华能营口电厂二期工程2×600MW超超临界机组设计特点
摘要：华能营口电厂二期工程2×600MW超超临界机组，是我国最先投运的600MW级超超临界机组，本文介绍锅炉设备及其系统在系统拟定、设备选型和主厂房布置等方面的设计特点。
关键词：超超临界 锅炉 性 主厂房布置
1 概述
华能营口电厂二期工程安装两台600MW超超临界机组，三大主机由哈尔滨三大动力厂引进日本三菱技术设计制造。两台机组分别于2007年8月31日及10月14日移交生产，通过投产后运行实践，两台机组各项指标达到设计要求
2 锅炉设计特点
2.1 锅炉型式
锅炉为超超临界参数、单炉膛、一次中间再热、平衡通风、墙式切圆燃烧、紧身封闭结构、固态排渣、全钢构架、带启动循环泵、全悬吊结构Π型变压运行直流炉。
锅炉型号：HG-1795/26.15-YM1型
锅炉主要热力参数见下表：
| 名 称 | 单位 | BMCR | BRL | 35%BMCR |
过热蒸汽流量 | t/h | 1795 | 1622 | 628 |
过热器出口蒸汽压力 | MPa(g) | 26.15 | 25.96 | 12.87 |
过热器出口蒸汽温度 | ℃ | 605 | 605 | 605 |
再热蒸汽流量 | t/h | 1464 | 1331 | 513 |
再热器进口蒸汽压力 | MPa(g) | 4.84 | 4.39 | 1.69 |
再热器出口蒸汽压力 | MPa(g) | 4.62 | 4.19 | 1.61 |
再热器进口蒸汽温度 | ℃ | 350 | 338 | 333 |
再热器出口蒸汽温度 | ℃ | 603 | 603 | 579 |
省煤器进口给水温度 | ℃ | 293 | 286 | 229 |
预热器出口一次风温度 | ℃ | 340 | 333 | 285 |
预热器出口二次风温度 | ℃ | 346 | 340 | 286 |
排烟温度（未修正） | ℃ | 130 | 127 | 95 |
排烟温度（修正后） | ℃ | 124 | 121 | 105 |
燃料消耗量 | t/h | 235 | 217 | 98 |
热效率（按低位发热量） | % | 93.72 | 93.84 | 94.23 |
保证热效率（按低位发热量） | % | 93.22 | —— | —— |
截面热负荷 | MW/m2 | 4.6 | 4.2 | 1.8 |
容积热负荷 | kW/m3 | 84 | 77 | 33 |
燃烧器区域热负荷 | kW/m2 | 1390 | 1280 | 550 |
一次风率 | % | 24.5 | 25.9 | 32.3 |
炉膛出口过剩空气系数 | - | 1.15 | 1.15 | 1.50 |
2.2 锅炉设备主要设计特点
营口电厂锅炉采用引进日本三菱公司技术生产的超超临界锅炉，采用正方形单炉膛、П型布置、悬吊结构。燃烧器布置为墙式切圆燃烧方式。水冷壁采用垂直管圈。
1) 采用改进型的内螺纹管垂直水冷壁，以减少水冷壁沿各墙宽的工质温度和管子壁温的偏差，最低直流负荷降至25％BMCR，可降低锅炉启动给水泵和锅炉启动循环泵容量。
2) 在保证水冷壁出口工质必需的过热度的前提下，采用较低的水冷壁出口温度（437℃），并把汽水分离器布置于顶棚、包墙系统的出口。
3) 汽温调节手段的多样化，除过热器采用三级六点的喷水外，直流运行时主要靠改变煤/水比来调节过热汽温，再热汽温主要调节手段为烟气分配挡板，而以燃烧器摆动作为辅助调节手段，再热器还加装事故喷水减温装置，过热器采用三级喷水。
4) 锅炉启动系统采用带炉水再循环泵的启动系统。
5) 墙式切向燃烧相对于四角燃烧具有较强的低负荷能力，并可防止烟气偏差。
6) 独特的PM燃烧器能有效抑制NOX的排放，自身的着火能力强，能保证较高的燃烧效率。
7) 过热蒸汽温度是通过煤水比进行控制，即对于相同的给水流量（即相同的蒸汽流量）当入炉煤量增加时，过热蒸汽温度就升高；而入炉燃料量减少时，过热蒸汽温度降低，与带汽包的循环锅炉相比，过热蒸汽温度的调节和控制相对容易，有效防止过热器超温。
8) 再热器采用尾部分隔烟道烟气挡板调温，通过调节尾部竖井前后烟道挡板的开度来控制前后烟道（再热器烟道和过热器烟道）的烟气分配比例，在不同负荷调节再热器的吸热量。当负荷过时，可辅以调整过量空气系数来增加再热器的对流吸热量。在再热器入口设有事故喷水减温器，当因故引起再热蒸汽入口温度意外升高时，可通过该减温器保护再热器。可有效防止再热器超温。
3 设计条件
3.1 煤质资料
本工程设计及校核煤种均为山西晋北烟煤。
煤质及灰成分分析见下表：
煤质分析
| 项 目 | 符号 | 单位 | 设计煤质 | 校核煤质 | |
分 析 | 收到基水分 | Mar | % | 10.29±3 | 10.74 |
空气干燥基水分 | Mad | % | 1.53 | 1.59 | |
收到基灰分 | Aar | % | 21.94±10 | 29.73 | |
干燥无灰基挥发份 | Vdaf | % | 33.33±5 | 30.24 | |
收到基低位发热值 | Qnet,ar | MJ/kg | 22.03±2.09 | 19.962 | |
|
| kcal/kg | 5268±500 | 4774 | |
可磨性系数 | HGI | - | 53.44 | 45.32 | |
灰变形温度 | DT | ℃ | 1137 | 1170 | |
灰软化温度 | ST | ℃ | 1269 | 1295 | |
灰融化温度 | FT | ℃ | 1390 | 1340 | |
元素 分 析 | 收到基碳 | Car | % | 55.63 | 47.07 |
收到基氢 | Har | % | 3.29 | 3.09 | |
收到基氧 | Oar | % | 7.50 | 7.93 | |
收到基氮 | Nar | % | 0.86 | 0.94 | |
收到基硫 | St,ar | % | 0.49 | 0.50 | |
灰 成 份 分 析 表
| 名 称 | 符 号 | 单 位 | 设计煤种 | 校核煤种 |
二氧化硅 | SiO2 | % | 49.86 |
|
三氧化二铝 | Al2O3 | % | 15.84 |
|
三氧化二铁 | Fe2O3 | % | 22.37 |
|
氧化钙 | CaO | % | 2.84 |
|
三氧化硫 | SO3 | % | 1.06 |
|
氧化镁 | MgO | % | 0.87 |
|
氧化钾 | K2O | % | 2.02 |
|
氧化钠 | Na2O | % | 2.02 |
|
二氧化钛 | TiO2 | % | 1.38 |
|
其它 |
| % | 1.74 |
3.2点火及助燃油
锅炉点火和低负荷助燃采用0#轻柴油。
本期工程不增设新的燃油泵房，但须在一期燃油泵房增设1台供油泵，其与一期工程的1台НЛС-65/35-500型电动油泵互为100%容量备用，锅炉的点火及助燃油通过这2台供油泵加压后，经过供油母管分别输送至每台锅炉。
燃料油油质特性表
| 名称 | 单位 | 数据 |
水份 |
| 痕迹 |
灰份 | % | ≯0.025 |
硫份 | % | ≯0.2 |
机械杂质 | % | 0 |
闭口闪点 | ℃ | 65 |
凝固点 | ℃ | 0 |
运动粘度 | 10-6m2/s | 3.0~8.0 |
低位发热量 | kJ/kg | 41868 |
3.3燃料消耗量
根据煤质分析资料，本期2台600MW超超临界机组，锅炉BMCR工况耗煤量见下表：
| 工况 机组容量及煤种 | 时耗煤量 | 日耗煤量 | 年耗煤量 | |
1×600MW | 设计煤种 | 235 | 4700 | 129.25 |
校核煤种 | 262 | 5240 | 144.1 | |
2×600MW | 设计煤种 | 470 | 9400 | 258.5 |
校核煤种 | 524 | 10480 | 288.2 | |
注：每日按20小时，每年按5500小时计。
4 制粉系统设计特点
本工程设计煤质的干燥无灰基挥发份Vdaf为33.33％，哈氏可磨系数HGI为53.44，制粉系统采用中速磨煤机、正压直吹式制粉系统，每台锅炉配6台中速磨煤机，其中1台备用。5台磨煤机运行可满足BMCR工况运行的要求，锅炉采用墙式切圆燃烧。每台磨煤机引出4根煤粉管道连接到锅炉四侧炉墙的燃烧器，根据锅炉负荷的变化可以停用任何一台磨煤机和对应的燃烧器。中速磨煤机正压直吹式制粉系统结构紧凑，性能可靠，并且有较宽的煤粉细度可调范围。
中速磨煤机可选用MPS（ZGM）中速磨煤机或HP中速磨煤机。从现有电厂运行情况看，对RP磨改进并采用堆焊辊套的HP磨煤机其耐磨件寿命与MPS磨煤机基本持平。MPS磨煤机煤粉颗粒均匀，磨损后期出力下降幅度较小，石子煤量小，但最低出力较大。HP磨煤机较MPS磨煤机具有磨辊检修简单的优点, MPS-HP-II型磨煤机，可不起吊分离器检修磨辊。总的来看，MPS（ZGM）中速磨煤机与HP中速磨煤机相比各有优势，均能满足本工程制粉系统的要求。
最终本工程选用了HP1063型中速磨煤机。煤粉细度为200目筛中通过量不小于80%。
磨煤机技术数据表
| 序号 | 项目 | 单位 | BMCR | BRL | 75% | 50% | 35% | 30% | 高加全切 |
1 | 燃煤量 | t/h | 235 | 217 | 185 | 130 | 93 | 80 | 224 |
2 | 收到基水分 | % | 10.29 | ||||||
3 | 空气干燥基水分 | % | 1.53 | ||||||
4 | 煤的可磨性系数 | HGI | 53.44 | ||||||
5 | 煤粉细度R90 | % | 13 | ||||||
6 | 磨煤机运行台数 | 台 | 5 | 5 | 4 | 3 | 2 | 2 | 5 |
7 | 磨煤机最大出力 | t/h | 67.1 | ||||||
8 | 磨煤机计算出力 | t/h | 47 | 43.4 | 46.25 | 43.3 | 46.5 | 40 | 44.8 |
9 | 磨煤机保证出力 | t/h | 60.4 | ||||||
10 | 磨煤机最小出力 | t/h | 16.8 | ||||||
11 | 磨煤机最大通风量 | t/h | 125.87 | ||||||
12 | 磨煤机计算出力下通风量 | t/h | 110.79 | 108.09 | 110.23 | 108.03 | 110.41 | 105.54 | 109.14 |
13 | 磨煤机保证出力下通风量 | t/h | 120.84 | ||||||
14 | 磨煤机最小出力下通风量 | t/h | 88.11 | ||||||
15 | 磨煤机入口干燥介质温度 | ℃ | 205 | 171 | 176 | 171 | 172 | 169 | 173 |
16 | 磨煤机转速 | r/min | 30.3 | ||||||
17 | 磨煤机最大出力下通风阻力 | kPa | 4.0 | ||||||
18 | 磨煤机计算出力下通风阻力 | kPa | 3.1 | 3.0 | 3.1 | 2.95 | 3.08 | 2.8 | 3.0 |
19 | 磨煤机保证出力下通风阻力 | kPa | 3.7 | ||||||
20 | 磨煤机的密封风量 | t/h | 5.1 | ||||||
21 | 磨煤机的密封风压（或与一次风压的差值） | kPa | 2.0 | ||||||
22 | 磨煤机出口风量（包括密封风量） | t/h | 114.41 | 113.19 | 115.33 | 113.13 | 115.51 | 110.64 | 114.24 |
23 | 磨煤机出口温度 | ℃ | 77 | ||||||
24 | 磨煤机出口煤粉水份 | % | 1.53 | ||||||
25 | 磨煤机单位功耗 | kWh/t | 9.8 | 10.2 | 10.0 | 10.2 | 9.9 | 10.5 | 9.8 |
5 烟风系统设计特点
烟风系统按平衡通风设计。空气预热器采用三分仓，分成一次风、二次风和烟气系统三个部分。三分仓空气预热器配有主驱动交流电机，备有驱动交流电机，并设有停车报警系统。每台空气预热器均设有热电偶火灾报警、轴承油温报警及消防设施。空气预热器设有伸缩式吹灰和水冲洗系统，并配有空气预热器检修所需的装置。空气预热器运行后漏风率不大于6％，在运行一年以后不大于8％。空气预热器漏风率为8％，一次风率为24.5％。
5.1 一次风系统
该系统主要供给磨煤机干燥燃煤和输送煤粉所需的热风、磨煤机调温风（冷风）。系统内设2台50%容量的动叶可调轴流式一次风机，其进口装有消声器。为使两台一次风机出口风压平衡，空预器出口的热一次风和调温用的冷一次风均设有母管。
为防止环境温度较低时空气预热器冷端腐蚀，进入空气预热器的一次风机入口装设暖风器。每台锅炉配置2台一次风机，其选择符合《火力发电厂设计技术规程》DL 5000-2000的要求。一次风机的风量包括锅炉在最大连续蒸发量时所需的一次风量、磨煤机和给煤机的密封风量和锅炉厂保证的空气预热器漏风量（烟气侧8％）。
TB点流量裕度为 40％
TB点压头裕度为 30％
5.2 二次风系统
该系统供给燃烧所需的空气。设有两台50%容量的动叶可调轴流风机，其进口装有消声器。为使两台风机出口风压平衡和运行灵活，在风机出口风门后设有联络风管。在空气预热器风门后设有联络风管，使出口热二次风风压平衡和运行灵活。
为防止环境温度较低时空气预热器冷端腐蚀，进入空气预热器的二次风机入口装设暖风器。每台锅炉配置2台送风机，其选择符合《火力发电厂设计技术规程》DL 5000-2000的要求。送风机的风量包括锅炉燃用设计煤质锅炉在最大连续蒸发量时所需的二次风量和燃烬风量，以及锅炉厂保证的空气预热器漏风量（烟气侧8％）。
TB点流量裕度为 10%
TB点压头裕度为 15%
5.3 火焰检测冷却风系统
火焰检测冷却风系统设2台火焰检测冷却风机，为火焰检测探头提供冷却风。
5.4 烟气系统
该系统是将炉膛中的烟气抽出，经过尾部受热面、空气预热器、静电除尘器和烟囱排向大气。在除尘器后设有2台50%容量的轴流式静叶可调引风机。为使单台引风机故障时，除尘器不退出运行，在两台除尘器出口烟道上设有联络管，每台引风机入口设有挡板门。除尘器阻力为不大于250Pa，漏风率为不大于3％。正常运行时，联络管也起平衡烟气压力的作用。两炉合用一座钢质单内筒烟囱，在吸风机出口装有严密的挡板风门，作隔离用。
5.5 密封风系统
该系统供磨煤机、给煤机的密封风。每台炉设2台100%容量的密封风机，1台运行、1台备用。密封风机采取从一次风机出口冷风道上吸风方式。密封风机由磨煤机制造厂家配套提供。
5.6 辅助设备选择
5.6.1 一次风机
每台锅炉配2台50%容量的动叶可调轴流式一次风机，由上海鼓风机厂有限公司生产，型号为: PAF19-13.3-2型。电动机型号为YKK710-4型。
一次风机的参数汇总见下表：
序号 | 工况 | TB工况 | BMCR工况 | THA工况 | |
1 | 风机入口流量(m3/s) | 120 | 85 | 77.25 | |
2 | 风机入口温度(℃) | 28 | 23 | 23 | |
3 | 入口空气比重（kg/m3） | 1.157 | 1.179 | 1.179 | |
4 | 风机全压升(Pa) | 17513 | 13404 | 12049 | |
5 | 风机全压效率（%） | 82.36 | 88.22 | 88.09 | |
6 | 风机转速（r/min） | 1470 | 1470 | 1470 | |
7 | 风机轴功率(kW) | 2326 | 1247 | 1015 | |
8 | 电动机功率(kW) | 2500 | |||
5.6.2 送风机
每台锅炉配2台50%容量的动叶可调的轴流送风机，由上海鼓风机厂有限公司生产，型号为: FAF23.7-14-1型。电动机型号为YKK560-6型。
送风机的参数汇总见下表：
| 序号 | 工况 | TB工况 | BMCR工况 | THA工况 | |
1 | 风机入口流量(m3/s) | 190 | 170 | — | |
2 | 风机入口温度(℃) | 28 | 26 | — | |
3 | 入口空气比重（kg/m3） | 1.161 | 1.169 | — | |
4 | 风机全压升(Pa) | 4604 | 4000 | — | |
5 | 风机全压效率（%） | 87.52 | 88.12 | — | |
6 | 风机转速（r/min） | 985 | 985 | 985 | |
7 | 风机轴功率(kW) | 984 | 761 | — | |
8 | 电动机功率(kW) | 1120 | |||
5.6.3 吸风机
每台锅炉配2台50%容量的动叶可调轴流式吸风机，风机本体设计已考虑脱硝装置的阻力，电动机基础设计按考虑脱硝阻力后的电动机荷载设计，但电动机按照不考虑脱硝装置阻力选型设计，待进行脱硝改造时更换电动机即可。
选用上海鼓风机厂有限公司生产的动叶可调轴流式吸风机，型号为: SAF31.5-19-1型。电动机型号为YKK800-6型。
吸风机的参数汇总见下表：
序号 | 工况 | TB工况 | BMCR工况 | THA工况 | |
1 | 风机入口流量(m3/s) | 455 | 376 | — | |
2 | 风机入口温度(℃) | 138 | 123 | — | |
3 | 入口空气比重（kg/m3） | 0.843 | 0.887 | — | |
4 | 风机全压升(Pa) | 7410 | 5925 | — | |
5 | 风机全压效率（%） | 82.75 | 87.26 | — | |
6 | 风机转速（r/min） | 985 | 985 | 985 | |
7 | 风机轴功率(kW) | 3972 | 2501 | — | |
8 | 电动机功率(kW) | 4200 | |||
5.7脱硫系统
本工程烟气脱硫采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺。
机组的吸收系统、烟气及换热系统、石膏一级脱水系统等采用一炉一塔的单元制设置，每台炉设置1台动叶可调轴流式脱硫增压风机，FGD进出口设原烟气档板和净烟气档板，系统主烟道上设置具有快开功能的旁路档板，保证机组运行不受FGD影响。
脱硫系统布置在烟囱后侧。
5.8烟囱
本期工程两台锅炉合用一座烟囱，烟囱高210米、单钢筒套筒式烟囱，烟囱出口内径为7.5米。
6 点火系统设计特点
本工程采用了等离子点火装置，布置在A磨对应的最下层燃烧器。
经过3#、4#机组168试运行，等离子点火装置运行良好，节油效果明显。
7 主厂房布置特点
由于本工程依山靠海而建，根据地势采用了主厂房阶梯式布置方案：汽机房、煤仓间、锅炉房（包括炉前通道）和风机室（包括炉后通道）地面标高相同，绝对标高为7.5m，风机室后的除尘器区域、炉后烟道区域、吸风机区域、烟囱和脱硫区地面标高比主厂房地面标高高6.0米，绝对标高为13.5m。锅炉房紧身封闭，炉后风机室、吸风机室封闭布置。
从A排起依次布置汽机房（除氧器布置于汽机房）、煤仓间、锅炉房。主厂房采用钢筋混凝土框架，锅炉构架为钢结构。汽轮发电机组的机头朝向扩建端，纵向顺列布置。汽机房运转层采用大平台。两机之间设置检修场。两台机组合用一个集中控制楼。
锅炉采用紧身封闭结构布置，送风机和一次风机均布置在锅炉房后部，预留脱硝装置位置在炉后风机室上方，吸风机布置在电气除尘器后。每炉采用两台双室四电场电气除尘器。两台炉合用一个单管烟囱。
输煤上煤在扩建端。
主厂房主要尺寸汇总表
名称 项目
数值（单位：m）
汽 机 房
柱距
10.000（9.000）
跨数
15
跨度
35.000
双柱间柱距（插入距）
1.200
本期总长度
148.200
中间层标高
EL+6.700
运转层标高
EL+14.200
行车轨顶标高
EL+26.500
汽机房屋架下弦标高
EL+30.200
煤 仓 间
柱距
10.000(9.000)
跨数
15
跨度
12.000
总长度
148.200
运转层(给煤机)标高
EL+17.000
皮带层标高
EL+42.000
锅 炉 部 分
锅炉大板梁顶标高
EL+86.800
运转层标高
EL+17.000
炉前跨度
6.000
锅炉宽度
40.600
锅炉深度
52.700
炉H柱中心线至烟囱中心线间距
137.830
汽机房A排柱中心线至烟囱中心线间距
190.830
烟囱出口标高
210.000+6.000
8 节能分析
本工程采用600MW级超超临界参数锅炉，与同容量超临界锅炉相比，提高了蒸汽参数（蒸汽的初始压力和温度），蒸发量降低，因而提高了机组效率，降低煤耗，减少污染物的排放。比同容量超临界锅炉相比效率提高约1%，煤耗降低约3.6g/kWh，年节标煤2.376×104吨。