二次再熱機(jī)組煤倉間布置方案比選研究

姚向昱，郁 欣，朱佳琪，李 林，陳仁杰

（華東電力設(shè)計(jì)院有限公司，上海 200063）

二次再熱機(jī)組煤倉間布置方案比選研究

姚向昱，郁 欣，朱佳琪，李 林，陳仁杰

（華東電力設(shè)計(jì)院有限公司，上海 200063）

針對(duì)二次再熱機(jī)組，結(jié)合鍋爐采用塔式鍋爐的方案，對(duì)煤倉間的布置方案進(jìn)行研究，提出合理側(cè)煤倉間布置形式。

煤倉間；塔式鍋爐；二次再熱。

發(fā)展超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)是火力發(fā)電技術(shù)的重點(diǎn)之一，采用二次再熱技術(shù)可進(jìn)一步提高超超臨界機(jī)組的熱效率，是超超臨界高效燃煤發(fā)電技術(shù)的發(fā)展方向。隨著1000 MW二次再熱機(jī)組在我國火力發(fā)電設(shè)計(jì)中的推廣，1000 MW二次再熱機(jī)組的主廠房布置值得進(jìn)行研究及總結(jié)。

國內(nèi)某1000 MW機(jī)組采用二次再熱塔式鍋爐，煤倉間作為主廠房區(qū)域的重要組成，其布置對(duì)鍋爐島總體布置格局、各系統(tǒng)管道布置、對(duì)鍋爐本體布置及運(yùn)行將產(chǎn)生較大的影響，同時(shí)對(duì)全廠相關(guān)專業(yè)都有影響，成為布置研究中的重點(diǎn)之一。

1　煤倉間形式

煤倉間在布置方式上主要分為前煤倉、側(cè)煤倉、后煤倉等方式。國內(nèi)火力發(fā)電廠布置中主要采用的是前煤倉及側(cè)煤倉方案。

1.1前煤倉布置

前煤倉布置方案是目前最常用的一種主廠房四列式布置方式，其與除氧間連接，布置在鍋爐前面。某新建1000 MW機(jī)組二次再熱機(jī)組采用塔式鍋爐，前煤倉及鍋爐布置方案描述如下：

煤倉間為單框架結(jié)構(gòu)，跨距為14 m，每臺(tái)爐磨煤機(jī)占6檔，留1檔檢修檔，上煤棧橋直接在固定端進(jìn)入，煤倉間共22檔，煤倉間總長199.9 m。煤倉間內(nèi)設(shè)有40.0 m層、17 m層和0.00 m層。40.0 m層布置輸煤皮帶機(jī)和卸煤裝置，并留有輸煤設(shè)備檢修、運(yùn)行通道，17 m層布置給煤機(jī)，與磨煤機(jī)相互對(duì)應(yīng)，40.0 m層和17 m層間布置鋼制原煤倉。0.00 m層每臺(tái)爐順列布置6臺(tái)中速磨煤機(jī)及其附屬設(shè)備。

鍋爐采用超超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行螺旋管圈水冷壁直流爐，單爐膛、二次中間再熱、采用四角切圓燃燒方式、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼懸吊結(jié)構(gòu)、塔式、露天布置燃煤鍋爐。鍋爐鋼架尺寸沿爐深度方向?yàn)?3.94 m；寬度方向?yàn)?2.76 m。鍋爐房0.00 m布置有爐底出渣裝置，磨煤機(jī)密封風(fēng)機(jī)、啟動(dòng)疏水?dāng)U容器凝結(jié)水箱、疏水泵等。考慮鍋爐本體布置、風(fēng)道等管道布置和設(shè)備運(yùn)輸?shù)男枰仩t本體與煤倉間D列柱之間留有8.0 m的爐前距。

前煤倉布置方案見圖1。

圖1　前煤倉布置方案

1.2側(cè)煤倉布置

側(cè)煤倉布置布置方案是將煤倉間布置在鍋爐的兩側(cè)，因每臺(tái)鍋爐配置6臺(tái)磨煤機(jī)，故每臺(tái)爐的煤倉間只需布置在鍋爐的單側(cè)。

煤倉間為兩爐中間側(cè)煤倉布置，爐后上煤，兩臺(tái)爐煤倉間合并，共用磨煤機(jī)分離器檢修通道，煤倉間與鍋爐房脫開布置。側(cè)煤倉形式的煤倉間的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及抗震能力是煤倉間布置時(shí)必須要考慮的主要因素，因此本方案的煤倉間為三框架結(jié)構(gòu)，總跨距為22（7.5+7.0+7.5） m，每臺(tái)爐煤倉間共占6檔，每檔10 m，煤倉間留有10 m一檔作檢修場(chǎng)地，煤倉間總長70 m。煤倉間第一排柱中心線距主廠房C列柱5 m。煤倉間底層布置有中速磨煤機(jī)及檢修場(chǎng)地。底層不設(shè)封墻，以改善煤倉間框架底層磨煤機(jī)的運(yùn)行和檢修條件，有利于電機(jī)散熱。煤倉間17 m層布置給煤機(jī)，與磨煤機(jī)相互對(duì)應(yīng)。煤倉間17 m層尾部一擋為煤倉間配電間。與磨煤機(jī)相互對(duì)應(yīng)，41.6 m層和17 m層間布置鋼制原煤倉。煤倉間41.6 m為皮帶層，設(shè)有三路輸煤皮帶和卸煤裝置。輸煤皮帶從框架頭部引入，并留有輸煤設(shè)備檢修、運(yùn)行通道及通向鍋爐本體的橫向聯(lián)絡(luò)通道平臺(tái)。

煤倉間邊柱與鍋爐外側(cè)柱間的距離為15.57 m，為方便與磨煤機(jī)有關(guān)的風(fēng)粉管道支吊，煤倉間與鍋爐之間還需單獨(dú)設(shè)置鋼構(gòu)架用于承受風(fēng)粉管道的荷載。

側(cè)煤倉布置方案見圖2。

圖2　側(cè)煤倉布置方案

2　煤倉間布置方案特點(diǎn)分析

2.1前煤倉方案特點(diǎn)

對(duì)于一次再熱機(jī)組，前煤倉布置方案的優(yōu)點(diǎn)是：6臺(tái)磨煤機(jī)對(duì)稱布置在鍋爐中心線的兩側(cè)，使磨煤機(jī)出口煤粉管道、磨煤機(jī)進(jìn)口冷一次風(fēng)及熱一次風(fēng)管道可均勻?qū)ΨQ布置在鍋爐對(duì)稱中心線的兩側(cè)，可提高各磨煤機(jī)之間及單臺(tái)磨煤機(jī)出口之間各煤粉管道中風(fēng)、粉的均勻度，有利于減少鍋爐各燃燒器之間的風(fēng)、粉偏差，提高鍋爐的燃燒穩(wěn)定性。而均勻?qū)ΨQ的冷一次風(fēng)及熱一次風(fēng)管道布置，使2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)的風(fēng)量及風(fēng)壓趨于平衡，對(duì)于一次風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行，減少風(fēng)機(jī)喘振（特別是在機(jī)組啟動(dòng)、停運(yùn)及低負(fù)荷時(shí)）是十分有利的。管道的對(duì)稱布置，對(duì)于鍋爐本體設(shè)計(jì)來說，可帶來很大的方便，甚至可節(jié)約大量的鋼材和設(shè)計(jì)時(shí)間。這主要是鍋爐鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)，是按照鍋爐較大荷載側(cè)的重量來計(jì)算的，然后鋼結(jié)構(gòu)按鍋爐中心線對(duì)稱布置，如果鋼結(jié)構(gòu)兩側(cè)荷載不同，則就勢(shì)必造成較輕荷載側(cè)的鋼結(jié)構(gòu)浪費(fèi)；若要采用精細(xì)化設(shè)計(jì)，則必須按兩側(cè)不同的荷載分別計(jì)算，這樣，勢(shì)必造成設(shè)計(jì)周期的延長，而對(duì)稱布置的管道就不存在此問題。其次，管道的對(duì)稱布置可使整個(gè)鍋爐房布置格局更趨合理、美觀，改善運(yùn)行和維護(hù)條件。

對(duì)于一次再熱機(jī)組，前煤倉布置方案的主要缺點(diǎn)是：增加了鍋爐島與汽機(jī)島之間的距離，從而使聯(lián)系兩島之間的四大管道用量有所增加。

二次再熱塔式鍋爐，采用前煤倉布置方案后，原來前煤倉布置的優(yōu)點(diǎn)得以保留；原來前煤倉布置后引起主汽及再熱蒸汽管道的材料增加需要進(jìn)一步研究。

此外，前煤倉布置，對(duì)稱分布，使鍋爐燃燒均勻，有利于控制煙溫及汽溫偏差。對(duì)于610℃或620℃并且是二次再熱的鍋爐，煙溫及汽溫偏差有待實(shí)際運(yùn)行的檢驗(yàn)，并且高等級(jí)材料已接近使用極限，應(yīng)采取各種措施降低偏差。因此，從鍋爐運(yùn)行的安全角度，前煤倉方案更為可行。

2.2側(cè)煤倉方案特點(diǎn)

對(duì)于一次再熱機(jī)組，側(cè)煤倉布置方案的優(yōu)點(diǎn)是：兩臺(tái)爐的煤倉間均布置在兩臺(tái)鍋爐之間，合用一個(gè)煤倉間。兩臺(tái)鍋爐的磨煤機(jī)對(duì)稱鏡像布置，磨煤機(jī)分別靠近鍋爐側(cè)布置，兩臺(tái)鍋爐的磨煤機(jī)共用檢修通道，并共用一套過軌起重機(jī)。側(cè)煤倉布置有效的利用了兩爐之間的空間，布置上非常緊湊，減少了六大管道和電纜的用量，縮短了主廠房A列至煙囪的距離。

對(duì)于一次再熱機(jī)組，側(cè)煤倉布置方案的主要缺點(diǎn)是：6臺(tái)磨煤機(jī)布置在鍋爐一側(cè)，使磨煤機(jī)出口煤粉管道、磨煤機(jī)進(jìn)口冷一次風(fēng)及熱一次風(fēng)管道需布置在同一側(cè)，對(duì)各磨煤機(jī)之間及單臺(tái)磨煤機(jī)出口之間各煤粉管道中風(fēng)、粉的均勻度可能會(huì)有所影響，不利于減少鍋爐各燃燒器之間的風(fēng)、粉偏差。而不對(duì)稱的冷一次風(fēng)及熱一次風(fēng)管道布置，會(huì)使兩臺(tái)一次風(fēng)機(jī)的風(fēng)量及風(fēng)壓產(chǎn)生偏差，對(duì)于一次風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行，減少風(fēng)機(jī)喘振（特別是在機(jī)組啟動(dòng)、停運(yùn)及低負(fù)荷時(shí)）不是十分有利。

管道的單側(cè)布置，對(duì)于鍋爐本體設(shè)計(jì)來說，可能帶來許多不便，甚至?xí)速M(fèi)部分鋼材和延長設(shè)計(jì)周期，這主要是鍋爐鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)，是按照鍋爐較大荷載側(cè)的重量來計(jì)算的，然后鋼結(jié)構(gòu)按鍋爐中心線對(duì)稱布置，這樣，勢(shì)必造成較輕荷載側(cè)的鋼結(jié)構(gòu)浪費(fèi)，若要采用精細(xì)化設(shè)計(jì)，則必須按兩側(cè)不同的荷載分別計(jì)算，這樣，勢(shì)必造成設(shè)計(jì)周期的延長。

其次，管道的不對(duì)稱布置使整個(gè)鍋爐房布置格局不是很合理，布置有煤粉管道、磨煤機(jī)進(jìn)口冷一次風(fēng)及熱一次風(fēng)管道的一側(cè)很擠，管道布置很困難，運(yùn)行和維護(hù)條件較差，而另一側(cè)又很空。若考慮電氣、熱控等相關(guān)專業(yè)所需的部分配電間等，靠近煤倉間側(cè)的鍋爐房更顯擁擠。

側(cè)煤倉布置方案，從整個(gè)布局上看平面尺寸大大小于前煤倉布置方案，但對(duì)施工組織和大型機(jī)械的布置及作業(yè)帶來一定影響，同時(shí)也會(huì)給施工帶來一定難度，需要在施工組織合理規(guī)劃。

采用二次再熱的塔式鍋爐后，側(cè)煤倉布置時(shí)還應(yīng)研究以下因素：

（1）高溫汽水管道設(shè)計(jì)過程中，由于需要考慮高溫管道的熱應(yīng)力問題和確保管道應(yīng)力計(jì)算通過，是否需要在爐前增加補(bǔ)償。因此需對(duì)六大管道管材用量進(jìn)行研究。

（2）對(duì)鍋爐爐架耗鋼量的影響。

3　綜合經(jīng)濟(jì)比較

3.1六大管道影響分析

對(duì)于前煤倉布置，六大管道爐前布置方案見圖3。六大管道整體布局合理、流暢、美觀，管道阻力小。

圖3　前煤倉六大管道爐前平面布置圖

對(duì)于側(cè)煤倉方案，實(shí)際設(shè)計(jì)中為保證六大管道的應(yīng)力計(jì)算合格，主汽與再熱管道的布置在爐前的垂直管道上需要補(bǔ)償， 見圖4。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，主汽及再熱爐前若不進(jìn)行補(bǔ)償，鍋爐集箱的推力及力矩均超允許值的85～125%。根據(jù)鍋爐廠反饋意見：集箱接口及集箱上小集管應(yīng)力超標(biāo)，嚴(yán)重影響運(yùn)行安全。每臺(tái)機(jī)組主汽、再熱，補(bǔ)償需要的長度如下：

（1） 主汽、一、二熱段補(bǔ)償各需增加管道長度約20 m。

圖4　垂直管道上六大管道補(bǔ)償示意

（2） 一冷段補(bǔ)償需增加管道長度約30 m，二冷段補(bǔ)償需增加管道長度約40 m；

與前煤倉方案比較，側(cè)煤倉方案的六大管道數(shù)量減少有限，主汽、一、二熱需要減少約11 m，冷段反而需要增加約30 m。詳見表1（兩臺(tái)爐數(shù)量）。

表1　六大管道數(shù)量對(duì)比

3.2鍋爐鋼架的經(jīng)濟(jì)性

采用側(cè)煤倉后，更多的煤粉管道等要從鍋爐K4和K5柱中間通過，所以必須要有一定的凈空，K4和K5中間的距離要增加至8 m，將引起鋼架重量增加900 t，加上爐前立柱及為保證側(cè)煤倉引起的支吊等的變化立柱，由此引起鋼架重量共計(jì)增加材料約1050 t左右（單臺(tái)鍋爐）。

兩個(gè)方案的新增鋼材預(yù)估耗量見表2。

表2　鍋爐鋼架耗量比較

3.3送粉管道數(shù)量對(duì)比

兩種布置方案的送粉管道的長度對(duì)比見表3（φ762×10，碳鋼管，以兩爐估算）。

表3　送粉管道數(shù)量對(duì)比

3.4主廠房布置指標(biāo)對(duì)比

兩種布置方案的主廠房布置指標(biāo)對(duì)比見表4（兩爐估算）。

表4　主廠房布置指標(biāo)對(duì)比

3.5輸煤系統(tǒng)

前煤倉及側(cè)煤倉二個(gè)方案的煤倉間內(nèi)運(yùn)煤專業(yè)主要設(shè)備投資比較見表5（兩爐估算）。

表5　運(yùn)煤專業(yè)主要設(shè)備投資比較

3.6綜合比較

綜合以上投資比較，結(jié)合布置及場(chǎng)地面積，前煤倉與側(cè)煤倉方案的綜合比較見表6（以兩爐估算）。

表6　綜合比較

4　結(jié)論

通過以上方案的研究比較，可以得出如下結(jié)論：

（1） 對(duì)于二次再熱機(jī)組，煤倉間采用前煤倉與側(cè)煤倉的布置方案均為可行，兩種煤倉間布置方式的特點(diǎn)與一次再熱機(jī)組類似。前煤倉方案可使制粉系統(tǒng)及煙風(fēng)系統(tǒng)對(duì)稱布置，有利于燃燒風(fēng)粉分配的均勻性及風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、風(fēng)壓的平衡，有利于鍋爐鋼架荷載的左右平衡及降低爐架耗鋼量；側(cè)煤倉方案能夠減少主廠房占地面積。

（2） 對(duì)于π型鍋爐，采用側(cè)煤倉方案能夠降低六大管道的長度，從而降低廠房及設(shè)備的初投資。

（3） 對(duì)于塔式鍋爐，采用側(cè)煤倉方案后，由于六大管道需要增加補(bǔ)償?shù)囊螅蠊艿赖南牧坎⑽从行p少，綜合后的初投資反而增加了約990萬元（兩臺(tái)機(jī)組）。

（4） 對(duì)于610℃或620℃并且是二次再熱的鍋爐，煙溫及汽溫偏差有待實(shí)際運(yùn)行的檢驗(yàn)，并且高等級(jí)材料已接近使用極限，應(yīng)采取各種措施降低偏差。側(cè)煤倉方案風(fēng)粉不均的風(fēng)險(xiǎn)較大，會(huì)影響燃燒，繼而影響鍋爐調(diào)溫。因此，對(duì)于高參數(shù)的二次再熱機(jī)組，前煤倉布置方案更有利于降低煙溫及汽溫偏差。

［1］ GB 50660-2011，大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］ 上海鍋爐廠有限公司.2710 t/h超超臨界壓力直流鍋爐產(chǎn)品說明書［R］.上海：上海鍋爐廠有限公司，2014.

［3］ 唐鵬，王楠，李國堂.1000 MW機(jī)組煤倉間布置方案優(yōu)化［J］.電站系統(tǒng)工程，2013，（01）.

Contrast selection of The Coal Bunker Bay Arrangement for Double Reheat Unit

YAO Xiang-yu，YU Xin，ZHU Jia-qi，LI Lin，CHENG Reng-jie
（East China Electric Power Design Institute Co.， Ltd.，Shanghai200063，China）

On the basis of the tower type boiler in the double reheat thermal power plant， the coal bunker bay arrangement is studied. According to the research， the reasonable coal bunker bay arrangement is given.

coal bunker bay； tower type boiler； double reheat

TM621

A

1671-9913（2016）04-0034-06

2016-02-19

姚向昱（1978- ），男，上海人，碩士，高級(jí)工程師，目前從事火力發(fā)電廠鍋爐專業(yè)的設(shè)計(jì)。