和再热蒸汽温度为600℃的超超临界一次再热火电机组发电效率可以达到44％左右，倘若进一步提高蒸汽参数，机组发电效率也有望实现进一步的提高。例如，当主蒸汽和再热蒸汽温度达到700℃及以上时，一次再热火电机组发电效率有望达到48.5％以上，而二次再热火电机组发电效率更是有望达到51％以上。因此，国内外(包括欧盟、美国和日本等)均在积极开展蒸汽温度达到甚至超过700℃的先进超超临界火力发电机组技术。

开发超高蒸汽参数(主蒸汽和再热蒸汽温度达到700℃及以上)的火力发电机组，面临许多重大技术问题。其中，主要的技术难点有两个，一是开发可以满足超高汽温的超超临界火力发电机组应用要求的高温合金材料，二是实现机组系统的设计优化，降低造价。

国内外研究表明，最有可能用于超超临界火力发电机组高温部件的高温合金材料主要为镍基合金。但这些镍基合金材料的价格非常高昂，是目前常规600℃等级的铁基耐热合金钢的15倍以上。按照目前常规火电机组的系统布置方式，若采用镍基合金材料，以2×1000MW超超临界机组为例，仅就连接主蒸汽和再热蒸汽与汽轮机之间的高温“四大管道”而言，其价格将由目前的约3亿元人民币增至约25亿元。加之锅炉及汽轮机高温部件采用耐热合金导致其造价的提高，最终使700℃等级的超超临界机组整体造价大大高于常规600℃等级火电机组，限制了超高蒸汽参数火电机组的应用和推广。

此外，常规主汽和再热蒸汽温度600℃及以下的火电机组，可以采用蒸汽一次再热或二次再热。虽然二次再热可以较大幅度提高机组效率，但由于采用二次再热后，机组系统复杂性较之一次再热系统增加，投资也有较大增长，限制了二次再热系统的应用。目前我国大型火电机组均采用一次再热系统，国外也仅有少量大型火电机组采用二次再热系统。若能通过优化机组系统设计，降低采用二次再热系统的复杂性和造价，将大大提高大型火电机组采用二次再热系统的现实可行性。

因此，如何优化机组系统的设计，减少高温材料(如四大管道)耗量，对于实现超高汽温超超临界机组的应用与推广，促进蒸汽二次再热系统在大型火电机组的应用，提高机组的发电效率，起着至关重要的作用。

专利号为200720069418.3的中国专利“一种新型汽轮发电机组”公开了一种通过将汽轮发电机组高、低轴系错落布置，从而减少二次再热机组高温高压蒸汽管道的长度和成本的方法，但是由于高压缸及发电机组成的高置轴系需要布置在80米左右的高度，会导致较严重的震动等问题出现，需要解决支撑和基础等重大技术难题，该布置方式尚未得到应用。

目前，国内外煤粉锅炉普遍采用的布置形式以型炉、塔式炉为主，少量采用“T”型炉。其中，型炉是目前国内大中型火电机组最常采用的锅炉布置形式，如图1所示，其特点是锅炉由炉膛和一个尾部烟道构成，一部分受热面布置在水平烟道及尾部烟道竖井当中。采用形布置锅炉，其炉膛高度相对塔式炉矮，对强烈地震地区以及大风地区有利，造价也低。但是由于烟气涡流和扰动较剧烈，烟气流动的均匀性较差，容易导致受热面受热不均，从而引起较大的温度偏差；并且燃用劣质燃料时，锅炉磨损较为严重。

而塔型炉则将所有受热面均布置在炉膛上方，尾部垂直烟道不布置受热面，如图2所示。相对型锅炉占地面积小，适合厂区用地紧张的工程。塔式锅炉由于烟气向上流动，烟气中的粉尘在重力作用下流速减慢或者向下沉降，因此对受热面的磨损大大降低。并且烟气流动的均匀性较好，受热面及工质的温度偏差较小。另外，塔形锅炉结构简单，锅炉膨胀中心和密封设计容易处理，布置紧凑。因此，对于超超临界机组，塔式炉具有一定的优势。

“T”型炉则是将尾部烟道分成尺寸完全一样的两个对流竖井烟道，对称地布置在炉膛两侧，如图3所示，以解决型炉尾部受热面布置困难的问题，也可使炉膛出口烟窗高度减小，减小烟气沿高度的热偏差，并且竖井内的烟气流速可降低，减少磨损。但占地面积比型布置更大，汽水管道连接系统复杂，金属消耗量大，国内应用较少。