600MW超臨界機組課件1

1、技術(shù)專題介紹1 鄭州電力高等?？茖W(xué)校鄭州電力高等?？茖W(xué)校超臨界鍋爐技術(shù)概述超臨界鍋爐技術(shù)概述引子n前面展示的就是超臨界機組，它是近幾年來迅速發(fā)展的一種大型燃煤火力發(fā)電機組。n我們在學(xué)習(xí)中可能會有以下問題：主要內(nèi)容n一、“臨界點”是怎么回事n二、 “超臨界”是什么意思？n三、超臨界鍋爐和直流鍋爐是一回事嗎n四、超臨界鍋爐有什么優(yōu)勢n五、直流鍋爐的技術(shù)特點n六、國產(chǎn)超臨界鍋爐主要特點一、“臨界點”是怎么回事n水在加熱過程中存在一個狀態(tài)點臨界點n低于臨界點壓力，從低溫下的水加熱到過熱蒸汽的過程中要經(jīng)過汽化過程，即經(jīng)過水和水蒸汽共存的狀態(tài)；n而如果壓力在臨界壓力或臨界壓力以上時，水在加熱的過程中就沒有

2、汽水共存狀態(tài)而直接從水轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝?。n臨界點的主要影響參數(shù)是壓力，水的臨界點壓力為22.115mpa。一、“臨界點”常見困惑：水和蒸汽沒有區(qū)別的狀態(tài)是怎樣的？n壓力越高，水蒸汽分子間的距離和液體水分子間的距離的差距越小n從而使得水和水蒸汽之間的物性差別隨著壓力升高越來越小n直至達到臨界壓力時，水和水蒸汽沒有差別，在同一溫度下，要么全部是水，要么全部為氣（其實是很“稠密”的蒸汽）。溫度溫度/壓力壓力/barbar亞臨界超臨界水分子密度與壓力、溫度關(guān)系水分子密度與壓力、溫度關(guān)系水和汽之間的區(qū)別僅在于分子間距離n水和汽之間的區(qū)別僅僅是分子間距離n分子間距離在一定距離范圍內(nèi)就稱為水n分子間距離超過這個界

3、限就稱為汽溫度溫度/壓力壓力/barbar亞臨界超臨界水分子密度與壓力、溫度關(guān)系水分子密度與壓力、溫度關(guān)系微觀解釋n 臨界或超臨界壓力下，溫度較低時，水分子之間的距離緊密，處于液態(tài)水的狀態(tài)。隨著溫度的升高，分子動能增大，分子間距離逐漸變大，宏觀上看就是水的體積膨脹，或比容增大。當(dāng)達到臨界溫度時，分子之間的距離大于液體水分子之間距離的上限，則水在這瞬間就全部由水變成了蒸汽，之后的加熱過程中，水蒸汽溫度升高，分子間距離繼續(xù)增大，宏觀上水蒸氣體積膨脹，比容變大。 二、 “超臨界”是什么意思？n當(dāng)流體的壓力和溫度超過一定的值（臨界點）時，流體會處于一種介乎于液態(tài)和氣態(tài)的中間態(tài)，稱為超臨界態(tài)。 n對鍋爐

4、來說,主蒸汽壓力超過（大于）臨界點壓力（22.12mpa)的工況超臨界壓力下朗肯循環(huán)過程的ts圖三、超臨界鍋爐和直流鍋爐是一回事嗎n超臨界鍋爐從壓力上分類n直流鍋爐從有無汽包分類n超臨界鍋爐一定是直流鍋爐n直流鍋爐不一定是超臨界鍋爐，可以是亞臨界或以下壓力鍋爐直流爐可以適用于任何壓力，但如果壓力太低，則不如自然循環(huán)鍋爐，所以一般應(yīng)用在p16mpa的鍋爐上。當(dāng)然超（超）臨界參數(shù)鍋爐必須采用直流型式循環(huán)倍率n超臨界壓力鍋爐水冷壁出口蒸汽干度為；n亞臨界壓力汽包鍋爐水冷壁出口蒸汽干度為.；n超高壓汽包鍋爐水冷壁出口蒸汽干度為.。四、超臨界鍋爐有什么優(yōu)勢n朗肯循環(huán)熱效率隨主蒸汽壓力、溫度的升高而提高，

5、超臨界壓力機組比亞臨界機組熱效率提高23%。電廠名稱容量 mw供電煤耗 g/kwh發(fā)電煤耗g/kwh廠用電率%華能南京電廠300324.5309.84.53華能營口電廠320337.2320.74.90華能伊敏電廠500329.53l1.25.55國華盤山電廠500331.o3l1.16.0石洞口電廠600308.2297.13.6綏中電廠800329.23l2.94.9320032003年度全國超臨界機組運行經(jīng)濟指標(biāo)統(tǒng)計數(shù)據(jù)年度全國超臨界機組運行經(jīng)濟指標(biāo)統(tǒng)計數(shù)據(jù)五、直流鍋爐的技術(shù)特點1.取消汽包，能快速啟停。n與自然循環(huán)鍋爐相比，直流爐從冷態(tài)啟動到滿負(fù)荷運行，變負(fù)荷速度可提高一倍左右。2.壓

6、力適應(yīng)性廣n適用于亞臨界和超臨界以及超超臨界壓力鍋爐。3.金屬耗量少n鍋爐本體金屬消耗量最少，鍋爐重量輕。一臺300mw自然循環(huán)鍋爐的金屬重量約為5500t7200t，相同等級的直流爐的金屬重量僅有4500t5680t，一臺直流鍋爐大約可節(jié)省金屬2000t。加上省去了汽包的制造工藝，使鍋爐制造成本降低。4.水泵壓頭高n水冷壁的流動阻力全部要靠給水泵來克服，這部分阻力約占全部阻力的2530。所需的給水泵壓頭高，既提高了制造成本，又增加了運行耗電量。5.需要專門的啟動系統(tǒng)n直流鍋爐啟動時約有30額定流量的工質(zhì)經(jīng)過水冷壁并被加熱，為了回收啟動過程的工質(zhì)和熱量并保證低負(fù)荷運行時水冷壁管內(nèi)有足夠的重量流

7、速，直流鍋爐需要設(shè)置專門的啟動系統(tǒng)，而且需要設(shè)置過熱器的高壓旁路系統(tǒng)和再熱器的低壓旁路系統(tǒng)。加上直流鍋爐的參數(shù)比較高，需要的金屬材料檔次相應(yīng)要提高，其總成本不低于自然循環(huán)鍋爐。6.需要汽水分離器n系統(tǒng)中的汽水分離器在低負(fù)荷時起汽水分離作用并維持一定的水位，在高負(fù)荷時切換為純直流運行，汽水分離器作為通流承壓部件。7.需要較高的質(zhì)量流速n為了達到較高的質(zhì)量流速，必須采用小管徑水冷壁。這樣，不但提高了傳熱能力而且節(jié)省了金屬，減輕了爐墻重量，同時減小了鍋爐的熱慣性。8.熱慣性小n水冷壁的金屬儲熱量和工質(zhì)儲熱量最小，即熱慣性最小，使快速啟停的能力進一步提高，適用機組調(diào)峰的要求。n但熱慣性小也會帶來問題，

8、它使水冷壁對熱偏差的敏感性增強。當(dāng)煤質(zhì)變化或爐內(nèi)火焰偏斜時，各管屏的熱偏差增大，由此引起各管屏出口工質(zhì)參數(shù)產(chǎn)生較大偏差，進而導(dǎo)致工質(zhì)流動不穩(wěn)定或管子超溫。9.流動阻力大n為保證足夠的冷卻能力和防止低負(fù)荷下發(fā)生水動力多值性以及脈動，水冷壁管內(nèi)工質(zhì)的重量流速在mcr負(fù)荷時提高到2000/（s）以上。加上管徑減小的影響，使直流鍋爐的流動阻力顯著提高。n600mw以上的直流鍋爐的流動阻力一般為5.4mpa6.0mpa。10.汽溫調(diào)節(jié)n汽溫調(diào)節(jié)的主要方式是調(diào)節(jié)燃料量與給水量之比，輔助手段是噴水減溫或煙氣側(cè)調(diào)節(jié)。n由于沒有固定的汽水分界面，隨著給水流量和燃料量的變化，受熱面的省煤段、蒸發(fā)段和過熱段長度發(fā)生

9、變化，汽溫隨著發(fā)生變化，汽溫調(diào)節(jié)比較困難。11.容易發(fā)生水動力不穩(wěn)定n低負(fù)荷運行時，給水流量和壓力降低，受熱面入口的工質(zhì)欠焓增大，容易發(fā)生水動力不穩(wěn)定。n由于給水流量降低，水冷壁流量分配不均勻性增大；壓力降低，汽水比容變化增大；工質(zhì)欠焓增大，會使蒸發(fā)段和省煤段的阻力比值發(fā)生變化。12.水冷壁可靈活布置n水冷壁可靈活布置，可采用螺旋管圈或垂直管屏水冷壁。采用螺旋管圈水冷壁有利于實現(xiàn)變壓運行。13.熱偏差影響大n超臨界壓力直流鍋爐水冷壁管內(nèi)工質(zhì)溫度隨吸熱量而變，即管壁溫度隨吸熱量而變。n因此，熱偏差對水冷壁管壁溫度的影響作用顯著增大。14.存在傳熱惡化的可能n變壓運行的超臨界參數(shù)直流爐，在亞臨界壓

10、力范圍和超臨界壓力范圍內(nèi)工作時，都存在工質(zhì)的熱膨脹現(xiàn)象。n在亞臨界壓力范圍內(nèi)可能出現(xiàn)膜態(tài)沸騰；在超臨界壓力范圍內(nèi)可能出現(xiàn)類膜態(tài)沸騰。15.啟停速度受汽機限制n啟停速度和變負(fù)荷速度受過熱器出口集箱的熱應(yīng)力限制，但主要限制因素是汽輪機的熱應(yīng)力和脹差。16.給水品質(zhì)要求高n直流鍋爐要求的給水品質(zhì)高，要求凝結(jié)水進行100的除鹽處理。17.控制系統(tǒng)復(fù)雜n控制系統(tǒng)復(fù)雜，調(diào)節(jié)裝置的費用較高。六、國產(chǎn)超臨界鍋爐主要特點1.采用型布置形式2.螺旋管圈水冷壁.采用前后墻對沖燃燒方式.采用新型低氮旋流燃燒器.采用回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器.采用直吹式制粉系統(tǒng).采用軸流式風(fēng)機1.采用型布置形式 型布置是傳統(tǒng)普遍采用的方式，煙氣

11、由爐膛經(jīng)水平煙道進入尾部煙道，在尾部煙道通過各受熱面后排出。 其主要優(yōu)點是鍋爐高度較低，尾部煙道煙氣向下流動有自生吹灰作用，各受熱面易于布置成逆流形式，對傳熱有利等。dbc/bhk/bhdbdbc/bhk/bhdb 2.螺旋管圈水冷壁 對于超臨界變壓運行鍋爐，螺旋管圈水冷壁是首先應(yīng)用于超臨界變壓運行鍋爐的水冷壁型式。 爐膛水冷壁采用螺旋管圈垂直管圈方式【即下部爐膛的水冷壁采用螺旋管圈（內(nèi)螺紋管），上部爐膛的水冷壁為垂直】，保證質(zhì)量流速符合要求。 水冷壁采用全焊接的膜式水冷壁 水冷壁采用一次中間混合聯(lián)箱來實現(xiàn)螺旋管至垂直水冷壁管的過渡 性能優(yōu)越、成熟可靠的水冷壁自由選擇管子尺寸和數(shù)量：布置與選擇

12、管徑靈活，易于獲得足夠的質(zhì)量流速 螺旋管圈水冷壁所需管子根數(shù)和管徑，可通過改變管子水平傾斜角度來調(diào)整，使之獲得合理的設(shè)計值，以確保鍋爐安全運行與水冷壁自身的剛性。 管子根數(shù)大大減少，而且這種減少水冷壁管子根數(shù)的辦法不加大管子之間的節(jié)距，使管子和肋片的金屬壁溫在任何工況下都安全。 內(nèi)螺紋螺旋管圈水冷壁: 采用內(nèi)螺紋管，提高水冷壁安全裕度技術(shù)特點：采用管螺旋管圈 控制合理的設(shè)計平均質(zhì)量流速，防止亞臨界狀態(tài)下的傳熱惡化，提高高負(fù)荷下的安全裕度。選取較高的質(zhì)量流速 較高的流速可以確保更高的傳熱性能和流動可靠性，確保水冷壁有較高的安全性和較大的安全裕度。 brl mcr 0 5 10 15 20 25

13、30 35 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 主主蒸蒸汽汽流流量量, t/h 壓壓力力, mpag - 500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 3,500 4,000 4,500 質(zhì)質(zhì)量量流流速速 (kg/m2s) 過過熱熱器器出出口口壓壓力力 省省煤煤器器進進口口壓壓力力 設(shè)設(shè)計計平平均均質(zhì)質(zhì)量量流流速速 臨臨界界質(zhì)質(zhì)量量流流速速 內(nèi)螺紋管tube sufficient margin 足足夠夠的的裕裕量量 光管 30%mcr 50tha 70%tha 結(jié)論：通過采用內(nèi)螺紋管及選取合適的質(zhì)量流速，水冷壁安全裕度得到極大的提高，汽

14、水阻力僅增加約10%。螺旋水冷壁螺旋水冷壁垂直水冷壁垂直水冷壁混合集箱混合集箱垂直水冷壁入口集箱垂直水冷壁入口集箱半爐膛混合，減少吸熱偏差小，適應(yīng)變壓運行半爐膛混合，減少吸熱偏差小，適應(yīng)變壓運行內(nèi)螺紋螺旋管圈水冷壁:充分均勻混合的中間過渡水冷壁垂直水冷壁 螺旋水冷壁出口 垂直水冷壁進口螺旋水冷壁 內(nèi)螺紋螺旋管圈水冷壁: 管間吸熱偏差小，適應(yīng)變壓運行燃燒器燃燒器燃燒器燃燒器燃燒器燃燒器燃燒器燃燒器水冷壁出口水冷壁出口介質(zhì)溫度介質(zhì)溫度垂直管布置水冷壁垂直管布置水冷壁螺旋上升式水冷壁螺旋上升式水冷壁熱負(fù)荷熱負(fù)荷前墻側(cè)墻后墻側(cè)墻前墻側(cè)墻后墻側(cè)墻流向流向流向流向流向流向流向流向螺旋管在盤旋上升的過程中，

15、每根管子都經(jīng)過爐膛下部高熱負(fù)荷區(qū)域的整個周界，途經(jīng)寬度方向不同熱負(fù)荷分布的區(qū)域。因此，螺旋管的每個管子，以整個長度而言，熱偏差很小 內(nèi)螺紋螺旋管圈水冷壁: 不需設(shè)置水冷壁進口節(jié)流圈流量調(diào)整困難流量調(diào)整困難 (進口節(jié)流圈進口節(jié)流圈)采用高質(zhì)量流速，且質(zhì)量流速可采用高質(zhì)量流速，且質(zhì)量流速可以自由調(diào)整。以自由調(diào)整。節(jié)流圈為針對鍋爐某一負(fù)荷、某一煤種而設(shè)計。由于節(jié)流圈的固有特性，對所有負(fù)荷進行流量合理分配、調(diào)節(jié)較為困難；機組運行一段時間，節(jié)流圈將不可避免地結(jié)垢，偏離設(shè)計值。對煤種變化、爐膛結(jié)渣等所引起的爐膛熱負(fù)荷變化適應(yīng)性較差。采用較高質(zhì)量流速設(shè)計，且進口不需裝設(shè)節(jié)流圈，螺旋管圈水冷壁的傳熱、流量分配

16、和介質(zhì)出口溫度等不會受到燃燒器、磨煤機切換等工況的影響 。對煤種變化、爐膛結(jié)渣以及機組負(fù)荷變化所引起的吸熱量的變化適應(yīng)性好，變負(fù)荷、變壓運行能力強 內(nèi)螺紋管結(jié)構(gòu) 螺旋管圈+內(nèi)螺紋管漩渦效果 重力作用管子內(nèi)表面充滿了液體 內(nèi)螺紋螺旋管圈水冷壁:成熟的制造和安裝工藝，工地安裝方便快捷統(tǒng)計結(jié)果：采用螺旋管圈水冷壁的汕頭工程600mw超臨界鍋爐受壓件安裝焊口數(shù)約3800038000只（螺旋管圈部分約82008200只，垂直管圈部分約64006400只，共計約1460014600只)?？偟墓さ厥軌杭惭b焊口少于采用垂直管圈水冷壁的600mw超臨界鍋爐。.采用前后墻對沖燃燒方式技術(shù)特點： 能夠使熱量輸入沿

17、爐膛寬度方向較均勻分布，隨著鍋爐容量的增加，一般只須調(diào)整爐膛寬度來增加爐膛斷面。 隨著鍋爐容量的增加，爐膛的斷面也相應(yīng)增加，可以方便的增加一定數(shù)量的燃燒器，保證爐內(nèi)火焰有較好的充滿情況，保證均衡的燃燒熱負(fù)荷。 屏式過熱器進口煙氣分布爐膛出口煙氣溫度分布高溫過熱器進口煙氣分布2020 煙氣溫度分布高過爐膛出口250 kw/m20kw/m2屏過0 采用前后墻對沖燃燒方式:避免火焰刷墻，防止?fàn)t膛結(jié)渣技術(shù)特點： 消除煙氣旋轉(zhuǎn)，單個燃燒器具有良好的燃料、空氣分布，獨特的燃燒器喉口設(shè)計結(jié)構(gòu)，能夠避免燃燒器區(qū)域結(jié)渣和腐蝕。后墻前墻熱煙氣和灰粒沖刷的幾率較小側(cè)墻布置的吹灰器可有效控制水冷壁的積灰 周圍的煙氣卷

18、吸到燃燒器主氣流中 熱煙氣回流到爐膛角部 含有熔化灰粒的熱煙氣沖刷水冷壁 灰粒在水冷壁上堆積形成結(jié)渣 燃燒器爐膛水冷壁采用前后墻對沖燃燒方式燃燒器燃盡風(fēng)口前墻左側(cè)墻后墻右側(cè)墻流體溫度(oc)前墻前墻左側(cè)墻左側(cè)墻右側(cè)墻右側(cè)墻后墻后墻410400390380100%mcr切圓燃燒切圓燃燒切圓燃燒切圓燃燒(設(shè)置節(jié)流圈設(shè)置節(jié)流圈)對沖燃燒方式對沖燃燒方式20oc10oc7oc燃燒方式燃燒方式最大溫差最大溫差技術(shù)特點：上部爐膛寬度方向上的煙氣溫度和速度分布比較均勻，使水冷壁出口溫度偏差較小，也就有利于降低過熱蒸汽溫度偏差，保證過熱器和再熱器的安全性。前后墻對沖燃燒方式:熱空氣配風(fēng)簡單可靠.采用新型低no

19、x旋流燃燒器將傳統(tǒng)的二次風(fēng)分為兩部分：內(nèi)二次風(fēng)（或稱為二次風(fēng)）和外二次風(fēng)（或稱為三次風(fēng)），這兩股風(fēng)均布置有各自的調(diào)風(fēng)器，以便于在運行調(diào)整風(fēng)量和旋流強度。燃燒用空氣沿射流行程逐步分級送入，在射流下游區(qū)域完全混合, ,實現(xiàn)了旋流煤粉燃燒器內(nèi)部的空氣分級燃燒，控制nox生成量。 采用最新型旋流燃燒器：性能優(yōu)越的煤粉濃縮器一次風(fēng)粉混合物首先進入燃燒器的一次風(fēng)入口彎頭，然后經(jīng)過燃燒器一次風(fēng)管和布置在一次風(fēng)管中的煤粉濃縮器，最后經(jīng)過一次風(fēng)穩(wěn)焰齒環(huán)和一次風(fēng)擴錐噴入爐膛。煤粉濃縮器使煤粉氣流產(chǎn)生徑向分離，濃煤粉氣流從一次風(fēng)管圓周外側(cè)經(jīng)過一次風(fēng)管出口處的穩(wěn)焰齒環(huán)進入環(huán)形回流區(qū)著火燃燒；淡煤粉氣流從一次風(fēng)管中心區(qū)

20、域噴入爐內(nèi)，并進入內(nèi)回流區(qū)著火燃燒采用最新型雙調(diào)風(fēng)低旋流燃燒器：快速點火、高溫火焰一次風(fēng)管出口處的較大厚度和一次風(fēng)擴錐使一、二次風(fēng)分離并形成一個夾角，通過高速的一、二次風(fēng)的吸卷在該夾角范圍內(nèi)形成一個穩(wěn)定的高溫?zé)煔猸h(huán)形回流區(qū)。該回流區(qū)離一次風(fēng)出口很近，回流的煙氣溫度很高；而進入該回流區(qū)的是濃煤粉氣流，它所需要的著火熱大大降低；噴口出口處的穩(wěn)焰齒環(huán)可以增加煤粉氣流的湍動度，進一步提高煤粉氣流的著火速度；一次風(fēng)擴錐可以推遲二次風(fēng)的混入，提高回流區(qū)域的溫度。因此在上述因素的共同作用下，煤粉氣流在離開燃燒器一次風(fēng)噴口后能夠迅速及時著火、穩(wěn)定燃燒。螺旋管圈水冷壁 主要設(shè)備：合理的水冷壁的支撐結(jié)構(gòu)垂直膜式水

21、冷壁螺旋水冷壁出口集箱垂直水冷壁進口集箱螺旋水冷壁出口集箱垂直水冷壁進口集箱垂直搭接板垂直剛性梁水平剛性梁螺旋膜式水冷壁上部垂直水冷壁主要系統(tǒng)：汽水系統(tǒng)啟動分離器低溫再熱器來至高壓缸出口水平煙道側(cè)包后豎井前包后豎井側(cè)包后豎井中隔后豎井后包水平煙道側(cè)包啟動分離器啟動分離器低過屏過高過至高壓缸一級減溫一級減溫二級減溫器二級減溫器頂棚過熱器低再高再至中壓缸事故減溫器事故減溫器省煤器去高壓缸去中壓缸來自高加來自高壓缸爐膛低過屏過末過低再高再分離器貯水罐過熱器一級減溫再熱器事故減溫過熱器二級減溫.采用可靈活配置的鍋爐啟動系統(tǒng)給水控制閥鍋爐給水泵除氧器疏水?dāng)U容器冷凝水凈化器冷凝水泵高加省煤器水冷壁儲水罐啟動分離器水位控制閥啟動排污低溫過熱器屏式過熱器高溫過熱器高溫再熱器高壓缸中壓缸低壓缸冷凝器高壓旁路閥疏水閥 噴水 噴水 低壓旁路閥hpip低溫再熱器 噴水 噴水 l p 噴水 啟動循環(huán)泵再循環(huán)管路水位控制閥低加以上兩種啟動系統(tǒng)方案我公司均可設(shè)置，正常運行時，啟動初期排入凝汽器的疏水流量不大，本公司推薦選用啟動疏水直接排入凝汽器方案。最終選型由業(yè)主和設(shè)計院進行技術(shù)經(jīng)濟比較后確定。主要設(shè)備：啟動分離器功能和特點：在鍋爐啟停及低負(fù)荷運行期間，汽水分離器濕態(tài)運行，起汽水分離作用；在鍋爐正常運行期間，汽水分離器只作為蒸汽通