超臨界機(jī)組的綜述

1、超臨界火電機(jī)組鍋爐綜述,超臨界、超超臨界機(jī)組定義,水的臨界壓力：22.12 MPa， 臨界溫度：374.15 常規(guī)的亞臨界機(jī)組: 16.7MPa，溫度為538/538 超臨界機(jī)組：一般主汽壓力24MPa及以上,主汽和再熱汽溫度540-560 超超臨界機(jī)組：一般主汽壓力28MPa及以上或主汽和再熱汽溫度580以上,一、超臨界機(jī)組的優(yōu)越性,經(jīng)濟(jì)性 可靠性 環(huán)保特性,49,47,45,43,41,39,37,35,10,20,15,25,30,35,蒸汽參數(shù)MPa,初溫/再熱溫/再熱溫,不同蒸汽參數(shù)、再熱次數(shù)和參數(shù)對(duì)發(fā)電廠供電熱效率的影響,亞臨界,540 / 540,超臨界,566/ 566,高超臨

2、界,593/ 593,600/ 600/600,566/ 566/ 566,700 /720/ 720,率效熱電供廠電發(fā),超（超）臨界機(jī)組的熱效率,常規(guī)的亞臨界機(jī)組發(fā)電效率為38%左右； 常規(guī)超臨界機(jī)組的效率為40%左右； 目前燃煤機(jī)組效率最高為47%(海水冷卻)。 歐洲計(jì)劃用10年至15年的時(shí)間 將發(fā)電效率提高到5255,部分超（超）臨界機(jī)組經(jīng)濟(jì)性舉例,超超）臨界機(jī)組的可靠性,美國(guó)初期 蒸汽參數(shù)過(guò)高，當(dāng)時(shí)冶金工業(yè) 難以提供滿足31MPa，621/566/566的合理鋼材，投運(yùn)后事故頻繁，可靠性、可用率低，后降低參數(shù)運(yùn)行，取得了比較滿意的業(yè)績(jī)。 原蘇聯(lián)在發(fā)展超臨界機(jī)組的初期，因缺少經(jīng)驗(yàn)和選用

3、參數(shù)過(guò)高，使其可靠性低。 經(jīng)改進(jìn)和完善，超臨界機(jī)組的可用率與亞臨界機(jī)組差別不大。 1980年美國(guó)公布的71臺(tái)超臨界機(jī)組和27臺(tái)亞臨界機(jī)組運(yùn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，兩類(lèi)機(jī)組可用率已沒(méi)有差別,1.30GW超臨界機(jī)組創(chuàng)造過(guò)連續(xù)安全運(yùn)行607天的記錄。 日本 早期的超臨界機(jī)組可用率大多數(shù)在99%以上。 德國(guó)機(jī)組的可靠性數(shù)據(jù) 表明，機(jī)組可靠性與可用率 與參數(shù)之間沒(méi)有必然的聯(lián)系。 我國(guó)華能石洞口二廠兩臺(tái)600MW超臨界機(jī)組投運(yùn)后第二年可用系數(shù)可達(dá)到90.8%和93.97%。 目前超臨界機(jī)組的可用率與亞臨界機(jī)組相當(dāng),部分超臨界機(jī)組可靠性舉例,超(超)臨界機(jī)組的特點(diǎn),運(yùn)行效率高，可靠性好，環(huán)保指標(biāo)先進(jìn) 可復(fù)合滑壓或純

4、滑壓運(yùn)行，調(diào)峰性能好 超(超)臨界機(jī)組最佳適用條件: 大容量:600MW 燃料價(jià)格較高時(shí),技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能更佳,壓,氣,機(jī),燃?xì)?輪機(jī),發(fā)電機(jī),G,1,2,4,3,燃燒室,e,余熱鍋爐,8,9,汽輪機(jī),凝汽器,5,7,給水,加熱器,水泵,10,燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)原理（基本形式,IGCC結(jié)構(gòu)原理圖,硫資源化脫硫,以煤氣化為核心,以發(fā)電為核心,各種煤清潔利用方式相對(duì)評(píng)分比較表,注,10,分為滿分,二、超臨界機(jī)組的技術(shù)特點(diǎn),容量 參數(shù) 結(jié)構(gòu) 爐型 燃燒方式 水冷壁型式,1.容量,從技術(shù)可行性、設(shè)計(jì)制造模式、國(guó)外業(yè)績(jī)及與國(guó)外合作問(wèn)題、技術(shù)經(jīng)濟(jì)等問(wèn)題考慮，超臨界鍋爐選擇1000MW及以下容量都是可行的。一般采

5、用 1000MW和 600MW兩個(gè)容量等級(jí)。 1000MW等級(jí)超超臨界機(jī)組方案具有效率高、單位千瓦投資省、人員少、維護(hù)費(fèi)用低及同容量電廠建設(shè)周期短，建筑用地少等綜合優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也適應(yīng)我國(guó)電力工業(yè)的發(fā)展和符合電網(wǎng)對(duì)機(jī)組容量的需求，將成為反映我國(guó)電力工業(yè)技術(shù)水平的代表性機(jī)組,考慮到我國(guó)地區(qū)及電網(wǎng)的差異及條件，常規(guī)超臨界（24.2MPa/566 /566 ）600MW機(jī)組，以及600MW等級(jí)超超臨界機(jī)組，更能適應(yīng)我國(guó)廣大內(nèi)陸地區(qū)的低背壓條件、適用于國(guó)內(nèi)各個(gè)電網(wǎng)條件，適用于現(xiàn)有的設(shè)備運(yùn)輸條件，并可與1000MW等級(jí)容量機(jī)組形成系列化。 600MW等級(jí)超臨界、超超臨界機(jī)組將成為我國(guó)電力工業(yè)的主力機(jī)組,2.

6、超臨界機(jī)組蒸汽參數(shù),超臨界機(jī)組的熱效率比亞臨界機(jī)組的高23左右，而超超臨界機(jī)組的熱效率比常規(guī)超臨界機(jī)組的高4左右。 在超超臨界機(jī)組參數(shù)范圍的條件下主蒸汽壓力提高1MPa，機(jī)組的熱耗率就可下降0.130.15%; 主蒸汽溫度每提高10，機(jī)組的熱耗率就可下降0.250.3O；再熱蒸汽溫度每提高10，機(jī)組的熱耗率就可下降0.150.20；在一定的范圍內(nèi)，如果增加再熱次數(shù)，采用二次再熱，則其熱耗率可較采用一次再熱的機(jī)組下降正1.41.6,3.機(jī)組主要結(jié)構(gòu)形式,1）爐型 大型超臨界煤粉鍋爐的整體布置主要采用型布置和塔式布置，也有T型布置方式,鍋爐布置型式 （a）形布置；(b)無(wú)水平煙道形；(c)雙折焰角

7、形；(d)箱形布置 (e)塔形布置；(f)半塔形布置,形布置 形布置的主要優(yōu)點(diǎn)是： （1）鍋爐的排煙口在下部，因此，轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械和笨重設(shè)備，如送風(fēng)機(jī)，引風(fēng)機(jī)及除塵器都可布置在地面上，可以減輕廠房和鍋爐構(gòu)架的負(fù)載。 （2）鍋爐及廠房的高度較低。 （3）在水平煙道中可以采用支吊方式比較簡(jiǎn)單的懸吊式受熱面,4）在尾部垂直下降煙道中，受熱面易布置成逆流傳熱方式，強(qiáng)化對(duì)流傳熱。 （5）下降煙道中，氣流向下流動(dòng)，吹灰容易并有自吹灰作用。 （6）尾部受熱面檢修方便。 （7）鍋爐本身以及鍋爐和汽輪機(jī)之間的連接管道都不太長(zhǎng),但這種型式也有缺點(diǎn)，主要有： （1）占地面積大。 （2）由于有水平煙道，使鍋爐構(gòu)架復(fù)雜，而且

8、不能充分利用其所有空間來(lái)布置受熱面。 （3）煙氣在爐內(nèi)流動(dòng)要經(jīng)兩次轉(zhuǎn)彎，造成煙氣在爐內(nèi)的速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)和飛灰濃度場(chǎng)不均勻，影響傳熱效果，并導(dǎo)致對(duì)流受熱面局部飛灰磨損嚴(yán)重。 （4）大容量鍋爐中，在尾部煙道中要布置足夠的尾部受熱面有困難，特別是在燃用低發(fā)熱值的劣質(zhì)煤時(shí)更顯得突出,形布置 形布置實(shí)質(zhì)上是形布置的一種改進(jìn)，只是取消了形布置中的水平煙道，其他則大致相同。布置緊湊，可以節(jié)省鋼材，而且占地面積小；但尾部受熱內(nèi)的檢修不方便。大容量鍋爐如果采用管式空氣預(yù)熱器時(shí)，因?yàn)椴槐阒У?，而且尾部煙道高度不夠，就不宜采用這種布置。但如果采用回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器時(shí)，則采用這種布置型式比較適宜。 如果要采用管式空氣預(yù)

9、熱器，為解決尾部受熱內(nèi)布置不下的困難，也可將尾部煙道對(duì)稱(chēng)地分成左右兩個(gè)，形成T形布置,塔形布置 塔形布置方案，下部為爐膛，對(duì)流煙道就布置在爐膛上方，鍋爐本體形成一個(gè)塔形，它的優(yōu)點(diǎn)如下： （1）占地面積小。 （2）取消了不宜布置受熱面的轉(zhuǎn)彎室，煙氣流動(dòng)方向一直向上不變，可以大大減輕對(duì)流受熱面的局部磨損，因此，對(duì)燃用多灰分燃料特別有利。 （3）鍋爐本身有自身通風(fēng)作用，煙氣流動(dòng)阻力也較小。 （4）對(duì)流受熱面可以全部水平布置，易于疏水,但這種方案也有如下缺點(diǎn)： l）鍋爐本體高度很高，過(guò)熱器、省煤器、再熱器等對(duì)流受熱面都布置在很高位置，連接的汽水管道較長(zhǎng)。 2）空氣預(yù)熱器、送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)及除塵器等笨重設(shè)

10、備都布置在鍋爐頂部，加重了鍋爐構(gòu)架和廠房的負(fù)載，因而使造價(jià)增大。 3）安裝及檢修均較復(fù)雜。 半塔形布置,鍋爐整體布置型式的選擇,由于T型布置蒸汽系統(tǒng)復(fù)雜，鋼材耗量大，我國(guó)發(fā)展超超臨界鍋爐一般在型布置和塔式布置中選擇。根據(jù)具體電廠、燃煤條件、投資費(fèi)用、運(yùn)行可靠性及經(jīng)濟(jì)性等方面，進(jìn)行全面地技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較選定。另外，鍋爐布置型式與燃燒方式有一定關(guān)系，兩者應(yīng)合理搭配,3）燃燒方式 煤粉的燃燒方式，主要有四角（六角，八角）切向燃燒方式，墻式燃燒方式（前墻燃燒和對(duì)沖燃燒）和W型火焰燃燒方式（也稱(chēng)拱式燃燒）三種。 由于切向燃燒中四角火焰的相互支持，一、二次風(fēng)的混合便于控制等特點(diǎn)，其煤種適應(yīng)性更強(qiáng)。四角切向燃燒

11、型爐在應(yīng)用中最為突出的問(wèn)題是爐膛出口的水平煙道左右側(cè)的煙溫偏差大，以及某些鍋爐局部過(guò)、再熱器超溫爆管和左、右側(cè)主蒸汽及再熱蒸汽溫差甚大,切向燃燒鍋爐超大型化后的發(fā)展趨勢(shì),鍋爐向超大容量發(fā)展，仍采用單火球型爐，則要求爐膛出口高度增大，這樣除了爐膛出口后的左、右側(cè)存在煙氣能量不平衡外，上、下方向也會(huì)出現(xiàn)同樣問(wèn)題，另外過(guò)高的管屏內(nèi)外圈管吸熱量差異加大，外圈管受熱行程長(zhǎng)，則易過(guò)熱。尤其對(duì)超超臨界參數(shù)，主汽及再熱汽溫將會(huì)高達(dá)580 600，即便選用新型奧氏體鋼，也還是須考慮管屏下部迎火管段的超溫問(wèn)題,對(duì)于墻式對(duì)沖燃燒方式型鍋爐要易于解決，其爐膛截面可布置為長(zhǎng)方形，則爐膛出口也會(huì)高度降低呈長(zhǎng)方形。 對(duì)四角

12、燃燒方式，采用塔式布置，則前述問(wèn)題也不存在。 另一個(gè)方案是切向燃燒仍用型布置，采取一種不帶雙面水冷壁的單爐膛雙切圓燃燒方式。這種布置方式使?fàn)t膛為長(zhǎng)方形，而且改變了爐膛出口煙氣能量的分布,在無(wú)雙面水冷壁的單爐膛雙切向燃燒鍋爐中，如果正確選擇切圓的旋向，將兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立燃燒系統(tǒng)的對(duì)流熱偏差與整體單一火焰輻射系統(tǒng)的輻射熱偏差進(jìn)行合理的搭配和補(bǔ)償，則爐膛出口區(qū)域總的煙氣熱偏差將有可能大大降低。 如果是采用雙爐膛雙切圓的布置方式，則兩個(gè)爐膛的輻射場(chǎng)也是獨(dú)立的，不可能取得輻射與對(duì)流偏差互補(bǔ)的效果，其結(jié)果只相當(dāng)于鍋爐容量減小一半，熱偏差略有下降?？梢?jiàn)，雙切圓燃燒鍋爐取消雙面水冷壁不僅僅是為了簡(jiǎn)化制造工藝，更重

13、要的是應(yīng)從消除熱偏差的性能設(shè)計(jì)來(lái)考慮,旋流式燃燒器前后墻對(duì)沖布置和直流式燃燒器切向布置相比，其主要優(yōu)點(diǎn)是上部爐膛寬度方向上的煙氣溫度和速度分布比較均勻，使過(guò)熱蒸汽溫度偏差較小，并可降低整個(gè)過(guò)熱器和再熱器的金屬最高點(diǎn)溫度。 墻式對(duì)沖燃燒方式以煙氣擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫度。這種調(diào)節(jié)方式較四角燃燒方式爐多以擺動(dòng)燃燒器的在垂直方向角度的方式要有效，運(yùn)行中再熱器可不投減溫水，使循環(huán)熱效率不會(huì)因噴入減溫水而降低,W型火焰燃燒方式對(duì)難燃的貧煤及無(wú)煙煤在燃燒穩(wěn)定性上優(yōu)于四角和墻式燃燒方式， 其下?tīng)t膛的截面積偏大，且四周敷設(shè)衛(wèi)燃帶，可使煤粉火焰具有較高溫度，而又不易沖墻，減少結(jié)渣的危險(xiǎn)；但是，由于爐膛截面積大，形狀復(fù)

14、雜，鍋爐本體造價(jià)大致要增加15 25。另外，形成和控制W型火焰使充滿整個(gè)爐膛，要求成熟的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和較高的運(yùn)行水平,超臨界機(jī)組鍋爐有如下五種燃燒方式與鍋爐布置 型式搭配可適應(yīng)： 四角單切圓式布置； 四角單切圓塔式布置； 單爐膛雙切圓型布置； 墻式對(duì)沖塔式布置； 墻式對(duì)沖型布置,4）水冷壁管圈型式 早期直流鍋爐蒸發(fā)受熱面的形式: 本生型 : 蒸發(fā)受熱面型式為多次垂直上升管屏 蘇爾壽型: 蒸發(fā)受熱面型式為多行程迂回管屏 拉姆辛型: 蒸發(fā)受熱面型式為水平圍繞管屏,本生型直流鍋爐發(fā)源于德國(guó)，早期本生型鍋爐的爐膛蒸發(fā)受熱面管子是多次上升垂直管屏，用中間混合聯(lián)箱與不受熱的下降管互相串聯(lián)。 通用壓力型鍋爐（U

15、P爐）是拔柏葛公司在本生爐基礎(chǔ)上加以改進(jìn)的一種爐型，所謂通用壓力型鍋爐是指無(wú)論亞臨界或超臨界參數(shù)，均可采用的爐型。UP爐的主要特點(diǎn)是采用全焊膜式水冷壁，工質(zhì)一次或二次上升，連接管多次混合，每個(gè)回路焓增較小，并有較高的質(zhì)量流速，可保持水冷壁可靠的冷卻。采用內(nèi)螺紋管以防止蒸發(fā)段產(chǎn)生膜態(tài)沸騰。對(duì)于UP爐來(lái)說(shuō)一般用于大型超臨界壓力直流爐，以確保水冷壁管內(nèi)的質(zhì)量流速,拔柏葛公司、德國(guó)斯坦因繆勒公司等在爐膛的輻射受熱面的結(jié)構(gòu)型式上相繼采用螺旋型上升管圈。管圈自爐膛底部沿爐膛四周盤(pán)旋上升至爐膛折焰角處，爐膛上部管屏改變?yōu)榇怪鄙仙芷?，以利于管子穿墻及懸吊結(jié)構(gòu)的布置。螺旋管圈除進(jìn)出口聯(lián)箱外，中間不設(shè)置混合聯(lián)箱

16、，這種管圈的優(yōu)點(diǎn)是熱偏差小，且因無(wú)中間混合聯(lián)箱，不會(huì)產(chǎn)生混合物的不均勻分配的問(wèn)題，因此可做成全焊接的膜式水冷壁管圈，這是本生型鍋爐的一大改革,現(xiàn)代直流鍋爐蒸發(fā)受熱面的主要型式,一次垂直上升管屏(UP鍋爐) 該型式鍋爐的壓力既適用于亞臨界,又適用于超臨界. 爐膛下部多次上升,上部一次上升管屏(FW型) 該型式適合于300600MW容量機(jī)組,且不適宜滑壓運(yùn)行（中間有聯(lián)箱）. 螺旋式水冷壁管屏 該型式特別適用于滑壓運(yùn)行,爐膛水冷壁： 下部螺旋盤(pán)繞上升 從水冷壁進(jìn)口到折焰角下一定距離（標(biāo)高52608.9 mm）處。 上部垂直上升 均為膜式結(jié)構(gòu) 兩者間由過(guò)渡水冷壁轉(zhuǎn)換連接,螺旋管圈水冷壁爐管現(xiàn)有兩種型式

17、，一種是光管，另一種是內(nèi)螺紋管。后者是為了強(qiáng)化傳熱、防止傳熱惡化?？墒顾浔谶\(yùn)行更安全，更可靠。但是，內(nèi)螺紋管水冷壁的成本將增加10一15,采用螺旋管水冷壁具有如下的優(yōu)點(diǎn)： 1）蒸發(fā)受熱面采用螺旋管圈時(shí)，管子數(shù)目可按設(shè)計(jì)要求而選取，不受爐膛大小的影響，可選取較粗管徑以增加水冷壁的剛度； 2）螺旋管圈熱偏差小，工質(zhì)流速高，水動(dòng)力特性比較穩(wěn)定，不易出現(xiàn)膜態(tài)沸騰，又可防止產(chǎn)生偏高的金屬壁溫； 3）無(wú)中間混合聯(lián)箱，不會(huì)產(chǎn)生汽水混合物不均勻分配的問(wèn)題； 4）可采用光管，不必有制造工藝較復(fù)雜的內(nèi)螺紋管，而可實(shí)現(xiàn)鍋爐的變壓運(yùn)行和帶中間負(fù)荷的要求,5）不需在水冷壁入口處和水冷壁下集箱進(jìn)水管上裝設(shè)節(jié)流圈以調(diào)節(jié)流

18、量； 6）螺旋形管圈對(duì)燃料的適應(yīng)范圍比較大，可燃用揮發(fā)分低、灰分高的煤； 7）能變壓運(yùn)行，快速啟停，能適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷的頻繁變化，調(diào)頻性能好。 螺旋管圈雖有以上優(yōu)點(diǎn)，但它的結(jié)構(gòu)與制造工藝復(fù)雜，故制造與安裝比較困難，所需工期較長(zhǎng),內(nèi)螺紋垂直管屏水冷壁特點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)： 水冷壁阻力較小，可降低給水泵耗電量，其水冷壁的總阻力僅為螺旋管圈的一半左右。 與光管相比，內(nèi)螺紋管的傳熱特性較好。 安裝焊縫少，減少了安裝工作量和焊口可能泄漏機(jī)率，同時(shí)縮短了安裝工期。 水冷壁本身支吊，且支承結(jié)構(gòu)和剛性梁結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，熱應(yīng)力小，可采用傳統(tǒng)的支吊型式。 維護(hù)和檢修較易，檢查和更換管子較方便。 比螺旋管圈結(jié)渣輕,缺點(diǎn)： 水冷壁管徑較

19、細(xì)，內(nèi)螺紋管相對(duì)于光管來(lái)說(shuō)價(jià)格較高，一般高出1015。需裝設(shè)節(jié)流孔圈，增加了水冷壁和下集箱結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，節(jié)流圈的加工精度要求高，調(diào)節(jié)較為復(fù)雜。 機(jī)組容量會(huì)受垂直管屏管徑的限制，對(duì)容量較小機(jī)組，其爐膛周界相對(duì)較大，無(wú)法保證質(zhì)量流速,超臨界鍋爐水冷壁型式的選擇： 上述幾種水冷壁的型式各有利弊，但從實(shí)際應(yīng)用來(lái)看，世界各國(guó)變壓運(yùn)行鍋爐水冷壁普遍采用了螺旋管圈型式，在我國(guó)也有良好的運(yùn)行業(yè)績(jī)。同時(shí)，幾大鍋爐廠已掌握了這種管圈的一些特殊的制造工藝。因此，在我國(guó)超臨界發(fā)展的初期，應(yīng)用技術(shù)成熟的螺旋管圈型式仍不失為一種優(yōu)選的方案。 內(nèi)螺紋垂直水冷壁型式在支吊、安裝及運(yùn)行等方面具有較大的優(yōu)越性，也是發(fā)展的方向,三

20、、超臨界鍋爐機(jī)組運(yùn)行方式,1）低負(fù)荷滑壓運(yùn)行 丹麥和歐洲的超臨界機(jī)組的良好性能是基于低負(fù)荷滑壓運(yùn)行，即主汽壓力隨著負(fù)荷的降低而降低，日本的部分超超臨界機(jī)組也是低負(fù)荷滑壓運(yùn)行。 （2） 負(fù)荷變化范圍 超臨界機(jī)組的負(fù)荷可在10100BMCR之間變動(dòng)，鍋爐最低穩(wěn)燃負(fù)荷約30BMCR，在約35 %BMCR以上時(shí)純直流運(yùn)行,3）負(fù)荷變動(dòng)率 盡管對(duì)超超臨界機(jī)組要求的負(fù)荷變化范圍很大，負(fù)荷變動(dòng)率也很高，但由于超超臨界機(jī)組的高效率只有在高參數(shù)、高負(fù)荷時(shí)才顯示出來(lái)，同時(shí)由于超超臨界機(jī)組厚壁部件熱應(yīng)力對(duì)負(fù)荷變動(dòng)率的限制，因此，超臨界機(jī)組在運(yùn)行中應(yīng)盡可能帶高負(fù)荷，并盡量避免大幅度和快速變動(dòng)負(fù)荷；而通常降負(fù)荷時(shí)的負(fù)荷

21、變動(dòng)率要比升負(fù)荷時(shí)要求的更嚴(yán)一些,4）負(fù)荷階躍 對(duì)于超臨界機(jī)組，在7095MCR負(fù)荷范圍內(nèi)，能做到5額定負(fù)荷的負(fù)荷階躍，其中25以上在5秒內(nèi)完成，其余25在30秒內(nèi)完成。 （5）啟動(dòng)時(shí)間（min,高蒸汽參數(shù)對(duì)鍋爐變負(fù)荷運(yùn)行特性的影響,a)高參數(shù)對(duì)鍋爐變負(fù)荷速率的影響 一般亞臨界自然循環(huán)汽包鍋爐允許變負(fù)荷速度為0.6 MCR/min，控制循環(huán)汽包鍋爐變負(fù)荷速度為3.6 MCRmin，而螺旋管圈式直流鍋爐允許變負(fù)荷速度為58MCRmin。 直流鍋爐具有快速變負(fù)荷的能力。但是，隨著鍋爐參數(shù)的提高，內(nèi)置式啟動(dòng)分離器的壁厚增加，將限制鍋爐負(fù)荷的變化速率。超臨界鍋爐由于材料等級(jí)的提高，分離器壁厚僅為亞臨界

22、600MW鍋爐汽包壁厚的13左右。因此超臨界鍋爐允許負(fù)荷變化速度還是較大的,b)超臨界鍋爐的調(diào)峰幅度 超超臨界鍋爐最低負(fù)荷主要決定于水冷壁的安全負(fù)荷，一般超臨界鍋爐的最低穩(wěn)定負(fù)荷為3050BMCR。鍋爐在此負(fù)荷以上運(yùn)行時(shí)，水冷壁是安全的，在此負(fù)荷以下運(yùn)行，為了保護(hù)水冷壁則需要啟動(dòng)啟動(dòng)分離器系統(tǒng)，以增加水冷壁的質(zhì)量流速。 啟動(dòng)分離器系統(tǒng)的投運(yùn)將造成工質(zhì)熱量的損失，使機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性變差。同時(shí)，頻繁的投運(yùn)啟動(dòng)分離器系統(tǒng)，將使其閥門(mén)受到損傷?？梢?jiàn)，超臨界鍋爐最低調(diào)峰幅度不應(yīng)低于水冷壁的安全負(fù)荷,調(diào)峰幅度還應(yīng)考慮鍋爐不投油最低穩(wěn)燃負(fù)荷，如果負(fù)荷較低，鍋爐燃燒不穩(wěn)，需要投油助燃，燃料成本將增大。 總之，超臨

23、界鍋爐的調(diào)峰幅度應(yīng)以保證水冷壁安全、不投運(yùn)啟動(dòng)分離器系統(tǒng)和不投油最低穩(wěn)燃為原則，確定鍋爐的最低調(diào)峰負(fù)荷,鍋爐滑壓運(yùn)行應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題,超超臨界直流鍋爐在滑壓運(yùn)行時(shí)，水冷壁內(nèi)的工質(zhì)隨負(fù)荷的變化會(huì)經(jīng)歷高壓、超高壓、亞臨界和超臨界壓力區(qū)域，并在不同的壓力下可能產(chǎn)生以下問(wèn)題: a.鍋爐負(fù)荷降低時(shí)，水冷壁中的質(zhì)量流速也按比例下降。 b.低負(fù)荷時(shí)，水冷壁的吸熱不均勻?qū)⒓哟?，可能?dǎo)致溫度偏差增大。 c.在臨界壓力以下運(yùn)行時(shí)，會(huì)產(chǎn)生水冷壁管內(nèi)兩相流的傳熱和流動(dòng)，要防止膜態(tài)沸騰而導(dǎo)致的水冷壁管超溫。 d.在整個(gè)滑壓運(yùn)行過(guò)程中，蒸發(fā)點(diǎn)的變化使水冷壁金屬溫度發(fā)生變化，要防止因溫度頻繁變化引起的疲勞破壞,四、超臨界機(jī)

24、組發(fā)展概況,從上個(gè)世紀(jì)50年代開(kāi)始，世界上以美國(guó)、前蘇聯(lián)和德國(guó)等為主的工業(yè)化國(guó)家就已經(jīng)開(kāi)始了對(duì)超臨界和超超臨界發(fā)電技術(shù)的研究。經(jīng)過(guò)近半個(gè)世紀(jì)的不斷進(jìn)步、完善和發(fā)展，目前超臨界和超超臨界發(fā)電技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了成熟和商業(yè)化運(yùn)行的階段,國(guó)外發(fā)展超超臨界機(jī)組的概況,1957年在美國(guó)投運(yùn)第一臺(tái)試驗(yàn)性超超臨界125MW機(jī)組（31MPa，621/566/538）,1959年在美國(guó)投運(yùn)第二臺(tái)超超臨界325MW機(jī)組（34.4 MPa, 649/566/566）。單機(jī)容量最大為1300MW,1953年前蘇聯(lián)首期5臺(tái)超臨界300MW機(jī)組投運(yùn)； 1967年和1968年相繼投運(yùn)500MW和800MW機(jī)組 ，1981年單軸1

25、200MW投運(yùn)。 日本、德國(guó)和丹麥相繼于70和90年代迅速發(fā)展超（超）臨界機(jī)組,已成為當(dāng)今世界發(fā)展超超臨界發(fā)電技術(shù)領(lǐng)先的國(guó)家,國(guó)外超臨界機(jī)組概況,國(guó) 家,美 國(guó),前蘇聯(lián),日 本,首臺(tái)機(jī)組,1957年,125MW,31.03MPa,621/565,538,總?cè)萘浚菏澜绲谝唬?982年166臺(tái),112898MW,主力機(jī)組500800MW,參數(shù)：24MPa,538/538為主,蒸氣參數(shù)最高：費(fèi)城電力公司艾迪斯頓,電廠NO.1 機(jī)34.4MPa,649/566/566,單機(jī)容量最大：91300MW（雙軸,1953年,300MW,300MW，幾乎全為超臨界機(jī)組,最大容量機(jī)組：1200MW（單軸,1989

26、年222臺(tái)，占火電裝機(jī)50,主力機(jī)組 250MW800MW,蒸氣參數(shù)：25.2MPa,545/545,1967年,600MW,1985年77臺(tái)，占火電裝機(jī)51,蒸氣參數(shù)：24.12MPa,538/566,復(fù)合變壓運(yùn)行,450MW， 全為超臨界機(jī)組,概 況,超臨界機(jī)組概況（續(xù),國(guó) 家,首臺(tái)機(jī)組,12500MW,1992年,600MW,現(xiàn)在運(yùn)行與在建,300MW,500MW,600MW，800MW，900MW,石洞口電廠 2600MW,南京、營(yíng)口電廠 4300MW,伊敏、盤(pán)山電廠 4500M,綏中電廠 2800MW,阜陽(yáng)電廠 2600MW,外高橋電廠 2900MW,利港電廠 2600MW,太倉(cāng)電廠

27、 2600MW 沁北電廠 2600MW（國(guó)產(chǎn)化示范） 玉環(huán)電廠800-1000MW（超超臨界機(jī)組,概 況,韓 國(guó),意大利,中 國(guó),22600MW,我國(guó)現(xiàn)運(yùn)行的超臨界機(jī)組,世界上已投運(yùn)的超超臨界電廠,超（超）臨界機(jī)組的主要運(yùn)行參數(shù)變遷,世界上超臨界和超超臨界發(fā)電技術(shù)的發(fā)展過(guò)程大致可以分成三個(gè)階段： 第一個(gè)階段，是從上個(gè)世紀(jì)50年代開(kāi)始，直至80年代。起步參數(shù)就是超超臨界參數(shù)，從60年代后期開(kāi)始美國(guó)超臨界機(jī)組大規(guī)模發(fā)展時(shí)期所采用的參數(shù)均降低到常規(guī)超臨界參數(shù)。 第二個(gè)階段，從上個(gè)世紀(jì)80年代初期開(kāi)始。大大提高了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性、可靠性、運(yùn)行靈活性。超臨界機(jī)組的市場(chǎng)逐步轉(zhuǎn)移到了歐洲及日本，涌現(xiàn)出了一批新的

28、超臨界機(jī)組。 第三個(gè)階段，從20世紀(jì)九十年代開(kāi)始進(jìn)入了新一輪的發(fā)展階段。在保證機(jī)組高可靠性、高可用率的前提下采用更高的蒸汽溫度和壓力,第三階段超超臨界機(jī)組的技術(shù)發(fā)展具有以下三方面的特點(diǎn)： l）蒸汽壓力取得并不太高，多為25MPa左右，而蒸汽溫度取得相對(duì)較高，進(jìn)汽溫度均提高到了580OC600OC左右。 2）蒸汽壓力和溫度同時(shí)都取較高值（28MPa30MPa，600左右），從而獲得更高的效率。主要以歐洲的技術(shù)發(fā)展為代表， 3）開(kāi)發(fā)更大容量的超超臨界機(jī)組以及百萬(wàn)等級(jí)機(jī)組傾向于采用單軸方案,目前全世界己投入運(yùn)行的超臨界及以上參數(shù)的發(fā)電機(jī)組大約有600多臺(tái)。其中在美國(guó)有170多臺(tái)，日本和歐洲各約60臺(tái)

29、，俄羅斯及原東歐國(guó)家280余臺(tái)。目前發(fā)展超超臨界技術(shù)領(lǐng)先的國(guó)家主要是日本、德國(guó)和丹麥等，世界范圍內(nèi)屬于超超臨界參數(shù)的機(jī)組大約有60余臺(tái),結(jié)論： 早期（50年代末）以美國(guó)為代表，更注重提高初壓（30MPa或以上），并采用兩次再熱。使結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)趨于復(fù)雜，運(yùn)行控制難度趨于提高，機(jī)組可用率下降。到80年代，又退回到超臨界參數(shù)。 中期（80年代末）日本由川越電廠31MPa566566566 超超臨界為代表，從引進(jìn)到自主開(kāi)發(fā)，有步驟、有計(jì)劃的發(fā)展。 近期（90年代始），日本壓力調(diào)整為（2425）MPa，溫度由566593 穩(wěn)步上升為600 600 的發(fā)展方向，取得了顯著的成功,德國(guó)等歐洲國(guó)家（丹麥除外）超

30、超臨界機(jī)組的壓力在（2528）MPa范圍，溫度也上升為580600及600 600 。 丹麥的超超臨界機(jī)組追求技術(shù)上可能達(dá)到的最高效率，壓力接近30MPa，溫度為580/580600及580/600 。 采用二次再熱的超超臨界機(jī)組，除了早期美國(guó)的三臺(tái)機(jī)組外，只有日本川越兩臺(tái)（1989年）和丹麥的機(jī)組。 90年代中期以來(lái)，在建設(shè)大容量火力發(fā)電機(jī)組時(shí)以追求機(jī)組的高效率為主要目標(biāo)，在提高蒸汽溫度的同時(shí)，蒸汽壓力也隨之提高,鍋爐布置型式按各公司傳統(tǒng)，有型布置及半塔型布置。日本超臨界鍋爐全部采用型布置，德國(guó)、丹麥全部采用塔式布置。 燃燒方式按各公司傳統(tǒng)，有切圓燃燒和對(duì)沖燃燒。日本IHI、日立公司制造的超

31、臨界型爐均采用了前后墻對(duì)沖燃燒方式，三菱重工的鍋爐燃燒方式為單爐膛或雙爐膛燃燒方式。歐洲燃燒方式既有四角切圓燃燒，又有對(duì)沖燃燒，還有個(gè)別的雙切國(guó)燃燒和八角單切園燃燒。 水冷壁型式為垂直管屏和螺旋管圈二種型式共存。美國(guó)早期為垂直管屏，歐洲為螺旋管圈；90年代后，除日本三菱公司新開(kāi)發(fā)了內(nèi)螺紋垂直管屏外，其余全部采用螺旋管圈。,國(guó)外超臨界機(jī)組發(fā)展中的主要問(wèn)題及發(fā)展計(jì)劃,蒸汽參數(shù)的選擇與金屬材料發(fā)展的匹配 50年代： 1949年原蘇聯(lián) 29.4MPa,600 , 12t/h; 1956年德國(guó) 34MPa,610/570/570 , 88MW ; 1957年美國(guó) 31MPa,621/566/538 ,

32、125MW; 1959年美國(guó) 34.3，649/566/566 , 325MW 60年代： 降為24MPa,538-566 。 當(dāng)時(shí)生產(chǎn)的奧氏體綱熱膨脹系數(shù)大、導(dǎo)熱系數(shù)低、抗應(yīng)力腐蝕差及加工能力差等，其零部件高溫腐蝕、焊接不良、疲勞裂紋、高壓轉(zhuǎn)子熱裂紋等。設(shè)計(jì)、制造質(zhì)量問(wèn)題較多；超臨界參數(shù)下300MW機(jī)組容量較小，汽輪機(jī)效率低；鍋爐不能變壓運(yùn)行，負(fù)荷適應(yīng)性和靈活性差,80年代：新型鐵素體耐鋼熱開(kāi)發(fā)應(yīng)用和改進(jìn)奧氏體綱，及環(huán)保的日趨嚴(yán)格。 90年代：末期蒸汽溫度提高到580600,相應(yīng)的電廠成功投入了商業(yè)運(yùn)行。 現(xiàn)在：新型鐵素體-馬氏體耐鋼熱（6-12%Cr）開(kāi)發(fā)應(yīng)用 未來(lái)的510年：主蒸汽溫度可

33、達(dá)610630。 今后的1020年：現(xiàn)代化電廠將是650的機(jī)組，運(yùn)行效率50%左右。那時(shí)的上限溫度預(yù)計(jì)為700，效率5255,從2002年開(kāi)始，美國(guó)能源部開(kāi)始了一個(gè)用于燃煤電廠超臨界和超超臨界機(jī)組的高溫高強(qiáng)度合金材料研究項(xiàng)目。該研究項(xiàng)目的五個(gè)主要目標(biāo)是: 確定哪些材料影響了燃煤電廠的運(yùn)行溫度和效率； 定義并實(shí)現(xiàn)能使鍋爐運(yùn)行于760的合金材料的生產(chǎn)、加工和涂層工藝; 參與ASME的認(rèn)證過(guò)程并積累數(shù)據(jù)為成為ASME規(guī)范批準(zhǔn)的合金材料做好基礎(chǔ)工作； 確定影響運(yùn)行溫度為871的超超臨界機(jī)組設(shè)計(jì)和運(yùn)行的因素； 與合金材料生產(chǎn)商、設(shè)備制造商和電力公司一起確定成本目標(biāo)并提高合金材料和生產(chǎn)工藝的商業(yè)化程度,日

34、本電力(J-Power，原為EPDC)在日本通商產(chǎn)業(yè)省支持下，從政府得到50%的補(bǔ)助金，與其它單位共同組織超超臨界技術(shù)的開(kāi)發(fā)。第一階段目標(biāo)是:第一步用鐵素體鋼達(dá)到593 ，第二步用奧氏體鋼達(dá)到649。第二階段目標(biāo)是用新型鐵素體鋼達(dá)到630。日本三大設(shè)備制造公司對(duì)轉(zhuǎn)子、汽缸、法蘭、螺栓等主要部件進(jìn)行了相應(yīng)參數(shù)下的實(shí)物中間試驗(yàn)，5OMW功率的中間實(shí)驗(yàn)機(jī)組己經(jīng)投運(yùn),國(guó)內(nèi)發(fā)展超臨界機(jī)組的主要問(wèn)題和發(fā)展計(jì)劃,我國(guó)對(duì)電站用鋼的研究投入很少，新鋼種的研發(fā)工作幾乎處于停滯狀態(tài)。國(guó)內(nèi)冶金企業(yè)的生產(chǎn)水平和能力也有限，高參數(shù)機(jī)組關(guān)鍵部件材料基本上依賴(lài)進(jìn)口，目前國(guó)內(nèi)的耐熱鋼研發(fā)和生產(chǎn)水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于電力工業(yè)的發(fā)展和需要。 科研、開(kāi)發(fā)水平與先進(jìn)國(guó)家相比差距較大在24MPa，538 566 一檔參數(shù)水平，已基本具備自制條件，但主要應(yīng)用國(guó)外的技術(shù)，自己做的科研開(kāi)發(fā)工作很少,1) 國(guó)內(nèi)制造能力,己建設(shè)成一支以哈爾濱、上海、東方三大制造集團(tuán)為主體的、具有相當(dāng)規(guī)模、水平和實(shí)力的發(fā)電設(shè)備制造基地。 形成了一支經(jīng)驗(yàn)豐富、素質(zhì)較高的科研、設(shè)計(jì)和制造的隊(duì)伍 擁有一批制造工藝和裝備較先進(jìn)、生產(chǎn)廠房條件好的制造企業(yè)。 通過(guò)對(duì)300MW、600MW亞臨界火電機(jī)組的技術(shù)引進(jìn)和消化吸收、國(guó)產(chǎn)化研制和優(yōu)化設(shè)計(jì)，同時(shí)相關(guān)制造企業(yè)進(jìn)行了大規(guī)模的技術(shù)改造，