超臨界壓力鍋爐

超臨界壓力鍋爐主蒸汽壓力超過臨界壓力22.12MP的鍋爐01鍋爐簡介水冷壁系統(tǒng)材料選擇發(fā)展現(xiàn)狀注意事項目錄03050204基本信息超臨界壓力鍋爐是指主蒸汽壓力超過臨界壓力22.12MP的鍋爐。通常大容量超臨界壓力鍋爐的主蒸汽壓力定在24.5MPa左右。當(dāng)主蒸汽壓力達(dá)到25~31MPa時，又稱為超超臨界壓力鍋爐(ultrasupercriticalPressureboiler)。鍋爐簡介鍋爐簡介超臨界壓力鍋爐為了更有效地提高火力發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)性，因此超臨界壓力鍋爐采用了更高的汽溫和更大的鍋爐容積。由于水和蒸汽的壓力超過臨界壓力后不可能有汽水雙相混合物共存，故超臨界壓力鍋爐只能采用沒有鍋筒的直流鍋爐。同時，超臨界壓力也體現(xiàn)了當(dāng)代電站鍋爐最先進(jìn)的技術(shù)。與亞臨界鍋爐相比，蒸汽參數(shù)更高，因此在鍋爐受壓元件的設(shè)計時需要采用更高等級的材質(zhì)，并需要更完善的強(qiáng)度設(shè)計和壽命分析；由于它是直流鍋爐，因此其水冷壁系統(tǒng)的設(shè)計與鍋筒式鍋爐有很大區(qū)別，并且還需要設(shè)計一套起動系統(tǒng)；由于超臨界壓力鍋爐往往采用變壓運行，因此在鍋爐性能設(shè)計時還要兼顧超臨界和亞臨界各種不同運行工況時的特點，保證鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運行。

發(fā)展現(xiàn)狀發(fā)展現(xiàn)狀自20世紀(jì)50年代以來，超臨界壓力鍋爐一直處在發(fā)展和應(yīng)用之中，至今全世界已有600多臺大型超臨界壓力鍋爐在電廠運行。超臨界壓力鍋爐的可靠性指標(biāo)已與亞臨界壓力鍋爐相當(dāng)。世界上生產(chǎn)和使用超臨界壓力鍋爐最多的國家是前蘇聯(lián)、美國、日本和德國，已在運行的各國最大機(jī)組是1300MW(美國)、1200MW(俄國)、1000MW（日本)和800MW(德國).超臨界機(jī)組的平均容量已達(dá)600MW等級，最大鍋爐的蒸發(fā)量達(dá)4433t/h。設(shè)計參數(shù)最高的超臨界壓力鍋爐以日本和德國最為先進(jìn)，當(dāng)代已投運的超超臨界變壓運行鍋爐參數(shù)為31.5MPa、569/569/569C，正在研制的有34.5MPa、620/625C參數(shù)的鍋爐。截至2013年8月，中國已有61臺超臨界壓力鍋爐在運行，這些鍋爐的可靠性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)都已得到了證實，為中國發(fā)展國產(chǎn)超臨界鍋爐提供了經(jīng)驗。中國對超臨界壓力鍋爐的研究已有十多年歷史，在中國發(fā)展超臨界壓力鍋爐不但技術(shù)上是可行的，經(jīng)濟(jì)上也是有利的，特別是在原料昂貴地區(qū)。

水冷壁系統(tǒng)水冷壁系統(tǒng)設(shè)計要求超臨界壓力鍋爐水冷盛與亞臨界壓力鍋爐相比，超臨界壓力鍋爐最大特點體現(xiàn)在水冷壁系統(tǒng)的設(shè)計方面。當(dāng)代超臨界壓力鍋爐水冷壁設(shè)計必需體現(xiàn)超臨界、直流鍋爐與變壓運行的三大要素。水冷壁管圈型式、質(zhì)量流速、熱偏差、流量分配等都是超臨界壓力鍋爐水冷壁設(shè)計的關(guān)鍵因素。水冷壁管圈超臨界壓力鍋爐螺旋管圈水冷壁管與水平線成一定傾角，從鍋爐底部沿爐膛四周螺旋式盤繞上升，直至爐膛上部折焰角與爐膛出口處為止，通常盤繞1~2圈，螺旋傾角在100~200之間。垂直管圈與通常的鍋筒式鍋爐相似，從冷灰斗至爐頂水冷壁管均作垂直布置，并且為滿足變壓運行需要，往往采用小管徑一次上升式管圈。這兩種型式在當(dāng)代大容t超臨界壓力鍋爐上都得到了廣泛采用，二者在水冷壁結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造和安裝等方面各有優(yōu)缺點，但只要設(shè)計合理，都可以滿足鍋爐運行性能的要求。質(zhì)t流速超臨界壓力鍋爐水冷壁管內(nèi)質(zhì)量流速的合理選取十分關(guān)鍵，是關(guān)系到鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運行的重要因素.對于螺旋管圈，可以通過合理選擇管徑、根數(shù)和姍旋傾角等來確定合理的質(zhì)量流速。對于垂直管圈特別是一次上升式垂直管圈，一般只能采用較小管徑來滿足對質(zhì)量流速的要求，而且還需要采用內(nèi)螺紋管解決水冷壁高熱負(fù)荷區(qū)傳熱。

注意事項注意事項超臨界壓力鍋爐在高負(fù)荷超臨界狀態(tài)運行時，介質(zhì)作單相強(qiáng)制流動，對爐膛內(nèi)的熱偏差比較敏感，在水冷壁并聯(lián)管之間，介質(zhì)溫度或管壁溫度會產(chǎn)生較大差值，因此在水冷壁設(shè)計時要作熱偏差判斷和計算。在水冷壁上部，往往還設(shè)置中間混合聯(lián)箱以減少工質(zhì)熱偏差，防止水冷壁超溫或產(chǎn)生過大溫差應(yīng)力.流t分配現(xiàn)代大容量超臨界壓力鍋爐，水冷壁由成百上千根并聯(lián)管子組成，介質(zhì)在這些管子中作強(qiáng)制一次性流動，為了保證水冷壁的安全運行，應(yīng)特別注意并聯(lián)各管間的流量分配，無論在超臨界壓力或亞臨界壓力工作狀態(tài)，每個水冷壁管中都需要保持足夠的冷卻流量，使水冷壁安全運行。超臨界壓力鍋爐起動系統(tǒng)因為超臨界壓力鍋爐是直流鍋爐，因此必需配備一套起動系統(tǒng)(見直流鍋爐起動系統(tǒng))，供鍋爐在滑參數(shù)起動時分離由水冷壁產(chǎn)生的汽水混合物，將飽和燕汽通向過熱器，水則通往除氧器水箱或其它可被利用的地方。當(dāng)代超臨界壓力鍋爐起動流量約為25%~35%鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量(BMCR)。

材料選擇材料選擇超臨界壓力鍋爐用鋼由于超臨界壓力鍋爐特別是超超臨界壓力鍋爐的汽壓、汽溫都很高，在確定鍋爐參數(shù)時首先要考慮高溫過熱器和高溫再熱器的用鋼問題。當(dāng)汽溫超過540℃時，超臨界壓力鍋爐高溫段受熱面就需要采用奧氏體鋼種，這些鋼材不但要有耐高溫強(qiáng)度性能，而且還需要有抗高溫氧化的良好性能。與同容量亞臨界鍋爐相比，超臨界鍋爐的各級受熱面，通常采用較小直徑和較好一檔管材，旨在減小管壁厚度，適應(yīng)調(diào)峰需要并延長使用壽命。

超臨界壓力水冷壁壁溫可達(dá)到500℃以上甚至540℃，比亞臨界壓力高得多，因此需要采用合金鋼，例如10CrMo910/P22、P91等相應(yīng)等級的材料。超臨界壓力鍋爐變壓運行現(xiàn)代大容量超臨界