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「电力圈 | 锅炉」百万机组锅炉“Π型”和“塔式”之争

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目前,世界上大容量机组的锅炉型式主要有Π型锅炉和塔式锅炉两种炉型。这两种炉型在不同的国家都受到广泛的运用。

日本、美国和前苏联700MW以上的超临界和超超临界机组都是采用Π型锅炉

德国,所建的大容量机组几乎都是塔式锅炉

我国的300MW和600MW的亚临界和超临界机组的锅炉(包括国产和进口机组)也几乎都是Π型锅炉

这两种炉型在日本、美国和德国都有良好的运行业绩。


1、炉型介绍

1. Π型锅炉简介

主要优点:

简单、紧凑;

排烟口在下方,故引、送风机及除尘器等设备均可布置在地面;

锅炉构架较低,可采用钢筋混凝土结构;

尾部烟道中烟气下行,便于清灰,且有自生吹灰作用;

各受热面易于布置成逆流方式,以加强对流换热;

尾部受热面检修也比较方便。

主要缺点:

烟气从燃烧室进入对流烟道要转弯,使烟气的速度场、温度场以及飞灰浓度分布不均匀,容易引起受热面的局部磨损,而且影响传热;

由于其燃烧室高度与尾部烟道高度要求近似相等,故尾部受热面布置较困难,当燃用低热值、高灰分、高水分的褐煤或其他劣质燃煤时,就会出现“布置危机”,占地也较大。

2. 塔式锅炉简介

塔式锅炉即单烟道锅炉,其对流受热面全部布置在燃烧室上方的烟道里,笔直向上发展。

由于它取消了转向室,使烟气在对流受热面中不改变流动方向,又消除了燃烧室高度和尾部烟道高度不相称的布置矛盾,所以它是燃烧褐煤或多灰分烟、贫煤锅炉的最佳炉型,此外锅炉烟道有自生通风作用,烟气阻力有所降低。

其缺点是:

空气预热器、引风机、除尘器等设备位于锅炉顶部,这将使锅炉钢架承受荷载加重,结构复杂,金属耗量大,造价高,设备安装和检修难度加大。所以现代大型锅炉均采用改良型塔式布置。

这种布置型式只是将原塔式布置作少许变动,即把空气预热器、引风机及除尘器等分层低位布置在燃烧室后部。用垂直烟道连通上部的省煤器和下部的空气预热器,而引风机和除尘器则布置在炉后地面上。

本文将这两种统称为塔式锅炉。

塔式布置常用于亚临界及以上压力的低循环倍率锅炉和直流锅炉。

对自然循环汽包炉或控制循环汽包炉,因其汽包笨重,给塔式布置带来极大困难,故仅用于较小容量、较低参数锅炉,目前所见到的国内、外最大容量为1000MW级机组。


2、两种炉型的对比表

项目

塔式锅炉

Π型锅炉

锅炉占地面积

较少

基本

炉膛出口烟气温度的均匀性

较好

基本

锅炉膨胀自由应力均匀性

较好

基本

锅炉防磨损性能

较好

基本

受热面的布置

水平

水平+垂直

防止氧化皮堵塞爆管

较好

基本

避免固体颗粒侵蚀汽轮机叶片的性能

较好

基本

受热面可参与锅炉酸洗的程度

较好

基本

受热面疏水排放

较好

基本

机组启动时间

较好

基本

锅炉防结渣性能

较好

基本

锅炉受热面材料安全性

较好

基本

锅炉效率

略高

基本

基础处理难度及费用

两台机组高240万元

基本

钢结构费用

较高

基本

施工周期

相当

基本

主厂房四大管道材料使用量

两台机组高2500~3000万元

基本

脱硝设备布置

相当

基本

烟气阻力

较低

基本

锅炉初投资

两台锅炉高11600万元

基本

国内 1000MW 机组的运行业绩

较少

基本

国内对锅炉的熟悉程度

不很熟悉

基本


3、总结

(1)从锅炉以及主厂房的占地面积而言,塔式锅炉占相当优势,可降低工程占地面积。对于1000MW等级机组,塔式锅炉的占地面积一般比Π型锅炉少30%。

(2)塔式炉在水冷壁上的温度热应力和膨胀应力都是十分均匀的。Π型炉则不同,结构复杂膨胀不好,因此,Π型锅炉在设计上应充分考虑此因素。

(3)塔式锅炉所有的受热面水平布置,受热面内部的积水可通过疏水管完全放掉;而Π型锅炉的受热面分为水平布置和垂直布置。

(4)塔式锅炉所有受热面呈水平布置,机组启动时受热面中的氧化皮很容易被冲出去,防止氧化皮堵塞爆管和避免固体颗粒侵蚀汽轮机叶片的性能要优于Π型锅炉。

(5)Π型锅炉水平烟道和尾部烟道的烟气流速平均约8-10m/s,局部更高,塔式锅炉烟气流速平均约6-7m/s,且无局部高流速区,塔式锅炉的防磨性能要优于Π型锅炉。

(6)塔式锅炉比Π型锅炉炉膛高,燃烧器区域壁面热负荷远低于推荐允许值,具有很好的防结渣性能。在相同的煤粉细度情况下,塔式锅炉的燃烬率要高于其他炉型。

(7)塔式锅炉的受热面屏间和同屏的吸热偏差低于Π型锅炉,所以,对于同样的温度、同样的钢材,在材料安全裕度上塔式锅炉要大于Π型锅炉。烟气阻力的比较相比较,塔式锅炉的性能要优于Π型锅炉。

(8)对于塔式锅炉,布置脱硝设备时,可以直接在后烟道上布置脱硝设备。但塔式锅炉烟气进入脱硝设备前由于无水平烟道,无法设置灰斗分离粗灰,对脱硝设备的磨损程度会更严重一些。

(9)从锅炉的初投资角度比较,每台塔式锅炉要比Π型锅炉贵约5000多万元。每台锅炉塔式炉的基础造价比Π型炉高约300万元。塔式炉四大管道的总体使用量要高于Π型锅炉,两台炉四大管道多4000~5000万。

(10)从产品的业绩角度而言,Π型锅炉要优于塔式锅炉。

结论综上所述,从总体性能而言,塔式锅炉要优于Π型锅炉。

从设备初投资角度,Π型锅炉要优于塔式锅炉。

在技术上采用塔式锅炉或Π型锅炉均是可行的。

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河南永兴锅炉集团有限公司
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