超超臨界鍋爐概述.ppt

1、第二章 超超臨界鍋爐概述,2.1 超臨界鍋爐的性能要求,1、降低投資運(yùn)行成本，降低發(fā)電煤耗，提高電廠循環(huán)熱效率。 2、降低污染物的生成和排放量。 3、水冷壁水動(dòng)力特性穩(wěn)定并避免模態(tài)沸騰及類模態(tài)沸騰穩(wěn)定。 4、能快速起停和快速變負(fù)荷，適應(yīng)機(jī)組調(diào)峰的要求。 5、提高金屬材料的耐高溫、耐腐蝕、耐磨損和高強(qiáng)度性能。 6、提高鍋爐燃燒多種媒質(zhì)的適應(yīng)性。,2.1 超臨界鍋爐的性能要求,7、開發(fā)高效燃燒低反映的技術(shù)。 8、鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)無油或少油燃燒的穩(wěn)態(tài)能力強(qiáng)。 9、鍋爐整體具有高效的運(yùn)行可靠性，減少水冷壁、過熱器、再熱器、省煤器的爆管事故和泄漏量。 10、過熱氣溫和再熱器溫調(diào)節(jié)靈活。 11、提高運(yùn)行控

2、制和管理的自動(dòng)化程度。 12、提高超臨界參數(shù)機(jī)組的可靠性和實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化,2.2 超臨界直流鍋爐的主要特點(diǎn)點(diǎn),1、取消汽包，能快速起停。 2、在超臨界壓力范圍內(nèi)壓力范圍內(nèi)運(yùn)行的直流鍋爐水冷壁管內(nèi)工質(zhì)溫度隨吸熱量而變，即管壁溫度隨吸熱量而變。 3、鍋爐本體金屬消耗量最少，鍋爐質(zhì)量少。 4、水冷壁流動(dòng)阻力全部依靠給水泵來克服，這部分阻力約占汽水流程全部阻力的35%左右，所需的給水泵壓頭高，既提高了制造成本，又增加了運(yùn)行耗電量。,2.2 超臨界直流鍋爐的主要特點(diǎn)點(diǎn),5、需要的金屬材料檔次相應(yīng)提高，其總成本目前不低于自然循環(huán)鍋爐。 6、汽水分離器在低負(fù)荷的時(shí)起汽水分的作用，在高負(fù)荷時(shí)，只作為蒸汽通道。 7

3、、為了達(dá)到較高的質(zhì)量流速，必須采用小管徑水冷壁。 8、水冷壁金屬貯熱量和工質(zhì)貯熱量減小，即熱慣性小，使快速起停的能力進(jìn)一步提高，適應(yīng)機(jī)組調(diào)峰要求。,2.2 超臨界直流鍋爐的主要特點(diǎn)點(diǎn),9、為保證足夠的冷卻能力和防止低負(fù)荷下發(fā)生水動(dòng)力多值性以及脈動(dòng)，水冷壁館內(nèi)工質(zhì)的質(zhì)量流速在100%MCR負(fù)荷時(shí)提高到20003000Kg/(m2h)。 10、汽溫調(diào)節(jié)的主要方式 是調(diào)節(jié)燃料量/給水量之比。 11、低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，給水流量和壓力降低，受熱面入口的工質(zhì)欠焓增大，容易發(fā)生水動(dòng)力不穩(wěn)定。 12、給水焊及省煤器出口的工質(zhì)欠焓對(duì)水冷壁中工質(zhì)溫度和蒸汽溫度影響增大。,2.2 超臨界直流鍋爐的主要特點(diǎn)點(diǎn),13、變壓

4、運(yùn)行的超臨界參數(shù)直流鍋爐，在亞臨界壓力范圍和超臨界范圍內(nèi)工作時(shí)，都存在供職的膨脹現(xiàn)象，但在穩(wěn)態(tài)、熱態(tài)、及冷態(tài)啟動(dòng)階段汽水膨脹量最大。 14、啟停速度和變負(fù)荷速度受過熱器出口集汽聯(lián)箱的熱應(yīng)力限制，但主要限制因素是汽輪機(jī)的熱應(yīng)力和脹差。 15、直流鍋爐要求的給水品質(zhì)高，要求凝結(jié)水進(jìn)行100%的除鹽處理。 16、控制系統(tǒng)復(fù)雜，調(diào)節(jié)裝置的費(fèi)用較高。,2.3 超超臨界鍋爐機(jī)組主要技術(shù)問題,1.材料 熱強(qiáng)度性能高、工藝性好、價(jià)格低廉的高溫受熱面材料開發(fā)是超超臨界機(jī)組發(fā)展最關(guān)鍵的問題。 2.水冷壁 超超臨界壓力鍋爐的水冷壁系統(tǒng)，主要為螺旋管圈水冷壁和內(nèi)螺紋管組成的垂直管圈形式水冷壁兩種。,2.3 超超臨界鍋

5、爐機(jī)組主要技術(shù)問題,3.二次再熱系統(tǒng) 再設(shè)計(jì)二次再熱鍋爐時(shí)，必須根據(jù)基本負(fù)荷下的高效率運(yùn)行來決定最佳的再熱器受熱面布置和再熱蒸汽溫度控制方法。 4.自動(dòng)控制 超臨界鍋爐與亞臨界汽包鍋爐在自動(dòng)控制方面的不同，實(shí)質(zhì)是直流鍋爐與包鍋爐之間的差別，直流鍋爐與汽包爐在運(yùn)行原理及特性上有較大區(qū)別。,2.4 超臨界機(jī)組與亞臨界機(jī)組的主要區(qū)別,2.4.1蒸汽參數(shù)決定設(shè)備材料所有區(qū)別 1、亞臨界機(jī)組轉(zhuǎn)變?yōu)槌R界機(jī)組時(shí)受影響的部件 鍋爐壓力部件與啟動(dòng)系統(tǒng)包括水冷壁、過熱器、聯(lián)箱、內(nèi)置式分離器。 汽輪機(jī)特高壓缸包括氣缸、轉(zhuǎn)子、主汽閥等。 機(jī)爐間的連接管道包括主蒸汽管、高壓旁路。 給水管道高壓加熱器。 給水泵及其驅(qū)動(dòng)

6、器。 凝結(jié)水精處理裝置。,2.4 超臨界機(jī)組與亞臨界機(jī)組的主要區(qū)別,2、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。,2.4 超臨界機(jī)組與亞臨界機(jī)組的主要區(qū)別,2.4.2運(yùn)行調(diào)節(jié)的關(guān)鍵點(diǎn)有所區(qū)別 1、材料變化引起金屬熱膨脹和傳熱特性變化 從運(yùn)行調(diào)節(jié)特性考慮，25MPa/540/540超臨界機(jī)組汽輪機(jī)的運(yùn)行調(diào)節(jié)特性與亞臨界機(jī)組基本不同，因?yàn)檫@一參數(shù)的汽輪機(jī)采用的金屬材料接近于亞臨界機(jī)組汽輪機(jī)。 28MPa/580 /600 以上參數(shù)等級(jí)的超臨界機(jī)組汽輪機(jī)部件采用不同的金屬材

7、料，由于鐵素體鋼和奧氏體鋼材料的膨脹系統(tǒng)不同，缸體、轉(zhuǎn)子、噴嘴、螺栓熱膨脹不一致；奧氏體鋼材料的熱膨脹系數(shù)大，導(dǎo)熱系數(shù)小，引起后壁元件的熱應(yīng)力增大，影響機(jī)組調(diào)峰。,2、水冷壁傳熱特性變化最大 超臨界機(jī)組運(yùn)行特性變化顯著的是鍋爐，其技術(shù)關(guān)鍵是水冷壁。由于直流鍋爐的敏感性強(qiáng)，且水動(dòng)力多值性、脈動(dòng)，水冷壁工質(zhì)溫度和管壁溫度以及汽溫特性受燃燒和變壓運(yùn)行的影響程度顯著增大。與此同時(shí)，超臨界直流鍋爐水冷壁內(nèi)工質(zhì)的熱物理特性變化較大，受大比熱容特性的影響，工質(zhì)導(dǎo)溫系數(shù)變化很大，可能發(fā)生類膜態(tài)沸騰現(xiàn)象，故機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行主要取決為鍋爐性能。,3、汽溫響應(yīng)速度加快 超臨界機(jī)組鍋爐運(yùn)行性能受煤質(zhì)變化和燃料量變化的影

8、響十分明顯，除了設(shè)計(jì)上要求鍋爐對(duì)媒質(zhì)變化有較強(qiáng)的適應(yīng)性能之外，在運(yùn)行調(diào)整方面要求燃燒系統(tǒng)具有快速的反應(yīng)能力和較高的可靠性。,4、對(duì)燃燒調(diào)節(jié)的要求更高 鍋爐機(jī)組變工況時(shí)的燃燒調(diào)節(jié)和汽溫調(diào)節(jié)：燃燒調(diào)節(jié)對(duì)水冷壁壁溫和汽溫的影響比汽包鍋爐敏感的多，汽溫調(diào)節(jié)主要依靠煤/水比調(diào)節(jié)。除了設(shè)計(jì)上要求鍋爐對(duì)煤質(zhì)變化有較強(qiáng)的適應(yīng)性能之外，在運(yùn)行調(diào)整方面要求燃燒系統(tǒng)具有快速的反應(yīng)能力和較高的可靠性。為了保證鍋爐燃料量供應(yīng)的連續(xù)性和穩(wěn)定性，最好選用雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)系統(tǒng)或中間儲(chǔ)藏式制粉系統(tǒng)，目前多數(shù)電廠超臨界機(jī)組配置中速磨煤機(jī)直吹式制粉系統(tǒng)。,5、凝結(jié)水必須精處理 凝結(jié)水精處理設(shè)備是超臨界機(jī)組運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備。因?yàn)槌R界壓

9、力下水和水蒸氣溶解各類鹽分的能力大幅度提高，且工質(zhì)溫度提高，各類鹽分不僅對(duì)受熱面的溫度影響較大，而且對(duì)金屬獨(dú)有增大的趨勢。 高參數(shù)工質(zhì)的熱力動(dòng)力特性使水管內(nèi)部氧化層增厚速度加快，管道溫度升高，壓降增大。因此采用氧化處理調(diào)整給水含氧量，加強(qiáng)給水質(zhì)量監(jiān)督凝結(jié)水必須精處理。,6、本生點(diǎn) 超臨界鍋爐常在63%MCR負(fù)荷以下工作在亞臨界壓力范圍，此時(shí)的鍋爐的工作特性實(shí)際相當(dāng)于亞臨界壓力直流鍋爐。63%MCR符合以上工作在超臨界壓力范圍，此時(shí)鍋爐工作特性才是超臨界壓力直流鍋爐。對(duì)于帶有循環(huán)泵啟動(dòng)系統(tǒng)的超臨界鍋爐，由負(fù)荷循環(huán)切換到直流運(yùn)行工況的負(fù)荷（本生點(diǎn)）通常在（25%35%）MCR，在本生點(diǎn)以上，水冷壁

10、中無再循環(huán)流量，水冷壁流量等于給水泵流量，即水冷壁中工質(zhì)流量與負(fù)荷成正比關(guān)系；在本生點(diǎn)以下，投入再循環(huán)泵，此時(shí)，水冷壁中的工質(zhì)流量為給水泵流量+再循環(huán)流量。,7、切除分離器 對(duì)于帶有外置式分離器的直流鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)，掌握啟動(dòng)過程“切分”轉(zhuǎn)純直流運(yùn)行時(shí)的鍋爐運(yùn)行特性和運(yùn)行調(diào)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)：“切分”過程中，汽水比體積變大，運(yùn)行參數(shù)變化劇烈汽溫不容易穩(wěn)定，甚至可能引起汽輪機(jī)帶水運(yùn)行，因此啟動(dòng)過程的操作比較復(fù)雜和困難，要求較高的運(yùn)行調(diào)節(jié)水平。,2.4.3對(duì)旁路系統(tǒng)的要求,啟動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)具有適應(yīng)機(jī)組快速調(diào)峰變壓運(yùn)行的功能，100%MCR容量的系統(tǒng)適用于長期運(yùn)行帶基本負(fù)荷的機(jī)組，且投資較大；70%MCR左右容量的

11、系統(tǒng)用于調(diào)峰工況下調(diào)節(jié)靈活性較高運(yùn)行的機(jī)組。,2.5大型超超臨界鍋爐的設(shè)計(jì)特點(diǎn)和選型,隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展， 自2006年底以來，我國先后有10余臺(tái)1 000 MW超超臨界機(jī)組投人商業(yè)運(yùn)行，目前正在建設(shè)和調(diào)試的1 000 MW超超臨界機(jī)組也不少。從技術(shù)可行性、設(shè)計(jì)制造、運(yùn)行情況、技術(shù)經(jīng)濟(jì)等來看，1 000 MW超超臨界鍋爐的設(shè)計(jì)和運(yùn)行已趨于成熟。下一階段1 000 MW超超臨界機(jī)組將成為新建火電機(jī)組的投資建設(shè)重點(diǎn)，湖南省也正著手于600 Mw以上超超臨界火電機(jī)組建設(shè)。目前我國1 000 MW超超臨界鍋爐主要以哈鍋(HBC，三菱技術(shù))、東鍋(DBC，巴布科克一日立技術(shù))、上鍋(SBWC，阿爾斯通技

12、術(shù))為主,2.5.1 1 000 MW 鍋爐的設(shè)計(jì)特點(diǎn),為了確保鍋爐投產(chǎn)后能夠安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行，大容量鍋爐設(shè)計(jì)上主要從以下方面重點(diǎn)考慮：水循環(huán)動(dòng)力特性、結(jié)構(gòu)和受熱面選材及布置、燃燒方式確保低NO 排放、最低穩(wěn)燃負(fù)荷措施、提高燃燒效率措施等。 1 000 MW超超臨界鍋爐由于參數(shù)高，受熱面材料選用尤為關(guān)鍵。目前，用在超超臨界鍋爐過熱器、再熱器高溫段的材料大多是奧氏體鋼，主要以超細(xì)晶粒的Super304H和HR3C為主，而目前國內(nèi)常用的P91材料，則一般用在低溫段。,2.5.2 1 000 MW 超超臨界鍋爐設(shè)備選型分析,大型超超臨界煤粉鍋爐的整體布置主要采用型布置和塔型布置，也有的采用T型布

13、置方式。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。我國目前1 000 MW超超臨界鍋爐主要的布置形式見圖2-1。,a、形布置 主要優(yōu)點(diǎn)：鍋爐及廠房的高度較低，排煙口在下部，可以減輕廠房和鍋爐構(gòu)架的負(fù)載；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；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(duì)流傳熱；尾部受熱面檢修方便；鍋爐本身以及鍋爐和汽輪機(jī)之間的連接管道都不太長 。 主要缺點(diǎn)：煙氣在爐內(nèi)流動(dòng)要經(jīng)2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(duì)流受熱面局部飛灰磨損嚴(yán)重；在尾部煙道中要布置足夠的尾

14、部受熱面有困難，特別是在燃用低發(fā)熱值的劣質(zhì)煤時(shí)更顯得突出；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。,b、塔形布置 主要優(yōu)點(diǎn)：占地面積小，取消了不宜布置受熱面的轉(zhuǎn)彎室，煙氣流動(dòng)方向一直向上不變，可以大大減輕對(duì)流受熱面的局部磨損，對(duì)燃用多灰分燃料特別有利；均勻的對(duì)流受熱面煙氣流場分布，煙氣流動(dòng)阻力也較??；所有受熱面全部采用水平布置，具備很強(qiáng)的自疏水能力，具備優(yōu)異的備用和快速啟動(dòng)特點(diǎn)；防止?fàn)t內(nèi)結(jié)焦 。 主要缺點(diǎn)：鍋爐本體高度很高，過熱器、省煤器、再熱器等對(duì)流受熱面都布置在很高位置，連接的汽水管道較長；安裝及檢修均較復(fù)雜。,2.5.3 1 000 MW 超超臨界鍋爐燃燒方式 煤粉的燃燒方式，主要有切向燃燒方式(四角、六角或八角)、墻式燃燒方式(前后墻對(duì)沖燃燒)和w型火焰燃燒方式(拱式燃燒)3種。切向燃燒中火焰可相互支持，一、二次風(fēng)的混