二次再热机组煤仓间布置方案比选研究

姚向昱，郁 欣，朱佳琪，李 林，陈仁杰

（华东电力设计院有限公司，上海 200063）

二次再热机组煤仓间布置方案比选研究

姚向昱，郁 欣，朱佳琪，李 林，陈仁杰

（华东电力设计院有限公司，上海 200063）

针对二次再热机组，结合锅炉采用塔式锅炉的方案，对煤仓间的布置方案进行研究，提出合理侧煤仓间布置形式。

煤仓间；塔式锅炉；二次再热。

发展超超临界燃煤发电技术是火力发电技术的重点之一，采用二次再热技术可进一步提高超超临界机组的热效率，是超超临界高效燃煤发电技术的发展方向。随着1000 MW二次再热机组在我国火力发电设计中的推广，1000 MW二次再热机组的主厂房布置值得进行研究及总结。

国内某1000 MW机组采用二次再热塔式锅炉，煤仓间作为主厂房区域的重要组成，其布置对锅炉岛总体布置格局、各系统管道布置、对锅炉本体布置及运行将产生较大的影响，同时对全厂相关专业都有影响，成为布置研究中的重点之一。

1　煤仓间形式

煤仓间在布置方式上主要分为前煤仓、侧煤仓、后煤仓等方式。国内火力发电厂布置中主要采用的是前煤仓及侧煤仓方案。

1.1前煤仓布置

前煤仓布置方案是目前最常用的一种主厂房四列式布置方式，其与除氧间连接，布置在锅炉前面。某新建1000 MW机组二次再热机组采用塔式锅炉，前煤仓及锅炉布置方案描述如下：

煤仓间为单框架结构，跨距为14 m，每台炉磨煤机占6档，留1档检修档，上煤栈桥直接在固定端进入，煤仓间共22档，煤仓间总长199.9 m。煤仓间内设有40.0 m层、17 m层和0.00 m层。40.0 m层布置输煤皮带机和卸煤装置，并留有输煤设备检修、运行通道，17 m层布置给煤机，与磨煤机相互对应，40.0 m层和17 m层间布置钢制原煤仓。0.00 m层每台炉顺列布置6台中速磨煤机及其附属设备。

锅炉采用超超临界参数变压运行螺旋管圈水冷壁直流炉，单炉膛、二次中间再热、采用四角切圆燃烧方式、平衡通风、固态排渣、全钢悬吊结构、塔式、露天布置燃煤锅炉。锅炉钢架尺寸沿炉深度方向为53.94 m；宽度方向为52.76 m。锅炉房0.00 m布置有炉底出渣装置，磨煤机密封风机、启动疏水扩容器凝结水箱、疏水泵等。考虑锅炉本体布置、风道等管道布置和设备运输的需要，锅炉本体与煤仓间D列柱之间留有8.0 m的炉前距。

前煤仓布置方案见图1。

图1　前煤仓布置方案

1.2侧煤仓布置

侧煤仓布置布置方案是将煤仓间布置在锅炉的两侧，因每台锅炉配置6台磨煤机，故每台炉的煤仓间只需布置在锅炉的单侧。

煤仓间为两炉中间侧煤仓布置，炉后上煤，两台炉煤仓间合并，共用磨煤机分离器检修通道，煤仓间与锅炉房脱开布置。侧煤仓形式的煤仓间的结构稳定及抗震能力是煤仓间布置时必须要考虑的主要因素，因此本方案的煤仓间为三框架结构，总跨距为22（7.5+7.0+7.5） m，每台炉煤仓间共占6档，每档10 m，煤仓间留有10 m一档作检修场地，煤仓间总长70 m。煤仓间第一排柱中心线距主厂房C列柱5 m。煤仓间底层布置有中速磨煤机及检修场地。底层不设封墙，以改善煤仓间框架底层磨煤机的运行和检修条件，有利于电机散热。煤仓间17 m层布置给煤机，与磨煤机相互对应。煤仓间17 m层尾部一挡为煤仓间配电间。与磨煤机相互对应，41.6 m层和17 m层间布置钢制原煤仓。煤仓间41.6 m为皮带层，设有三路输煤皮带和卸煤装置。输煤皮带从框架头部引入，并留有输煤设备检修、运行通道及通向锅炉本体的横向联络通道平台。

煤仓间边柱与锅炉外侧柱间的距离为15.57 m，为方便与磨煤机有关的风粉管道支吊，煤仓间与锅炉之间还需单独设置钢构架用于承受风粉管道的荷载。

侧煤仓布置方案见图2。

图2　侧煤仓布置方案

2　煤仓间布置方案特点分析

2.1前煤仓方案特点

对于一次再热机组，前煤仓布置方案的优点是：6台磨煤机对称布置在锅炉中心线的两侧，使磨煤机出口煤粉管道、磨煤机进口冷一次风及热一次风管道可均匀对称布置在锅炉对称中心线的两侧，可提高各磨煤机之间及单台磨煤机出口之间各煤粉管道中风、粉的均匀度，有利于减少锅炉各燃烧器之间的风、粉偏差，提高锅炉的燃烧稳定性。而均匀对称的冷一次风及热一次风管道布置，使2台一次风机的风量及风压趋于平衡，对于一次风机的安全运行，减少风机喘振（特别是在机组启动、停运及低负荷时）是十分有利的。管道的对称布置，对于锅炉本体设计来说，可带来很大的方便，甚至可节约大量的钢材和设计时间。这主要是锅炉钢结构在设计时，是按照锅炉较大荷载侧的重量来计算的，然后钢结构按锅炉中心线对称布置，如果钢结构两侧荷载不同，则就势必造成较轻荷载侧的钢结构浪费；若要采用精细化设计，则必须按两侧不同的荷载分别计算，这样，势必造成设计周期的延长，而对称布置的管道就不存在此问题。其次，管道的对称布置可使整个锅炉房布置格局更趋合理、美观，改善运行和维护条件。

对于一次再热机组，前煤仓布置方案的主要缺点是：增加了锅炉岛与汽机岛之间的距离，从而使联系两岛之间的四大管道用量有所增加。

二次再热塔式锅炉，采用前煤仓布置方案后，原来前煤仓布置的优点得以保留；原来前煤仓布置后引起主汽及再热蒸汽管道的材料增加需要进一步研究。

此外，前煤仓布置，对称分布，使锅炉燃烧均匀，有利于控制烟温及汽温偏差。对于610℃或620℃并且是二次再热的锅炉，烟温及汽温偏差有待实际运行的检验，并且高等级材料已接近使用极限，应采取各种措施降低偏差。因此，从锅炉运行的安全角度，前煤仓方案更为可行。

2.2侧煤仓方案特点

对于一次再热机组，侧煤仓布置方案的优点是：两台炉的煤仓间均布置在两台锅炉之间，合用一个煤仓间。两台锅炉的磨煤机对称镜像布置，磨煤机分别靠近锅炉侧布置，两台锅炉的磨煤机共用检修通道，并共用一套过轨起重机。侧煤仓布置有效的利用了两炉之间的空间，布置上非常紧凑，减少了六大管道和电缆的用量，缩短了主厂房A列至烟囱的距离。

对于一次再热机组，侧煤仓布置方案的主要缺点是：6台磨煤机布置在锅炉一侧，使磨煤机出口煤粉管道、磨煤机进口冷一次风及热一次风管道需布置在同一侧，对各磨煤机之间及单台磨煤机出口之间各煤粉管道中风、粉的均匀度可能会有所影响，不利于减少锅炉各燃烧器之间的风、粉偏差。而不对称的冷一次风及热一次风管道布置，会使两台一次风机的风量及风压产生偏差，对于一次风机的安全运行，减少风机喘振（特别是在机组启动、停运及低负荷时）不是十分有利。

管道的单侧布置，对于锅炉本体设计来说，可能带来许多不便，甚至会浪费部分钢材和延长设计周期，这主要是锅炉钢结构在设计时，是按照锅炉较大荷载侧的重量来计算的，然后钢结构按锅炉中心线对称布置，这样，势必造成较轻荷载侧的钢结构浪费，若要采用精细化设计，则必须按两侧不同的荷载分别计算，这样，势必造成设计周期的延长。

其次，管道的不对称布置使整个锅炉房布置格局不是很合理，布置有煤粉管道、磨煤机进口冷一次风及热一次风管道的一侧很挤，管道布置很困难，运行和维护条件较差，而另一侧又很空。若考虑电气、热控等相关专业所需的部分配电间等，靠近煤仓间侧的锅炉房更显拥挤。

侧煤仓布置方案，从整个布局上看平面尺寸大大小于前煤仓布置方案，但对施工组织和大型机械的布置及作业带来一定影响，同时也会给施工带来一定难度，需要在施工组织合理规划。

采用二次再热的塔式锅炉后，侧煤仓布置时还应研究以下因素：

（1）高温汽水管道设计过程中，由于需要考虑高温管道的热应力问题和确保管道应力计算通过，是否需要在炉前增加补偿。因此需对六大管道管材用量进行研究。

（2）对锅炉炉架耗钢量的影响。

3　综合经济比较

3.1六大管道影响分析

对于前煤仓布置，六大管道炉前布置方案见图3。六大管道整体布局合理、流畅、美观，管道阻力小。

图3　前煤仓六大管道炉前平面布置图

对于侧煤仓方案，实际设计中为保证六大管道的应力计算合格，主汽与再热管道的布置在炉前的垂直管道上需要补偿， 见图4。

根据计算结果，主汽及再热炉前若不进行补偿，锅炉集箱的推力及力矩均超允许值的85～125%。根据锅炉厂反馈意见：集箱接口及集箱上小集管应力超标，严重影响运行安全。每台机组主汽、再热，补偿需要的长度如下：

（1） 主汽、一、二热段补偿各需增加管道长度约20 m。

图4　垂直管道上六大管道补偿示意

（2） 一冷段补偿需增加管道长度约30 m，二冷段补偿需增加管道长度约40 m；

与前煤仓方案比较，侧煤仓方案的六大管道数量减少有限，主汽、一、二热需要减少约11 m，冷段反而需要增加约30 m。详见表1（两台炉数量）。

表1　六大管道数量对比

3.2锅炉钢架的经济性

采用侧煤仓后，更多的煤粉管道等要从锅炉K4和K5柱中间通过，所以必须要有一定的净空，K4和K5中间的距离要增加至8 m，将引起钢架重量增加900 t，加上炉前立柱及为保证侧煤仓引起的支吊等的变化立柱，由此引起钢架重量共计增加材料约1050 t左右（单台锅炉）。

两个方案的新增钢材预估耗量见表2。

表2　锅炉钢架耗量比较

3.3送粉管道数量对比

两种布置方案的送粉管道的长度对比见表3（φ762×10，碳钢管，以两炉估算）。

表3　送粉管道数量对比

3.4主厂房布置指标对比

两种布置方案的主厂房布置指标对比见表4（两炉估算）。

表4　主厂房布置指标对比

3.5输煤系统

前煤仓及侧煤仓二个方案的煤仓间内运煤专业主要设备投资比较见表5（两炉估算）。

表5　运煤专业主要设备投资比较

3.6综合比较

综合以上投资比较，结合布置及场地面积，前煤仓与侧煤仓方案的综合比较见表6（以两炉估算）。

表6　综合比较

4　结论

通过以上方案的研究比较，可以得出如下结论：

（1） 对于二次再热机组，煤仓间采用前煤仓与侧煤仓的布置方案均为可行，两种煤仓间布置方式的特点与一次再热机组类似。前煤仓方案可使制粉系统及烟风系统对称布置，有利于燃烧风粉分配的均匀性及风机的风量、风压的平衡，有利于锅炉钢架荷载的左右平衡及降低炉架耗钢量；侧煤仓方案能够减少主厂房占地面积。

（2） 对于π型锅炉，采用侧煤仓方案能够降低六大管道的长度，从而降低厂房及设备的初投资。

（3） 对于塔式锅炉，采用侧煤仓方案后，由于六大管道需要增加补偿的要求，六大管道的消耗量并未有效减少，综合后的初投资反而增加了约990万元（两台机组）。

（4） 对于610℃或620℃并且是二次再热的锅炉，烟温及汽温偏差有待实际运行的检验，并且高等级材料已接近使用极限，应采取各种措施降低偏差。侧煤仓方案风粉不均的风险较大，会影响燃烧，继而影响锅炉调温。因此，对于高参数的二次再热机组，前煤仓布置方案更有利于降低烟温及汽温偏差。

［1］ GB 50660-2011，大中型火力发电厂设计规范［S］.

［2］ 上海锅炉厂有限公司.2710 t/h超超临界压力直流锅炉产品说明书［R］.上海：上海锅炉厂有限公司，2014.

［3］ 唐鹏，王楠，李国堂.1000 MW机组煤仓间布置方案优化［J］.电站系统工程，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，硕士，高级工程师，目前从事火力发电厂锅炉专业的设计。