超净排放技术的1000MW超超临界火电机组锅炉设备及优化运行9787502489038

1 绪 论

1.1锅炉的作用及分类

1.1.1锅炉的作用

锅炉是利用燃料或其他能源燃烧所产生的热能，将水加热或生成蒸汽的设备。锅炉包括锅和炉两大部分，锅的原义是指在火上加热的盛水容器，炉是指燃烧燃料的场所。锅炉产生的热水或蒸汽可直接为生产和生活提供所需的热能，也可通过蒸汽动力装置转换为机械能，或再通过发电机将机械能转换为电能。提供热水的锅炉称为热水锅炉，主要用于生

活，在工业生产中也有少量应用。产生蒸汽的锅炉称为蒸汽锅炉，又称蒸汽发生器，常简称为锅炉，是蒸汽动力装置的重要组成部分，广泛用于火电站、船舶、机车和工矿企业。

在电站锅炉中，将煤、石油、天然气等化学燃料燃烧释放出来的热能，通过金属壁受热面传给其中的工质——水，把水加热成具有一定压力和温度的蒸汽驱动汽轮机做功，把热能转变为机械能，再由汽轮机带动发电机，将机械能转变为电能供给各用户。

电站锅炉中的“锅”指的是工质流经的各个受热面，一般包括省煤器、水冷壁、过热器、再热器以及通流分离器件，如联箱、汽水分离器等：“が”一般指的是燃料的燃烧场所以及烟气通道，如炉膛、水平烟道及尾部烟道等。

1.1.2锅炉的分类

电结锅炉可以按循环方式、燃烧方式、排渣方式、运行方式以及燃料、蒸汽参数、炉型，通风方式等进行分类，其中按循环方式和蒸汽参数的分类最为普遍。

（1）按照循环方式可分为自然循环锅炉，控制循环锅炉和直流锅炉。

（2）按照蒸汽参数（出口蒸汽压力）可分为低压锅炉（≤2.45MPa）、中压锅炉

（2.94-4.90MPa）、高压锅炉（7.8-10.8MPa），超高压锅炉（11.8-14.7MPa）、亚临界

压力锅炉（15.7-19.6MPa）、超临界压力锅炉（>22.1MPa）和超超临界压力锅炉

(>27MPa)。

（3）按燃烧方式可分为层式燃烧锅炉、悬浮燃烧锅炉，旋风燃烧锅炉和循环流化床锅炉，其中悬浮燃烧锅炉常见的火焰型式有切圆燃烧、墙式及对冲、U型、W型等很多种燃烧方式。

（4）按使用燃料可分为燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉及燃用其他燃料（如垃圾、沼气等）锅炉。

（5）按照排渣方式可分为固态排渣和液态排渣两种。固态排渣是指炉膛下部排出的灰渣呈灼热的固态，落人排渣装置经冷却水粒化后排出。液态排渣指炉膛内的灰渣以熔融状态从炉膛底部排出。20世纪50-60年代为了强化燃烧和解决燃用低挥发分低灰熔点燃煤的困难，液态排渣炉发展较快，但因燃烧温度高、排出NO，较多对环境保护不利且对煤种变化敏感、运行可靠性易受影响等因素限制，现在基本停用，大部分锅炉采用固态排渣方式。

（6）按通风方式可分为平衡通风锅炉、微正压锅炉（2-4kPa）和增压锅炉。所谓平衡通风锅炉指的是进人锅炉的供风由风机提供，燃烧后的烟气经风机抽吸出去，炉膛燃烧室呈负压状态（-50--200Pa），现在大型电站锅炉基本都采用平衡通风方式。微正压锅

炉炉壳密封要求高，多用于燃油、燃气锅炉。增压锅炉炉内烟气压力高达1-1.5MPa，多用于燃气-蒸汽联合循环锅炉。

（7）按锅炉型式分类，有Ⅱ型锅炉、箱型锅炉、塔式锅炉以及D型锅炉等。Ⅱ型锅

炉是电站锅炉最常见的一种炉型，几乎适用于各种容量和不同燃料；箱型锅炉和D型锅炉主要燃烧重油和天然气；塔式锅炉更适用于燃烧多灰分烟煤和褐煤。

（8）各主要锅炉制造厂的产品已形成相应的风格和特色，出现了各锅炉技术派系。在20世纪，美国、日本和一些欧洲国家已经形成了各具特色的三个技术派系，即承袭美国Babeock and Wilcox(B&W）公司特色、承袭原美国Combustion Engineering(CE）公司特色和承袭美国Foster Wheeler（FW）公司特色的派系，其主要特点如下：

1）B&W派系：①亚临界压力下的锅炉都采用自然循环锅炉，即锅炉汽包内采用旋风分离器；②采用前墙、后墙或者对冲布置的旋流式燃烧器；③过热汽温和再热汽温多采用烟道挡板或烟气再循环调温；④对于超临界压力的锅炉采用欧洲本生式直流锅炉和通用压力锅炉。

2）CE派系：①蒸汽压力在13.7MPa表压以下的采用自然循环，亚临界压力采用控制循环汽包锅炉，汽包内采用轴流式汽水分离器；②采用角置切向燃烧摆动直流燃烧器；③过热汽温采用喷水调节，再热汽温采用摆动式燃烧器加微量喷水调节；④超临界压力采用苏尔寿直流锅炉和复合循环锅炉。

3）FW派系：①亚临界压力下采用自然循环，汽包内部常用水平式分离器：②采用前、后墙或对冲布置旋流式燃烧器；③广泛采用辐射过热器，甚至炉膛内设置全高的墙式过热器或双面曝光的过热器隔墙，用烟气挡板调温；④超临界压力采用FW-本生式直流锅炉。

另外，德国因为自身的煤炭资源较丰富，煤种以褐煤居多，所以德国的锅炉技术发展相对独立，对于1000MW以上机组均采用本生式直流锅炉，而且都考虑变压运行。

1.2超超临界锅炉的发展概况

在我国，煤炭在一次能源结构中占主导地位，决定了长期以来电力生产中以煤炭为主的格局。2018年火电机组装机容量占比60.2%左右，其中燃煤电站装机容量占比53.6%。

1.2.1国外超超临界机组的发展概况

世界上超临界发电技术的发展过程大致上可分为两个阶段：

第一阶段：从20世纪50~80年代，主要以美国、德国、日本等国为技术代表。初期技术发展的起步参数就是超超临界参数。美国于20世纪50年代末投运了两台具有代表性