超临界机组的综述(new)要点

超临界火电机组锅炉综述一、超临界机组的优越性二、超临界锅炉的技术特点三、超临界锅炉机组运行四、超临界火电机组的发展概况超临界、超超临界机组定义水的临界压力：22.12MPa，临界温度：374.15℃•常规的亚临界机组:16.7MPa，温度为538/538℃•超临界机组：一般主汽压力24MPa及以上,主汽和再热汽温度540-560℃•超超临界机组：一般主汽压力28MPa及以上或主汽和再热汽温度580℃以上一、超临界机组的优越性经济性可靠性环保特性4947454341393735102015253035蒸汽参数MPa(初温℃/再热温℃/再热温℃)不同蒸汽参数、再热次数和参数对发电厂供电热效率的影响亚临界540℃/540℃超临界566℃/566℃高超临界593℃/593℃600℃/600℃/600℃566℃/566℃/566℃700℃/720℃/720℃蒸汽参数与效率的关系024681010152025303540主蒸汽压力，MPa热效率提高，%530/538538/538566/538566/566538/552/566(两级再热）538/552/566566/566/566593/566/566650/593/593连线超（超）临界机组的热效率•常规的亚临界机组发电效率为38%左右；•常规超临界机组的效率为40%左右；•目前燃煤机组效率最高为47%(海水冷却)。•欧洲计划用10年至15年的时间将发电效率提高到52～55%。部分超（超）临界机组经济性举例电厂项目蒸汽参数机组效率,%投运年份丹麦Vesk电厂407MW25.1MPa,560℃/560℃45.31992法国STAUDINGE厂550MW25MPa,540℃/560℃42.51992德国ROSTOCK电厂559MW25MPa,540℃/560℃42.51994韩国500MW24MPa,538℃/538℃41石洞口二厂600MW24.2MPa,538℃/566℃41.091992日本松蒲电厂1000MW25.2MPa,598℃/596℃441997丹麦Nordjylland电厂410MW28.5MPa,580℃/580℃/580℃471998西门子设计400-1000MW27.5MPa,589℃/600℃451999欧洲FutureⅠ33.5MPa,610℃/630℃502005欧洲FutureⅡ40.0MPa,700℃/720℃52-552015平圩电厂600MW(亚临界)17MPa,537℃/537℃36.91989超超）临界机组的可靠性美国初期蒸汽参数过高，当时冶金工业难以提供满足31MPa，621/566/566℃的合理钢材，投运后事故频繁，可靠性、可用率低，后降低参数运行，取得了比较满意的业绩。原苏联在发展超临界机组的初期，因缺少经验和选用参数过高，使其可靠性低。经改进和完善，超临界机组的可用率与亚临界机组差别不大。1980年美国公布的71台超临界机组和27台亚临界机组运行统计数据表明，两类机组可用率已没有差别。1.30GW超临界机组创造过连续安全运行607天的记录。日本早期的超临界机组可用率大多数在99%以上。德国机组的可靠性数据表明，机组可靠性与可用率与参数之间没有必然的联系。我国华能石洞口二厂两台600MW超临界机组投运后第二年可用系数可达到90.8%和93.97%。目前超临界机组的可用率与亚临界机组相当。部分超临界机组可靠性举例电厂项目机组容量，MW可用率，%马歇尔电厂2×63088.7(1985年)勃鲁斯电厂2×112094(1985年)蒙太尔电厂2×1300连续运行607天美国AEP电力公司7×1300平均EAF=83.3韩国保宁电厂50088.92(1994)石洞口二厂2×60091.47(1994)中国华能南京电厂2×300连续运行1700多天(到1998年底)超(超)临界机组的特点运行效率高，可靠性好，环保指标先进可复合滑压或纯滑压运行，调峰性能好超(超)临界机组最佳适用条件:大容量:≥600MW燃料价格较高时,技术经济性能更佳；压气机燃气轮机发电机G~发电机G~1243燃烧室e余热锅炉89汽轮机凝汽器57给水加热器水泵10燃气－蒸汽联合循环原理（基本形式）815～925℃537～815℃半焦蒸汽轮机煤增压流化床980～1092℃空气脱硫剂颗粒控制燃烧器燃气轮机裂解气化炉增压流化床系统示意图IGCC结构原理图硫资源化脱硫高效、绿色发电技术高效发电超临界机组联合循环多联产煤炭加工与转化流化床FBC整体煤气化联合循环IGCC可再生能源发电及核电烟气净化灰渣及废水资源化空冷机组烟气循环流化床脱硫其它节水技术燃料电池微型燃气轮机太阳光发电风力发电洁净发电节水发电分布式电源新型发电以煤气化为核心以发电为核心各种煤清洁利用方式相对评分比较表注：10分为满分利用方式环保节能运行投资成熟总和顺次型煤78101010451原煤加工洗选煤879910432CFBC95989404流化床PFBC98658367超（超）临界机组799710423IGCC108668385气化86656318CMW86878376燃料转化液化85455279其他清洁技术9二、超临界机组的技术特点容量参数结构炉型燃烧方式水冷壁型式1.容量从技术可行性、设计制造模式、国外业绩及与国外合作问题、技术经济等问题考虑，超临界锅炉选择1000MW及以下容量都是可行的。一般采用1000MW和600MW两个容量等级。1000MW等级超超临界机组方案具有效率高、单位千瓦投资省、人员少、维护费用低及同容量电厂建设周期短，建筑用地少等综合优点，同时也适应我国电力工业的发展和符合电网对机组容量的需求，将成为反映我国电力工业技术水平的代表性机组。考虑到我国地区及电网的差异及条件，常规超临界（24.2MPa/566℃/566℃）600MW机组，以及600MW等级超超临界机组，更能适应我国广大内陆地区的低背压条件、适用于国内各个电网条件，适用于现有的设备运输条件，并可与1000MW等级容量机组形成系列化。600MW等级超临界、超超临界机组将成为我国电力工业的主力机组。2.超临界机组蒸汽参数超临界机组的热效率比亚临界机组的高2％～3％左右，而超超临界机组的热效率比常规超临界机组的高4％左右。在超超临界机组参数范围的条件下主蒸汽压力提高1MPa，机组的热耗率就可下降0.13％～0.15%;主蒸汽温度每提高10℃，机组的热耗率就可下降0.25％～0.3O％；再热蒸汽温度每提高10℃，机组的热耗率就可下降0.15％～0.20％；在一定的范围内，如果增加再热次数，采用二次再热，则其热耗率可较采用一次再热的机组下降正1.4％～1.6％。3.机组主要结构形式（1）炉型大型超临界煤粉锅炉的整体布置主要采用Π型布置和塔式布置，也有T型布置方式。锅炉布置型式（a）Π形布置；(b)无水平烟道Π形；(c)双折焰角Π形；(d)箱形布置(e)塔形布置；(f)半塔形布置Π形布置Π形布置的主要优点是：（1）锅炉的排烟口在下部，因此，转动机械和笨重设备，如送风机，引风机及除尘器都可布置在地面上，可以减轻厂房和锅炉构架的负载。（2）锅炉及厂房的高度较低。（3）在水平烟道中可以采用支吊方式比较简单的悬吊式受热面。（4）在尾部垂直下降烟道中，受热面易布置成逆流传热方式，强化对流传热。（5）下降烟道中，气流向下流动，吹灰容易并有自吹灰作用。（6）尾部受热面检修方便。（7）锅炉本身以及锅炉和汽轮机之间的连接管道都不太长。但这种型式也有缺点，主要有：（1）占地面积大。（2）由于有水平烟道，使锅炉构架复杂，而且不能充分利用其所有空间来布置受热面。（3）烟气在炉内流动要经两次转弯，造成烟气在炉内的速度场、温度场和飞灰浓度场不均匀，影响传热效果，并导致对流受热面局部飞灰磨损严重。（4）大容量锅炉中，在尾部烟道中要布置足够的尾部受热面有困难，特别是在燃用低发热值的劣质煤时更显得突出。Γ形布置Γ形布置实质上是Π形布置的一种改进，只是取消了Π形布置中的水平烟道，其他则大致相同。布置紧凑，可以节省钢材，而且占地面积小；但尾部受热内的检修不方便。大容量锅炉如果采用管式空气预热器时，因为不便支吊，而且尾部烟道高度不够，就不宜采用这种布置。但如果采用回转式空气预热器时，则采用这种布置型式比较适宜。如果要采用管式空气预热器，为解决尾部受热内布置不下的困难，也可将尾部烟道对称地分成左右两个，形成T形布置。塔形布置塔形布置方案，下部为炉膛，对流烟道就布置在炉膛上方，锅炉本体形成一个塔形，它的优点如下：（1）占地面积小。（2）取消了不宜布置受热面的转弯室，烟气流动方向一直向上不变，可以大大减轻对流受热面的局部磨损，因此，对燃用多灰分燃料特别有利。（3）锅炉本身有自身通风作用，烟气流动阻力也较小。（4）对流受热面可以全部水平布置，易于疏水。但这种方案也有如下缺点：l）锅炉本体高度很高，过热器、省煤器、再热器等对流受热面都布置在很高位置，连接的汽水管道较长。2）空气预热器、送风机、引风机及除尘器等笨重设备都布置在锅炉顶部，加重了锅炉构架和厂房的负载，因而使造价增大。3）安装及检修均较复杂。半塔形布置锅炉整体布置型式的选择由于T型布置蒸汽系统复杂，钢材耗量大，我国发展超超临界锅炉一般在Π型布置和塔式布置中选择。根据具体电厂、燃煤条件、投资费用、运行可靠性及经济性等方面，进行全面地技术经济比较选定。另外，锅炉布置型式与燃烧方式有一定关系，两者应合理搭配。（3）燃烧方式煤粉的燃烧方式，主要有四角（六角，八角）切向燃烧方式，墙式燃烧方式（前墙燃烧和对冲燃烧）和W型火焰燃烧方式（也称拱式燃烧）三种。由于切向燃烧中四角火焰的相互支持，一、二次风的混合便于控制等特点，其煤种适应性更强。四角切向燃烧Π型炉在应用中最为突出的问题是炉膛出口的水平烟道左右侧的烟温偏差大，以及某些锅炉局部过、再热器超温爆管和左、右侧主蒸汽及再热蒸汽温差甚大。切向燃烧锅炉超大型化后的发展趋势锅炉向超大容量发展，仍采用单火球Π型炉，则要求炉膛出口高度增大，这样除了炉膛出口后的左、右侧存在烟气能量不平衡外，上、下方向也会出现同样问题，另外过高的管屏内外圈管吸热量差异加大，外圈管受热行程长，则易过热。尤其对超超临界参数，主汽及再热汽温将会高达580℃～600℃，即便选用新型奥氏体钢，也还是须考虑管屏下部迎火管段的超温问题。对于墙式对冲燃烧方式Π型锅炉要易于解决，其炉膛截面可布置为长方形，则炉膛出口也会高度降低呈长方形。对四角燃烧方式，采用塔式布置，则前述问题也不存在。另一个方案是切向燃烧仍用Π型布置，采取一种不带双面水冷壁的单炉膛双切圆燃烧方式。这种布置方式使炉膛为长方形，而且改变了炉膛出口烟气能量的分布。在无双面水冷壁的单炉膛双切向燃烧锅炉中，如果正确选择切圆的旋向，将两个相对独立燃烧系统的对流热偏差与整体单一火焰辐射系统的辐射热偏差进行合理的搭配和补偿，则炉膛出口区域总的烟气热偏差将有可能大大降低。如果是采用双炉膛双切圆的布置方式，则两个炉膛的辐射场也是独立的，不可能取得辐射与对流偏差互补的效果，其结果只相当于锅炉容量减小一半，热偏差略有下降。可见，双切圆燃烧锅炉取消双面水冷壁不仅仅是为了简化制造工艺，更重要的是应从消除热偏差的性能设计来考虑。旋流式燃烧器前后墙对冲布置和直流式燃烧器切向布置相比，其主要优点是上部炉膛宽度方向上的烟气温度和速度分布比较均匀，使过热蒸汽温度偏差较小，并可降低整个过热器和再热器的金属最高点温度。墙式对冲燃烧方式以烟气挡板调节再热汽温度。这种调节方式较四角燃烧方式炉多以摆动燃烧器的在垂直方向角度的方式要有效，运行中再热器可不投减温水，使循环热效率不会因喷入减温水而降低。W型火焰燃烧方式对难燃的贫煤及无烟煤在燃烧稳定性上优于四角和墙式燃烧方式，其下炉膛的截面积偏大，且四周敷设卫燃带，可使煤粉火焰具有较高温度，而又不易冲墙，减少结渣的危险；但是，由于炉膛截面积大，形状复杂，锅炉本体造价大致要增加15％～25％。另外，形成和控制W型火焰使充满整个炉膛，要求成熟的设计经验和较高的运行水平。超临