锅炉炉膛防爆压力及烟气系统设计压力研究Word文件下载.docx

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2.锅炉炉膛防爆压力和烟道设计压力选取现状分析

2.1锅炉炉膛防爆压力选取现状分析

国内现行的锅炉炉膛防爆压力选取的相关规程有：

●《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》（DL/T5121-2000），以下简称《烟规》。

●《电站煤粉锅炉炉膛防爆规程》（DL/T435-2004），以下简称《炉膛防爆规程》。

上述规程均参考了美国NFPA8502《多燃烧器锅炉炉膛防外爆/内爆标准》。

原电力工业部热工自动化标准化技术委员会曾出版NFPA8502《多燃烧器锅炉炉膛防外爆/内爆标准》1995年版，2001年NFPA85《BoilerandCombustionSystems》对原NFPA8501-8506进行了整合编辑，经2004年、2007年修订，目前最新版本为NFPA85《BoilerandCombustionSystems》（2007年版），以下简称NFPA85-2007。

2.1.1国内现行技术规程的相关内容

1）按《烟规》9.5.7条说明，引进型锅炉炉膛防爆设计压力按NFPA8502《多燃烧器锅炉炉膛防外爆/内爆规程》规定应满足下列要求：

a）瞬态正压按环境温度下送风机试验台风压确定，但不必要求超过+8.7kPa（通常取+8.7kPa）；

b）瞬态负压按环境温度下吸风机试验台风压确定，但不必要求更低于-8.7kPa（通常取-8.7kPa）；

c）当锅炉尾部采用的烟气净化设备阻力较大，环境温度下吸风机试验台风压低于-8.7kPa时（如-10kPa），必须考虑增大的设计负压。

2）按《炉膛防爆规程》3.2.1条炉膛结构设计说明：

a）炉膛结构应能承受非正常情况所出现的瞬态压力。

在此压力下，炉膛不应由于任何支撑部件发生弯曲或屈服而导致永久变形。

b）炉膛设计瞬态压力不应低于±

8.7kPa，有关说明见附录B。

c）无论由于什么原因使引风机选型点的能力超过-8.7kPa时，炉膛设计瞬态负压都应考虑予以增加。

2.1.2NFPA85-2007相关内容

NFPA85-2007关于炉膛设计瞬态负压取值的规定如下：

当炉膛压力控制系统依照6.5.2时，炉膛设计瞬态负压取值为-8.7kPa，不必要求高于此值。

当环境温度下引风机TB点能力低于-8.7kPa，例如-6.72kPa，炉膛设计瞬态负压可按环境温度下引风机TB点能力选取，不必高于此值。

其附录中对此给予了说明：

由于空预器下游风压损失较大或其它原因（如风机试验台裕度过大）而导致引风机压头增加，当引风机试验台能力高于－8.7kPa较多时，应考虑增加设计负压。

例如环境温度下引风机TB点能力为-3.7kPa，最小的设计瞬态负压为-3.7kPa；

环境温度下引风机TB点能力为-9.9kPa，最小的设计瞬态负压为-8.7kPa。

2.1.3锅炉炉膛防爆压力选取现状

我国上世纪80年代至90年代间，大多数工程中尚未考虑烟气脱硫系统和脱硝系统的设置，炉膛防爆压力一般均按不低于±

8.7kPa选取，也有一些进口机组按环境温度下引风机TB点压头选取，低于±

8.7kPa。

在电力工业部1996年出版的内部资料《进口大容量电站锅炉及附属设备技术谈判指南》中也提出：

炉膛结构部件（包括刚性梁、炉顶密封装置、水冷壁与灰斗的联接部分等）进行外爆内爆强度计算时，炉膛的设计承压能力一般按大于5800Pa考虑，瞬间承受能力应不低于±

8700Pa。

随着烟气脱硫系统在火电机组上的应用，烟气系统总阻力有所增加，并对炉膛设计瞬态压力的选取进行了一些探讨。

在我国环保要求新建工程预留脱硫空间后，在当时亚临界工程的招标过程中，一些工程考虑了安装烟气脱硫装置后烟气系统总阻力的增加，锅炉厂核算后认为适当减小刚性梁的间距，将炉膛防爆压力设计提高至±

9.98kPa是可行的，之后很多工程在锅炉机组招标时要求炉膛设计瞬态压力为±

9.98kPa（或±

9.9kPa、±

9.8kPa），也有部分工程仍采用±

2000年后颁布的《烟规》和《炉膛防爆规程》中也相应提出了“当锅炉尾部采用的烟气净化设备阻力较大，环境温度下吸风机试验台风压低于-8.7kPa时（如-10kPa），必须考虑增大的设计负压。

”及“无论由于什么原因使引风机选型点的能力超过-8.7kPa时，炉膛设计瞬态负压都应考虑予以增加。

”的条款。

从NFPA标准和国内现行规程来看，炉膛防爆压力未要求考虑引风机与脱硫增压风机负压叠加的工况。

但当采用引风机与脱硫增压风机合并设置，或采用设置脱硝装置并选用布袋除尘器等系统配置时，则引风机环境温度下的TB点压头有可能高于8.7kPa。

从上文中可以看出，当引风机环境温度下的TB点压头高于8.7kPa时，国内外现行的规程对炉膛设计瞬态压力的选取有一些不同，NFPA85-2007规定的锅炉炉膛最小设计瞬态负压为-8.7kPa，当引风机试验台能力高于-8.7kPa较多时，可考虑增加设计负压；

而国内现行规程则要求按引风机试验台能力选取。

对于炉膛设计压力的概念，是将炉膛防内爆设计瞬态压力除以一个安全系数换算得到的，此安全系数为材料按屈服极限确定基本许用应力时的安全系数。

在《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》（DL/T5121-2000）中分为引进型和传统型，对于引进型锅炉安全系数取1.67，传统型锅炉取1.5。

在《进口大容量电站锅炉及附属设备技术谈判指南》中规定炉膛的设计承压能力一般按大于5800Pa考虑，瞬间承受能力应不低于±

8700Pa，取用了1.5的安全系数。

美国NFPA的标准中仅对炉膛设计瞬态压力给予规定，并没有规定安全系数的取值。

随着烟气系统配置的多样化以及对国内外标准的不同解读，目前工程中对炉膛防爆压力的选取不尽统一，部分大型机组的锅炉炉膛设计压力和设计瞬态压力的选取见表2.1。

表2.1部分机组锅炉炉膛设计压力的选取

电厂名称容量

炉型及制造厂

炉膛设计/瞬态防爆压力（Pa）

盘山电厂2×

600MW

四角燃烧，哈锅

±

5220/±

8718ns＝1.67

禹州电厂2×

350MW

5200/±

8700ns＝1.67

阳城电厂6×

W火焰炉，美F.W

3894/±

6320ns＝1.6

西柏坡电厂2×

300MW

对冲燃烧，北京B.W

4000/±

6000ns＝1.5

托克托二期2×

5930/±

8890ns＝1.5

宣化电厂2×

5980/±

9980ns＝1.67

托克托三期2×

对冲燃烧，东锅

5800/±

8700ns＝1.5

大同三期2×

660MW

黄骅一期2×

四角燃烧，上锅

炉膛设计瞬态压力的提高，一方面提高了锅炉设备的造价，另一方面也受炉膛结构设计的限制。

对于大容量高参数机组，炉膛截面较大而水冷壁管径较细，这个问题更加严重，在设计配合中各锅炉厂均表示对于大机组炉膛设计瞬态压力±

9.98kPa已基本上达到炉膛结构设计的极限，且国外锅炉在增加脱硫系统和脱硝系统后，炉膛设计瞬态压力并没有增加。

参数越高的锅炉，提高炉膛设计压力在结构上实现的难度更大。

根据某锅炉厂提供的参考资料，600MW机组亚临界锅炉的水冷壁管直径为60mm，而超临界锅炉只有38.1mm，超超临界仅有28.6mm。

表2.2是某锅炉厂对600MW亚临界及超临界锅炉本体在炉膛设计瞬态压力为±

8700Pa和±

9800Pa时炉膛本体刚性梁重量及最大间距比较。

表2.2600MW机组不同炉膛瞬时压力时锅炉刚性梁重量及最大间距对比表

工程名称

炉膛瞬时压力为±

8.7kPa

9.8kPa

刚性梁重量（吨）

前水冷壁刚性梁最大允许间距（mm）

某600MW亚临界锅炉

626

3393

750

3200

某600MW超临界锅炉

1021

2305

1200

2170

注：

以上数据均为哈锅的估算值，刚性梁重量仅针对锅炉本体，不含风道、烟道及预热器壳体。

对于超超临界锅炉的刚性梁间距更小，如防爆压力再行增加，炉膛结构将难以实现。

综上所述，对炉膛设计瞬态压力应进行深入的分析，合理选取，不宜一味增加炉膛设计瞬态压力的取值。

2.2烟道设计压力选取现状分析

2.2.1《烟规》烟道介质设计压力

按《烟规》附录D烟风道介质设计压力表规定：

空气预热器出口至除尘器入口烟道：

设计压力采用1.1倍的炉膛设计负压值。

除尘器出口至引风机入口烟道：

设计压力采用1.2倍的炉膛设计负压值。

引风机出口至水平总烟道入口烟道：

设计压力采用+2kPa。

水平总烟道：

对锥型筒烟囱，水平总烟道设计压力采用-2kPa，对直型筒烟囱，水平总烟道设计压力采用+2kPa。

目前的工程设计中大多遵循《烟规》的上述规定。

但随着同步建设脱硝、脱硫装置或安装布袋除尘器等因素，使引风机的压头增大，脱硫系统又有是否设GGH、是否设脱硫旁路、脱硫增压风机是否与引风机合并等多种不同设计，某些工况已超出了现行《烟规》编制所考虑的范围，尤其是高压头引风机的烟道设计压力、脱硫烟道设计压力更加值得探讨和研究。

2.2.2脱硫装置相关的烟道设计压力现状分析

对于脱硫烟道的设计压力，目前国内尚没有统一的规定。

脱硫系统招标目前较多采用脱硫岛整岛总承包形式，也有工程由总承包商负责整个脱硫岛性能保证，负责整个脱硫岛的基本设计、核心部分详细设计及关键设备和部件供货，其余详细设计由主体设计院完成。

各脱硫总承包商由于引进技术不同，脱硫岛各部分烟道的设计压力取值也有所差异，且总承包商本身在不同工程中投标的数据也不完全一样，以下举例为部分投标商在某些工程中投标数据：

投标总承包商

GGH前原烟道

（KPa）

GGH后原烟道

GGH前净烟道

GGH后净烟道

1

龙源

－4，＋6

2

荏原

－2，＋4

3

川崎

－4，＋4

＋3.6

＋2.5

＋1.3