《鍋爐原理》課件超臨界機(jī)組受熱面

1、補(bǔ)充內(nèi)容一：超臨界機(jī)組鍋爐(第六節(jié)直流鍋爐蒸發(fā)受熱面系統(tǒng))浙江省近年新建超臨界機(jī)組項目裝機(jī)容量參數(shù)投資方投運(yùn)年備注華能玉環(huán)電廠4100超超臨界華能,一期98億一期04動工,06.11.28發(fā)電哈鍋引進(jìn)技術(shù)象山烏沙山電廠460超臨界大唐,06年4月浙能蘭溪電廠460超臨界浙江能投,100億06年4月B&W浙能樂清發(fā)電廠260/ 266超臨界/超超臨界浙江能投,110億08年9月上鍋淮浙煤電鳳臺電廠263超臨界淮南、浙能2008.8東鍋北侖三期2100超超臨界國電,浙能84.2億2008.12國華寧海電廠2100(1期)超超臨界國華等3家,85.8億09年10月上鍋項目裝機(jī)容量參數(shù)投資方投運(yùn)年備注

2、嘉興電廠三期2100超超臨界浙江能投82.092011.11哈鍋浙能舟山六橫電廠 4100(2期)超超臨界浙能等78.92011.5開工，13年底投運(yùn)華潤電力(溫州)有限公司2100超超臨界華潤等88億在建，13-14年建成臺州第二電廠2100超超臨界浙能在建，2015年建成華能長興電廠266超超臨界華能2014.12.17國華寧海電廠2100(2期)超超臨界溫州電廠266超超臨界浙能2015建成象山烏沙山電廠二期2100超超臨界2004年建成2015年，電力裝機(jī)容量：8670萬千瓦超(超)臨界機(jī)組：100萬機(jī)組20余臺，60-66萬機(jī)組：18-20臺鍋爐超臨界狀態(tài)水的臨界點(diǎn)：tc=374.1

3、5 ，pc=22.129MPa，臨界焓 2095.2kJ/超臨界壓力下郎肯循環(huán)過程的TS圖低于臨界壓力，水加熱經(jīng)過汽化過程，存在水和水蒸氣共存狀態(tài)；在臨界壓力或高于臨界壓力，水在加熱過程中沒有汽水共存狀態(tài)，直接從水轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝?。超臨界機(jī)組鍋爐一、超臨界壓力下水和水蒸氣的熱物理特性在超臨界壓力區(qū)，水冷壁管內(nèi)工質(zhì)具有大比熱容特性。在大比熱容區(qū)，工質(zhì)溫度隨吸熱量變化不大；在大比熱容區(qū)外，變化很大P=26MPa時水的熱物性與溫度的關(guān)系 壓力對超臨界壓力水的比熱的影響 二、超臨界參數(shù)等級壓力：pc超臨界，超超臨界是我國人為劃分。國外技術(shù)資料Ultra Supercriticalhigh efficienc

4、y supercritical、advanced supercritical ，優(yōu)化或高效、先進(jìn)的超臨界機(jī)組。超臨界和超超臨界區(qū)分二種觀點(diǎn)、： 日本：24.1MPa/538/538超臨界 24.1MPa/593/593超超臨界 歐洲：24.7MPa/542超臨界 27-28MPa/600超超臨界 中國：27MPa/580/600；單機(jī)容量600MW(國際上：蒸汽溫度不低于593或蒸汽壓力不低于31 MPa被稱為超超臨界。)壓力按500 psi為一級，可分為：3500psi4000psi4500psi5000psi24.1MPa27.6MPa31MPa34.5MPa汽溫按50 為一級，可分為：1

5、000 1050 1100 1150 1200 538 566 593 621 649 機(jī)組類型蒸汽壓力M Pa蒸汽溫度電廠效率%供電煤耗g/kWh亞臨界機(jī)組17.0540/54038324超臨界機(jī)組25.5567/56741300高溫超臨界25.0600/60044278超超臨界機(jī)組30.0600/600/60048256高溫超超臨界30.070057215不同蒸汽參數(shù)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性比較(鍋爐出口參數(shù))三、蒸汽參數(shù)對機(jī)組效率影響在超臨界機(jī)組參數(shù)范圍內(nèi)，主汽壓力提高1.0MPa，熱耗下降0.13%-0.15；主汽溫度提高10，熱耗下降0.25-0.3；再熱汽溫提高10 ，熱耗下降0.15-0.2；

6、采用二次再熱，熱耗可下降1.41.6。與同容量亞臨界火電機(jī)組相比，超臨界機(jī)組可提高效率2%-2.5%，超超臨界機(jī)組可提高效率約5%。目前，世界上先進(jìn)的超超臨界機(jī)組效率已達(dá)到4749。而超超臨界高溫機(jī)組效率可達(dá)到5255。在性價比方面優(yōu)于IGCC。國外部分超臨界機(jī)組經(jīng)濟(jì)性超臨界機(jī)組高溫部件材料部件名稱溫度范圍最高溫度565最高溫度600(625)最高溫度625-650最高溫度720高溫再熱器1%-2%CrMo鋼9%CrMo鋼奧氏體不銹鋼9%Cr鋼高溫耐腐鋼奧氏體不銹鋼高溫合金鋼主蒸汽管、集箱、閥體2.25%CrMo鋼9%Cr鋼奧氏體不銹鋼高溫合金鋼高溫轉(zhuǎn)子1%-2%CrMo鋼9-12%Cr鋼奧氏

7、體不銹鋼9-12%Cr鋼高溫合金鋼高溫汽輪機(jī)內(nèi)杠(HP/IP)外缸(HP/IP)1%-2%Cr鋼1%-2%Cr鋼9%-12%Cr鋼1%-2%CrMo鋼奧氏體不銹鋼9%-12%Cr鋼高溫合金鋼奧氏體不銹鋼9%-12%Cr鋼低壓轉(zhuǎn)子高純度的3.5%NiCrMoV鋼超高純度的3.5%NiCrMoV鋼四、超臨界機(jī)組鍋爐的發(fā)展1919年西門子公司根據(jù)捷克人馬克.本生專利制造了世界第一臺實(shí)驗性超臨界鍋爐1949年前蘇聯(lián)安裝了第一臺超超臨界直流鍋爐試驗機(jī)組，29.4MPa/600(12t/h)，后改造；1963年，第一臺300MW，到1985年，187臺投運(yùn)?？偣β?800萬kW。單機(jī)功率，300MW、50

8、0MW、800MW、1200MW，蒸汽參數(shù)23.5MPa/540/540 1956年西德投運(yùn)1臺34MPa/610，容量88MW的超超臨界機(jī)組1957年美國第一臺，125MW，31MPa/621/566/566。到1980年共有166臺機(jī)組投運(yùn)，總功率1.1億kW。其中，800MW以上107臺，1300MW9臺，參數(shù)主要為24.1MPa/538/538;1960年開始按設(shè)計參數(shù)運(yùn)行的艾迪斯頓1號機(jī)34.3MPa/649/566/566(當(dāng)時最高出力、壓力、溫度、效率)，8年后降壓運(yùn)行。日本1967年從美國引進(jìn)第一臺600MW機(jī)組，到1984年，共有73臺投運(yùn)。其中600MW機(jī)組31臺，700M

9、W機(jī)組9臺，1000MW機(jī)組5臺，蒸汽參數(shù)24.1MPa/538/5662005年，超超臨界機(jī)組的蒸汽參數(shù)：33.5MPa/630；預(yù)期2015年可達(dá)：40.0MPa/720，美國計劃35MPa/760/760/760，發(fā)電效率高于55%烏克蘭祖耶夫捷爾任斯基研究院（紅旗電廠），多次獲蘇聯(lián)勞動勛章。 1982年建立35MW試驗鍋爐中國超臨界機(jī)組的發(fā)展60年代開始研究，上海重點(diǎn)辦，西安交通大學(xué)，上海成套所80年代西交大建立超臨界試驗裝置，壓力28-30MPa，40MPa(適應(yīng)超超臨界)上海鍋爐廠20世紀(jì)60-80年代自行研究開發(fā)直流鍋爐；80-90年代引進(jìn)國外技術(shù)；2000年以后技術(shù)轉(zhuǎn)讓、合作制

10、造、自行開發(fā)1987年部分引進(jìn)瑞士Sulzer公司600MW技術(shù)，80年代末與ABB-CE公司合作制造石洞口二廠2600MW超臨界機(jī)組直流鍋爐，1998年與Alstom公司合作制造外高橋2900MW，2003年正式引進(jìn)美國Alstom公司(原美國CE公司)600-1000MW超(超)臨界鍋爐成套設(shè)計和制造技術(shù)。我國超臨界技術(shù)總體上比國外晚20-30年，但近年發(fā)展很快。三大鍋爐廠典型超臨界機(jī)組鍋爐超超臨界鍋爐的形式DBC-1000MWHBC-1000MWSBC-1000MW鍋爐參數(shù)26.25MPa/605/603 26.25MPa/605/603 27.56MPa/605/603 鍋爐蒸發(fā)量30

11、3329503091技術(shù)支持巴布科克-日立（BHK）三菱（MHI）阿爾斯通（API）啟動系統(tǒng)的形式循環(huán)泵+擴(kuò)容器循環(huán)泵+擴(kuò)容器循環(huán)泵+擴(kuò)容器調(diào)溫方式煙氣擋板+噴水煙氣擋板+擺動燃燒器+噴水煙氣擋板+擺動燃燒器+噴水燃燒器的形式及配風(fēng)方式HT-NR3燃燒器+擴(kuò)大還原PM燃燒器+MACT同軸射流濃淡燃燒器LNCFS+SOF燃燒方式前后墻對沖燃燒雙爐膛八角切圓雙火焰單爐膛四角切圓火焰燃用煤種煙煤煙煤煙煤爐膛尺寸（m）33.973415.55846432.08415.6766.623.16023.16077.510爐膛容積熱強(qiáng)度（kW/m）7982.765.93爐膛斷面熱強(qiáng)（MW/）4.54.554.

12、471爐膛下部及上部水冷壁的形式內(nèi)螺紋管螺旋管圈+光管垂直管屏內(nèi)螺紋管垂直管屏+光管垂直管屏光管螺旋管圈+光管垂直管屏磨煤機(jī)及制粉系統(tǒng)雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)，直吹式制粉系統(tǒng)中速磨煤機(jī)，直吹式制粉系統(tǒng)中速磨煤機(jī)直吹式減溫水級數(shù)及總量二級8%三級7%三級鍋爐制造廠東方鍋爐（DBC）哈爾濱鍋爐（HBC）上海鍋爐（SBC）電廠山東鄒縣電廠浙江玉環(huán)電廠浙江寧海電廠玉環(huán)電廠1000MW機(jī)組鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量B-MCR： 2950 t/h額定蒸汽壓力(過熱器出口)： 26.25 MPa(a)額定蒸汽溫度：605再熱蒸汽流量B-MCR：2457 t/h再熱器出口蒸汽壓力B-MCR：5.07MPa(a)再熱器出口蒸汽溫

13、度B-MCR：603 給水溫度B-MCR： 298 下部內(nèi)螺紋垂直管屏，上部光管垂直管屏雙爐膛直流燃燒器雙切圓燃燒方式 鄒縣電廠1000MW機(jī)組鍋爐旋流燃燒器前后墻對沖燃燒方式外高橋三期1000MW鍋爐主蒸汽820.8kg/s (2,955 t/h) 29.7MPa (設(shè)計壓力)605 0C再熱蒸汽678.6kg/s (2,443 t/h)7.0 MPa (設(shè)計壓力) 0C給水 297 0C煤種 煙煤光管螺旋管圈/光管垂直管屏直流燃燒器切向燃燒方式超臨界機(jī)組鍋爐水冷壁特點(diǎn)給水依靠給水泵壓頭在受熱面中一次通過產(chǎn)生蒸汽，水變汽三階段無固定分界點(diǎn)，汽溫不易穩(wěn)定。管內(nèi)工質(zhì)溫度隨吸熱量變化，吸熱量增加，

14、溫度提高。如25MPa/540/540的超臨界壓力鍋爐，水冷壁工質(zhì)溫度約提高98 。管內(nèi)傳熱與工質(zhì)的熱物理特性密切相關(guān)，比體積和熱導(dǎo)率等在擬臨界溫度附近的大比熱容區(qū)急劇變化。熱強(qiáng)度越大的管子或管屏流量越小，與自然循環(huán)汽包鍋爐相反。變壓運(yùn)行：管內(nèi)工質(zhì)跨越亞臨界、臨界和超臨界壓力區(qū)。蒸汽參數(shù)(MPa/)25/540/58527/585/60030/600/62031.5/620/62035/700/720水冷壁材料F12T91NF616奧氏體鋼鉻鎳合金機(jī)組效率(%)43.244.545.245.750超臨界鍋爐水冷壁管形式采用螺旋管圈垂直管圈方式螺旋管圈水冷壁是首先應(yīng)用于超臨界變壓運(yùn)行鍋爐的水冷壁

15、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，利于穿墻和懸吊)，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(shí)現(xiàn)螺旋管至垂直水冷壁管的過渡光管垂直管屏水冷壁內(nèi)螺紋管垂直管屏水冷壁光管螺旋管圈水冷壁內(nèi)螺紋管螺旋管圈水冷壁給水省煤器爐膛下部水冷壁中間混合聯(lián)箱(螺旋水冷壁出口聯(lián)箱和垂直水冷壁進(jìn)口聯(lián)箱)爐膛上部水冷壁汽水分離器直流鍋爐螺旋管與直管段聯(lián)箱連接不同熱負(fù)荷下含汽率與管壁溫度特點(diǎn)一：內(nèi)螺紋管不同流量下含汽率與管壁溫度 特點(diǎn)二、螺旋管圈水冷壁熱偏差小燃燒器燃燒器燃燒器燃燒器水冷壁出口介質(zhì)溫度垂直管布置

16、水冷壁螺旋上升式水冷壁熱負(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螺旋管在盤旋上升的過程中，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 特點(diǎn)三、布置靈活，質(zhì)量流速可選布置與選擇管徑靈活，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(yùn)行與水冷壁自身的剛性。 管子根數(shù)大大減少，流速可以提高，適應(yīng)變壓運(yùn)行，保證水冷壁安全，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。螺旋

17、管圈與垂直上升水冷壁特性螺旋管圈垂直管圈水冷壁出口溫度均勻性每個管通過爐膛四周，吸熱均勻、溫度均勻爐膛四周各部位吸熱差異很大，需裝節(jié)流圈水冷壁的安全性出口溫度均勻，并采用內(nèi)螺紋管依靠節(jié)流圈調(diào)節(jié)，難適應(yīng)煤種等影響因素變化，影響水循環(huán)的可靠性和水冷壁安全性煤種變化和負(fù)荷變化的適應(yīng)性質(zhì)量流量選擇有較大裕量，且不受節(jié)流圈限制，適應(yīng)性強(qiáng)對所有負(fù)荷流量調(diào)節(jié)有困難，節(jié)流圈易結(jié)垢損壞，適應(yīng)性較差水冷壁管質(zhì)量流速選擇的靈活性螺旋管的傾角可變，管子根數(shù)可變，流速選擇范圍大管子根數(shù)受爐膛尺寸的限制，流速只能通過管徑來改變，靈活性有限制造、安裝制造時間和難度長，但現(xiàn)場安裝和調(diào)整需要總時間短需要現(xiàn)場調(diào)整節(jié)流圈，困難鍋爐

18、運(yùn)行的靈活性磨煤機(jī)、燃燒器的停投模式適應(yīng)性強(qiáng)磨煤機(jī)、燃燒器的停投模式適應(yīng)性差螺旋管圈單根水冷壁長(約為垂直管2倍)，阻力大；支撐結(jié)構(gòu)和剛性梁結(jié)構(gòu)復(fù)雜。建議參考資料樊泉桂，超超臨界鍋爐設(shè)計及運(yùn)行，中國電力出版社，1010.8張磊，超超臨界火力發(fā)電機(jī)組問答精選，化學(xué)工業(yè)出版社，2008.4補(bǔ)充內(nèi)容二：四管爆漏四管爆漏鍋爐四管水冷壁、過熱器、再熱器和省煤器。四管爆漏上述四種受熱面由于過熱、腐蝕、磨損等各種原因發(fā)生破裂、泄漏，導(dǎo)致受熱管失效，甚至引起鍋爐事故停爐。受鍋爐運(yùn)行工況影響最大的有10種：如短期過熱、長期過熱、飛灰磨損、焦塊砸傷、吹灰器吹損等；受化學(xué)水汽品質(zhì)影響最大的有8種：如氫脆、氧腐蝕、內(nèi)

19、壁結(jié)垢腐蝕、應(yīng)力腐蝕等；與材料本身、焊接質(zhì)量直接相關(guān)的有4種(如高溫蠕變、焊接缺陷等)。種類應(yīng)力破壞水側(cè)腐蝕火側(cè)腐蝕沖蝕疲勞質(zhì)量控制失靈機(jī)理短期過熱堿性腐蝕低溫腐蝕飛灰沖蝕震動疲勞維修清洗損壞高溫蠕變氫損傷水冷壁腐蝕結(jié)渣沖蝕熱疲勞化學(xué)變差損壞異種金屬焊接點(diǎn)蝕煤灰沖蝕吹灰沖蝕腐蝕疲勞材料損壞應(yīng)力腐蝕油灰腐蝕煤粒沖蝕焊接損壞四管爆漏的可能原因第二次爆管：時間：2006年10月31日位置：水冷壁大壩電廠300MW機(jī)組爆管情況統(tǒng)計浙能樂清電廠600MW鍋爐高溫管附焊件淮浙煤電風(fēng)臺發(fā)電公司四管爆漏統(tǒng)計原因分析磨損*焊縫質(zhì)量過熱腐蝕200MW30%26%16.5%3%300MW18.5%24.4%17.2

20、%3%*：主要是飛灰磨損，其次是機(jī)械磨損我國大容量發(fā)電機(jī)組鍋爐事故引起的非計劃停機(jī)時間占總停機(jī)時間的50%以上。鍋爐四管爆漏引起的非計劃停機(jī)時間占總停機(jī)時間的百分比：300MW機(jī)組38.1%200MW機(jī)組37.8%125MW機(jī)組42%美國四管爆漏占7%。磨損煤粉鍋爐受熱面的飛灰磨損和機(jī)械磨損，是影響鍋爐長期安全運(yùn)行的主要原因。 特征：受熱面飛灰磨損泄漏、爆管有明顯的宏觀特征，管壁減薄，外表光滑。原因：造成飛灰磨損的原因有結(jié)構(gòu)因素，設(shè)計、安裝與檢修的不足都可能導(dǎo)致，此外，煤種變化也是常見的原因。 位置：煙氣走廊處彎頭，過熱器下彎頭及管卡附近管和穿墻管部位；尾部受熱面，噴燃器、吹灰器和三次風(fēng)噴嘴附

21、近水冷壁。預(yù)防方法：主要是減小煙氣走廊，均勻氣流，受熱面管子迎風(fēng)面加裝護(hù)板或涂耐磨涂料等。當(dāng)然煤種是源頭和重要原因。吹灰不慎引起受熱面損傷也是常見的現(xiàn)象。 鍋爐燃用煤質(zhì)變差（熱值4700大卡以下，灰分35%），尾部受熱面、燃燒器噴口磨損減薄嚴(yán)重，加裝防磨護(hù)瓦，受熱面迎煙氣面進(jìn)行防磨噴涂。 護(hù)板低再管子吹損溝痕 中隔墻吹損溝痕 腐蝕腐蝕主要是管外的腐蝕和水品質(zhì)不合格引起的管內(nèi)化學(xué)腐蝕。受熱面腐蝕機(jī)理復(fù)雜，要對管材進(jìn)行金相分析煙氣對管壁由于灰中的堿金屬在高溫下升華現(xiàn)象引起的高溫腐蝕，水冷壁周圍處于還原性氣體，結(jié)渣引起高溫腐蝕。尾部受熱面的壁溫低于酸露點(diǎn)引起的低溫腐蝕。當(dāng)給水品質(zhì)不良、接觸濕空氣、含

22、氧超標(biāo)引起管內(nèi)化學(xué)腐蝕。 官外腐蝕與溫度、氣氛關(guān)系密切預(yù)防方法：改善爐內(nèi)燃燒狀況和煙氣動力場，避免還原性氣氛，控制局部高溫，減少煙溫偏差，控制燃料不良成分等低溫腐蝕、堵灰管表面腐蝕、氧化層過熱受熱面過熱指管材金屬溫度超過允許使用的極限溫度，發(fā)生內(nèi)部組織變化，降低了許用應(yīng)力，管子在內(nèi)壓力下產(chǎn)生塑性變形，使用壽命明顯減少，最后導(dǎo)致超溫爆破。 長期過熱和短期過熱：長期過熱指壁溫長期處于設(shè)計溫度以上而低于材料的下臨界溫度，超溫幅度不大但時間長，管子發(fā)生碳化物球化，管壁氧化減薄，蠕變速度加快，最后導(dǎo)致脆裂爆管。短期過熱指壁溫超過材料的下臨界溫度，材料強(qiáng)度明顯下降，在內(nèi)壓力作用下，發(fā)生脹粗和爆管現(xiàn)象。長期過熱爆管主要發(fā)生在過熱器和再熱器的外圈和向火面；短期過熱爆管常發(fā)生在過熱器的向火面直接和火焰接觸及直接受輻射熱的受熱面管子。過熱爆管破口特征不一，但常見爆口粗糙，邊緣為不平整的鈍邊，爆口處管壁厚度減薄不多。預(yù)防腐蝕的方法：主要是避免受熱面高溫，火焰偏斜，減少熱偏差等。 過熱爆漏管材：12Cr1MoV，規(guī)格：579。爆口：棱形，爆口處邊緣管壁拉薄和撕裂。主要是長期過熱，其次是短期過熱，同屏熱偏差 爆管、脹粗分割屏泄漏 焊接質(zhì)量和拉裂焊接缺陷主要有裂紋、未焊透、未熔合、咬邊、夾渣、氣孔等，這些缺陷存在于受熱面金屬基體中，使基體被割裂，產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，逐漸使基體開裂并發(fā)展成宏