1000MW超超臨界機(jī)組及發(fā)展技術(shù)講座-01

1、超超臨界1000MW機(jī)組技術(shù)講座1水的臨界狀態(tài)參數(shù)為22.115MPa,374.15,在水的參數(shù)到達(dá)該臨界點(diǎn)時(shí),汽化會(huì)在一瞬間完成,即在臨界點(diǎn)時(shí),在飽和水和飽和蒸汽之間不再有汽、水共存的二相區(qū)存在,二者參數(shù)不再有分別。當(dāng)機(jī)組參數(shù)高于這一臨界狀態(tài)參數(shù)時(shí),通常稱(chēng)其為超臨界參數(shù)機(jī)組。而在我國(guó)通常把主蒸汽壓力大于27 Mpa或者蒸汽溫度大于580的機(jī)組成為超超臨界參數(shù)機(jī)組。而汽、水在過(guò)臨界點(diǎn)不再有汽、水共存的二相區(qū)存在,也就決定了超臨界或超超臨界機(jī)組所配備的鍋爐必須是直流爐。2一、國(guó)外超超臨界機(jī)組的開(kāi)展1.1 超臨界機(jī)組概述在一定范圍內(nèi) , 新蒸汽溫度或再熱蒸汽溫度 每提高 10 , 機(jī)組的熱耗就可下

2、降 0.25-0.3% 。常規(guī)亞臨界循環(huán)的典型參數(shù)為 16.7MPa/538/538 , 發(fā)電效率約為 38-39% 。當(dāng)汽機(jī)進(jìn)口蒸汽參數(shù)超過(guò)水臨界狀態(tài)點(diǎn) 的參數(shù) , 即壓力為 22.115 MPa,374.15 , 統(tǒng)稱(chēng)為超臨界機(jī)組。在 70 - 80 年代 , 一般超臨界循環(huán)典型的參數(shù)為 24.1MPa 、 538/ 538 , 或 24.1MPa 、 538/566 , 對(duì)應(yīng)的發(fā)電效率 約為 41-42% 。3 超超臨界參數(shù)實(shí)際上是在超臨界參數(shù)的根底上向更高壓力和溫度提高的過(guò)程。各國(guó)、甚至各公司對(duì)超超臨界參數(shù)的開(kāi)始點(diǎn)定義也有所不同 , 例如 : 日本的定義為壓力大于等于 25MPa, 或

3、溫度大于 566 ；丹麥定義為壓力大于 27.5MPa；西門(mén)子公司的觀(guān)點(diǎn)是應(yīng)從材料的等級(jí)來(lái)區(qū)分超臨界和超超臨界機(jī)組；我國(guó)電力百科全書(shū)則將超超臨界定義為蒸汽參數(shù)高于 27MPa 的機(jī)組 , 這些說(shuō)法都稱(chēng)為超超臨界機(jī)組 , 英文為 Ultra supercritical (USC)。41.2 超臨界機(jī)組的開(kāi)展歷史超超臨界技術(shù)的開(kāi)展至今已有 40 多年的歷史 , 其間超超臨界機(jī)組熱力參數(shù)經(jīng)歷了 高-低-高的演變過(guò)程。在超超臨界技術(shù)的開(kāi)展初期 , 蒸汽參數(shù)取得比較高 , 超過(guò)了當(dāng)時(shí)的材料技術(shù)開(kāi)展水平 , 致使超超臨界機(jī)組的可用率和可靠性都較低 , 熱力參數(shù)一度被降低到超臨界水平。九十年代以來(lái) , 由于

4、環(huán)保及節(jié)約能源的需要 , 超超臨界機(jī)組又進(jìn)入了新一輪的開(kāi)展時(shí)期。世界上超超臨界火電技術(shù)幾十年的開(kāi)展過(guò)程可劃分為三個(gè)階段 :5第一階段 , 以美國(guó) GE 和西屋公司為代表的超超臨界參數(shù)開(kāi)展起始階段 (50-70 年 代 ) 。西屋公司于 1959 年首臺(tái)制造的超超臨界機(jī)組的容量為 310MW, 進(jìn)汽壓力為 34.5MPa, 進(jìn)汽溫度到達(dá) 649 , 該機(jī)組目前仍在運(yùn)行。當(dāng)時(shí)有 5 臺(tái)投運(yùn)的超超臨界機(jī) 組溫度到達(dá) 593 ,11 臺(tái)機(jī)組為二次中間再熱。由于機(jī)組可靠性的問(wèn)題 , 在經(jīng)歷了初期超超臨界參數(shù)后 , 從 60 年代后期開(kāi)始至 70 年代 , 美國(guó)超臨界機(jī)組大規(guī)模開(kāi)展時(shí)期所采用的參數(shù)均降低到

5、常規(guī)超臨界參數(shù) : 壓力 24.1MPa, 溫度 538 /566 。直至 80 年代 ,美國(guó)超臨界機(jī)組的參數(shù)始終穩(wěn)定在這個(gè)水平。這個(gè)時(shí)期 , 美國(guó)的超臨界機(jī)組總數(shù)到達(dá) 170 余臺(tái)。6第二階段, 從 80 年代起的超臨界機(jī)組優(yōu)化及新技術(shù)開(kāi)展階段。從 70 年代起, 美國(guó) GE 及西屋公司分別將超臨界技術(shù)轉(zhuǎn)讓給日本 (GE向東芝、日立, 西屋向三菱 ) 和歐洲。經(jīng)過(guò)不斷完善, 美國(guó)常規(guī)超臨界機(jī)組的可靠性問(wèn)題得到解決, 到 1985 年, 美國(guó)超臨界機(jī)組的運(yùn)行可靠性己到達(dá)亞臨界相同的水平。從 80 年代起 ,GE 和西屋公司對(duì)己投運(yùn)的 170 臺(tái)機(jī)組進(jìn)行了大規(guī)模的優(yōu)化及改造。通過(guò)改造 , 形成了

6、一批經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的新設(shè)計(jì)方法、新結(jié)構(gòu), 大大提高了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性、可靠性、運(yùn)行靈活性。與此同時(shí), GE 及西屋又將這些新的先進(jìn)技術(shù)與日本日立、東芝、三菱聯(lián)合進(jìn)行了一系列超超臨界機(jī)組的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì), 使超超臨界技術(shù)的開(kāi)展進(jìn)入了一個(gè)新的階段。 7第三階段 ,90 年代新一輪超超臨界參數(shù)的開(kāi)展階段。從 90 年代開(kāi)始 , 以日本 、 歐洲 ( 西門(mén)子、前 ABB 為中心 , 超超臨界火電機(jī)組又進(jìn)入了新一輪的開(kāi)展階段。在保證機(jī)組高可靠性、高可用率條件下采用更高的溫度、更高的壓力是目前開(kāi)展階段的主要特點(diǎn)。按壓力溫度和功率的不同 , 可將這個(gè)階段超超臨界機(jī)組的開(kāi)展分為三個(gè)層次 : (1) 壓力在 25MPa 左右

7、, 采用高溫參數(shù)。高溫、高強(qiáng)度材料的成功應(yīng)用使投入商業(yè)運(yùn)行一系列超超臨界機(jī)組的溫度參數(shù)不斷提高 , 近期歐洲及日本新訂購(gòu)機(jī)組 , 不管功率大小 (375MW1050MW), 進(jìn)汽溫度均提高到 580 600 。新投運(yùn)最大功率的高效超臨界機(jī)組為日本三菱公司 2000 年投運(yùn)的雙軸 (全/半速)1050MW 機(jī)組 , 其參數(shù)到達(dá) 25MPa/600 /610 。8(2) 在采用高溫的同時(shí) , 壓力也提高到 27MPa 以上 , 如按 3.445MPa 為一檔 , 超超臨界壓力有 27.6MPa、31MPa、34.5MPa 。壓力參數(shù)不僅涉及有關(guān)部件的材料及強(qiáng)度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),而且由于汽輪機(jī)排汽濕度的原因

8、 , 為保證機(jī)組的正常運(yùn)行 , 當(dāng)壓力提高到某一數(shù)值 , 必須采用更高的再熱溫度 ( 如在 31MPa下 , 溫度應(yīng)在 600 以上 ) 或二次中間再熱循環(huán)。在目前參數(shù)下 , 二次再熱熱效率得益 1.315% 左右 , 而投資將增加 1015% 。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料 , 日本 1990 -2004 年投運(yùn)或即將投運(yùn)的超超臨界機(jī)組中 , 除 1989/ 1990年有二臺(tái)東芝超超臨界機(jī)組采用 700MW,31 MPa -566 /566 /566 外 , 其它超超臨界 機(jī)組的蒸汽壓力參數(shù)均維持在 24.1MPa 25MPa 。 1998 年以后提高蒸汽壓力的主要業(yè)績(jī)是西門(mén)子公司的產(chǎn)品 , 最高初壓為西

9、門(mén)子一臺(tái) 375MW,30 MPa /580 /600 一次再熱機(jī)組。9(3) 1000MW 等級(jí)超超臨界機(jī)組的開(kāi)發(fā)。超大功率與汽輪機(jī)進(jìn)汽超臨界參數(shù)無(wú)直接關(guān)系 , 它涉及的關(guān)鍵之一是低壓缸的排汽能力 , 功率越大加上背壓越低(排汽比容越大), 就需要配置更大排汽面積的低壓缸 ,或更多的低壓缸數(shù)。在采用超超臨界壓力的二次再熱循環(huán)時(shí) , 在高壓端又要求增加一個(gè) VHP(超超壓力缸) 汽缸。從汽缸總數(shù)一定的角度 , 增加了超超臨界壓力參數(shù)下對(duì)機(jī)組增大容量的限制。此外 , 當(dāng)功率大于 700MW等級(jí)時(shí)還必須考慮高中壓分缸以及發(fā)電機(jī)單軸功率限制等因素。從軸系長(zhǎng)度限制的角度 , 目前單軸汽輪機(jī)有業(yè)績(jī)的汽缸

10、總數(shù)為 5 個(gè) , 即一般可采用 3 個(gè)低壓缸 , 但是對(duì)具有 VHP 缸 , 容量大于 700MW 的超超臨界汽輪機(jī)只能采用 2 個(gè)低壓缸 , 四排汽。 10目前新的全速 3000r/min 大功率機(jī)組中己普遍采用高度為 1000mm120Omm 的長(zhǎng)葉片 , 排汽面 積在 9m2 11m2左右。最長(zhǎng)的有三菱公司用于 50Hz 機(jī)組的 1218 mm 葉片 ( 排汽面積 11.3 m2 , 該葉片已用于兩缸兩排汽 600MW 機(jī)組。此外 , 西門(mén)子公司用于我國(guó)外高橋四缸四排汽超臨界 900MW 機(jī)組的 1143mm 長(zhǎng)葉片 ,玉環(huán)、北疆10000MW機(jī)組末級(jí)長(zhǎng)葉片1145.8mm。西門(mén)子用

11、于 6OHz 機(jī)組的鈦合金 1067mm( 相當(dāng) 5OHZ 的 1280 mm）葉片也開(kāi)始用于產(chǎn)品。出于對(duì)低背壓及更大功率超超臨界機(jī)組減少低壓缸數(shù)量的考慮 , 目前長(zhǎng)葉片的技術(shù)儲(chǔ)藏己相當(dāng)充分 ( 極小動(dòng)應(yīng)力的 ILB 葉片型式 , 鈦合金制造技術(shù) ), 機(jī)組容量大型化和采用汽缸數(shù) 的限制 , 將推動(dòng)今后特大型鈦合金葉片在汽輪機(jī)中的應(yīng)用。為減少低壓缸的數(shù)量 , 各國(guó)公司都致力于開(kāi)發(fā)更長(zhǎng) , 排汽面積更大的末級(jí)長(zhǎng)葉片。日本和西門(mén)子 ,ALSTOM 等在大功 率機(jī)組中己開(kāi)始使用鈦合金末級(jí)長(zhǎng)葉片。 111.3 世界各國(guó)超超臨界技術(shù)開(kāi)展現(xiàn)狀1.3.1 美國(guó) 美國(guó)是開(kāi)展超臨界發(fā)電技術(shù)最早的國(guó)家。世界上第一

12、臺(tái)超超臨界機(jī)組 1957 年在 Philo 菲羅電廠(chǎng) (6#) 投運(yùn) , 該機(jī)組由B&W 和 GE 公司設(shè)計(jì)制造 , 主要參數(shù)為125MW、 31MPa 、 621 /566 /538 。 1958 年 , 第二臺(tái)超超臨界機(jī)組在 Eddystone 艾迪斯頓電廠(chǎng) (1#) 投運(yùn) , 該機(jī)組由 CE 和 WH 公司設(shè)計(jì)制造 , 是世界上參數(shù)最高的機(jī)組 , 主要參數(shù)為 325MW 、 34.4MPa 649 /566 /566 。該機(jī)組在按設(shè)計(jì)參數(shù)運(yùn)行 8 年后 , 因材料問(wèn)題 ( 鍋爐過(guò)熱器高溫腐蝕和汽輪機(jī)高壓缸蠕變變形等 ), 自 1968 年起參數(shù)降至 31MPa,610 /557 /557

13、 , 直至目前仍在運(yùn)行。 上述機(jī)組為超臨界和超超臨界機(jī)組商業(yè)性運(yùn)行取得了大量珍貴經(jīng)驗(yàn)。12鑒于超臨界機(jī)組熱效率比亞臨界機(jī)組有明顯提高 , 美國(guó)1967 年到 1976 年共投運(yùn) 118 臺(tái) 超臨界機(jī)組 , 其中最大單機(jī)容量為 130OMW 。 70 年代開(kāi)始 , 超臨界機(jī)組訂貨減少 , 出現(xiàn)此現(xiàn)象的主要原因在于單機(jī)容量增大過(guò)快 , 早期的超臨界機(jī)組的鍋爐事故偏多 ( 蒸汽參數(shù)偏高 ,并采用熱負(fù)荷偏高的大型正壓鍋爐),可用率低及維修費(fèi)用高。美國(guó)煤價(jià)較低 , 加之大量核電機(jī)組的迅速投產(chǎn) , 及當(dāng)時(shí)超臨界機(jī)組調(diào)峰能力較差 , 故當(dāng)時(shí)的超臨界機(jī)組不能適應(yīng)市場(chǎng)需要。由于超超臨界機(jī)組開(kāi)展初期技術(shù)不成熟 ,

14、 蒸汽參數(shù)選擇過(guò)高 , 超越了當(dāng)時(shí)的金屬材料技術(shù)水平 , 運(yùn)行中出現(xiàn)了很多問(wèn)題。為了提高機(jī)組可用率 , 美國(guó)以后開(kāi)展的超臨界機(jī)組多采用 24.1MPa, 主蒸汽溫度 538 , 一次再熱汽溫多為 538 , 二次再熱時(shí)用 552 /566 , 并不斷完善化。這種蒸汽參數(shù)保持了 20 余年。13上世紀(jì) 80 年代 , 針對(duì)燃料價(jià)格上漲 , 環(huán)境保護(hù)要求日益嚴(yán)格的現(xiàn)狀 , 美國(guó)電力研究所 ( EPRI ) 總結(jié)認(rèn)為超超臨界技術(shù)開(kāi)展過(guò)程中所發(fā)生的問(wèn)題 , 主要不是采用超超臨界參數(shù)所引起的。經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)和完善 , 美國(guó)當(dāng)時(shí)超臨界機(jī)組的可用率己與亞臨界機(jī)組相當(dāng)。此外EPRI 對(duì)超臨界機(jī)組蒸汽參數(shù)和容量等

15、進(jìn)行了各方面可行性?xún)?yōu)化研究 , 認(rèn)為在技術(shù)方面不需要作突破的條件下 , 超超臨界機(jī)組采用蒸汽壓力 31MPa, 溫度 566593 , 二次中間再熱 ,容量 700800MW 為最正確 ,重新開(kāi)發(fā)了蒸汽參數(shù)為 31MPa/593 /593 /593 的二次再熱超超臨界機(jī)組。到1986年為止美國(guó)己投運(yùn)超臨界機(jī)組166臺(tái),平均每臺(tái)機(jī)組容量為680MW；而到1992年為止 , 美國(guó)在役的 107 臺(tái) 80OMW 及以上火電機(jī)組均為超臨界機(jī) 組 , 最大單機(jī)容量為 1300 MW 。近年來(lái) , 美國(guó) GE 公司還為日本設(shè)計(jì)制造了蒸汽參數(shù)分別為 26.6MPa/577 /600 和 25MPa/600

16、/610 的超超臨界機(jī)組。141.3.2 俄羅斯1949年,前蘇聯(lián)投運(yùn)了第一臺(tái)超超臨界試驗(yàn)機(jī)組,蒸汽參數(shù)12t/h、29.4MPa、600 , 經(jīng)節(jié)流至 12 MPa后進(jìn)入汽輪機(jī)。以后又投運(yùn)了29.4MPa、650的100MW超超臨界機(jī)組,作為改造中壓鍋爐的前置級(jí)。 1963 年 , 300MW超臨界機(jī)組投入運(yùn)行（235MPa/580 /565 ）。初期 由于蒸汽參數(shù)偏高 , 材料出現(xiàn)高溫腐蝕 , 以及設(shè)計(jì)、制造質(zhì)量等各種技術(shù)原因 , 在運(yùn)行中發(fā)生較多問(wèn)題 , 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與原設(shè)計(jì)要求相差較大。后經(jīng)改進(jìn)和不斷完善 , 并將蒸汽溫度降為 540 /540 ,才使機(jī)組的可靠性與超高壓參數(shù)機(jī)組相當(dāng)。

17、但是 ,超臨界蒸汽參數(shù)下 ,300MW 機(jī)組容量偏小 , 汽輪機(jī)通流局部氣動(dòng)損失大 , 效率低 , 沒(méi)有到達(dá)設(shè)計(jì)要求 , 其總體經(jīng)濟(jì)水平偏低。其后投運(yùn)的 500MW 、 80OMW 和 1200MW 機(jī)組根本上也采用了上述超臨界參數(shù) (30OMW 與 50OMW 機(jī)組蒸汽溫度也有采用 565 /570 的 )。15前蘇聯(lián)所有 300MW 及以上容量機(jī)組全部采用超臨界參數(shù) , 其超臨界機(jī)組達(dá) 200 余臺(tái) , 占總裝機(jī)容量的 50% 以上 , 且大多數(shù)為 300MW 機(jī)組。由于大量采用超臨界 機(jī)組 , 前蘇聯(lián)火電機(jī)組的平均供電煤耗位居世界水平的前列 , 到達(dá) 326g/KWh 。前蘇聯(lián)開(kāi)展超臨界

18、技術(shù)主要依靠本國(guó)力量 , 以自我開(kāi)發(fā)為主 。但是 , 由于 300MW 機(jī)組容量偏小 , 不適合電網(wǎng)開(kāi)展 , 500MW 燃煤機(jī)組由于可用率低及熱耗高而沒(méi)有大量采用 ,800MW 和 1200MW 機(jī)組只用于燃油與燃?xì)?, 且1200 MW 機(jī)組的可用率也較低。由于不能吸收別國(guó)先進(jìn)技術(shù) , 前蘇聯(lián)超臨界技術(shù)開(kāi)展不快 ,總體技術(shù)水平不高。目前 , 俄羅斯研制的新一代大型超超臨界機(jī)組采用參數(shù)為 2830MPa/580600 。161.3.3 日本 日本開(kāi)展超超臨界機(jī)組起步較晚 , 但開(kāi)展速度很快、收效顯著。日立公司于 1967 年向美國(guó) B&W 公司引進(jìn)第一臺(tái)超臨界機(jī)組 (660MW、24.12M

19、Pa、538 /566 ), 日本其他公司也分別引進(jìn)了美國(guó)和德國(guó)的超超臨界技術(shù) 。 但由美國(guó)引進(jìn)的超臨界技術(shù)不能適應(yīng)在廣泛范圍內(nèi)變負(fù)荷以及快速經(jīng)濟(jì)起停 , 日本各公司從歐洲引進(jìn)超臨界變壓運(yùn)行技術(shù) ( 螺旋管圈鍋爐 ), 經(jīng)過(guò)大量的試驗(yàn)及不斷提高技術(shù)水平 , 使超超臨界機(jī)組不僅高效 , 而且具有亞臨界機(jī)組同樣的可靠性與運(yùn)行靈活性 , 能自如地適應(yīng)變壓運(yùn)行帶周期性調(diào)峰負(fù)荷的要求。后來(lái) , 日本新建的火電站幾乎都是變壓運(yùn)行機(jī)組 , 并以 5001000MW 燃煤變壓運(yùn)行超超臨界機(jī)組為主體。目前 , 日本以超超臨界機(jī)組可靠性高、經(jīng)濟(jì)性好、技術(shù)開(kāi)展快而躍居為開(kāi)展超超臨界機(jī)組的先進(jìn)國(guó)家。17 日本在 24

20、.1MPa/538 /566 超臨界機(jī)組成熟的根底上,又制訂了超超臨界研究方案 , 第一步蒸汽參數(shù)提高到31MPa/566 /566 /566 , 第二步再提高到 34MPa/ 595 /595 /595 。日本最初投運(yùn)的兩套超超臨界機(jī)組 , 只是提高主蒸汽壓力而未提高其溫度 , 由于主蒸汽壓力和溫度不匹配 , 故采用兩次再熱以防汽輪機(jī)末級(jí)蒸汽濕度過(guò)高。這兩臺(tái)機(jī)組由三菱公司設(shè)計(jì) , 容量為 700MW 、蒸汽參數(shù)為 31.6MPa/566 /566 /566 , 己分別于 1989 年和 1991 年在川越電廠(chǎng)投入運(yùn)行 , 運(yùn)行情況良好 , 可用率也到達(dá)了很高的水平。 日本開(kāi)展超超臨界技術(shù)采用

21、的是引進(jìn)、仿制、創(chuàng)新的技術(shù)路線(xiàn)。從引進(jìn)機(jī)組到自制機(jī)組只需 12 年時(shí)間 , 從亞臨界到超超臨界 , 從 300MW、 600MW 到 1000MW, 每上一個(gè)等級(jí)只需 34 年時(shí)間。18兩次再熱雖是成熟的技術(shù) , 但系統(tǒng)復(fù)雜。 31MPa、566 兩次再熱與傳統(tǒng)的 24.1MPa 、566 一次再熱相比 , 其熱效率提高約 5% ;與 24.5MPa/600 /600 等級(jí)的超超臨界機(jī)組相比 , 熱效率僅提高 0.5% 。而采用 31MPa 主蒸汽壓力和兩次再熱 , 機(jī)組制造本錢(qián)明顯提高 , 所以 ,九十年代以來(lái)日本各公司都轉(zhuǎn)向生產(chǎn)高溫參數(shù)的超超臨界機(jī)組。19902003 年間 , 日本投運(yùn)或

22、預(yù)定投運(yùn)一批壓力為 24.5MPa, 溫度提高至 593 / 593 、 600 /600 和 600 /610 的機(jī)組。9798 年 , 三菱公司 24.1 MPa/593 /593 和 24.5MPa/600 /600 的 兩臺(tái) 1000MW 超超臨界機(jī)組分別投入運(yùn)行。98 年由 B&W 和日立公司設(shè)計(jì)的容量為 1000MW, 參數(shù)為 24.5MPa/600 /600 的超超臨界 機(jī)組投入運(yùn)行。目前日本參數(shù)最高的機(jī)組是2000年1050MW、25.5MPa/600 /610 的超超臨界機(jī)組。日本各公司正在醞釀開(kāi)發(fā)蒸汽參數(shù)為34.5MPa/ 620 /650 的超超臨界機(jī)組。 191.3.4

23、 歐洲德國(guó)1956 年投運(yùn)了一臺(tái)蒸汽參數(shù)為34MPa/610 /570 /570 容量為 88MW 的超超臨界機(jī)組 , 72 年投運(yùn)了一臺(tái) 430MW 超臨界機(jī)組 ( 參數(shù)為 24.5MPa/535 / 535 ) ,79 年投運(yùn)了一臺(tái)二次再熱的 475MW 超臨界機(jī)組 ( 參數(shù)為 25.5MPa/530 / 540 /530 ) 。目前 , 德國(guó)己投運(yùn)和在建的超超臨界機(jī)組近 20 臺(tái) , 其中具有代表性的超臨界機(jī)組 是:1992 年 8 月在 Staud-inger 電廠(chǎng)投運(yùn)的 500MW 機(jī)組 ( 參數(shù)為 25MPa/540 /560 ); 1999 年在 Lippendorf 電廠(chǎng)投運(yùn)的

24、 933 MW, 蒸汽參數(shù)為 26.7MPa/554 /593 的超超臨界機(jī)組;2000 年在 Nideraubem 電廠(chǎng)投運(yùn)的 965MW, 蒸汽參數(shù)為 26.9MPa/580 / 600 的超超臨界機(jī)組 在 Hessler 電廠(chǎng)投運(yùn)的 700MW, 蒸汽參數(shù)為 30MPa/580 /600 的超超臨界機(jī)組。20 丹麥1998 年和 2001 年投運(yùn)了二臺(tái)參數(shù)分別為 29MPa /582 /580 /580 的 40OMW 超超臨界機(jī)組,分別安裝于 Nordjyllandsvaerket (NVV3) 和 Avedore(AVV2) 電廠(chǎng) , 前者燃煤 , 后者燃?xì)?, 在海水冷卻的情況下

25、, 其熱效率到達(dá) 47%, 從而成為迄今為止世界上報(bào)導(dǎo)的熱效率最高的火電機(jī)組。 歐洲超超臨界機(jī)組的再熱方式的開(kāi)展與日本類(lèi)似 , 除丹麥兩臺(tái)超超臨界機(jī)組采用兩次再熱外 , 歐洲其他超超臨界機(jī)組也都改為采用一次再熱。與日本不同的是主蒸汽壓力和溫度同時(shí)提高(30.5MPa/580 /600 ), 其熱效率與29MPa 、 580 兩次再熱機(jī)組根本相同。 211.3.5 目前世界超超臨界機(jī)組容量及參數(shù)狀況的分析 日本三家公司技術(shù)來(lái)源于GE和西屋。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是以 700MW 作為汽輪機(jī)高中壓缸是否合缸的分界線(xiàn),容量超過(guò)700MW采用分缸。高壓缸改為雙流,使高壓葉片高度下降 , 出現(xiàn)效率下降、本錢(qián)向上的突

26、跳。因此 , 日本根本沒(méi)有 700MW-900MW 功率以?xún)?nèi)的機(jī)組。日本各公司近期機(jī)組多為1000MW 等級(jí)。此外,原來(lái)由于發(fā)電機(jī)最大功率的限制,在2002年前 ,日本 1000MW 機(jī)組均采用雙軸形式。東芝制造的單軸 1000MW 的機(jī)組在 2002 年 11 月投運(yùn)。 德國(guó)西門(mén)子公司自 90 年代后期在發(fā)電機(jī)功率方面有所突破 , 己有多臺(tái) 900MW- 1025MW 單軸機(jī)組投運(yùn) , 但蒸汽壓力為 21.8MPa-26.5MPa, 且均為一次再熱 ( 更高壓力 28.5MPa-30MPa 機(jī)組的功率在 400MW 左右)。九十年代以來(lái) , 尚沒(méi)有超過(guò) 27MPa 壓力百萬(wàn)千瓦級(jí)汽輪機(jī)機(jī)組設(shè)

27、計(jì)和投運(yùn)的報(bào)道。22 新材料是近期超高溫超臨界機(jī)組開(kāi)展的關(guān)鍵。國(guó)外已形成用于 566 以下的 CrMoV鋼 ,566 的 225%Cr 鋼 ,600 等級(jí)的 9%Cr 鋼及 12% 鋼等標(biāo)準(zhǔn)材料系列。新高溫鐵素體-馬氏體 9%-12%Cr 材料己可用于 31MPa, 600 /610 參數(shù)。經(jīng)過(guò)汽輪機(jī)各高溫高壓 部件近十多年的應(yīng)用 , 該材料系列己相當(dāng)成熟,并已形成標(biāo)準(zhǔn)。 日本 , 美國(guó)及歐洲正在 開(kāi)發(fā)的 34.3MPa/650 以及 40MPa/700 新鋼種系列 , 開(kāi)發(fā)新材料的目的是使將來(lái)的火電機(jī)組熱效率能夠到達(dá) 55% 以上。 目前新的超超臨界火電機(jī)組均集中在日本和歐洲市場(chǎng) , 目前的

28、參數(shù)狀況為 : 進(jìn)汽溫 度 : 普遍到達(dá) 600 , 根據(jù)對(duì)日本電廠(chǎng)的統(tǒng)計(jì) , 目前不管功率大小 , 所有機(jī)組均已采用 600 參數(shù)?，F(xiàn)役機(jī)組的實(shí)際年均運(yùn)行小時(shí)均到達(dá) 8300 小時(shí)左右 , 可靠性高 , 整體技術(shù)己 相當(dāng)成熟。23進(jìn)汽壓力 : 日本三家公司 1990 年以來(lái)所有機(jī)組進(jìn)汽壓力均為 25MPa 左右。西門(mén)子 1998 年后相繼有 25.8 MPa, 26.5MPa,27.5MPa,28.5MPa,30MPa 的業(yè)績(jī) , 但目前投運(yùn)的大功率 ( 大于 700MW) 機(jī)組的進(jìn)汽壓力均不大于 26.5MPa 。機(jī)組容量 : 日本三家公司均有雙軸 1000MW 的業(yè)績(jī) , 最大的為三菱

29、2001 年投運(yùn)的 1050MW 機(jī)組。日本 2002 年前單軸最大功率為 700MW, 第一臺(tái)由東芝制造 100OMW 單軸機(jī)組 (6OHZ) 將于 2002 年 11 月投運(yùn)。西門(mén)子 1998 年后有多臺(tái)容量大于 900MW 投運(yùn)的業(yè)績(jī) , 最大單軸機(jī)組的銘牌功率到達(dá) 1025MW241.3.6 超臨界和超越臨界機(jī)組的可靠性 美國(guó)和德國(guó)等國(guó)家早期開(kāi)發(fā)的超超臨界機(jī)組投運(yùn)初期曾出現(xiàn)一系列問(wèn)題 , 導(dǎo)致超超 臨界機(jī)組的可靠性較低 , 影響了超臨界和超超臨界技術(shù)的進(jìn)一步開(kāi)展。出現(xiàn)的問(wèn)題主要是因?yàn)榈恼羝麉?shù)的選擇超出了當(dāng)時(shí)的金屬材料技術(shù)水平 , 過(guò)分依賴(lài)并大量使用了奧氏體鋼。此外 , 大多數(shù)超臨界鍋

30、爐按正壓燃燒而不是負(fù)壓燃燒設(shè)計(jì)和運(yùn)行。為此 , 在以后的超臨界機(jī)組的設(shè)計(jì)中選用了與金屬材料技術(shù)水平相稱(chēng)的相對(duì)較低的壓力和溫度 , 從而使超臨界機(jī)組的可靠性到達(dá)了亞臨界機(jī)組的相同水平 , 而其經(jīng)濟(jì)性則高于亞臨界機(jī)組。與此同時(shí) , 美國(guó)、日本和歐洲各國(guó)適應(yīng)更高蒸汽參數(shù)的新型鐵素體鋼和改進(jìn)奧氏體耐熱鋼的開(kāi)發(fā)和研究 , 并取得了成功。在日本 ,450MW 以上的機(jī)組均采用超臨界參數(shù) , 并采用美國(guó)成熟的技術(shù) , 事故較少 , 因而并沒(méi)有超臨界機(jī)組可靠性比亞臨界機(jī)組低的評(píng)價(jià)。25 德國(guó)大電廠(chǎng)技術(shù)協(xié)會(huì) (VGB)19781987 年對(duì)大容量超臨界和亞臨界機(jī)組的統(tǒng)計(jì)結(jié)果說(shuō)明 , 亞臨界和超臨界機(jī)組的可用率根

31、本相同 , 且與機(jī)組的容量和參數(shù)無(wú)關(guān)。 由此可見(jiàn) , 現(xiàn)代燃煤電廠(chǎng)采用超超臨界參數(shù)機(jī)組不會(huì)降低其可用率。近十余年來(lái) ,超超臨界技術(shù)在日本和歐洲得到迅速開(kāi)展。日本、歐洲和美國(guó)等己掌握了超超臨界機(jī)組的技術(shù),并己批量生產(chǎn)、投運(yùn),取得了良好的運(yùn)行業(yè)績(jī),具有良好的可靠性、經(jīng)濟(jì)性和 靈活性,說(shuō)明超超臨界技術(shù)己代表了當(dāng)代火力發(fā)電技術(shù)的國(guó)際先進(jìn)水平和開(kāi)展潮流。261.4 國(guó)外超超臨界機(jī)組研發(fā)方案材料的開(kāi)展水平?jīng)Q定了不同時(shí)期的火電站的運(yùn)行參數(shù)。經(jīng)歷了碳鋼、Mo 鋼、CrMo 鋼。到 1965 年 , 機(jī)組的主流運(yùn)行參數(shù)保持在 17MPa 和 525 , 到 70 年代中期為 24MPa/538 或 19MPa/

32、566 。 目前高參數(shù)的超臨界機(jī)組己是成熟、 高效、商業(yè)化的技術(shù)； 超超臨界機(jī)組技術(shù)也正趨于成熟；超臨界機(jī)組最大容量己達(dá)1300 MW, 最高效率達(dá) 49%。 國(guó)外超超臨界機(jī)組開(kāi)展的近期目標(biāo)為 1000MW 級(jí)機(jī)組 , 參數(shù)為 31MPa, 600/600/600 , 并正在向更高的水平開(kāi)展。下一代高效超臨界機(jī)組 的蒸汽初溫將提高到 700 , 再熱汽溫達(dá) 720 , 相應(yīng)的壓力將從目前的 30MPa 左右提高到 (3540)MPa, 機(jī)組的發(fā)電廠(chǎng)供電效率可到達(dá) 50%55% 。根據(jù)英國(guó)貿(mào)工部對(duì)超臨界蒸汽發(fā)電的預(yù)測(cè) :今后 5 年內(nèi),超臨界機(jī)組蒸汽溫度將到達(dá) 620 。到 2020 年 , 蒸

33、汽溫度將到達(dá) (650700) , 循環(huán)效率可到達(dá) 50%55% 。27二、我國(guó)超超臨界機(jī)組的開(kāi)展概況 近年來(lái)國(guó)內(nèi)的三大動(dòng)力集團(tuán)在電站直流鍋爐的方面的技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)、能力和技術(shù)裝備水平等都有了很大的進(jìn)步和開(kāi)展。開(kāi)展超超臨界機(jī)組,有利于降低我國(guó)平均供電煤耗,有利于電網(wǎng)調(diào)峰的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性,有利于保持生態(tài)環(huán)境、提高環(huán)保水平,有利于實(shí)現(xiàn)技術(shù)跨越、創(chuàng)立國(guó)際一流的燃煤電廠(chǎng)。 華能玉環(huán)電廠(chǎng)、上海外高橋三廠(chǎng)、華電鄒縣電廠(chǎng)、國(guó)電泰州電廠(chǎng)的1000MW的超超臨界機(jī)組已經(jīng)正式投入商業(yè)運(yùn)行。全國(guó)投入運(yùn)行的1000MW超超臨界機(jī)組已經(jīng)超過(guò)十臺(tái),且運(yùn)行穩(wěn)定,帶來(lái)了良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。國(guó)內(nèi)目前在建或規(guī)劃建設(shè)百萬(wàn)機(jī)組已經(jīng)有幾十

34、臺(tái),在數(shù)量和質(zhì)量上均到達(dá)了世界先進(jìn)水平,也標(biāo)志著我國(guó)電力工業(yè)又跨入了一個(gè)新的時(shí)期。28 哈爾濱鍋爐廠(chǎng)針對(duì)“超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)、“超超臨界發(fā)電機(jī)組技術(shù)選型研究開(kāi)展了超超臨界燃煤鍋爐選型的研究工作,在超超臨界鍋爐的制造方面也走在了國(guó)內(nèi)這一行業(yè)的前列。 80年代末,上海鍋爐廠(chǎng)與ABB-CE公司合作制造石洞口二廠(chǎng)的600MW超臨界壓力直流爐（國(guó)內(nèi)第一臺(tái)超臨界機(jī)組）; 1998年,與美國(guó)ALSTOM合作制造外高橋二期900 MW超臨界鍋爐工程。2003年后,引進(jìn)了美國(guó)ALSOTM 公司6001000MW超臨界和超超臨界鍋爐成套設(shè)計(jì)和制造技術(shù)。引進(jìn)的技術(shù)的主要內(nèi)容主要包括變壓運(yùn)行的螺旋管圈技術(shù)以及垂直管

35、圈技術(shù),蒸汽參數(shù)為壓力2536.5 MPa,溫度為（538654）/（538600）。世界上只有ALSTOM和三菱公司在800MW以上機(jī)組采用垂直管圈技術(shù)。 東方電氣集團(tuán)制造的三大主機(jī)已經(jīng)在華電國(guó)際鄒縣電廠(chǎng)四期工程得到了驗(yàn)證,百萬(wàn)千瓦等級(jí)火電機(jī)組已投入運(yùn)營(yíng)。29（一）鍋爐超超臨界直流爐的工作原理直流鍋爐依靠給水泵的壓頭將鍋爐給水一次通過(guò)預(yù)熱,蒸發(fā),過(guò)熱各受熱面而變成過(guò)熱蒸汽。在直流鍋爐蒸發(fā)受熱面中,工質(zhì)的流動(dòng)不是依靠汽水密度差來(lái)推動(dòng),而是通過(guò)給水泵壓頭來(lái)實(shí)現(xiàn)。直流鍋爐沒(méi)有汽包,在水的加熱受熱面和蒸發(fā)受熱面間,及蒸汽受熱面和過(guò)熱受熱面間無(wú)固定的分界點(diǎn),在工況變化時(shí),各受熱面長(zhǎng)度會(huì)發(fā)生變化。如果在

36、直流鍋爐的啟動(dòng)回路中參加循環(huán)泵,則可以形成復(fù)合循環(huán)鍋爐。即在低負(fù)荷或者本生負(fù)荷以下運(yùn)行時(shí),由于經(jīng)過(guò)蒸發(fā)面的工質(zhì)不能全部轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝?所以在鍋爐的汽水別離器中會(huì)有飽和水別離出來(lái),別離出來(lái)的水經(jīng)過(guò)循環(huán)泵再輸送至省煤器的入口。當(dāng)鍋爐負(fù)荷超過(guò)本生點(diǎn)以上或在高負(fù)荷運(yùn)行時(shí),由蒸發(fā)局部出來(lái)的是微過(guò)熱蒸汽,這時(shí)循環(huán)泵停運(yùn),鍋爐按照純直流方式工作。 30直流鍋爐的技術(shù)特點(diǎn)1.取消汽包,能快速啟停。直流爐從冷態(tài)啟動(dòng)到滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行,變負(fù)荷速度可提高一倍左右。2.直流爐適用于亞臨界和超臨界以及超超臨界壓力鍋爐。3.鍋爐本體金屬消耗量減少。一臺(tái)300 MW自然循環(huán)鍋爐與相同等級(jí)的直流爐相比, 大約可節(jié)省金屬2000t。加上

37、省去了汽包的制造工藝,鍋爐制造本錢(qián)降低。4.水冷壁的流動(dòng)阻力全部要靠給水泵來(lái)克服,這局部阻力約占全部阻力的2530。所需的給水泵壓頭高,既提高了制造本錢(qián),又增加了運(yùn)行的耗電量。5.直流鍋爐啟動(dòng)時(shí)約有30額定流量的工質(zhì)經(jīng)過(guò)水冷壁并被加熱,為了回收啟動(dòng)過(guò)程的工質(zhì)和熱量并保證低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)水冷壁管內(nèi)有足夠的重量流速,直流鍋爐需要設(shè)置專(zhuān)門(mén)的啟動(dòng)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)提高,其總本錢(qián)不低于自然循環(huán)汽包鍋爐。316.系統(tǒng)中的汽水別離器在低負(fù)荷時(shí)起汽水別離作用并維持一定的水位,在高負(fù)荷時(shí)切換為純直流運(yùn)行,汽水別離器起到一個(gè)蒸汽聯(lián)箱的作用。7.為了到達(dá)較高的重量流速,必須采用小管徑

38、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(shí)減小了鍋爐的熱慣性。8.熱慣性減小,使快速啟停的能力進(jìn)一步提高,適用機(jī)組調(diào)峰的要求。但熱慣性小也會(huì)帶來(lái)問(wèn)題,它使水冷壁對(duì)熱偏差的敏感性增強(qiáng)。當(dāng)煤質(zhì)變化或爐內(nèi)火焰偏斜時(shí),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(jìn)而導(dǎo)致工質(zhì)流動(dòng)不穩(wěn)定或管子超溫。9.為保證足夠的冷卻能力和防止低負(fù)荷下發(fā)生水動(dòng)力多值性以及脈動(dòng),水冷壁管內(nèi)工質(zhì)的重量流速在MCR負(fù)荷時(shí)提高到2000/（.S）以上。加上管徑減小的影響,使直流鍋爐的流動(dòng)阻力顯著提高。600MW以上的直流鍋爐的流動(dòng)阻力一般為5.4MPa6.0MPa。3210.汽溫調(diào)節(jié)的主

39、要方式是調(diào)節(jié)燃水比,輔助手段是噴水減溫或煙氣側(cè)調(diào)節(jié)。由于沒(méi)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(guò)熱段長(zhǎng)度發(fā)生變化,汽溫隨著發(fā)生變化,汽溫調(diào)節(jié)比較困難。11.低負(fù)荷運(yùn)行時(shí),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(dòng)力不穩(wěn)定。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(huì)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,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(shí)現(xiàn)變壓運(yùn)行。13.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。因此,熱偏差對(duì)水冷壁管壁溫

40、度的影響作用顯著增大。3314.變壓運(yùn)行的超臨界參數(shù)直流爐,在亞臨界壓力范圍和超臨界壓力范圍內(nèi)工作時(shí),都存在工質(zhì)的熱膨脹現(xiàn)象。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(lèi)膜態(tài)沸騰。15.啟停速度和變負(fù)荷速度受過(guò)熱器出口集箱的熱應(yīng)力限制,但主要限制因素是汽輪機(jī)的熱應(yīng)力和脹差。16.直流鍋爐要求的給水品質(zhì)高,要求凝結(jié)水進(jìn)行100的除鹽處理。17.控制系統(tǒng)復(fù)雜,調(diào)節(jié)裝置費(fèi)用較高。18.直流鍋爐對(duì)水質(zhì)的要求比較嚴(yán)格。1 鍋爐制造廠(chǎng)家及技術(shù)支持方 目前國(guó)內(nèi)具有制造超超臨界鍋爐能力的鍋爐廠(chǎng)有四家 , 即哈爾濱鍋爐廠(chǎng)(哈鍋)、上海鍋爐廠(chǎng)(上鍋)、東方鍋爐 ( 集團(tuán) ) 股份有限公司東鍋和

41、北京巴布科克威爾科克斯有限公司北京巴威。 342 鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù) 根據(jù)我國(guó)對(duì)超超臨界機(jī)組的技術(shù)認(rèn)證 , 推薦超超臨界汽輪機(jī)進(jìn)口參數(shù)為 25MPa 、 600/600 , 相應(yīng)鍋爐的設(shè)計(jì)參數(shù)為 26.25MPa、 605/603 。但是 , 由于上海汽輪機(jī) 廠(chǎng)汽輪機(jī)進(jìn)口參數(shù)選用 26.25 MPa 、 600/600 的方案 , 因此 , 與上汽廠(chǎng)配套的鍋爐 其主汽壓力將有所提高 , 約 27.5Mpa 左右。 鍋爐蒸發(fā)量的選取一般與汽輪機(jī)的 VWO 工況相匹配。353 鍋爐的總體型式國(guó)內(nèi)制造的 100OMW 超超臨界鍋爐有四種爐型 :(1) 哈鍋單爐膛八角切圓燃燒垂直管圈水冷壁 - 型爐(2

42、) 上鍋單爐膛八角切圓燃燒 -螺旋管圈水冷壁-型爐(3) 上鍋單爐膛切圓燃燒螺旋管圈水冷壁塔式爐(4) 東鍋、北京巴威單爐膛前后墻對(duì)沖燃燒螺旋管圈水冷壁-型爐3637 啟動(dòng)系統(tǒng)帶啟動(dòng)循環(huán)泵帶啟動(dòng)循環(huán)泵帶啟動(dòng)循環(huán)泵帶啟動(dòng)循環(huán)泵 最小直流負(fù)荷25%30%25%25-30% 再熱器主要調(diào)煙氣擋板+擺煙氣擋板+擺煙氣擋板煙氣擋板 溫方式動(dòng)燃燒器動(dòng)燃燒器 技術(shù)源頭CE-MHIALSTOM(CE)ALSTOM(EVT)Babcok38煤粉鍋爐主要有兩種燃燒方式 : 墻式燃燒和切圓燃燒 , 切圓燃燒型爐爐內(nèi)旋轉(zhuǎn)氣流造成爐膛出口兩側(cè)煙溫偏差加大 , 因此機(jī)組容量到達(dá)百萬(wàn)千瓦級(jí)時(shí) , 采用了八角切圓 ( 雙切圓

43、 ) 燃燒的長(zhǎng)方型爐膛 , 有利于減小爐膛出口兩側(cè)煙溫偏差。而墻式燃燒系統(tǒng)的燃燒器布置方式能夠使熱量輸入沿爐膛 寬度方向均勻分布 , 使得在過(guò)熱器、再熱器區(qū)域的煙溫分布也比較均勻。 對(duì) 900-100OMW 塔式鍋爐 , 由于不存在爐膛出口兩側(cè)煙溫偏差大的問(wèn)題 , 可采用單爐膛四角切圓燃燒方式。 燃燒方式同樣與水冷壁的結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系 , 如果切圓燃燒配螺旋管圈水冷壁 , 在結(jié)構(gòu)處理上比較困難 , 這也是采用切圓燃燒的制造廠(chǎng)家在不斷開(kāi)發(fā)適應(yīng)超臨界參數(shù)垂直管圈水冷壁鍋爐的原因之一。 394 超超臨界鍋爐的水冷壁超臨界鍋爐的水冷壁管圈型式目前只保存了兩種 : 即下水冷壁螺旋管圈 + 上水冷壁垂直

44、管圈和上下水冷壁全部為垂直管圈。 一次上升垂直管圈水冷壁主要特點(diǎn)是 , 采用內(nèi)螺紋管來(lái)防止變壓運(yùn)行至亞臨界區(qū)域時(shí) ,水冷壁系統(tǒng)中發(fā)生膜態(tài)沸騰 ; 采用較低的質(zhì)量流速 , 阻力損失減少 , 節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用；爐膛結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ；爐膛灰渣容易脫落 , 使?fàn)t膛水冷壁積灰渣量減少 ；由于摩擦阻力小,因此具有保持正向流動(dòng)的特性 , 即個(gè)別管子吸熱量增加時(shí) , 管內(nèi)流量也會(huì)隨之增加 , 具有局部自補(bǔ)償?shù)哪芰Α?其缺點(diǎn)是對(duì)煤種變化較為敏感 , 水冷壁各回路之間熱力和水動(dòng)力特性有可能出現(xiàn)偏差較大 , 使汽水別離器的工作條件惡化 和因熱力偏差還可能造成水冷壁超溫爆管 , 并且需要裝設(shè)節(jié)流孔圈。求對(duì)管壁加工精度要求更高。

45、4041 螺旋管圈水冷壁的設(shè)計(jì)特點(diǎn)對(duì)于螺旋管圈水冷壁而言,由于每根螺旋管都經(jīng)過(guò)爐膛四周所以每根管子的吸熱都是相當(dāng)均勻的。燃燒系統(tǒng)為反向切向燃燒,故爐膛每側(cè)的熱負(fù)荷曲線(xiàn)是根本一致的。綜合爐膛結(jié)構(gòu)和熱負(fù)荷分布可以知道,采用螺旋管圈水冷壁方案能夠確保螺旋段和垂直段出口熱負(fù)荷分布在所有負(fù)荷內(nèi)都很均勻,這一方面可以確保鍋爐運(yùn)行的平安性,同時(shí)也可以保證鍋爐長(zhǎng)期高效運(yùn)行。 傾斜上升的水冷壁管保證每根管都通過(guò)爐膛不同受熱區(qū)域。以下圖表示帶有切向燃燒和不同吸收的水冷壁爐膛結(jié)構(gòu)圖。水冷壁傾斜管環(huán)繞圈數(shù)為1周,每根蒸發(fā)器管通過(guò)爐膛熱和冷的區(qū)域,使得水冷壁均勻吸熱,不受火球位置影響（火球位于中心或轉(zhuǎn)入一角）,水冷壁出

46、口溫度較為均勻。42圖 吸熱不均的爐膛和螺旋水冷壁 43傾斜管環(huán)繞與切向燃燒方向相反（如下圖）。這樣的設(shè)計(jì)能有效防止氣流分層。 環(huán)繞上升原理圖44螺旋管圈水冷壁主要由螺旋冷灰斗、下部螺旋管圈、上部垂直管屏以及燃燒器水冷套螺旋管圈和垂直管屏的轉(zhuǎn)換區(qū)等局部組成。（一）冷灰斗結(jié)構(gòu)以下圖為北疆電廠(chǎng)超臨界鍋爐冷灰斗螺旋管布置示意圖。冷灰斗下部出渣口,螺旋管在出渣口周界上以中心對(duì)稱(chēng)排列。形成出渣口后的管子盤(pán)旋上升至冷灰斗轉(zhuǎn)角構(gòu)成螺旋冷灰斗。 螺旋冷灰斗立體圖45（二）下部螺旋管圈向上部垂直管屏的過(guò)渡區(qū)為了便于水冷壁的懸吊,再加上爐膛上部熱負(fù)荷低,垂直管屏內(nèi)工質(zhì)的質(zhì)量流速已足以冷卻管壁,因此螺旋管圈通常在折

47、焰角下方轉(zhuǎn)換成垂直管屏。螺旋管圈向垂直管屏的過(guò)渡有二種型式,一種用分叉管,一種采用中間混合聯(lián)箱。螺旋管和垂直管的過(guò)渡區(qū)是一個(gè)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的部位。它既要實(shí)現(xiàn)螺旋管圈向垂直管屏的過(guò)渡,又要處理好螺旋管圈重量負(fù)載的均勻傳遞,還要解決穿墻管處的密封問(wèn)題。螺旋管向垂直管的過(guò)渡是依靠特殊鑄造的單彎頭、雙彎頭以及中間混合集箱及其引入、引出管來(lái)實(shí)現(xiàn)。以下圖展示了水冷壁過(guò)渡區(qū)的結(jié)構(gòu)布置。46 螺旋管圈和垂直管屏過(guò)渡區(qū)結(jié)構(gòu)布置圖47(2) 水冷壁的材料 目前國(guó)內(nèi)己訂貨的超超臨界鍋爐,水冷壁的材料選用15CrMoG、SA-213T2、T12,最高的用到 SA-213T22 。壓力再提高 , 上水冷壁的材料有可能選用

48、T23 、 T24 、 HCM1205 過(guò)熱器和再熱器材質(zhì) 超超臨界機(jī)組 (25MPa 及以上、 600 /600 ) 過(guò)熱器、再熱器所用的耐熱鋼材料比超臨界機(jī)組要提高一個(gè)等級(jí) , 目前國(guó)外應(yīng)用比較多的新鋼種有TP347HFG、 Super304H 、 HR3C 、 T/P92 、 T/P122 、 E911 。 48 目前國(guó)產(chǎn) 100OMW 超超臨界鍋爐過(guò)熱器、再熱器采用的材料 :低溫過(guò)熱器 :15CrMoG 、 12CrlMoVG、 SA-213T91、 SA-213T91、SA-213TP347H分隔屏過(guò)熱器 :SA-213T23 、 SA-213T91、 Super 304H、 Sup

49、er 304H SB( 噴丸 ) 、HR3C后屏過(guò)熱器 :Super304H 、 Super 304H SB( 噴丸、 HR3C 。末級(jí)過(guò)熱器 :Super304H 、 Super 304H SB( 噴丸 )、 HR3C。低溫再熱器 :2OG、 SA210C、15CrMoG、12CrlMoVG、 SA-213T22 、 SA-213T23 、SA-213T91 、 SA-213TP347H末級(jí)再熱器 :SA-213TP347H 、 Super304H、 Super 304H SB( 噴丸。49 國(guó)產(chǎn) 1000MW 超超臨界鍋爐過(guò)熱器、再熱器的用材與國(guó)外的差異是 :(1)國(guó)產(chǎn)鍋爐在末級(jí)過(guò)熱器、再

50、熱器上大量使用 HR3C 鋼 , 達(dá) 150- 220 噸 , 而國(guó)外只用于局部。(2)國(guó)外的末級(jí)過(guò)熱器、再熱器根本使用 Super 304H 和細(xì)晶?；?TP347EEG, 并建議對(duì)管材進(jìn)行噴丸處理。而我國(guó)用的是非細(xì)晶?；?SA-213TP347H 鋼 , 只有局部廠(chǎng)家對(duì) Super 304H 管材進(jìn)行噴丸處理。每臺(tái)鍋爐 SA-213TP347H 、 Super 304H 的總重量大局部廠(chǎng)家為 550- 580 噸 , 個(gè)別廠(chǎng)家高達(dá) 980 噸。506 低 NOx 燃燒技術(shù) 在世界范圍內(nèi)所有低 NOx 燃燒器 , 大多數(shù)已經(jīng)成功運(yùn)行。根據(jù)煤質(zhì)的不同 , 低 NOx 燃燒器可以減少多達(dá) 4

51、070% 的 NOx 排放量 , 揮發(fā)份含量越高的煤 ,NOx 減少的就越多。 哈鍋廠(chǎng)燃燒器采用三菱公司 (MHI) 的低 NOx PM 燃燒器 , 該燃燒器利用燃燒器 入口彎頭的離心別離作用將煤粉氣流分成上下濃淡兩股 , 分別進(jìn)入爐膛。將較大比例的別離燃盡風(fēng)布置在爐膛上部 , 構(gòu)成 MACT 燃燒系統(tǒng) , 進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)分級(jí)配風(fēng) , 降低 NOx 的生成。 上鍋廠(chǎng)采用 ALSTOM 低 NOx 切向燃燒系統(tǒng) (LNTFSTM) 設(shè)計(jì)和爐膛布置匹配 , 來(lái)滿(mǎn)足降低 NOx 的要求。 51 東鍋廠(chǎng)燃燒器采用 BHK 研制的低 NOx 排放 HT-NR3 燃燒器 , 該燃燒器帶有煤粉濃縮器和穩(wěn)燃環(huán) ,

52、 并采用火焰內(nèi)復(fù)原技術(shù) , 降低 NOx 的生成。 OFA 采用優(yōu)化的雙氣流結(jié) 構(gòu) , 中央部位是直流 , 外圈是旋流。 北京巴威公司燃燒器采用美國(guó) BW 公司 DRB-4Z 雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器 , 該燃燒器采用分級(jí)送風(fēng) , 按照著火、穩(wěn)燃和燃盡的要求分段燃燒 , 抑制 NOx 的生成 , 降低 NOx 排放。別離燃盡風(fēng) (SOFA）距上排燃燒器中心線(xiàn)為 3.361m 。 OFA 的結(jié)構(gòu)為雙氣流結(jié)構(gòu) , 中央部位是直流 , 外圈是旋流。 對(duì)于 1000MW 鍋爐 , 不管是切圓燃燒 , 還是前后墻對(duì)沖燃燒 , 采取以上措施可使 氮氧化物排放量大幅度降低 ： 煙煤 350mg/Nm3, 貧煤 55

53、0mg/ Nm3, 無(wú)煙煤 700mg/ Nm3 。特別是對(duì)于煙煤鍋爐 ,NOx 排放有可能到達(dá) 300 mg/ Nm3 左右。 527 超臨界鍋爐的幾種典型的啟動(dòng)系統(tǒng)(l) 帶循環(huán)泵 , 品質(zhì)合格的清洗水和多余工質(zhì)全部排汽機(jī)冷凝器的系統(tǒng)。 其優(yōu)點(diǎn)是能將啟動(dòng)期間工質(zhì)和熱量的損失減少到最低程度。但汽機(jī)冷凝器的設(shè)計(jì)在容量上要做特殊考慮。(2) 帶循環(huán)泵 , 啟動(dòng)期所有的水冷壁系統(tǒng)清洗水、汽水膨脹的水量以及啟動(dòng)期間各階段多余的蒸汽全部排入大氣式擴(kuò)容器 , 屬于工質(zhì)只能局部回收的啟動(dòng)系統(tǒng)。(3) 不帶再循環(huán)泵、啟動(dòng)期間別離器疏水排往除氧器和擴(kuò)容器的啟動(dòng)系統(tǒng)。其特點(diǎn)是啟動(dòng)系統(tǒng)初期投資較少 , 既無(wú)再循環(huán)

54、泵也無(wú)啟動(dòng)熱交換器 , 但不適用頻繁調(diào)峰、經(jīng)常以極低負(fù)荷運(yùn)行或頻繁啟停的機(jī)組。 目前國(guó)內(nèi)廠(chǎng)家都選用帶循環(huán)泵的啟動(dòng)系統(tǒng)53一、直流鍋爐啟動(dòng)過(guò)程的主要問(wèn)題1.直流鍋爐無(wú)儲(chǔ)存汽水的厚壁部件,啟動(dòng)一開(kāi)始就必須不間斷地向鍋爐送進(jìn)給水。如果啟動(dòng)流量按30額定流量計(jì)算,一臺(tái)容量為3102t/h的1000MW鍋爐啟動(dòng)初期就需要約900t/h左右的啟動(dòng)流量。這樣多的給水流量既要經(jīng)過(guò)水質(zhì)的化學(xué)處理,又要在鍋爐內(nèi)吸收燃料燃燒放出的熱量,如果不利用,既會(huì)造成自然水資源的大量浪費(fèi),又會(huì)造成水質(zhì)處理過(guò)程運(yùn)行費(fèi)用和熱量的浪費(fèi)。因此,直流鍋爐有必要設(shè)置專(zhuān)門(mén)的回收工質(zhì)與熱量的系統(tǒng),這種系統(tǒng)就是直流鍋爐的啟動(dòng)系統(tǒng)。542.對(duì)于單

55、元機(jī)組的成套啟動(dòng),為了盡可能縮短汽輪機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間,必須使直流鍋爐的啟動(dòng)和汽輪機(jī)的啟動(dòng)能夠密切配合。這就是說(shuō),鍋爐送出的過(guò)熱蒸汽參數(shù)應(yīng)該按照汽輪機(jī)啟動(dòng)的要求逐漸提高。 3.直流鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中存在汽水的熱膨脹問(wèn)題,熱膨脹不但會(huì)導(dǎo)致水冷壁管內(nèi)的水動(dòng)力不穩(wěn)定,還會(huì)導(dǎo)致過(guò)熱器出口的蒸汽達(dá)不到額定參數(shù),甚至出現(xiàn)蒸汽帶水,危及機(jī)組平安運(yùn)行。4.對(duì)于中間再熱機(jī)組,機(jī)組啟動(dòng)時(shí)再熱器中無(wú)工質(zhì)通過(guò),需要保護(hù)再熱器受熱面。因而需要汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)。55二、啟動(dòng)系統(tǒng)的作用1.建立啟動(dòng)壓力和啟動(dòng)流量,保證給水連續(xù)地通過(guò)省煤器和水冷壁,其是保證水冷壁的足夠冷卻和水動(dòng)力的穩(wěn)定性。2.回收鍋爐啟動(dòng)初期排出的熱水、汽水混合物、飽和

56、蒸汽以及過(guò)熱度缺乏的過(guò)熱蒸汽,以實(shí)現(xiàn)工質(zhì)和熱量的回收。3.在機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中,實(shí)現(xiàn)鍋爐各受熱面之間和鍋爐與汽輪機(jī)之間工質(zhì)狀態(tài)的配合。單元機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程初期,汽輪機(jī)處于冷態(tài),為了防止溫度不高的蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)后凝結(jié)成水滴,造成葉片的水擊,啟動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)起到固定蒸發(fā)受熱面終點(diǎn),實(shí)現(xiàn)汽水別離的作用。從而使給水量調(diào)節(jié)、汽溫調(diào)節(jié)和燃燒量調(diào)節(jié)相對(duì)獨(dú)立,互不干擾。4.根據(jù)實(shí)際需要,啟動(dòng)系統(tǒng)還可設(shè)置保護(hù)再熱器的汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)。但近年來(lái)為了簡(jiǎn)化啟動(dòng)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的快速、經(jīng)濟(jì)啟動(dòng),并簡(jiǎn)化啟動(dòng)操作,有的啟動(dòng)系統(tǒng)不再設(shè)置保護(hù)再熱器的旁路系統(tǒng),而以控制再熱器的進(jìn)口煙溫和提高再熱器的金屬材料的檔次,保證再熱器的平安運(yùn)行。 56 汽

57、水別離器是啟動(dòng)旁路系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成局部。超臨界直流鍋爐的啟動(dòng)系統(tǒng)主要有內(nèi)置式和外置式啟動(dòng)別離器兩種。在超臨界鍋爐開(kāi)展初期,根本上采用外置式啟動(dòng)別離系統(tǒng),隨著鍋爐超臨界技術(shù)的開(kāi)展,目前大型超超臨界鍋爐均采用內(nèi)置式啟動(dòng)別離器系統(tǒng)。 內(nèi)置式啟動(dòng)別離器系統(tǒng)在鍋爐啟停及正常運(yùn)行過(guò)程中,汽水別離器均投入運(yùn)行,所不同的是在鍋爐啟停及低負(fù)荷運(yùn)行期間,汽水別離器呈濕態(tài)運(yùn)行,起汽水別離作用;而在鍋爐正常運(yùn)行期間,汽水別離器只作為蒸汽通道使用。 57 內(nèi)置式啟動(dòng)別離器設(shè)在蒸發(fā)區(qū)段和過(guò)熱區(qū)段之間,與外置式別離器啟動(dòng)系統(tǒng)相比,具有以下特點(diǎn):1.汽水別離器與蒸發(fā)段、過(guò)熱器之間沒(méi)有任何閥門(mén),不需要外置式啟動(dòng)系統(tǒng)所涉及的

58、別離器解列或投運(yùn)操作,從根本上消除了別離器解列或投運(yùn)操作所帶來(lái)的汽溫波動(dòng)問(wèn)題。2.在鍋爐啟停過(guò)程和低負(fù)荷運(yùn)行時(shí),別離器同汽包爐的汽包一樣,起到汽水別離的作用,防止了過(guò)熱器帶水運(yùn)行。3.系統(tǒng)簡(jiǎn)單,操作方便,對(duì)自動(dòng)控制要求較低,同時(shí)有利于設(shè)備維修。4.由于別離器強(qiáng)度要求很高,同時(shí)對(duì)啟動(dòng)別離器的熱應(yīng)力控制較嚴(yán),將影響升負(fù)荷率。同時(shí)別離器壁厚相對(duì)增加,材料及加工費(fèi)用增加,但閥門(mén)數(shù)量減少,又降低了投資,使系統(tǒng)總投資降低。585.疏水系統(tǒng)相比照較復(fù)雜。內(nèi)置式別離器啟動(dòng)系統(tǒng)由于疏水回收系統(tǒng)不同,根本可分為大氣擴(kuò)容器式、循環(huán)泵式和熱交換器式3種。對(duì)于大氣擴(kuò)容器式,別離器疏水流到擴(kuò)容器回收箱,在機(jī)組啟動(dòng)疏水不合

59、格時(shí),將水放入地溝；疏水合格后,排入凝汽器進(jìn)行工質(zhì)回收。同時(shí),別離器疏水還可以排入除氧器,一方面可以回收工質(zhì),另一方面也可用來(lái)加熱除氧器水回收熱量。內(nèi)置式啟動(dòng)系統(tǒng)的三種形式如表所示。59表 三種內(nèi)置式啟動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)形 式擴(kuò)容器式循環(huán)泵式熱交換器式優(yōu) 點(diǎn)系統(tǒng)簡(jiǎn)單；投資少；運(yùn)行操作方便；容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制；維修工作量少。系統(tǒng)簡(jiǎn)單；工質(zhì)和熱量回收效果好；對(duì)除氧器設(shè)計(jì)無(wú)要求。系統(tǒng)簡(jiǎn)單；運(yùn)行操作方便；容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制；工質(zhì)和熱量回收效果好;維修工作量少。缺 點(diǎn)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性差；要求除氧器安全閥容量增大；不適合于兩班制和周日停機(jī)運(yùn)行方式。投資大；運(yùn)行操作復(fù)雜；轉(zhuǎn)動(dòng)部件的運(yùn)行和維護(hù)要求高；循環(huán)泵的控制要求高。投

60、資大；金屬耗量大；要求除氧器安全閥容量增大。60二、帶再循環(huán)泵的啟動(dòng)系統(tǒng)（串聯(lián)）特點(diǎn)(一)啟動(dòng)和低負(fù)荷運(yùn)行時(shí), 100%回收工質(zhì)和疏水熱量； (二)可有效縮短啟動(dòng)時(shí)間,當(dāng)冷態(tài)啟動(dòng)時(shí),點(diǎn)火至汽機(jī)沖轉(zhuǎn)時(shí)間可縮短7080分鐘,溫態(tài)啟動(dòng)可縮短1020分鐘； (三)可降低給水泵在啟動(dòng)和低負(fù)荷運(yùn)行的功率；(四)適合于頻繁啟動(dòng)、帶循環(huán)負(fù)荷。 (五)不僅可以帶泵運(yùn)行,也照樣可以不帶泵啟動(dòng)(六)進(jìn)入循環(huán)泵的水來(lái)自下降管或鍋爐給水管或同時(shí)從這兩者中來(lái);使得在各個(gè)啟動(dòng)過(guò)程中,總是有水流過(guò)循環(huán)泵,泵的流量恒定,無(wú)須設(shè)置任何最小流量的泵循環(huán)回路；(七)鍋爐給水的欠焓可增加循環(huán)泵的凈吸壓頭；當(dāng)別離器由濕態(tài)轉(zhuǎn)向干態(tài)時(shí),疏水