低循环倍率锅炉额定负荷时的循环倍率为1.2~2,随锅炉负荷的降低,循环倍率增大。它既有直流锅炉的特点,又有控制循环锅炉的特点。与自然循环锅炉和控制循环锅炉相比,它没有锅筒而只有汽水分离器,因而节省钢材。由于循环倍率低,因而循环泵的功率较小,与直流锅炉相比,在高负荷时,低循环倍率锅炉的工质流速要低得多,因此蒸发受热面能得到很好的冷却。但是,低循环倍率锅炉需要能够在高温、高压下长期可靠运行的循环泵,汽水分离器效率较低,出口蒸汽有一定湿度,对过热系统的受热面布置影响较大,水位及蒸汽温度条件较为复杂。
图5-31为某一配300MW汽轮发电机组的亚临界压力低循环倍率锅炉。锅炉额定蒸发量为921t/h ,最大连续蒸发量(MCR)为947t/h,主蒸汽压力为18.50MPa,主蒸汽温度为545℃,再热蒸汽温度为545℃,再热蒸汽流量为815.4t/h,锅炉给水温度为256℃,。
锅炉按元宝山褐煤设计,塔式布置,正方形炉膛(14.5m×14.5)÷直流式燃烧器,六角切圆燃烧,
配6台S45-50风扇式磨煤机,用高温炉烟(1050℃)和热空气(297℃)混合物作干燥(527℃)。
锅炉无锅筒,而有汽水分离器和循环泵。炉膛蒸发受热面中工质采用强制循环,从蒸发受热面出来的汽水混合物进入汽水分离器,分离后的蒸汽引向过热器,水则与省煤器出来的给水在混合器中混合后,经再循环泵送入炉膛蒸发受热面。锅炉MCR时的循环倍率为1.42。辐射受热面为一次垂直上升的膜式水冷壁。炉膛下部四周为∮30㎜×5㎜的水冷壁管,共1242根,均匀分布(节距为46.5㎜)。两侧墙水冷壁管在54m标高处每两根合并为一根。前后墙水冷壁管在45m标高处间隔弯出132根作为悬吊管,其余管变径为∮44.5㎜×4.5㎜,直伸到炉顶。水冷壁管的材料为15Mo3。整个蒸发系统,根据热负荷的不同而分成48个回路,每个回路中根据水动力特性要求,在水冷壁管入口处配有最小为∮14㎜,最大为∮24.5㎜不同规格的孔板,以保证水动力的均匀性。
在炉膛内标高为30.16~39.8m的水冷壁管处,每面墙上敷设有∮38㎜×5.3㎜的墙式辐射过热器管74根,炉膛上部沿烟气行程依次布置末级过热器、二级再热器、二级过热器、一级再热器、省煤器。各受热面的材料及管径见表5-2。过热器有二级喷水减温:一级在低温过热器入口,二级在末级过热器入口。再热器有一级喷水减温,设在两级再热器之间。
图5-32为某一配500MW机组亚临界压力低循环倍率锅炉。锅炉额定蒸发量为1650t/h,过热蒸汽压力为17.46MPa。
过热蒸汽温度为540℃,再热蒸汽进口压力为4.211MPa,再热蒸汽出口压力为4.003MPa,再热蒸汽进口温度为333℃,再热蒸汽出口温度为540℃,
给水温度为255℃,排烟温度为139℃,按平朔洗中煤设计,设计热效率为90.5%。
锅炉为塔式布置,炉膛截面为19.44㎜×15.30㎜,采用双蜗壳旋流式燃烧器,前、后墙错列布置,各三排,每片4只,共24只燃烧器,配6台MPS-245型中速直吹式制粉系统。
锅炉的循环倍率为1.25~1.4。装有6台循环泵,分别布置在锅炉前后侧6m平台上,每侧3台,其中2台运行,1台备用。
图5-33 为该锅炉的汽水流程。
省煤器位于锅炉最上部的烟气低温区,进口集箱标高为107.45m,出口集箱标高为99.96m,呈逆流水平纵向布置,在省煤器中间有一个1.2m的空间,将其分成上、下两部分。给水经省煤器后,水温由255℃提高到283℃,烟气温度由415℃下降到335℃,省煤器为4重管圈,共12个行程,错列布置,横向节距为135㎜,纵向节距为80㎜。管内水速为1.56m/s平均烟气流速为5.22m/s,上部管径为∮38㎜×5㎜,下部管径为∮38㎜×5.6㎜,材料为20号钢。
由省煤器出口集箱出来的水通过左右两侧的下降管,与分离器下部引出的循环水经混合三通汇合,然后经过燃烧器悬吊管,并由循环泵打入蒸发段进口集箱。循环泵工作温度为336.4℃,压力为20.6MPa,扬程为85.4m。
蒸发段为一次垂直上升膜式水冷壁。循环泵出水由4根导管引入标高为5.6m的环形集箱,环形集箱用连接管再与各个分配集箱相连,而水冷壁管按回路连接到各自的分配集箱上。分配集箱共32个,前后墙各布置7个,左右墙各布置9个。分配集箱与环形集箱之间的连接管上装有节流圈,此外,前后墙膜式壁的每根管的入口段上也装有节流圈,以保证管内工质流量均匀。蒸发段出口集箱标高为64.79m,水冷壁管径为∮32㎜×6.3㎜,节距为45㎜,共1720根,材料为16Mo。
汽水分离器为圆柱形容器,管径为∮950㎜,高度约为30m,在分离器上部有1个4.5 m高的内套筒,内套筒用隔板分为上、下两部分。汽水混合物通过4根引入管呈水平向下10°倾角,切向进入分离器隔板下部,经旋转分离,水沿筒壁向下流,蒸汽则经内套筒引出。在隔板上部内套筒开有许多小孔。运行中上部空间充满蒸汽,从而可保证分离器上、下壁温一致。分离器上部还设有汽侧疏水,以供启动和停炉疏水用。在分离器下部设有水位测量装置、饱和水引出管、事故放水管及放水管。正常运行中,汽水分离器的水位在13m处,最大运行水位高度为16m,最小运行水位高度为10m,水位正常波动为0.5m,当水位高于24m或低于2m时,循环泵跳闸,锅炉停止运行。
过热器分为四级,第一级包括内部悬吊管、对流区膜式壁过热器(墙式过热器Ⅰ)以及位于炉膛出口处的辐射过热器(墙式过热器Ⅱ)三部分,第二级为对流烟道中的逆流水平过热器,第三级为位于炉膛出口处的屏式顺流水平过热器,第四级为三级过热器后的顺流水平过热器。
内部悬吊管共有6排,每排48根。省煤器、再热器、过热器都通过内部悬吊管上的吊钩悬吊在炉顶梁上。蒸汽在悬吊管内由上向下流动,流速为14.74m/s,出口温度为368℃,最后由标高为66.2m处的集箱引出。内部悬吊管的管径为∮38㎜×6.3㎜,材料为12CrMoV。
墙式过热器Ⅰ与蒸发段共同构成锅炉的膜式壁,布置在炉膛上方。入口集箱标高为64.15m,出口集箱标高为102.6m。管内蒸汽流速为7.5m/s,出口温度为380℃。整个锅炉膜式壁通过墙式过热器Ⅰ出口集箱上的吊钩悬吊在炉顶梁上。墙式过热器Ⅰ的管径为∮32㎜×6.3㎜,节距为45㎜,在出口处两根并为一根∮344.5㎜×7㎜(节距为67.5㎜)的管子进入出口集箱,材料为16Mo。
外部悬吊管用来悬吊锅炉各受热面的进出口集箱,以保证在热态时随炉体向下膨胀,管内蒸汽为等温向下流动,并进入墙式过热器Ⅱ的进口集箱。
外部悬吊管的管径为∮59㎜×16㎜及∮159㎜×22㎜,材料为15CrMo。
墙式过热器覆盖在炉膛出口标高为52.34~62m处水冷壁管外侧,进出口集箱垂直布置。墙式过热器Ⅱ分为两个回路,前墙和右侧墙为一个回路,后墙和左侧墙为一个回路,每个回路共150根管,沿所属的两面墙水平绕行。管的规格为∮51㎜×6.3㎜,材料为12Cr1MoV,节距为55㎜。管内蒸汽进口温度为380℃,出口温度为399℃,蒸汽流速为11.3m/s。进口处布置有一级减温器。
二级过热器布置在两级再热器之间,进口集箱标高为87.86m,出口集箱标高为81.66m。入口烟温为742℃,出口烟温为570℃,蒸汽温度从399℃升高到460℃,蒸汽流速为10.62m/s。
管径为∮38㎜×5㎜,横向节距为135㎜,纵向节距为100㎜,6重管圈,6个行程,低温段材料为15CrMo,高温段材料为12Cr1MoV。
二级过热器出口集箱至三级过热器进口集箱的四根蒸汽导管上各布置有一个喷水减温器。
三级过热器为水平顺流布置,双面进汽,前后墙对称放置,进口集箱标高为67.15m,出口集箱标高为69.7m,横向节距为540m,纵向节距为65m,纵向10重管圈,两个行程,低温段管的规格为∮38㎜×6.3㎜,材料为12Cr1MoV,高温段管的规格为∮38㎜×5.6㎜,材料为1Cr18Ni9Ti。经三级过热器后,烟温从1164℃降低到1044℃,蒸汽温度从438℃升高到495℃,管内蒸汽流速为19.12m/s。
四级过热器的布置方式、横向节距及纵向节距都与三级过热器相同,为19重管圈,两个行程,入口烟温为1044℃,出口烟温为903℃,进口汽温度为479℃,出口汽温度为
540℃。管内蒸汽流速为20.03m/s。四级过热器进口集箱标高为70.9m,出口集箱标高为75.5m。四级过热器管也有两种规格,炉墙以内部分为∮32㎜×5.6㎜,材料为1Cr18Ni9Ti,炉墙以外部分为∮32㎜×6.3㎜,出口部分材料为1Cr18Ni9Ti,入口部分材料为12Cr1MoV。
为减小热偏差,三级过热器出来的蒸汽经左右交叉后引入四级过热器。四级过热器入口处布置三级喷水减温器。
一级再热器为水平逆流顺列布置,入口烟温为570℃,出口烟温为415℃,蒸汽温度从331℃升高到440℃。一级再热器进口集箱标高为99.7m,出口集箱标高为87.96m。
管的规格为∮51㎜×3.6㎜,横向节距为135㎜,纵向节距为100㎜,共13重管圈,5个行程可,管内蒸汽流速为10.54m/s。
二级再热器为水平顺流错列布置,进口集箱标高为76.7m,出口集箱标高为81.66m。入口烟温为903℃,出口烟温为742℃,进口汽温度为423℃,出口汽温度为540℃,管内蒸汽流速为31.28m/s。管的规格为∮54㎜×3.6㎜,横向节距为270㎜,纵向节距为100㎜,9重管圈,3个行程。
入口段材料为12Cr1MoV,出口段材料为1Cr18Ni9Ti。
空气预热器为两台直径为∮3360㎜,高2750㎜,四仓格受热面回转式空气预热器。