超临界锅炉-相关知识-樊泉桂.ppt

樊泉桂 超临界机组的相关知识 超临界机组是指发电机组的蒸汽参数达到临界压力以上的机组。目前，世界上超临界机组的蒸汽参数以24MPa 、540℃/540℃为基础。为了追求发电机组的高效率，降低发电煤耗，充分利用能源，实现可持续发展的目标，超临界机组正在逐步向更高参数的方向发展。将来有可能将蒸汽参数提高到40MPa 、700 ℃/720℃的水平，这类机组称为超超临界机组或高效超临界机组。 什么是超临界机组？ 热力学中水和水蒸汽的状态转变有一个条件。即在临界压力以下，水可以由液态经过加热蒸发和过热过程，变为温度高于对应压力下的沸点温度，从而能满足汽轮机要求并推动汽轮机作功的过热蒸汽。而在临界压力以上，由水变为水蒸汽就没有沸腾过程了。虽然在不同压力和温度下水和水蒸汽的密度还在变化，但是在相同压力和温度下水和水蒸汽的密度相同。即水可以直接转变为水蒸汽，中间不需要经过饱和沸腾过程。 所谓“超临界”就是指水或水蒸汽的压力达到了“临界压力以上”。超临界机组就是在热机中水和水蒸汽工作压力超过临界压力的机组。 水和水蒸汽的压力由亚临界压力状态过渡到超临界压力状态，中间必然经过一个“临界”状态。根据热力学理论，水和水蒸汽的“临界”状态是由压力决定的，即所谓“临界压力”。 水的临界压力是22.129MPa、对应的温度是374.15℃。这一温度是蒸汽机组的锅炉工质所能达到的最高的饱和温度。 压力低于临界压力的水可以发生饱和沸腾相变过程，且对应一个压力下存在一个饱和温度；而压力高于临界压力的水则直接转变成“干蒸汽”，中间不发生饱和沸腾相变过程。  超临界机组的锅炉和汽轮机与亚临界机组有何不同？ 超临界机组的蒸汽参数大于临界压力，蒸汽和水的密度基本相同，首先受影响的是锅炉的水冷壁。锅炉水冷壁不能采用自然循环方式，必须采用强制流动方式。即以直流锅炉为主，也可采用复合循环方式，水冷壁的工作特性也不同于亚临界机组锅炉。 亚临界机组锅炉即可采用自然循环方式，也可采用直流锅炉形式。 超临界机组的汽轮机随蒸汽温度和压力的提高，热应力和胀差将增大，需要采用新金属材料或新技术。但汽轮机的工作特性与亚临界机组汽轮机基本相同。 超临界机组直流锅炉的工作原理 直流锅炉的主要问题 复合循环锅炉的工作原理 复合循环锅炉的特点 复合循环锅炉的特点 (1) 复合循环锅炉的主要技术是：直流锅炉系统＋复合循环泵。解决了直流锅炉低负荷运行时，水冷壁中因工质流量降低导致管子冷却不足和水动力不稳定的问题。 (2) 锅炉低负荷运行过程中，水冷壁出口的汽水混合物通过汽水分离器，分离出的水由循环泵加压后送入位于省煤器前或省煤器后的混合器，与给水混合后进入水冷壁，增加了水冷壁管内的工质流量。 (3) 锅炉负荷达到70％MCR以上时，循环泵停止工作，锅炉进入纯直流运行。循环管路中无工质通过。 (4) 负荷变化时，水冷壁管内工质流量变化不大，工作可靠性显著提高。 复合循环锅炉的特点 (5) 水冷壁的重量流速可按循环泵切除时的负荷选取，与直流锅炉相比，水冷壁的重量流速降低，一般为1100～1500kg/(m2s)，仅为直流锅炉的1/2左右，因而流动阻力小，可降低给水泵的能量消耗。 (6) 启动系统的容量小，可减小启动过程中的工质损失和热量损失。锅炉的最低负荷可降低到10％MCR，启动热损失仅为直流锅炉的15％～25％。 (7) 低负荷范围内运行时，工质流量变化小，温度变化幅度小，减小了热应力。有利于提高锅炉的变负荷性能。 (8) 锅炉出力很低时就可启动汽轮机，可以不设置保护再热器的低压旁路系统，并提高机组低负荷运行的经济性。 (9) 复合循环锅炉也可在全负荷范围内使水冷壁中有再循环工质通过，采用这种循环方式的锅炉称为低倍率循环锅炉。 1.1 超临界机组的热效率 日本、美国、俄罗斯、丹麦、韩国、德国等国家都十分注重发展超临界和超超临界机组。例如，丹麦的一台411MW纯凝汽式机组蒸汽参数为285 bar/580℃/580℃/580℃，循环热效率达到47％。据推算发电煤耗约为255g/kw.h。 国内亚临界机组的循环热效率为37%，发电煤耗约为340g/kw.h。与世界目前及未来先进水平的热效率相差10~18%，多消耗燃料量25~30%以上，污染物的总排放量也相应增加了25~30%以上。石洞口、绥中、盘山等电厂的10台超临界机组发电煤耗约为320 g/kw.h。 1.2 蒸汽参数及再热对热效率的影响 据ABB公司和日本东芝公司的研究: 一次中间再热机组，蒸汽温度提高20℃，循环热效率大约可提高1％；蒸汽压力每提高