超臨界鍋爐-相關(guān)知識(shí)-樊泉桂

樊泉桂超臨界機(jī)組

(1)-相關(guān)知識(shí)2023/2/52023/2/52023/2/52023/2/52023/2/52023/2/52023/2/52023/2/52023/2/52023/2/5凝汽器GCCPCBP頂棚包墻低過(guò)屏過(guò)高過(guò)IPHPLP316LPB361分離器儲(chǔ)水罐除氧器給水泵高加低加低加水冷壁省煤器后墻前墻CBAEDF啟動(dòng)油槍暖磨煤粉燃燒器CCP頂棚包墻低過(guò)屏過(guò)高過(guò)低再高再GG汽輪機(jī)排汽2023/2/5

超臨界機(jī)組的熱效率與煤耗超臨界機(jī)組的可靠性和受影響的部國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與水平超臨界機(jī)組的容量和參數(shù)5.超臨界機(jī)組的水汽品質(zhì)內(nèi)容簡(jiǎn)介超臨界機(jī)組（1）2023/2/5超臨界機(jī)組的相關(guān)知識(shí)

超臨界機(jī)組是指發(fā)電機(jī)組的蒸汽參數(shù)達(dá)到臨界壓力以上的機(jī)組。目前，世界上超臨界機(jī)組的蒸汽參數(shù)以24MPa、540℃/540℃為基礎(chǔ)。為了追求發(fā)電機(jī)組的高效率，降低發(fā)電煤耗，充分利用能源，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)，超臨界機(jī)組正在逐步向更高參數(shù)的方向發(fā)展。將來(lái)有可能將蒸汽參數(shù)提高到40MPa、700℃/720℃的水平，這類(lèi)機(jī)組稱(chēng)為超超臨界機(jī)組或高效超臨界機(jī)組。2023/2/5熱力學(xué)中水和水蒸汽的狀態(tài)轉(zhuǎn)變有一個(gè)條件。即在臨界壓力以下，水可以由液態(tài)經(jīng)過(guò)加熱蒸發(fā)和過(guò)熱過(guò)程，變?yōu)闇囟雀哂趯?duì)應(yīng)壓力下的沸點(diǎn)溫度，從而能滿(mǎn)足汽輪機(jī)要求并推動(dòng)汽輪機(jī)作功的過(guò)熱蒸汽。而在臨界壓力以上，由水變?yōu)樗羝蜎](méi)有沸騰過(guò)程了。雖然在不同壓力和溫度下水和水蒸汽的密度還在變化，但是在相同壓力和溫度下水和水蒸汽的密度相同。即水可以直接轉(zhuǎn)變?yōu)樗羝虚g不需要經(jīng)過(guò)飽和沸騰過(guò)程。所謂“超臨界”就是指水或水蒸汽的壓力達(dá)到了“臨界壓力以上”。超臨界機(jī)組就是在熱機(jī)中水和水蒸汽工作壓力超過(guò)臨界壓力的機(jī)組。

什么是超臨界機(jī)組？2023/2/5水和水蒸汽的壓力由亞臨界壓力狀態(tài)過(guò)渡到超臨界壓力狀態(tài)，中間必然經(jīng)過(guò)一個(gè)“臨界”狀態(tài)。根據(jù)熱力學(xué)理論，水和水蒸汽的“臨界”狀態(tài)是由壓力決定的，即所謂“臨界壓力”。

水的臨界壓力是22.129MPa、對(duì)應(yīng)的溫度是374.15℃。這一溫度是蒸汽機(jī)組的鍋爐工質(zhì)所能達(dá)到的最高的飽和溫度。

壓力低于臨界壓力的水可以發(fā)生飽和沸騰相變過(guò)程，且對(duì)應(yīng)一個(gè)壓力下存在一個(gè)飽和溫度；而壓力高于臨界壓力的水則直接轉(zhuǎn)變成“干蒸汽”，中間不發(fā)生飽和沸騰相變過(guò)程。什么是臨界壓力？2023/2/5

STP2P1PljP2＞P1水蒸汽性質(zhì)的Ｔ—Ｓ圖2023/2/5s2023/2/5超臨界機(jī)組的鍋爐和汽輪機(jī)與亞臨界機(jī)組有何不同？

超臨界機(jī)組的蒸汽參數(shù)大于臨界壓力，蒸汽和水的密度基本相同，首先受影響的是鍋爐的水冷壁。鍋爐水冷壁不能采用自然循環(huán)方式，必須采用強(qiáng)制流動(dòng)方式。即以直流鍋爐為主，也可采用復(fù)合循環(huán)方式，水冷壁的工作特性也不同于亞臨界機(jī)組鍋爐。

2023/2/5亞臨界機(jī)組鍋爐即可采用自然循環(huán)方式，也可采用直流鍋爐形式。超臨界機(jī)組的汽輪機(jī)隨蒸汽溫度和壓力的提高，熱應(yīng)力和脹差將增大，需要采用新金屬材料或新技術(shù)。但汽輪機(jī)的工作特性與亞臨界機(jī)組汽輪機(jī)基本相同。2023/2/52023/2/5超臨界機(jī)組直流鍋爐的工作原理

2023/2/5直流鍋爐水冷壁管內(nèi)工質(zhì)流量隨負(fù)荷呈線(xiàn)性變化。低負(fù)荷時(shí)流量過(guò)低，水冷壁冷卻不足，成為影響安全運(yùn)行的主要因素。直流鍋爐水冷壁管內(nèi)工質(zhì)流動(dòng)阻力比較大，需要用給水泵的壓頭來(lái)克服。例如，蒸汽參數(shù)為25MPa/540℃/540℃的600MW超臨界鍋爐水冷壁的流動(dòng)壓降在額定負(fù)荷時(shí)為1.84MPa，而過(guò)熱器的總壓降為1.52MPa，省煤器的總壓降為0.23MPa。可見(jiàn)，水冷壁的流動(dòng)阻力約占汽水流程總阻力的50%以上，需要提高給水泵的總壓頭。因此，不但要求提高給水泵的設(shè)計(jì)水平和制造工藝，而且增加運(yùn)行電耗。直流鍋爐的主要問(wèn)題

2023/2/5復(fù)合循環(huán)鍋爐的工作原理

復(fù)合循環(huán)鍋爐的工作原理2023/2/5復(fù)合循環(huán)鍋爐的特點(diǎn)

鍋爐負(fù)荷35%0100%水冷壁工質(zhì)流量直流工況循環(huán)流量采用復(fù)合循環(huán)，鍋爐在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，水冷壁中的工質(zhì)流量增加。2023/2/5

復(fù)合循環(huán)鍋爐的特點(diǎn)(1)復(fù)合循環(huán)鍋爐的主要技術(shù)是：直流鍋爐系統(tǒng)＋復(fù)合循環(huán)泵。解決了直流鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，水冷壁中因工質(zhì)流量降低導(dǎo)致管子冷卻不足和水動(dòng)力不穩(wěn)定的問(wèn)題。(2)鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行過(guò)程中，水冷壁出口的汽水混合物通過(guò)汽水分離器，分離出的水由循環(huán)泵加壓后送入位于省煤器前或省煤器后的混合器，與給水混合后進(jìn)入水冷壁，增加了水冷壁管內(nèi)的工質(zhì)流量。(3)鍋爐負(fù)荷達(dá)到70％MCR以上時(shí)，循環(huán)泵停止工作，鍋爐進(jìn)入純直流運(yùn)行。循環(huán)管路中無(wú)工質(zhì)通過(guò)。(4)負(fù)荷變化時(shí)，水冷壁管內(nèi)工質(zhì)流量變化不大，工作可靠性顯著提高。2023/2/5復(fù)合循環(huán)鍋爐的特點(diǎn)(5)水冷壁的重量流速可按循環(huán)泵切除時(shí)的負(fù)荷選取，與直流鍋爐相比，水冷壁的重量流速降低，一般為1100～1500kg/(m2s)，僅為直流鍋爐的1/2左右，因而流動(dòng)阻力小，可降低給水泵的能量消耗。(6)啟動(dòng)系統(tǒng)的容量小，可減小啟動(dòng)過(guò)程中的工質(zhì)損失和熱量損失。鍋爐的最低負(fù)荷可降低到10％MCR，啟動(dòng)熱損失僅為直流鍋爐的15％～25％。(7)低負(fù)荷范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)，工質(zhì)流量變化小，溫度變化幅度小，減小了熱應(yīng)力。有利于提高鍋爐的變負(fù)荷性能。(8)鍋爐出力很低時(shí)就可啟動(dòng)汽輪機(jī)，可以不設(shè)置保護(hù)再熱器的低壓旁路系統(tǒng)，并提高機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。(9)復(fù)合循環(huán)鍋爐也可在全負(fù)荷范圍內(nèi)使水冷壁中有再循環(huán)工質(zhì)通過(guò)，采用這種循環(huán)方式的鍋爐稱(chēng)為低倍率循環(huán)鍋爐。2023/2/5G△Pab單相氣單相液2023/2/5超臨界機(jī)組的熱效率與煤耗2023/2/5

1.1超臨界機(jī)組的熱效率日本、美國(guó)、俄羅斯、丹麥、韓國(guó)、德國(guó)等國(guó)家都十分注重發(fā)展超臨界和超超臨界機(jī)組。例如，丹麥的一臺(tái)411MW純凝汽式機(jī)組蒸汽參數(shù)為285bar/580℃/580℃/580℃，循環(huán)熱效率達(dá)到47％。據(jù)推算發(fā)電煤耗約為255g/kw.h。

國(guó)內(nèi)亞臨界機(jī)組的循環(huán)熱效率為37%，發(fā)電煤耗約為340g/kw.h。與世界目前及未來(lái)先進(jìn)水平的熱效率相差10~18%，多消耗燃料量25~30%以上，污染物的總排放量也相應(yīng)增加了25~30%以上。石洞口、綏中、盤(pán)山等電廠的10臺(tái)超臨界機(jī)組發(fā)電煤耗約為320g/kw.h。

2023/2/51.2

蒸汽參數(shù)及再熱對(duì)熱效率的影響

據(jù)ABB公司和日本東芝公司的研究:一次中間再熱機(jī)組，蒸汽溫度提高20℃，循環(huán)熱效率大約可提高1％；蒸汽壓力每提高10bar，循環(huán)熱效率大約可提高0.2％。二次中間再熱與一次再熱相比，熱效率大約可提高2％。

蒸汽參數(shù)條件由180bar/540℃/540℃提高到300bar/600℃/600℃時(shí)，相對(duì)熱效率大約可提高6％。2023/2/51.4蒸汽參數(shù)和熱效率的關(guān)系2023/2/51.5煤耗與熱效率的統(tǒng)計(jì)關(guān)系2023/2/51.3

凝汽器壓力和給水溫度對(duì)熱效率的影響(1)GEC-ALSTHOM改進(jìn)型汽輪機(jī)凝汽器背壓由2.3KPa降低到2.1KPa，熱效率提高0.3%。(2)GEC同臺(tái)機(jī)組給水溫度由275℃提高到300℃，給水泵功率下降6%，熱效率提高2%。(3)ABB改進(jìn)型汽輪機(jī)凝汽器背壓由4.6KPa降低到3.7KPa，熱效率提高0.7%。(4)ABB同臺(tái)機(jī)組給水溫度提高10℃，汽輪機(jī)相對(duì)效率提高0.6%；高壓加熱器由2臺(tái)增加到3臺(tái)，汽輪機(jī)相對(duì)效率提高0.15%；低壓加熱器由4臺(tái)增加到5臺(tái)，汽輪機(jī)相對(duì)效率提高0.1%。

2023/2/5汽輪機(jī)葉片和汽封以及閥門(mén)技術(shù)GEC-ALSTHOM公司的技術(shù)(1)高壓缸采用可控渦葉型，與徑向葉片相比高壓缸效率提高1.2%，中壓缸效率提高0.8%；(2)采用復(fù)合傾斜式葉型，提高透平級(jí)效率0.1%；(3)低壓缸采用超音速葉片型，效率提高2.7%；(4)采用新長(zhǎng)葉片，增大出口環(huán)形面積，降低出口流速以減少排汽損失,出口流速由290m/s降低到210m/s，馬赫數(shù)由0.76降低到0.55，排汽損失由22kJ/kg降低到12kJ/kg,汽輪機(jī)效率提高0.8%。2023/2/5SIEMENS公司技術(shù)

(1)采用微反動(dòng)式葉片。SIEMENS公司為外高橋電廠提供的900MW汽輪機(jī)高中壓缸采用全三維，各級(jí)采用優(yōu)化的變反動(dòng)度，并帶一定傾斜度的葉片，降低了葉型損失及二次流損失，能大幅減少超音速流動(dòng)在葉片背弧引發(fā)的沖擊波所造成的損失，其綜合內(nèi)效率可提高2%。第一級(jí)以后的各級(jí)葉片的反動(dòng)度在30％～60％。(2)末級(jí)長(zhǎng)葉片。上海汽輪機(jī)有限公司與西門(mén)子公司合作設(shè)計(jì)制造的玉環(huán)電廠參數(shù)為26.25MPa/600C/600C以及外高橋參數(shù)為27MPa/600C/600C的1000MW汽輪機(jī)組，采用三種長(zhǎng)葉片977mm、1146mm、1430mm。(3)外高橋電廠900MW超臨界機(jī)組汽輪機(jī)末級(jí)為1146mm長(zhǎng)葉片，SIEMENS公司為解決濕汽沖蝕葉片問(wèn)題，在空心的末級(jí)靜葉內(nèi)通入較高溫度的三級(jí)抽汽蒸汽，使靜葉片表層水膜被加熱而逐步蒸發(fā),避免了動(dòng)葉受水膜脫落產(chǎn)生的大水滴的沖蝕。同時(shí)也避免了由于水滴大都會(huì)撞向動(dòng)葉背側(cè)而導(dǎo)致的蒸汽動(dòng)能消耗，因而也相應(yīng)提高了級(jí)效率。2023/2/52023/2/52023/2/5汽封、單流中壓缸技術(shù)

(1)GEC-ALSTHOM采用可調(diào)間隙的汽封結(jié)構(gòu)，可提高高壓缸級(jí)效率0.2%；

(2)采用單流中壓缸，降低進(jìn)口部位的端部損失，中壓缸效率提高2%；(3)俄羅斯新一代汽輪機(jī)采用新葉型和可調(diào)間隙的汽封結(jié)構(gòu)。(4)外高橋電廠900MW超臨界機(jī)組汽輪機(jī)高中壓缸的第一級(jí)靜葉無(wú)葉頂間隙及漏氣損失，同時(shí)與采用沖動(dòng)式動(dòng)葉，減少動(dòng)葉壓降相結(jié)合的措施，提高了高中壓部分的級(jí)效率。低壓級(jí)采用獨(dú)特的推桿技術(shù)，減小了動(dòng)、靜之間的間隙，提高了低壓部分的級(jí)效率。2023/2/5汽輪機(jī)進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥門(mén)補(bǔ)汽技術(shù)玉環(huán)電廠1000MW超超臨界機(jī)組汽輪機(jī)配置2個(gè)主調(diào)門(mén)和3個(gè)小流量補(bǔ)汽閥。通過(guò)補(bǔ)汽閥的蒸汽是主調(diào)節(jié)閥前的新蒸汽，約占進(jìn)汽量的5％～10％。經(jīng)補(bǔ)汽閥后溫度降低30℃。這部分蒸汽通入高壓第5級(jí)動(dòng)葉。全周進(jìn)汽具有葉片應(yīng)力低，無(wú)附加汽隙激振，滑壓運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和安全可靠性高的特點(diǎn)。補(bǔ)汽閥技術(shù)在保持全周進(jìn)汽的優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，使全周進(jìn)汽滑壓運(yùn)行額定工況的進(jìn)汽壓力提高到額定壓力，從而提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)。補(bǔ)汽閥開(kāi)啟時(shí)，機(jī)組由滑壓運(yùn)行轉(zhuǎn)變?yōu)槎▔哼\(yùn)行，閥門(mén)全開(kāi)時(shí)，汽輪機(jī)進(jìn)汽量是額定工況的108%，補(bǔ)汽閥流量為8%，熱耗下降23kJ/(kWh)左右。2023/2/52個(gè)電廠采用汽輪機(jī)補(bǔ)汽技術(shù)的熱耗值。從圖3的數(shù)據(jù)可以看到，采用補(bǔ)汽技術(shù)的機(jī)組，雖然在整體上因?yàn)樵诟哓?fù)荷階段轉(zhuǎn)變?yōu)槎▔哼\(yùn)行和無(wú)節(jié)流損失，因而運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性隨負(fù)荷增加而提高，但在特定工況下，隨著補(bǔ)汽量增加，機(jī)組熱耗略有增加，經(jīng)濟(jì)性略有下降。例如，兩電廠1000MW超超臨界機(jī)組的補(bǔ)汽量分別為8.03%和3%，機(jī)組負(fù)荷大于90%后熱耗比補(bǔ)汽量為0％時(shí)相應(yīng)增加47kJ/(kWh)和20kJ/(kWh)。2023/2/52023/2/5圖

汽輪機(jī)補(bǔ)氣時(shí)熱耗隨負(fù)荷的變化725073007350740074507500755076007650770010001500200025003000蒸汽流量t/h熱耗kJ/(kWh)玉環(huán)電廠外高橋電廠2023/2/5

1.6超臨界鍋爐的給水和主汽壓力2023/2/5

1.8鍋爐壓降損失對(duì)循環(huán)熱效率的影響蒸汽壓力提高1MPa，循環(huán)熱效率提高0.2%。但是蒸汽參數(shù)相同的超臨界機(jī)組，循環(huán)熱效率未必相同，除了汽輪機(jī)的技術(shù)因素外，影響熱效率的主要因素在于鍋爐的壓降損失。其中水冷壁壓降損失阻力約占50%。石洞口600MW鍋爐的壓降損失100%負(fù)荷時(shí)約為4MPa，而同參數(shù)綏中電廠800MW鍋爐的壓降損失100%負(fù)荷時(shí)約為6MPa。比亞臨界600MW鍋爐大2~4MPa。2023/2/5蒸汽參數(shù)相同的超臨界機(jī)組，循環(huán)熱效率未必相同，除了汽輪機(jī)的技術(shù)因素外，影響熱效率的主要因素在于鍋爐的壓降損失。其中水冷壁壓降損失阻力約占鍋爐總壓降損失的50%以上。例如Q電廠600MW超臨界機(jī)組鍋爐水冷壁的流動(dòng)壓降在額定負(fù)荷時(shí)為1.84MPa，而過(guò)熱器的總壓降為1.52MPa，省煤器的總壓降為0.23MPa。2023/2/5采用內(nèi)螺紋管結(jié)構(gòu)，降低質(zhì)量流速，其中主要降低了最大質(zhì)量流速。根據(jù)采用內(nèi)螺紋管的數(shù)量，最大質(zhì)量流速多數(shù)維持在2150~2412kg/m2s。流動(dòng)阻力有所降低，但因?yàn)榻档唾|(zhì)量流速減小的阻力被內(nèi)螺紋管增加的阻力部分抵消了。某電廠600MW超臨界機(jī)組鍋爐內(nèi)螺紋管水冷壁的阻力仍然保持在1.83MPa，比石洞口電廠600MW超臨界機(jī)組鍋爐光管螺旋管圈水冷壁僅低0.01MPa。2023/2/5玉環(huán)電廠1000MW超超臨界機(jī)組鍋爐在降低水冷壁系統(tǒng)阻力方面采取了卓有成效的技術(shù)措施。即在爐內(nèi)采用內(nèi)螺紋管垂直管屏水冷壁，低質(zhì)量流速設(shè)計(jì)，在BMCR時(shí)的設(shè)計(jì)質(zhì)量流速為1840Kg/(m2.s)。而采用內(nèi)螺紋管垂直管屏水冷壁的600MW超超臨界鍋爐在BMCR時(shí)的設(shè)計(jì)質(zhì)量流速為1800Kg/(m2.s)。啟動(dòng)階段的質(zhì)量流速約為450Kg/(m2.s)2023/2/5頂棚和尾部煙道包墻系統(tǒng)采用二種旁路系統(tǒng)，第一個(gè)旁路系統(tǒng)是頂棚管路系統(tǒng)，第二個(gè)旁路為包墻管系統(tǒng)的旁路，包墻管旁路管上裝有電動(dòng)旁路閥。在70%BMCR時(shí)旁路閥打開(kāi)，在70%~100%BMCR范圍內(nèi)，旁路閥的開(kāi)度由0線(xiàn)性變化到50％。包墻管旁路系統(tǒng)可使水冷壁阻力降低1MPa，相當(dāng)于汽水側(cè)總阻力的28％。而鄒縣電廠1000MW超超臨界機(jī)組鍋爐內(nèi)螺紋管螺旋管水冷壁的阻力為1.52MPa，從省煤器進(jìn)口至分離器的壓降僅為1.74MPa。2023/2/5降低凝汽器背壓和提高給水溫度

5.1凝汽器背壓對(duì)熱效率的影響(1)GEC-ALSTHOM改進(jìn)型汽輪機(jī)凝汽器背壓由2.3KPa降低到2.1KPa，熱效率提高0.3%。(2)ABB改進(jìn)型汽輪機(jī)凝汽器背壓由4.6KPa降低到3.7KPa，熱效率提高0.7%。(3)采用二次再熱可提高效率，但主要是考慮排汽濕度降低影響汽輪機(jī)長(zhǎng)期可靠運(yùn)行。例如，丹麥某電站汽輪機(jī)背壓為2.1KPa，采用二次再熱，可使排汽濕度降到8％；不采用二次再熱，排汽濕度為15％。(4)汽輪機(jī)背壓與機(jī)組容量和末級(jí)葉片長(zhǎng)度以及排汽口數(shù)量有密切關(guān)系。對(duì)于單軸汽輪機(jī)，如采用4缸4排汽方式，背壓過(guò)低時(shí)，排汽比容過(guò)大，致使機(jī)組容量受限。同時(shí)較低的背壓要求有冷卻效果良好的深海水源。2023/2/55.2凝汽器雙背壓與單背壓的影響北侖港電廠的東芝600MW亞臨界機(jī)組采用雙背壓、單流程，凝汽器為串聯(lián)運(yùn)行方式。其特點(diǎn)是：循環(huán)水流量??；循環(huán)水溫升大于10℃時(shí)，兩個(gè)凝汽器中的平均溫度低于單背壓運(yùn)行時(shí)的溫度，故可提高平均真空度，降低汽輪機(jī)的冷源損失。據(jù)資料介紹，汽輪機(jī)熱耗可降低0.2~0.3%。當(dāng)然，選用雙背壓的設(shè)備投資相應(yīng)增大，尤其是需要增加凝結(jié)水泵投資。石洞口電廠的ABB600MW超臨界機(jī)組采用單背壓、雙流程、雙進(jìn)雙出凝汽器，并聯(lián)運(yùn)行方式。其特點(diǎn)是：在相同真空度下，循環(huán)水流量大、溫升小，汽輪機(jī)熱耗較大。但設(shè)備投資較小。玉環(huán)電廠1000MW超超臨界機(jī)組選用了單背壓型式。雙背壓和單背壓選擇需要根據(jù)燃料價(jià)格、氣候環(huán)境、冷卻水源、再熱蒸汽參數(shù)、設(shè)備投資等綜合性條件進(jìn)行評(píng)估，沒(méi)有絕對(duì)的優(yōu)劣之分。2023/2/55.3給水溫度對(duì)熱效率的影響(1)GEC-ALSTHOM的研究：給水溫度由275℃提高到300℃，給水泵功率下降6%，熱效率提高2%。(2)ABB的的研究：給水溫度提高10℃，汽輪機(jī)相對(duì)效率提高0.6%；高壓加熱器由2臺(tái)增加到3臺(tái)，汽輪機(jī)相對(duì)效率提高0.15%；低壓加熱器由4臺(tái)增加到5臺(tái)，汽輪機(jī)相對(duì)效率提高0.1%。(3)對(duì)于1000MW超臨界機(jī)組，鍋爐給水溫度下降10℃，將使汽機(jī)熱耗上升20kJ左右。對(duì)于采用單列高加系統(tǒng)，如果高加系列將解列，鍋爐進(jìn)水溫度將大約從294.4℃降低到189.6℃，降低了104.8℃，汽機(jī)熱耗上升209.6kJ左右。若采用雙列高加，一列高加解列，另一列高加繼續(xù)運(yùn)行，鍋爐進(jìn)口水溫度僅降為244.1℃，鍋爐給水溫度下降51.3℃。采用單列高加汽耗要比雙列高加大100kJ/(kWh)左右【5】。玉環(huán)電廠1000MW超超臨界機(jī)組和外高橋電廠900MW超臨界機(jī)組即采用雙列高加系統(tǒng)。2023/2/52023/2/52023/2/5變壓運(yùn)行一臺(tái)600MW超臨界機(jī)組不同運(yùn)行方式的熱效率數(shù)據(jù)表明：機(jī)組在70％以下的低負(fù)荷范圍內(nèi)采用變壓運(yùn)行方式可獲得比較高的熱效率。超臨界機(jī)組在不同運(yùn)行方式時(shí)熱耗變化值，數(shù)據(jù)表明完全滑壓方式比部分滑壓運(yùn)行方式具有降低熱耗的優(yōu)勢(shì)。采用變壓運(yùn)行對(duì)于超臨界機(jī)組在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的發(fā)電效率影響較大。其中對(duì)給水泵消耗功率的影響最大。600ＭＷ超臨界機(jī)組在50％額定負(fù)荷變壓運(yùn)行時(shí)，給水泵電耗只有額定負(fù)荷的45％～50％，圖8給出600MW超臨界機(jī)組在定壓運(yùn)行和變壓運(yùn)行時(shí)的給水泵消耗功率的比較。實(shí)際上，采用變壓運(yùn)行對(duì)機(jī)組發(fā)電效率的影響不僅限于給水泵，能夠使鍋爐和汽輪機(jī)在低負(fù)荷運(yùn)行階段及早的并網(wǎng)發(fā)電是變壓運(yùn)行的又一優(yōu)勢(shì)所在。但完全滑壓運(yùn)行方式使機(jī)組調(diào)頻能力受到限制。2023/2/526.25MPa（105％）25MPa2023/2/52023/2/52023/2/52023/2/52023/2/5

日本廣野600MW機(jī)組1950t/h、24MPa、540/540℃機(jī)組負(fù)荷（%）運(yùn)行時(shí)數(shù)熱效率節(jié)約燃料Kg定壓變壓1001040.640.675439.939.519924050338.637.426584825733.832.25586812023/2/56輔機(jī)及其它因素6.1輔機(jī)特別值得注意的是優(yōu)化輔機(jī)配置，降低輔機(jī)能耗等措施對(duì)于整體提高超臨界和超超臨界機(jī)組發(fā)電效率也起著至關(guān)重要的作用。我國(guó)電站鍋爐輔機(jī)容量的裕量偏大。主要表現(xiàn)在：(1)配煤品質(zhì)比較復(fù)雜，煤質(zhì)特性變化比較大，由此引發(fā)磨煤機(jī)選型需要留有較大的裕量。(2)回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器漏風(fēng)量變化較大，致使一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)選型裕量偏大。國(guó)內(nèi)運(yùn)行情況表明，空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率在新機(jī)組投產(chǎn)1年內(nèi)保證值為10％以?xún)?nèi)，但運(yùn)行1年以后，漏風(fēng)率一般在20％左右，以后漏風(fēng)率繼續(xù)增加，最大可達(dá)50％。(3)季節(jié)變化導(dǎo)致的空氣容積流量變化。(4)煤質(zhì)變化和受熱面污染程度變化導(dǎo)致的排煙溫度變化，引起煙氣容積流量變化。(5)過(guò)量空氣控制導(dǎo)致的空氣容積流量和煙氣容積流量變化。2023/2/5漏風(fēng)率又是最大的可變因素。一次風(fēng)機(jī)的容量和功率也需要與磨煤機(jī)和漏風(fēng)率相匹配，一般設(shè)計(jì)40％的裕量加溫度裕量。二次風(fēng)機(jī)一般也要求設(shè)計(jì)留有50％的裕量。由此進(jìn)而導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)裕量偏大，輔機(jī)運(yùn)行效率降低，電耗增加。如果能夠控制空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)在10％以?xún)?nèi)，其它幾項(xiàng)因素的影響大約只有7％～10％，那么，風(fēng)機(jī)裕量可以設(shè)計(jì)為17％～20％。其運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性就會(huì)顯著提高?？梢?jiàn)，空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)是制約電站輔機(jī)投資成本和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的首要因素。以引風(fēng)機(jī)為例，玉環(huán)電廠1000MW機(jī)組的引風(fēng)機(jī)裕量設(shè)計(jì)為17％再加10℃溫度的容積裕量，引風(fēng)機(jī)裕量的設(shè)計(jì)也沒(méi)有得到考驗(yàn)。而外高橋電廠900MW超臨界機(jī)組的引風(fēng)機(jī)裕量設(shè)計(jì)為15％再加15℃溫度的容積裕量。2023/2/52.超臨界機(jī)組的可靠性和受影響的部件2023/2/5

2.1超臨界機(jī)組的可靠性70年代早期以前，超臨界機(jī)組的可靠性明顯的低于亞臨界機(jī)組，主要表現(xiàn)為鍋爐水冷壁爆管頻繁。由于當(dāng)時(shí)沒(méi)有認(rèn)識(shí)到超臨界壓力下管內(nèi)工質(zhì)存在著類(lèi)似于亞臨界壓力下的膜態(tài)沸騰現(xiàn)象，同時(shí)，因?yàn)槟透邷馗邏旱慕饘俨牧蠑?shù)量少，價(jià)格高，性能差。80年代以后，隨著耐高溫高壓金屬材料的生產(chǎn)水平不斷提高和超臨界機(jī)組技術(shù)逐步趨于成熟，其可靠性與亞臨界機(jī)組接近，可達(dá)80%以上。國(guó)際先進(jìn)水平可達(dá)90%。2023/2/5

2.2亞臨界轉(zhuǎn)變?yōu)槌R界時(shí)受影響的部件鍋爐壓力部件與啟動(dòng)系統(tǒng)：水冷壁、過(guò)熱器、集汽聯(lián)箱、內(nèi)置式分離器；汽輪機(jī)特高壓缸：汽缸、轉(zhuǎn)子、主汽閥等；機(jī)爐間的聯(lián)結(jié)管道：主蒸汽管、高壓旁路；給水管道--高壓加熱器；給水泵及其驅(qū)動(dòng)機(jī)；凝結(jié)水精處理裝置--化學(xué)水處理。

2023/2/5

2.3不受影響的部件發(fā)電機(jī)與輔機(jī)及輸配電系統(tǒng)與亞臨界機(jī)組相同；汽輪機(jī)低中壓缸模塊、凝汽器、低壓加熱器所用鋼材與亞臨界機(jī)組相同；輸煤、制粉系統(tǒng)、除塵設(shè)備與亞臨界機(jī)組相同。2023/2/52.4超臨界機(jī)組的投資

丹麥?zhǔn)访芩鼓吕展镜墓浪悖号c相同功率的亞臨界機(jī)組相比，超臨界機(jī)組的投資增加5%。德國(guó)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為：鍋爐價(jià)格提高5~10%，機(jī)組價(jià)格提高2~3%。

ABB公司比較了650MW亞臨界機(jī)組和超臨界機(jī)組單位KW的總投資增加3.33%，相對(duì)熱效率提高5.755%：蒸汽參數(shù)180/540/540270/580/600投資預(yù)算750美金/KW775美金/KW熱效率41.744.12023/2/5

(1)技術(shù)問(wèn)題：采用二次再熱可提高效率，但主要是考慮排汽濕度降低影響汽輪機(jī)長(zhǎng)期可靠運(yùn)行。例如，丹麥S.N電站汽輪機(jī)背壓為2.1KPa，采用二次再熱，可使排汽濕度降到8％；不采用二次再熱，排汽濕度為15％。

(2)投資影響：德國(guó)HESSLER電站700MW機(jī)組(27MPa/580℃/600℃)，若采用二次再熱，投資需提高6％。(德國(guó)電站投資較高，資料介紹為1500～1800美金/kw)

2.5二次再熱技術(shù)及其對(duì)投資的影響2023/2/53.國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與水平2023/2/561628123624223366554284862023/2/5

3.1國(guó)內(nèi)超臨界機(jī)組的發(fā)展動(dòng)向

為了實(shí)現(xiàn)高效利用能源和控制污染物總排放量的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，國(guó)電公司計(jì)劃在全國(guó)范圍內(nèi)發(fā)展和推廣高效超臨界機(jī)組。外高橋電廠二期2×900MW超臨界機(jī)組，由SIEMENS提供汽輪機(jī)，由ALSTOMEVT提供鍋爐，蒸汽參數(shù)為25MPa/538℃/566℃。機(jī)組熱效率為42%。另有沁玉環(huán)、沁北、王曲等90多個(gè)電廠正在籌建200多臺(tái)超臨界機(jī)組。2023/2/53.2國(guó)外的研究現(xiàn)狀與水平

日本三菱公司和瑞士蘇爾壽、美國(guó)燃燒工程公司正在合作研究垂直管屏水冷壁的變壓運(yùn)行技術(shù)。歐洲幾個(gè)國(guó)家正在研究蒸汽壓力達(dá)到40MPa，蒸汽溫度達(dá)到700℃的超超臨界機(jī)組，循環(huán)熱效率將超過(guò)55%，發(fā)電煤耗將進(jìn)一步降低。

ABB公司、東芝公司等正在研制超超臨界汽輪機(jī)。2023/2/53.3國(guó)外超臨界機(jī)組發(fā)展目標(biāo)年份 1998 200120052015高壓蒸汽壓力 290 305 335400高壓蒸汽溫度582 582 610 700再熱蒸汽壓力 80 74 93 112再熱蒸汽溫度 580 600630 720蒸汽循環(huán)效率47 49 >50 55

2023/2/54國(guó)內(nèi)80年代運(yùn)行的超臨界參數(shù)機(jī)組2023/2/54