超(超)臨界鍋爐及其關(guān)鍵技術(shù)2014

1、超（超）臨界鍋爐及其超（超）臨界鍋爐及其關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)主要內(nèi)容一、超（超）臨界鍋爐的優(yōu)越性一、超（超）臨界鍋爐的優(yōu)越性二、超（超）臨界機(jī)組的關(guān)鍵技術(shù)二、超（超）臨界機(jī)組的關(guān)鍵技術(shù)三、超（超）臨界機(jī)組運(yùn)行特性三、超（超）臨界機(jī)組運(yùn)行特性超臨界、超超臨界機(jī)組定義水的臨界壓力：水的臨界壓力：22.12 MPa22.12 MPa， 臨界溫度：臨界溫度：374.15374.15 常規(guī)的亞臨界機(jī)組: 16.7MPa，溫度為538/538 超臨界機(jī)組：一般主汽壓力24MPa及以上,主汽和再熱汽溫度540-560 超超臨界機(jī)組：一般主汽壓力28MPa及以上或主汽和再熱汽溫度580以上 一、超臨界鍋爐機(jī)組的優(yōu)

2、越性經(jīng)濟(jì)性（節(jié)能降耗）可靠性環(huán)保特性4947454341393735102015253035蒸汽參數(shù)蒸汽參數(shù)MPaMPa(初溫初溫/再熱溫再熱溫/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亞臨界540 / 540 超臨界超臨界566/ 566 高超臨界高超臨界593/ 593 600/ 600/600 566/ 566/ 566 700 /720/ 720 % %率率效效熱熱電電供供廠廠電電發(fā)發(fā) 部分超（超）臨界機(jī)組經(jīng)濟(jì)性舉例部分超（超）臨界機(jī)組經(jīng)濟(jì)性舉例電廠電廠 項(xiàng)目項(xiàng)目蒸汽參數(shù)蒸汽參數(shù)機(jī)組效率機(jī)組效率,%,

3、%投運(yùn)年份投運(yùn)年份丹麥丹麥 VeskVesk 電廠電廠 407407 MW MW25.1 MPa,56025.1 MPa,560 /560/5604545. .3 319921992法國法國 STAUDSTAUDI INGENGE 廠廠 550 MW550 MW25 MPa,54025 MPa,540 /560/56042.542.519921992德國德國 ROSTOCKROSTOCK電廠電廠 559 MW559 MW25 MPa,54025 MPa,540 /560/56042.542.519941994韓國韓國 500 MW500 MW24 MPa,53824 MPa,538 /538/

4、5384141石洞口二廠石洞口二廠 600 MW600 MW24.2 MPa,53824.2 MPa,538 /566/56641.0941.0919921992日本松蒲電廠日本松蒲電廠10001000 MW MW25.2 MPa,59825.2 MPa,598 /596/596444419971997丹麥丹麥 NordjyllandNordjylland電廠電廠 410 410 MW MW28.5 MPa,58028.5 MPa,580 /580/580/580/580474719981998西門子設(shè)計西門子設(shè)計400-1000 MW400-1000 MW27.5 MPa,58927.5 M

5、Pa,589 /600/600454519991999歐洲歐洲 Future Future 33.5 MPa,61033.5 MPa,610 /630/630505020052005歐洲歐洲 Future Future 40.0 MPa,70040.0 MPa,700 /720 /720 52-5552-5520152015平圩電廠平圩電廠 600 MW600 MW ( ( 亞臨界亞臨界 ) )17 MPa,53717 MPa,537 /537/53736.936.919891989超超 （超）臨界機(jī)組的可靠性（超）臨界機(jī)組的可靠性美國初期美國初期 蒸汽參數(shù)過高，當(dāng)時冶金工業(yè)蒸汽參數(shù)過高，當(dāng)時

6、冶金工業(yè) 難以提供滿足難以提供滿足31MPa，621/566/566的合理鋼材，投運(yùn)后事故的合理鋼材，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。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。參數(shù)過高，使其可靠性低。 經(jīng)改進(jìn)和完善，超臨界機(jī)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。組的可用率與亞臨界機(jī)組差別不大。1980年美國公布的年美國公布的71臺超臨界機(jī)組和臺超臨界機(jī)組和27臺亞臨界機(jī)臺亞臨界機(jī)組運(yùn)行統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，兩類

7、機(jī)組可用率已沒有差別。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。w日本日本 早期的超臨界機(jī)組可用率大多數(shù)在早期的超臨界機(jī)組可用率大多數(shù)在99%以上。以上。w德國機(jī)組的可靠性數(shù)據(jù)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。與參數(shù)之間沒有必然的聯(lián)系。w我國華能石洞口二廠兩臺我國華能石洞口二廠兩臺600MW超臨界機(jī)組投運(yùn)超臨界機(jī)組投運(yùn)后第二年可用系數(shù)可達(dá)到后第二年可用系數(shù)可達(dá)到90.8%和和93.97%。w目前超臨界機(jī)組的可用率與亞臨界機(jī)組相當(dāng)。目前超臨界機(jī)組的可用率與亞臨界機(jī)組相當(dāng)?；痣姍C(jī)組參數(shù)提高給人類帶來的、火電機(jī)組參數(shù)提高給人類帶來的

8、、 一次再熱，煙煤一次再熱，煙煤 比較過去的電廠比較過去的電廠節(jié)省燃料大于節(jié)省燃料大于10%減少污染排放大于減少污染排放大于10%超臨界機(jī)組的參超臨界機(jī)組的參數(shù)為：數(shù)為：壓力大于壓力大于24MPa溫度大于溫度大于540/560 C硫資源化脫硫硫資源化脫硫高效、綠色發(fā)電技術(shù)高效、綠色發(fā)電技術(shù)高效發(fā)高效發(fā)電電超臨界機(jī)組超臨界機(jī)組聯(lián)合循環(huán)聯(lián)合循環(huán)多聯(lián)產(chǎn)多聯(lián)產(chǎn)煤炭加工與轉(zhuǎn)化煤炭加工與轉(zhuǎn)化流化床流化床FBC整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)IGCC可再生能源發(fā)電及核電可再生能源發(fā)電及核電煙氣凈化煙氣凈化灰渣及廢水資源化灰渣及廢水資源化空冷機(jī)組空冷機(jī)組煙氣循環(huán)流化床脫硫煙氣循環(huán)流化床脫硫其它節(jié)水技術(shù)其它

9、節(jié)水技術(shù)燃料電池燃料電池微型燃?xì)廨啓C(jī)微型燃?xì)廨啓C(jī)太陽光發(fā)電太陽光發(fā)電風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電潔凈發(fā)電潔凈發(fā)電節(jié)水發(fā)電節(jié)水發(fā)電分布式電源分布式電源新型發(fā)電新型發(fā)電 以煤氣化為核心以煤氣化為核心以發(fā)電為核心以發(fā)電為核心各種煤清潔利用方式相對評分比較表各種煤清潔利用方式相對評分比較表注：注：1010 分為滿分分為滿分利用方式利用方式環(huán)保環(huán)保節(jié)能節(jié)能運(yùn)行運(yùn)行投資投資成熟成熟總和總和順次順次型煤型煤7 78 810101010101045451 1原煤加工原煤加工洗選煤洗選煤8 87 79 99 9101043432 2CFBCCFBC 9 95 59 98 89 940404 4流化床流化床PFBCPFBC9

10、 98 86 65 58 836367 7超（超）臨界機(jī)組超（超）臨界機(jī)組7 79 99 97 7101042423 3IGCCIGCC10108 86 66 68 838385 5氣化氣化8 86 66 65 56 631318 8CMWCMW8 86 68 87 78 837376 6燃料轉(zhuǎn)化燃料轉(zhuǎn)化液化液化8 85 54 45 55 527279 9其他清潔技術(shù)其他清潔技術(shù)9 9 二、超臨界鍋爐的技術(shù)特點(diǎn)二、超臨界鍋爐的技術(shù)特點(diǎn) 容量 參數(shù) 爐型 燃燒方式 水冷壁型式 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

11、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。 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 /5/566 ）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

12、電力工業(yè)的主力機(jī)組。 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23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0.130.15%; 主蒸汽溫度每提高10，機(jī)組的熱耗率就可下降0.250.3O；再熱蒸汽溫度每提高10，機(jī)組的熱耗率就可下降0.150.20；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1.41.6。亞臨界和超臨界的效率和熱耗亞臨界和超臨界的效率和熱耗pLS（MPa)MPa)tLS（ C C) )tRH（ C C) )tFFW（ C C)

13、)效率效率QEXH亞臨界循環(huán)亞臨界循環(huán)16.616.6540540540540250250基礎(chǔ)基礎(chǔ)基礎(chǔ)基礎(chǔ)超臨界循環(huán)超臨界循環(huán)25.025.0540540565565565565290290 +3%+3% +4%+4% -6%-6% -8%-8%超超臨界循環(huán)（超超臨界循環(huán)（1 1）27.027.0580580600600300300 +6%+6% -11%-11%超超臨界循環(huán)（超超臨界循環(huán)（2 2）28.028.0600600620620300300 +7%+7% -13%-13%比較常規(guī)汽輪發(fā)電機(jī)凈輸出比較常規(guī)汽輪發(fā)電機(jī)凈輸出3 .爐型爐型 大型超臨界煤粉鍋爐的整體布置主要采用型布置和塔式布

14、置，也有T型布置方式。鍋爐布置型式（a）形布置；(b)無水平煙道形；(c)雙折焰角形；(d)箱形布置(e)塔形布置；(f)半塔形布置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。4. 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。 CE鍋爐直流燃燒器600MW機(jī)組CE鍋爐WR型均等配風(fēng)直流燃燒器的

15、結(jié)構(gòu)中心風(fēng)一次風(fēng)/粉混合物二次風(fēng)三次風(fēng)低NOX軸向旋流燃燒器氣流分布簡圖 LNASB的設(shè)計準(zhǔn)則如下：n增大燃料揮發(fā)份的釋放速率，以獲得最大的揮發(fā)物成生量。n在燃燒的初始階段形成一個缺氧的區(qū)域，最大限度地減少NOX的生成，但同時又提供適量的氧氣以維持火焰的穩(wěn)定。n改善燃料富集區(qū)域的滯留時間和溫度水平，以最大限度地減少NOX的生成。n增加焦碳粒子在燃料富集區(qū)域的滯留時間，以降低焦碳粒子中氮氧化物形成的傾向。n及時補(bǔ)充過剩空氣以確保充分燃盡。雙調(diào)風(fēng)燃燒器CF/SF低NOx型雙調(diào)風(fēng)燃燒器 內(nèi)、外二次風(fēng)道均裝有調(diào)節(jié)擋板。二次風(fēng)總量則由均流孔板外部的可移式套筒擋板控制。 內(nèi)套筒可以通過手動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)使錐形頭

16、部前后移動。作用是使一次風(fēng)量與一次風(fēng)速獨(dú)立可調(diào)，達(dá)到控制一次風(fēng)與二次風(fēng)的混合時機(jī)和火焰形狀。 圖4-29 燃燒器風(fēng)量、燃燒量調(diào)節(jié)系統(tǒng)5.水冷壁型式 變壓運(yùn)行超臨界直流鍋爐水冷壁有兩種型式，一種是內(nèi)螺紋垂直管屏；另一種是爐膛下部用螺旋管圈，上部用垂直管。 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。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

17、，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。 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。水冷壁的形式和流體溫度水冷壁的形式和流體溫度內(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

18、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。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1015。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。6. 超臨界鍋爐的啟動系統(tǒng)內(nèi)置式啟動系統(tǒng)：啟動完畢后，并不從系統(tǒng)中切

19、除而是串聯(lián)在鍋爐汽水流程內(nèi)，因此它的工作參數(shù)(壓力和溫度)要求比較高，但控制閥門可以簡化。外置式啟動系統(tǒng)：鍋爐啟動完畢后與系統(tǒng)分開，工作參數(shù)(壓力和溫度)的要求可以比較低，但控制閥門要求較高。1000t/h直流鍋爐外置式啟動旁路系統(tǒng)直流鍋爐內(nèi)置式啟動旁路系統(tǒng) 啟動分離器布置在爐膛水冷壁出口，分離器與水冷壁、過熱器之間的連接無任何閥門。一般在（35%37%）MCR負(fù)荷以下，由水冷壁進(jìn)入分離器的為汽水混合物，分離器出口蒸汽直接進(jìn)入過熱器，疏水通過疏水?dāng)U容器回收工質(zhì)或通過除氧器回收工質(zhì)和熱量。當(dāng)負(fù)荷大于（35%37%）MCR負(fù)荷時，分離器中全部是蒸汽，呈干態(tài)運(yùn)行。此時內(nèi)置式分離器相當(dāng)于一個蒸汽聯(lián)箱，

20、必須承受鍋爐全壓，這是與外置式分離器的最大不同點(diǎn)。 內(nèi)置式分離器啟動系統(tǒng)可以分為擴(kuò)容器型、帶循環(huán)泵型和疏水熱交換型幾種。帶循環(huán)泵的系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)是：1）增加了水冷壁管內(nèi)水的重量流速，提高了啟動和低負(fù)荷時水冷壁蒸發(fā)段的運(yùn)行可靠性。由于水冷壁管的重量流速增加，從而可以選用較粗的水冷壁管，降低水冷壁的加工成本和鋼材耗量。2）在啟動過程中回收熱量。如采用簡易系統(tǒng)，則再循環(huán)流量部分的飽和水要進(jìn)入除氧器或冷凝器，在負(fù)荷率極低時，這部分流量接近35%BMCR流量，除氧器或冷凝器不可能接收如此多的工質(zhì)及熱量，只有排入大氣擴(kuò)容器，造成大量的熱量及工質(zhì)的損失。3）在啟動過程中回收工質(zhì)。與簡易啟動系統(tǒng)相）在啟動過程中回收

21、工質(zhì)。與簡易啟動系統(tǒng)相比，帶循環(huán)泵的啟動系統(tǒng)可以回收工質(zhì)，采用比，帶循環(huán)泵的啟動系統(tǒng)可以回收工質(zhì)，采用再循環(huán)泵，可以將再循環(huán)流量與給水混合后泵再循環(huán)泵，可以將再循環(huán)流量與給水混合后泵入省煤器，從而可以節(jié)省由于此部分流量進(jìn)入入省煤器，從而可以節(jié)省由于此部分流量進(jìn)入擴(kuò)容器后膨脹、蒸發(fā)而損失的工質(zhì)。擴(kuò)容器后膨脹、蒸發(fā)而損失的工質(zhì)。4）開啟循環(huán)泵進(jìn)行水沖洗。采用再循環(huán)泵系統(tǒng)，）開啟循環(huán)泵進(jìn)行水沖洗。采用再循環(huán)泵系統(tǒng)，可以用較少的沖洗水量與再循環(huán)流量之和獲得可以用較少的沖洗水量與再循環(huán)流量之和獲得較高的水速，達(dá)到?jīng)_洗的目的。較高的水速，達(dá)到?jīng)_洗的目的。5）在鍋爐啟動初期，渡過汽水膨脹期后，鍋爐）在鍋爐啟

22、動初期，渡過汽水膨脹期后，鍋爐不排水，節(jié)省工質(zhì)與熱量。不排水，節(jié)省工質(zhì)與熱量。6）汽水分離器采用較小壁厚，熱應(yīng)力低，可使）汽水分離器采用較小壁厚，熱應(yīng)力低，可使鍋爐啟動、停爐靈活。鍋爐啟動、停爐靈活。鍋爐爐前沿寬度方向垂直布置4只汽水分離器，其進(jìn)出口分別與水冷壁和爐頂過熱器相連接。每個分離器筒身上方切向布置4根不同內(nèi)徑的進(jìn)口管接頭、2根至爐頂過熱器管接頭，分離器筒身下方設(shè)有一個疏水管接頭。啟動分離器為圓形筒體結(jié)構(gòu)，直立式布置。其進(jìn)出口分別與水冷壁和爐頂過熱器相連接。每個分離器筒身上方切向布置4根不同內(nèi)徑的進(jìn)口管接頭、2根至爐頂過熱器管接頭，分離器筒身下方設(shè)有一個疏水管接頭。分離器內(nèi)設(shè)有阻水裝置

23、和消旋器。 分離器結(jié)構(gòu)簡圖分離器結(jié)構(gòu)簡圖啟動分離器貯水罐結(jié)構(gòu)簡圖 三、超臨界鍋爐機(jī)組運(yùn)行特點(diǎn)（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10100BMCR之間變動，鍋爐最低穩(wěn)燃負(fù)荷約30BMCR，在約35 %BMCR以上時純直流運(yùn)行。 （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