电站锅炉

所谓电站锅炉,通俗来讲就是电厂用来发电的锅炉。一般容量较大,现在主力机组为600MW,目前较先进的是超超临界锅炉,容量可达1000MW。 电站锅炉主要有两类:煤粉炉和循环流化床锅炉。这两类锅炉是目前电站所用的主要类型。流化床炉和煤粉炉的最大区别是液体和煤块粉状。电站锅炉蒸发系统内介质的循环有自然循环、辅助循环、直流和复合循环4种方式。电站锅炉的“水冷壁”、“过热器管”、“再热器管”、“省煤器管”的高温腐蚀和磨损,是造成管道泄露的主要原因,也是常见的技术问题,它给电厂的安全运行带来很大威胁,常常导致事故的发生。

简介

循环流化床锅炉(简称CFB),其燃烧机理是把固态的燃料流体化,使它具有液体的流动性质促成燃烧。可以加石灰或煤矸石除硫,比较环保。循环流化床锅炉燃烧的是煤颗粒对锅炉的磨损比较严重,维修费用一般都挺高.。

电站煤粉炉,只是把煤磨细成煤粉,然后用空气吹入炉膛燃烧。燃烧的是粉末对锅炉磨损较小,比循环流化床锅炉好控制,给锅炉加压或着降压的时候它的反应时间比循环流化床快。

前景

火力发电是我国主要的发电方式,电站锅炉作为火力电站的三大主机设备之一,伴随着我国火电行业的发展而发展。

近年来,环保节能成为中国电力工业结构调整的重要方向,火电行业在"上大压小"的政策导向下积极推进产业结构优化升级,关闭大批能效低、污染重的小火电机组,在很大程度上加快了国内火电设备的更新换代。

中国的电站锅炉产业,它既不是"朝阳产业",也不是"夕阳产业",而是与人类共存的永恒产业。伴随我国国民经济的蓬勃发展,近年来工业锅炉制造业取得了长足的进步。其突出成效是:行业标准日益规范,技术水平逐步提高,产品品种不断增加,经济规模显着扩大。

据《2013-2017年 中国电站锅炉行业深度调研与投资预测分析报告》显示,2011年1-12月,电站锅炉及辅助设备制造业销售收入总额达到(规模以上工业企业销售收入之和)1447.276亿元,同比增长21.69%;利润总额达到113.940亿元,同比增长40.06%。2012年1-9月,锅炉及辅助设备制造业销售收入总额达到1089.477亿元,同比增长7.59%;利润总额达到73.914亿元,同比增长2.89%。

我国电站锅炉行业是一个不断发展的产业,同时锅炉行业和企业也面临着各种挑战。锅炉行业必须坚持市场导向战略,紧紧依靠科技进步,依靠科技创新,在国家能源和环保政策的引导下,调整企业结构和产品结构,制造销售符合市场需求的锅炉才能在激烈的市场竞争中占有一席之地。

"十二五"期间,火力发电在全国电力中的比例将下降4-5个百分点,然而中国煤炭丰富、电力偏紧的资源特征决定了在今后相当长的一段时间内,火力发电仍将在电力工业中占据重要地位。

前瞻产业研究院表示,虽然当前火电发展增速减慢,但长远来看,在环保技术进步、发电成本降低、电力需求增加等积极因素的推动下,火电行业未来发展前景较为乐观。由此可见,火电站用燃煤锅炉市场发展潜力巨大,其中CFB锅炉、IGCC气化炉的增长潜力将更为显着。

技术问题

电站锅炉的“水冷壁”、“过热器管”、“再热器管”、“省煤器管”的高温腐蚀和磨损,是造成管道泄露的主要原因,也是常见的技术问题,它给电厂的安全运行带来很大威胁,常常导致事故的发生。电厂简称其为电站锅炉“四管”。

布置方式

大型电站锅炉安装

主要有前墙布置、前后墙对冲布置和四角布置。按前两种方式布置时,一般采用旋流式燃烧器,其优点是煤粉管道布置较简单,但不宜用于低挥发分和高灰分的燃料。四角布置就是把直流式燃烧器布置在炉膛四角,其喷口中心线与炉膛中心的一个假想圆相切。四角布置的缺点是风道布置较复杂,但燃烧比较稳定,它适用于多种燃料(包括褐煤、烟煤和贫煤等)。

结构类型

电站锅炉的本体结构类型主要取决于燃料特性、锅炉容量和蒸汽参数等因素。常见的有倒U型、塔型和箱型。

倒U型

适用于各种容量的锅炉和燃料,故应用广泛。锅炉的高度比其他炉型低,受热面布置较方便,风机和除尘设备都可放在地面上,但占地面积较大。图1中的锅炉本体便是倒U型的一个实例。

塔型

适用于燃用多灰烟煤和褐煤的锅炉,无转弯烟道,可减轻飞灰对受热面的局部磨损,且占地面积较小。但炉体高,安装和检修较复杂。

箱型

适用于容量较大的燃油和燃气锅炉。炉膛以上的烟道分为两部分:一部分直接接在炉膛出口,烟气上流;另一部分烟气下流。其优点是结构紧凑,占地面积较小,锅炉与汽轮机的连接较方便。缺点是制造工艺较复杂,检修困难。

循环方式

大型电站锅炉安装工程

电站锅炉蒸发系统内介质的循环有自然循环、辅助循环、直流和复合循环4种方式。

自然循环

依靠蒸发系统的下降管和上升管中工质的密度差建立循环。超高压以下的锅炉普遍采用自然循环方式。亚临界压力锅炉也可采用自然循环方式,但锅筒内压力一般限于20兆帕以下。

辅助循环

与自然循环的主要差别是在蒸发系统的下降管和上升管之间装有循环泵。循环推动力除靠工质密度差以外,还加上循环泵的压力。因此蒸发面的布置较自由,锅筒直径也可较小。这种循环方式主要用于亚临界压力的锅炉。

直流锅炉

直流锅炉中没有锅筒,给水依靠给水泵压力通过各级受热面最终全部变成过热蒸汽输出。直流锅炉广泛用于高压以上的机组,它能用到超临界压力参数。直流锅炉因没有锅筒,采用小直径的管子,锅炉中汽水和金属的蓄热量比较小,也不能靠排污去除随给水进入锅炉的盐分,所以对自动控制和水处理要求比较高。

复合循环

在直流锅炉汽水系统中增设循环泵,把直流锅炉与辅助循环二者结合起来。复合循环锅炉的汽水系统有多种布置方案。图3是一个典型的超临界压力复合循环示意图。在高负荷时,循环泵作为增压泵,系统按直流锅炉方式运行。当低于一定负荷投入再循环时,通过水冷壁的流量为给水流量与再循环流量之和。这种系统的特点是减小了高、低负荷下水冷壁中流速的差值,有利于低负荷运行,且高负荷时的流动阻力也不致太大。图4为一种亚临界压力的复合循环系统,也称为低倍率循环。在这种系统中,蒸发受热面出口装设汽水分离器。满负荷时的循环倍率在1.2~2.0之间。同纯直流锅炉相比,低倍率循环锅炉的蒸发系统的阻力较小,更适于变压运行,而且所用分离器的直径远小于一般的锅筒。

锅炉

流化床锅炉

是在鼓泡床锅炉(沸腾炉)的基础上发展起来的,因此鼓泡床的一些理论和概念可以用于循环流化床锅炉。但是又有很大的差别。早期的循环流化床锅炉流化速度比较高,因此称作快速循环循环床锅炉。快速床的基本理论也可以用于循环流化床锅炉。鼓泡床和快速床的基本理论已经研究了很长时间,形成了一定的理论。要了解循的原理,必须要了解鼓泡床和快速床的理论以及物料从鼓泡床→湍流床→快速床各种状态下的动力特性、燃烧特性以及传热特性。

流态化

中国电站锅炉技术标准规范汇编

当固体颗粒中有流体通过时,随着流体速度逐渐增大,固体颗粒开始运动,且固体颗粒之间的摩擦力也越来越大,当流速达到一定值时,固体颗粒之间的摩擦力与它们的重力相等,每个颗粒可以自由运动,所有固体颗粒表现出类似流体状态的现象,这种现象称为流态化。

对于液固流态化的固体颗粒来说,颗粒均匀地分布于床层中,称为“散式”流态化。而对于气固流态化的固体颗粒来说,气体并不均匀地流过床层,固体颗粒分成群体作紊流运动,床层中的空隙率随位置和时间的不同而变化,这种流态化称为“聚式”流态化。循环流化床锅炉属于“聚式”流态化。

固体颗粒(床料)、流体(流化风)以及完成流态化过程的设备称为流化床。

临界流化速度

《电站锅炉压力容器压力管道安全技术》

1.对于由均匀粒度的颗粒组成的床层中,在固定床通过的气体流速很低时,随着风速的增加,床层压降成正比例增加,并且当风速达到一定值时,床层压降达到最大值,该值略大于床层静压,如果继续增加风速,固定床会突然解锁,床层压降降至床层的静压。如果床层是由宽筛分颗粒组成的话,其特性为:在大颗粒尚未运动前,床内的小颗粒已经部分流化,床层从固定床转变为流化床的解锁现象并不明显,而往往会出现分层流化的现象。颗粒床层从静止状态转变为流态化进所需的最低速度,称为临界流化速度。随着风速的进一步增大,床层压降几乎不变。循环流化床锅炉一般的流化风速是2-3倍的临界流化速度。

2.影响临界流化速度的因素:

(1)料层厚度对临界流速影响不大。

(2)料层的当量平均料径增大则临界流速增加。

(3)固体颗粒密度增加时临界流速增加。

(3)流体的运动粘度增大时临界流速减小:如床温增高时,临界流速减小。

爆破预防

成因

炉外小管道爆破主要有焊缝爆破和冲刷、腐蚀减薄爆破两种。在设计、施工、运行及检修等各个环节上质量把关不严,是导致炉外小管道爆破事故的主要原因。

1.1 设计方面的原因

按设计惯例,DN≤80 mm的管道,锅炉厂及设计院均不提供施工布置图,而施工单位往往也不进行二次设计,管道的安装位置只能根据现场的实际条件决定。按此施工,可能会产生两方面的缺陷:一是管道支承不合理,或直管段过长,造成管子受热时膨胀受阻,导致焊缝产生应力裂纹;二是弯头过多,管路过长,流动阻力大,管内介质温降过大,不同温度的介质汇合后容易造成高温主管或设备产生热疲劳裂纹。另外,在设计疏水、排污等管道时,阀门后的管道材料按降温降压考虑,造成阀门前、后管段的材质不一致,这就满足不了热态启动及主汽温急剧下降事故发生时的使用要求。

1.2 施工方面的原因

(1) 管道安装工艺不良

管子对口处错口,冲刷减薄后焊口爆破;过热器不锈钢取样管等的焊接普遍采用火焰焊对接方法,造成焊缝质量差。

(2) 管道加工质量差

管子冷弯后弯曲半径过小、椭圆度和波浪度偏大,造成有效通径减小,弯头处容易因冲刷减薄而爆破。

(3) 质量检验要求不严

施工规范DL5007-92焊接篇明确将锅炉水压范围内的*76 mm以下的疏水、放水、排污、取样管子定为Ⅲ类接头,即一次或二次门后的施工焊缝仅作外观检查,不作探伤;与主蒸汽管相连的疏水管,被误认为只作启动疏水,将其划为Ⅱ类焊接接头,仅按5%的检验量控制检验,造成检验率大大低于50%,这些焊缝的质量均无法保证管道在高温高压下的使用要求。

1.3 运行维修方面的原因

(1) 监督管理不严

运行、检修单位对炉外小管道安全运行的重要性认识不足,没有将炉外小管道纳入监督检查范围,致使管道严重腐蚀、冲刷减薄和阀门泄漏等缺陷长期存在。

(2) 检修质量不高

检修单位力量不足,焊接、金属检验水平不高,大、小修时只重视锅炉本体及压力容器,忽视炉外小管道,检修质量难以保证。

(3) 超期服役普遍

按《电力工业锅炉压力容器检验规程》(DL647-1998)的规定,与过热器出口联箱、集汽联箱、主蒸汽管相连的小口径管、弯头、三通和阀门,运行105 h以上,应全部更换。

预防

2.1 对炉外小管道的安全运行给予充分的重视

生产单位必须转变观念,统一思想,充分认识炉外小管爆破事故的危害性和采取有效防范措施的必要性,加大管理力度,摸清炉外小管道的实际工作状况,堵塞漏洞,遏止炉外小管恶性爆管事故的发生。

2.2 加强对设计、施工等环节的管理

在设计、施工时,要把炉外小管道与相应等级的母管、阀门前与阀门后的管子同等对待,提高小管道的安装检修工艺和质量验收标准,加强焊缝探伤和安装工艺的检查和监督,把安全、质量隐患消灭在初始阶段。

2.3 加强生产运行阶段的监检

电厂应将在役炉外小管道纳入厂金属监督范围,研究制定出炉外小管的监督方法、周期和标准,结合大、小修付之实施。特别是管道焊缝、弯头、阀门、支吊架等薄弱环节,是金属监督和定期检验的重点部位。对炉外小管的监检要形成制度,使其安全运行切实得到保障。

2.4 更换处理不合格的管段

对炉外小管道进行普查,对于腐蚀、冲刷减薄超标、焊缝缺陷超标的管道或管件,应进行更换或消缺处理;对于从过热器出口联箱、集汽联箱引出的空气、疏水、压力信号等小口径管,以及与主蒸汽管相联的小管道、弯头、三通和阀门,运行105 h以上的,作全部更换处理。

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