超临界、超超临界燃煤发电技术

1.工程热力学将水的临界状态点的参数定义为：22.115MPa，374.15℃。当水蒸气参数值大于上述临界状态点的压力和温度时，则称其为超临界参数。超超临界设定在蒸汽压力大于25MPa、或蒸汽温度高于593℃的范围。2.提高机组热效率：提高蒸汽参数（压力、温度）、采用再热系统、增加再热次数。3.常规亚临界机组参数为16.7MPa/538℃/538℃，发电效率约38%；超临界机组主汽压力一般为24MPa左右，主蒸汽和再热蒸汽温度为538—560℃，典型参数为24.1MPa/538℃/538℃，发电效率约41%；超超临界追压力25—31MPa及以上，主蒸汽和再热蒸汽温度为580—600℃及以上。超临界机组热效率比亚临界机组的高2%—3%，超超临界机组的热效率比超临界机组高4%以上。4.在超超临界机组参数条件下，主蒸汽压力提高1MPa，机组的热效率就可下降0.13—0.15%；主蒸汽温度每提高10℃，机组的热效率就可下降0.25%—0.30%。再热蒸汽温度每提高10℃，机组的热耗率就可下降0.15%—0.20%。如果增加再热参数，采用二次再热，则其热耗率可下降1.4%—1.6%。当压力低于30MPa时，机组热效率随压力的提高上升很快；当压力高于30MPa时，机组热效率随压力的提高上升幅度较小。5.锅炉布置主要采用Ⅱ型布置、塔式布置、T型布置。超超临界机组可采用四角单切圆塔式布置、墙式对冲塔式布置、单炉膛双切圆Ⅱ型布置及墙式对冲Ⅱ型布置。Ⅱ型布置适用于切向燃烧方式和旋流对冲燃烧方式；塔式炉适用于切向燃烧方式和旋流对冲燃烧方式；T型布置适用于切向燃烧方式和旋流对冲燃烧方式。6.水冷壁型式：变压运行超临界直流锅炉水冷壁：炉膛上部用垂直管，下部用螺旋管圈及内螺纹垂直管屏。7.我国超超临界技术参数：一次再热、蒸汽参数（25—28）MPa/600℃/600℃，相应发电效率预计为44.63%—44.99%，发电煤耗率预计为275—273g/kWh。8.煤粉燃烧方式：切向燃烧方式（四角、六角、八角、墙式）、墙式燃烧方式（前墙燃烧、对冲燃烧）、W型火焰燃烧方式（拱式燃烧）。切向燃烧指煤粉气流从布置在炉膛四角的直流式燃烧器切向引入炉膛进行燃烧。对冲燃烧是将一定数量的旋流式燃烧器布置在两面相对的炉墙上，形成对冲火焰的燃烧方式。W型火焰燃烧是将直流或弱旋流式燃烧器布置在燃烧室两侧炉墙拱上，使火焰开始向下，再折回向上，在炉内形成W状火焰。9.空冷机组的水耗率比同等容量的常规湿冷机组约低65%，但其供电煤耗率同比高3%—5%，电厂总投资同比高10%—15%。因此，空冷机组尤其适合在缺水或水价昂贵而燃烧便宜的的地区建设。10.常规火电湿冷循环冷却系统系统采用自然通风冷却塔形式，循环水损失约占电厂耗水量的80%。而空冷几乎没有循环水损失。11.直接空冷系统是指汽轮机的排汽直接用空气来冷凝，蒸汽与空气进行热交换，冷却所需的空气由机械通风方式供应。12.具有混合式凝汽器的间接空冷系统主要由喷射（混合）式凝汽器和空冷塔构成。在凝汽器中把汽轮机的排汽凝结成水，凝结水被打到空冷塔里具有人字形翅片管束的散热器中，与空气对流换热，冷却后通过调压泵的冷却水再送入凝汽器进入下一循环。13.具有表面式凝汽器的间接空冷系统主要由表面式凝汽器和空冷塔构成，该系统与常规的湿冷系统基本相仿，只是用空冷塔代替湿冷塔，用除盐水代替循环水，用密闭式循环冷却水系统代替敞开式循环冷却水系统，凝汽器用不锈钢管代替铜管。14.空冷机组汽轮机与湿冷机组主要区别在于汽轮机低压缸排汽的冷却机理不同：湿冷主要靠水的蒸发散热，排汽压力取决于空气的湿球温度，随季节和昼夜变化较小；空冷主要靠金属壁向空气放热，其排汽压力取决于空气的干球温度，随季节和昼夜变化较大，导致排汽压力变化范围大、变化频繁，温差变化大时，一天内的排汽压力变化可达1—3倍。15.建议空冷凝汽器最高入口压力小于等于38.5KPa（饱和温度72.68℃），考虑到排汽管道的阻力为1.7—2.0KPa，空冷汽轮机最高运行背压应小于等于37KPa。水处理装置（阳树脂）最高工作温度为75℃，压力为38.5KPa时，对应饱和温度为74.94℃。16.常见物质在过热蒸汽中的溶解度随压力降低或比体积增加而迅速降低，随着蒸汽做工膨胀，蒸汽的溶解能力下降，在高参数下蒸汽溶解携带的物质就会随着蒸汽的转移而不断析出，沉积在后续设备的不同部位，由此会加剧机组蒸汽通流部分潜在的金属腐蚀问题。17.对于超超临界机组，由于硫酸钠挥发性很小，将沉积在再热段。而硫酸和盐酸则随蒸汽进入汽轮机，在中低压缸叶片上造成酸性环境，甚至促进点蚀或应力腐蚀开裂等腐蚀缺陷的发生。18.腐蚀产物来源：停用腐蚀，启动后带入热力系统；炉前热力系统包括加热器汽侧在运行中产生腐蚀，随给水带入热力系统；金属在水汽中氧化速度增快，生成的氧化层剥落，除了引起蒸汽通流部件的冲蚀和磨蚀外，氧化皮变成细小的氧化铁颗粒，穿过凝结水精处理系统进入热力系统。19.AVT条件下，通过提高pH可以减小四氧化三铁的溶解度，但在热力系统的低温段，二价铁的溶出率仍然较高，特别是在给水系统湍流部位存在FAC，腐蚀产物会随水流迁移到高温段沉积，产生省煤器节流阀严重污堵、省煤器管和水冷壁管结垢速率高等问题。20.从常温到350℃左右的范围内，水与碳钢通过电化学反应生成氧化膜；在400℃以上，水或者蒸汽与碳钢通过化学反应生成氧化膜。在300℃以下的无氧纯水中，金属铁是腐蚀电池中的阳极，在反应中放出电子被氧化成为Fe2+，Fe2+与水中的氢氧根反应生成氢氧化亚铁，水中的氢离子在腐蚀电池中的阴极反应中接受电子还原成为氢分子。氧化膜由致密的Fe3O4内伸层和多孔、疏松的Fe3O4外延层构成。氧化膜的溶解度较高，因而致使给水系统的铁含量较高。在300—400℃高温区，水具有的能量使二价铁氧化为三价铁，因此在省煤器的出口段到水冷壁的金属表面形成了内层薄而致密、外层也较为致密的四氧化三铁氧化膜。随着温度的升高，氧化膜生成的反应控制过程逐渐由电化学反应转向由化学反应为主。21.炉管表面形成多孔结构的氧化层的原因：Fe2+从四氧化三铁外表面溶解和再沉积，或从系统中由流体将炉前产生的铁迁移到此处沉积。锅炉流体中溶解或悬浮的铁的水平对形成多孔四氧化三铁层的影响显著。22.受流体动力条件的影响，在氧化物表面合适方向的晶体上优先沉积的沉积物将形成有特性的沉积形式，其外表面表现为波纹状。由于四氧化三铁外层中明显存在波纹，不仅影响四氧化三铁厚度均匀，而且会影响流体侧的薄膜系数。由于外层粗糙的粒状结构及其外表面上大波纹图案，外层会扰乱流体流动，最终导致压力降沿管子增大。波纹状四氧化三铁膜在水冷壁中的生长也是直流锅炉中压力降增大的主要原因。23.氧化物紧密的内层和多孔的外层都能提供对穿过管壁热流密度的阻力，但多孔氧化物外层能够生长到相当于内层几倍的厚度，导致其热导率大大降低。增大波纹状四氧化三铁层厚度对管子向火侧表面温度的影响显著，大大影响了炉管的导热性。多孔的四氧化三铁外层通过来自流体中的铁沉积在（内层）垢表面上的方式生长，最大限度的减小能够沉积在表面上得铁的来源，就能够最大限度地减小此外层的生长。24.经验表明：奥氏体钢的氧化层厚度超过150μm时就会剥落，在运行条件的影响下，氧化层厚度超过20μm也可能剥落。措施：修改运行条件和用细晶粒奥氏体钢取代粗晶粒奥氏体钢。