超臨界機(jī)組綜述

會計學(xué)1超臨界機(jī)組綜述一、超臨界機(jī)組的優(yōu)越性

經(jīng)濟(jì)性可靠性環(huán)保特性第1頁/共81頁4947454341393735102015253035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℃

高超臨界593℃/593℃

600℃/600℃/600℃

566℃/566℃/566℃

700℃/720℃/720℃

%

率效熱電供廠電發(fā)

第2頁/共81頁超（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)。歐洲計劃用10年至15年的時間將發(fā)電效率提高到52～55%。第3頁/共81頁部分超（超）臨界機(jī)組經(jīng)濟(jì)性舉例電廠

項(xiàng)目蒸汽參數(shù)機(jī)組效率,%投運(yùn)年份丹麥Vesk電廠407MW25.1MPa,560℃/560℃45.31992法國STAUDINGE廠550MW25MPa,540℃/560℃42.51992德國ROSTOCK電廠559MW25MPa,540℃/560℃42.51994韓國500MW24MPa,538℃/538℃41石洞口二廠600MW24.2MPa,538℃/566℃41.091992日本松蒲電廠1000MW25.2MPa,598℃/596℃441997丹麥Nordjylland電廠410MW28.5MPa,580℃/580℃/580℃471998西門子設(shè)計400-1000MW27.5MPa,589℃/600℃>451999歐洲FutureⅠ33.5MPa,610℃/630℃>502005歐洲FutureⅡ40.0MPa,700℃/720℃52-552015平圩電廠600MW(

亞臨界)17MPa,537℃/537℃36.91989第4頁/共81頁超超）臨界機(jī)組的可靠性美國初期蒸汽參數(shù)過高，當(dāng)時冶金工業(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。原蘇聯(lián)在發(fā)展超臨界機(jī)組的初期，因缺少經(jīng)驗(yàn)和選用參數(shù)過高，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年美國公布的71臺超臨界機(jī)組和27臺亞臨界機(jī)組運(yùn)行統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，兩類機(jī)組可用率已沒有差別。第5頁/共81頁1.30GW超臨界機(jī)組創(chuàng)造過連續(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)之間沒有必然的聯(lián)系。我國華能石洞口二廠兩臺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)。第6頁/共81頁部分超臨界機(jī)組可靠性舉例電廠

項(xiàng)目機(jī)組容量，MW可用率，%馬歇爾電廠2×63088.7(1985年)勃魯斯電廠2×112094(1985年)蒙太爾電廠2×1300連續(xù)運(yùn)行607天美

國AEP電力公司7×1300平均EAF=83.3韓國保寧電廠50088.92(1994)石洞口二廠2×60091.47(1994)中

國華能南京電廠2×300連續(xù)運(yùn)行1700多天(到1998年底)第7頁/共81頁超(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燃料價格較高時,技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能更佳；第8頁/共81頁壓氣機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)G~發(fā)電機(jī)G~1243燃燒室e余熱鍋爐89汽輪機(jī)凝汽器57給水加熱器水泵10燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)原理（基本形式）第9頁/共81頁815～925℃537～815℃半焦蒸汽輪機(jī)煤

增壓流化床980～1092℃空氣脫硫劑顆?？刂迫紵魅?xì)廨啓C(jī)裂解氣化爐增壓流化床系統(tǒng)示意圖第10頁/共81頁IGCC結(jié)構(gòu)原理圖第11頁/共81頁硫資源化脫硫高效、綠色發(fā)電技術(shù)高效發(fā)電超臨界機(jī)組聯(lián)合循環(huán)多聯(lián)產(chǎn)煤炭加工與轉(zhuǎn)化流化床FBC整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)IGCC可再生能源發(fā)電及核電煙氣凈化灰渣及廢水資源化空冷機(jī)組煙氣循環(huán)流化床脫硫其它節(jié)水技術(shù)燃料電池微型燃?xì)廨啓C(jī)太陽光發(fā)電風(fēng)力發(fā)電潔凈發(fā)電節(jié)水發(fā)電分布式電源新型發(fā)電

以煤氣化為核心以發(fā)電為核心第12頁/共81頁各種煤清潔利用方式相對評分比較表注：10分為滿分利用方式環(huán)保節(jié)能運(yùn)行投資成熟總和順次型煤78101010451原煤加工洗選煤879910432CFBC

95989404流化床PFBC98658367超（超）臨界機(jī)組799710423IGCC108668385氣化86656318CMW86878376燃料轉(zhuǎn)化液化85455279其他清潔技術(shù)9

第13頁/共81頁二、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

第14頁/共81頁1.容量

從技術(shù)可行性、設(shè)計制造模式、國外業(yè)績及與國外合作問題、技術(shù)經(jīng)濟(jì)等問題考慮，超臨界鍋爐選擇1000MW及以下容量都是可行的。一般采用

1000MW和

600MW兩個容量等級。

1000MW等級超超臨界機(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)，同時也適應(yīng)我國電力工業(yè)的發(fā)展和符合電網(wǎng)對機(jī)組容量的需求，將成為反映我國電力工業(yè)技術(shù)水平的代表性機(jī)組。第15頁/共81頁

考慮到我國地區(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等級超超臨界機(jī)組，更能適應(yīng)我國廣大內(nèi)陸地區(qū)的低背壓條件、適用于國內(nèi)各個電網(wǎng)條件，適用于現(xiàn)有的設(shè)備運(yùn)輸條件，并可與1000MW等級容量機(jī)組形成系列化。

600MW等級超臨界、超超臨界機(jī)組將成為我國電力工業(yè)的主力機(jī)組。

第16頁/共81頁2.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2％～3％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0.13％～0.15%;

主蒸汽溫度每提高10℃，機(jī)組的熱耗率就可下降0.25％～0.3O％；再熱蒸汽溫度每提高10℃，機(jī)組的熱耗率就可下降0.15％～0.20％；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1.4％～1.6％。第17頁/共81頁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Π型布置和塔式布置，也有T型布置方式。第18頁/共81頁鍋爐布置型式（a）Π形布置；(b)無水平煙道Π形；(c)雙折焰角Π形；(d)箱形布置(e)塔形布置；(f)半塔形布置第19頁/共81頁Π形布置Π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單的懸吊式受熱面。第20頁/共81頁（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)化對流傳熱。（5）下降煙道中，氣流向下流動，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。第21頁/共81頁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，而且不能充分利用其所有空間來布置受熱面。（3）煙氣在爐內(nèi)流動要經(jīng)兩次轉(zhuǎn)彎，造成煙氣在爐內(nèi)的速度場、溫度場和飛灰濃度場不均勻，影響傳熱效果，并導(dǎo)致對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)煤時更顯得突出。第22頁/共81頁Γ形布置

Γ形布置實(shí)質(zhì)上是Π形布置的一種改進(jìn)，只是取消了Π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??；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，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，則采用這種布置型式比較適宜。如果要采用管式空氣預(yù)熱器，為解決尾部受熱內(nèi)布置不下的困難，也可將尾部煙道對稱地分成左右兩個，形成T形布置。第23頁/共81頁塔形布置塔形布置方案，下部為爐膛，對流煙道就布置在爐膛上方，鍋爐本體形成一個塔形，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，煙氣流動方向一直向上不變，可以大大減輕對流受熱面的局部磨損，因此，對燃用多灰分燃料特別有利。（3）鍋爐本身有自身通風(fēng)作用，煙氣流動阻力也較小。（4）對流受熱面可以全部水平布置，易于疏水。第24頁/共81頁但這種方案也有如下缺點(diǎn)：l）鍋爐本體高度很高，過熱器、省煤器、再熱器等對流受熱面都布置在很高位置，連接的汽水管道較長。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)備都布置在鍋爐頂部，加重了鍋爐構(gòu)架和廠房的負(fù)載，因而使造價增大。3）安裝及檢修均較復(fù)雜。半塔形布置第25頁/共81頁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，我國發(fā)展超超臨界鍋爐一般在Π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。第26頁/共81頁（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（前墻燃燒和對沖燃燒）和W型火焰燃燒方式（也稱拱式燃燒）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Π型爐在應(yīng)用中最為突出的問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、再熱器超溫爆管和左、右側(cè)主蒸汽及再熱蒸汽溫差甚大。

第27頁/共81頁切向燃燒鍋爐超大型化后的發(fā)展趨勢

鍋爐向超大容量發(fā)展，仍采用單火球Π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、下方向也會出現(xiàn)同樣問題，另外過高的管屏內(nèi)外圈管吸熱量差異加大，外圈管受熱行程長，則易過熱。尤其對超超臨界參數(shù)，主汽及再熱汽溫將會高達(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題。第28頁/共81頁

對于墻式對沖燃燒方式Π型鍋爐要易于解決，其爐膛截面可布置為長方形，則爐膛出口也會高度降低呈長方形。對四角燃燒方式，采用塔式布置，則前述問題也不存在。另一個方案是切向燃燒仍用Π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膛為長方形，而且改變了爐膛出口煙氣能量的分布。

第29頁/共81頁

在無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，將兩個相對獨(dú)立燃燒系統(tǒng)的對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，則兩個爐膛的輻射場也是獨(dú)立的，不可能取得輻射與對流偏差互補(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?，雙切圓燃燒鍋爐取消雙面水冷壁不僅僅是為了簡化制造工藝，更重要的是應(yīng)從消除熱偏差的性能設(shè)計來考慮。第30頁/共81頁

旋流式燃燒器前后墻對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，使過熱蒸汽溫度偏差較小，并可降低整個過熱器和再熱器的金屬最高點(diǎn)溫度。墻式對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)熱效率不會因噴入減溫水而降低。

第31頁/共81頁

W型火焰燃燒方式對難燃的貧煤及無煙煤在燃燒穩(wěn)定性上優(yōu)于四角和墻式燃燒方式，其下爐膛的截面積偏大，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；但是，由于爐膛截面積大，形狀復(fù)雜，鍋爐本體造價大致要增加15％～25％。另外，形成和控制W型火焰使充滿整個爐膛，要求成熟的設(shè)計經(jīng)驗(yàn)和較高的運(yùn)行水平。

第32頁/共81頁超臨界機(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Π式布置；四角單切圓塔式布置；單爐膛雙切圓Π型布置；墻式對沖塔式布置；墻式對沖Π型布置。第33頁/共81頁（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

第34頁/共81頁本生型蘇爾壽型拉姆辛型第35頁/共81頁

本生型直流鍋爐發(fā)源于德國，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（UP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。對于UP爐來說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。第36頁/共81頁

拔柏葛公司、德國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，這種管圈的優(yōu)點(diǎn)是熱偏差小，且因無中間混合聯(lián)箱，不會產(chǎn)生混合物的不均勻分配的問題，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。

第37頁/共81頁現(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300~600MW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)行第38頁/共81頁爐膛水冷壁：

下部螺旋盤繞上升從水冷壁進(jìn)口到折焰角下一定距離（標(biāo)高52608.9mm）處。上部垂直上升均為膜式結(jié)構(gòu)兩者間由過渡水冷壁轉(zhuǎn)換連接。

第39頁/共81頁

螺旋管圈水冷壁爐管現(xiàn)有兩種型式，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％。第40頁/共81頁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，管子數(shù)目可按設(shè)計要求而選取，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）無中間混合聯(lián)箱，不會產(chǎn)生汽水混合物不均勻分配的問題；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。第41頁/共81頁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)流量；6）螺旋形管圈對燃料的適應(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。第42頁/共81頁內(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。第43頁/共81頁缺點(diǎn)：水冷壁管徑較細(xì)，內(nèi)螺紋管相對于光管來說價格較高，一般高出10％～15％。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)組容量會受垂直管屏管徑的限制，對容量較小機(jī)組，其爐膛周界相對較大，無法保證質(zhì)量流速。第44頁/共81頁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)用來看，世界各國變壓運(yùn)行鍋爐水冷壁普遍采用了螺旋管圈型式，在我國也有良好的運(yùn)行業(yè)績。同時，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。第45頁/共81頁三、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10％－100％BMCR之間變動，鍋爐最低穩(wěn)燃負(fù)荷約30％BMCR，在約35%BMCR以上時純直流運(yùn)行。

第46頁/共81頁（3）負(fù)荷變動率

盡管對超超臨界機(jī)組要求的負(fù)荷變化范圍很大，負(fù)荷變動率也很高，但由于超超臨界機(jī)組的高效率只有在高參數(shù)、高負(fù)荷時才顯示出來，同時由于超超臨界機(jī)組厚壁部件熱應(yīng)力對負(fù)荷變動率的限制，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負(fù)荷；而通常降負(fù)荷時的負(fù)荷變動率要比升負(fù)荷時要求的更嚴(yán)一些。負(fù)荷變動/燃料煤油或氣50％－90％MCR4％MCR/min8％MCR/min20％－50％MCR及90％－100％MCR2％MCR/min4％MCR/min第47頁/共81頁（4）負(fù)荷階躍對于超臨界機(jī)組，在70％－95％MCR負(fù)荷范圍內(nèi)，能做到5％額定負(fù)荷的負(fù)荷階躍，其中2．5％以上在5秒內(nèi)完成，其余2．5％在30秒內(nèi)完成。（5）啟動時間（min）啟動狀態(tài)點(diǎn)火到并網(wǎng)并網(wǎng)到額定負(fù)荷熱態(tài)35～4530~45溫態(tài)100～11580~90冷態(tài)100～19095~150第48頁/共81頁高蒸汽參數(shù)對鍋爐變負(fù)荷運(yùn)行特性的影響(a)高參數(shù)對鍋爐變負(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％MCR／min，而螺旋管圈式直流鍋爐允許變負(fù)荷速度為5％~8％MCR／min。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的提高，分離器壁厚僅為亞臨界600MW鍋爐汽包壁厚的1／3左右。因此超臨界鍋爐允許負(fù)荷變化速度還是較大的。第49頁/共81頁(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30％～50％BMCR。鍋爐在此負(fù)荷以上運(yùn)行時，水冷壁是安全的，在此負(fù)荷以下運(yùn)行，為了保護(hù)水冷壁則需要啟動啟動分離器系統(tǒng)，以增加水冷壁的質(zhì)量流速。啟動分離器系統(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，頻繁的投運(yùn)啟動分離器系統(tǒng)，將使其閥門受到損傷?？梢?，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。

第50頁/共81頁

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?？傊R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。

第51頁/共81頁鍋爐滑壓運(yùn)行應(yīng)注意的幾個問題

超超臨界直流鍋爐在滑壓運(yùn)行時，水冷壁內(nèi)的工質(zhì)隨負(fù)荷的變化會經(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)生以下問題:a.鍋爐負(fù)荷降低時，水冷壁中的質(zhì)量流速也按比例下降。

b.低負(fù)荷時，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，會產(chǎn)生水冷壁管內(nèi)兩相流的傳熱和流動，要防止膜態(tài)沸騰而導(dǎo)致的水冷壁管超溫。d.在整個滑壓運(yùn)行過程中，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。

第52頁/共81頁四、超臨界機(jī)組發(fā)展概況

從上個世紀(jì)50年代開始，世界上以美國、前蘇聯(lián)和德國等為主的工業(yè)化國家就已經(jīng)開始了對超臨界和超超臨界發(fā)電技術(shù)的研究。經(jīng)過近半個世紀(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。

第53頁/共81頁國外發(fā)展超超臨界機(jī)組的概況

1957年在美國投運(yùn)第一臺試驗(yàn)性超超臨界125MW機(jī)組（31MPa，621/566/538℃）,1959年在美國投運(yùn)第二臺超超臨界325MW機(jī)組（34.4MPa,649/566/566℃）。單機(jī)容量最大為1300MW。第54頁/共81頁1953年前蘇聯(lián)首期5臺超臨界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1200MW投運(yùn)。日本、德國和丹麥相繼于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)先的國家。第55頁/共81頁國外超臨界機(jī)組概況國家美國前蘇聯(lián)日本首臺機(jī)組1957年125MW31.03MPa621℃/565℃/538℃總?cè)萘浚菏澜绲谝唬?982年166臺112898MW主力機(jī)組500~800MW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：9×1300MW（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年222臺，占火電裝機(jī)50%主力機(jī)組250MW~800MW蒸氣參數(shù)：25.2MPa,545℃/545℃1967年600MW1985年77臺，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)組概況第56頁/共81頁超臨界機(jī)組概況（續(xù)）國家首臺機(jī)組12×500MW1992年600MW現(xiàn)在運(yùn)行與在建(300MW,500MW,600MW，800MW，900MW)石洞口電廠2×600MW南京、營口電廠4×300MW伊敏、盤山電廠4×500M綏中電廠2×800MW阜陽電廠2×600MW外高橋電廠2×900MW利港電廠2×600MW太倉電廠2×600MW沁北電廠2×600MW（國產(chǎn)化示范）玉環(huán)電廠800-1000MW（超超臨界機(jī)組）概況韓國意大利中國22×600MW第57頁/共81頁我國現(xiàn)運(yùn)行的超臨界機(jī)組

機(jī)組投運(yùn)年出力P主汽t主汽t再熱備注

MWbar℃℃石洞口二廠#1、21991/92600242538566ABB-CE/SULZER華能南京電廠#1、21994300250545545俄羅斯華能營口電廠#1、21996300250545545俄羅斯綏中電廠#1、22000800250545545俄羅斯華能伊敏電廠#1、21998/99500250545545俄羅斯盤山電廠#1、21995/96500250545545俄羅斯薊縣電廠#1、2500250545545俄羅斯第58頁/共81頁

機(jī)組投產(chǎn)年份出力P主汽t主汽t再熱備注

MWbar℃℃河南沁北電廠#1、22005600242571571國產(chǎn)化依托工程上海石洞口二廠二期900250538538阿爾斯通上海外高橋電廠二期2003/04900250538560福建華陽后石電廠600254542568日本三菱重工臺山電廠#1、2660第59頁/共81頁國家電廠功率/MW燃料容量t/h參數(shù)MPa·℃鍋爐制造廠投運(yùn)日期日

本川越700液化天然氣215031/566/566/566三菱1989.1990三隅1000煙煤290024.5/600/600三菱1998原町1000煙煤289024.5/600/600B＆W-日立1998七尾大田700煙煤212024.1/593/593石川島播磨1998苓北700煙煤212024.1/593/593三菱1999桔灣1050煙煤/油300025.0/600/600石川島播磨2000敦賀700煙煤212024.1/593/593三菱2000碧南1000煙煤305024.1/593/593石川島播磨2001丹

麥Skarbk415天然氣97229/582/580/580FLSmiljφ1997Nordiyland415煙煤/油97229/582/580/580FLSmiljφ1998Avedφre400天然氣/油106730.5/582/600FLSmiljφ2001德國Lippendorf933褐煤242026.7/554/583Alstom1999NiederauBem1012褐煤266826.9/580/600Alstom2000美國第一臺試驗(yàn)性超臨界125

31MPa621/566/538

1957第二臺超臨界325

34.4MPa,649/566/566

1956

世界上已投運(yùn)的超超臨界電廠第60頁/共81頁

時間壓力（bar)溫度（℃）耐高溫鋼材70～80年代亞、超臨界540～560Mo或Cr-Mo90年代初250560X20CrMoV121或T2290年代末期275～290580～600P91/T91(9Cr1Mo)2000～2005300～310600P92/T92(CrMoW)2005～2010320～350610～630T/P122(CrMoWCuNb)2005～2010350～400650

奧氏體鋼中合金馬氏體新鋼種超（超）臨界機(jī)組的主要運(yùn)行參數(shù)變遷第61頁/共81頁世界上超臨界和超超臨界發(fā)電技術(shù)的發(fā)展過程大致可以分成三個階段：

第一個階段，是從上個世紀(jì)50年代開始，直至80年代。起步參數(shù)就是超超臨界參數(shù)，從60年代后期開始美國超臨界機(jī)組大規(guī)模發(fā)展時期所采用的參數(shù)均降低到常規(guī)超臨界參數(shù)。

第二個階段，從上個世紀(jì)80年代初期開始。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)組的市場逐步轉(zhuǎn)移到了歐洲及日本，涌現(xiàn)出了一批新的超臨界機(jī)組。

第三個階段，從20世紀(jì)九十年代開始進(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62頁/共81頁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較高，進(jìn)汽溫度均提高到了580OC－600OC左右。2）蒸汽壓力和溫度同時都取較高值（28MPa－30MPa，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）開發(fā)更大容量的超超臨界機(jī)組以及百萬等級機(jī)組傾向于采用單軸方案。

第63頁/共81頁

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。其中在美國有170多臺，日本和歐洲各約60臺，俄羅斯及原東歐國家280余臺。目前發(fā)展超超臨界技術(shù)領(lǐng)先的國家主要是日本、德國和丹麥等，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。

第64頁/共81頁結(jié)論：早期（50年代末）以美國為代表，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31MPa／566℃／566℃／566℃超超臨界為代表，從引進(jìn)到自主開發(fā)，有步驟、有計劃的發(fā)展。

近期（90年代始），日本壓力調(diào)整為（24～25）MPa，溫度由566℃／593℃穩(wěn)步上升為600℃

／600℃的發(fā)展方向，取得了顯著的成功。第65頁/共81頁德國等歐洲國家（丹麥除外）超超臨界機(jī)組的壓力在（25～28）MPa范圍，溫度也上升為580℃／600℃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℃/580℃／600℃及580℃/600℃

。采用二次再熱的超超臨界機(jī)組，除了早期美國的三臺機(jī)組外，只有日本川越兩臺（1989年）和丹麥的機(jī)組。90年代中期以來，在建設(shè)大容量火力發(fā)電機(jī)組時以追求機(jī)組的高效率為主要目標(biāo)，在提高蒸汽溫度的同時，蒸汽壓力也隨之提高。第66頁/共81頁鍋爐布置型式按各公司傳統(tǒng)，有Π型布置及半塔型布置。日本超臨界鍋爐全部采用Π型布置，德國、丹麥全部采用塔式布置。燃燒方式按各公司傳統(tǒng)，有切圓燃燒和對沖燃燒。日本IHI、日立公司制造的超臨界Π型爐均采用了前后墻對沖燃燒方式，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，又有對沖燃燒，還有個別的雙切國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發(fā)了內(nèi)螺紋垂直管屏外，其余全部采用螺旋管圈。．第67頁/共81頁國外超臨界機(jī)組發(fā)展中的主要問題及發(fā)展計劃

——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34MPa,610/570/570℃,88MW;1957年美國31MPa,621/566/538℃,125MW;1959年美國34.3，649/566/566℃,325MW

60年代：降為24MPa,538-566℃。當(dāng)時生產(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、制造質(zhì)量問題較多；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。

第68頁/共81頁80年代：新型鐵素體耐鋼熱開發(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580～600℃,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）開發(fā)應(yīng)用未來的5～10年：主蒸汽溫度可達(dá)610～630℃。今后的10～20年：現(xiàn)代化電廠將是650℃的機(jī)組，運(yùn)行效率50%左右。那時的上限溫度預(yù)計為700℃，效率52～55%。第69頁/共81頁

從2002年開始，美國能源部開始了一個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。第70頁/共81頁

日本電力(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)。第71頁/共81頁國內(nèi)發(fā)展超臨界機(jī)組的主要問題和發(fā)展計劃