超臨界機(jī)組論述

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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級,,第三級,,第四級,,第五級,,,,,,,,,,,,,,,,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級,,第三級,,第四級,,第五級,,,,,超臨界機(jī)組,,,2024/10/14,,,,,,,超臨界機(jī)組的相關(guān)知識,,2.,超臨界鍋爐的中間點(diǎn)溫度控制,,3.,螺旋管圈和垂直管屏水冷壁的特點(diǎn),,4.,超臨界機(jī)組的金屬材料,,5.,超臨界鍋爐的汽溫控制,,6,.,超臨界鍋爐的啟動(dòng)系統(tǒng),,7.,超臨界鍋爐的燃燒技術(shù),,8.,超臨界機(jī)組的旁路系統(tǒng)與啟動(dòng)模式,,9.,結(jié)束語,,內(nèi)容簡介,2024/10/14,,1.1,超臨

2、界機(jī)組的相關(guān)知識,,超臨界機(jī)組是指發(fā)電機(jī)組的蒸汽參數(shù)達(dá)到臨界壓力以上的機(jī)組。目前，世界上超臨界機(jī)組的蒸汽參數(shù)以24,MPa,、540℃/540℃,為基礎(chǔ),。,,何謂超超臨界機(jī)組？世界上尚未有統(tǒng)一的規(guī)范劃分。行業(yè)界認(rèn)為，蒸汽參數(shù)達(dá)到,27MPa/580℃/600℃,以上的高效超臨界機(jī)組，屬于超超臨界機(jī)組。即由于蒸汽壓力和蒸汽溫度提高，機(jī)組熱效率達(dá)到,43%,～,48,％或以上，供電煤耗為,260,g/kw.h,～,290,g/kw.h,，比同容量的常規(guī)超臨界機(jī)組效率提高,5,％或更高，且致使鍋爐和汽輪機(jī)所用鋼材發(fā)生較大變化的機(jī)組。,2024/10/14,水和水蒸汽的壓力由亞臨界壓力狀態(tài)過渡到超臨

3、界壓力狀態(tài)，中間必然經(jīng)過一個(gè),“,臨界,”,狀態(tài)。根據(jù)熱力學(xué)理論，水和水蒸汽的,“,臨界,”,狀態(tài)是由壓力決定的，即所謂,“,臨界壓力,”,。 水的臨界壓力是22.129,MPa,、,對應(yīng)的溫度是374.15℃。這一溫度是蒸汽機(jī)組的鍋爐工質(zhì)所能達(dá)到的最高的飽和溫度。 壓力低于臨界壓力的水可以發(fā)生飽和沸騰相變過程，且對應(yīng)一個(gè)壓力下存在一個(gè)飽和溫度；而壓力高于臨界壓力的水則直接轉(zhuǎn)變成,“,干蒸汽,”,，中間不發(fā)生飽和沸騰相變過程。,什么是臨界壓力？,2024/10/14,,,,,,S,T,,,P,2,P,1,P,lj,P,2,＞ P,1,水蒸汽性質(zhì)的Ｔ—Ｓ圖,2024/10/14,

4、,,,,,,s,2024/10/14,,在臨界壓力以下，水可以由液態(tài)經(jīng)過加熱蒸發(fā)和過熱過程，變?yōu)闇囟雀哂趯?yīng)壓力下的沸點(diǎn)溫度，從而能滿足汽輪機(jī)要求并推動(dòng)汽輪機(jī)作功的過熱蒸汽。而在臨界壓力以上，由水變?yōu)樗羝蜎]有沸騰過程了。雖然在不同壓力和溫度下水和水蒸汽的密度還在變化，但是在相同壓力和溫度下水和水蒸汽的密度相同。即水可以直接轉(zhuǎn)變?yōu)樗羝?，中間不需要經(jīng)過飽和沸騰過程。,,所謂“超臨界”就是指水或水蒸汽的壓力達(dá)到了“臨界壓力以上”。超臨界機(jī)組就是在熱機(jī)中水和水蒸汽工作壓力超過臨界壓力的機(jī)組,。,,,什么是超臨界？,2024/10/14,超臨界機(jī)組的鍋爐和汽輪機(jī)與亞臨界機(jī)組有何不同？,,超臨界機(jī)

5、組的蒸汽參數(shù)大于臨界壓力，蒸汽和水的密度基本相同，首先受影響的是鍋爐的水冷壁。鍋爐水冷壁不能采用自然循環(huán)方式，必須采用強(qiáng)制流動(dòng)方式。即以直流鍋爐為主，也可采用復(fù)合循環(huán)方式，水冷壁的工作特性也不同于亞臨界機(jī)組鍋爐。,,亞臨界機(jī)組鍋爐即可采用自然循環(huán)方式，也可采用直流鍋爐形式。,,超臨界機(jī)組的汽輪機(jī)隨蒸汽溫度和壓力的提高，熱應(yīng)力和脹差將增大，需要采用新金屬材料或新技術(shù)。但汽輪機(jī)的工作特性與亞臨界機(jī)組汽輪機(jī)基本相同。,2024/10/14,超臨界機(jī)組直流鍋爐的工作原理,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,給水泵,,省煤器,,水冷壁,,過熱器,,直流鍋爐的工作原理,2024/10/14,直流鍋爐水冷

6、壁管內(nèi)工質(zhì)流量隨負(fù)荷呈線性變化。低負(fù)荷時(shí)流量過低，水冷壁冷卻不足，成為影響安全運(yùn)行的主要因素。,,直流鍋爐水冷壁管內(nèi)工質(zhì)流動(dòng)阻力比較大，需要用給水泵的壓頭來克服。例如，蒸汽參數(shù)為,25MPa/540℃/540℃,的,600MW,超臨界鍋爐水冷壁的流動(dòng)壓降在額定負(fù)荷時(shí)為,1.84MPa,，而過熱器的總壓降為,1.52,MPa,，省煤器的總壓降為,0.23MPa,。即水冷壁的流動(dòng)阻力約占汽水流程總阻力的,50%,以上，需要提高給水泵的總壓頭。不但要求提高給水泵的設(shè)計(jì)水平和制造工藝，而且增加運(yùn)行電耗。,,直流鍋爐的主要問題,,復(fù)合循環(huán)鍋爐的工作原理,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

7、,,,,,,,,復(fù)合循環(huán)鍋爐的工作原理,2024/10/14,復(fù)合循環(huán)鍋爐的特點(diǎn),,,,鍋爐負(fù)荷,30%,0,100%,水冷壁工質(zhì)流量,直流工況,循環(huán)流量,采用復(fù)合循環(huán)，鍋爐在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，水冷壁中的工質(zhì)流量增加。,2024/10/14,,復(fù)合循環(huán)鍋爐的特點(diǎn),(1),復(fù)合循環(huán)鍋爐的主要技術(shù)是：直流鍋爐系統(tǒng)＋循環(huán)泵。解決了直流鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，水冷壁中因工質(zhì)流量降低導(dǎo)致管子冷卻不足和水動(dòng)力不穩(wěn)定的問題。,,(2) 鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行過程中，水冷壁出口的汽水混合物通過汽水分離器，分離出的水由循環(huán)泵加壓后與給水混合后進(jìn)入水冷壁，增加水冷壁管內(nèi)的工質(zhì)流量。,,(3) 鍋爐負(fù)荷達(dá)到,30,％,MCR,以上時(shí)

8、，循環(huán)泵停止工作，鍋爐進(jìn)入純直流運(yùn)行。循環(huán)管路中無工質(zhì)通過。,,(,4),水冷壁的最小重量流速可按循環(huán)泵切除時(shí)的負(fù)荷選取，質(zhì)量流速一般為,700,～,2800kg/(m,2,s),。,2024/10/14,2,超臨界機(jī)組的,,,熱效率與煤耗,,1.,2.1,超臨界機(jī)組的熱效率,美國、日本、俄羅斯、丹麥、韓國、德國等國家都十分注重發(fā)展超臨界和超超臨界機(jī)組。例如，丹麥的一臺(tái)411,MW,純凝汽式機(jī)組蒸汽參數(shù)為285,bar/580℃/580℃/580℃，,循環(huán)熱效率達(dá)到47％。據(jù)推算發(fā)電煤耗約為255,g/kw.h,。,,,國內(nèi)亞臨界機(jī)組的循環(huán)熱效率為37%，發(fā)電煤耗約為340,g/kw.h,。,

9、與世界目前及未來先進(jìn)水平的熱效率相差10~18%，多消耗燃料量25~30%以上,，,污染物的總排放量也相應(yīng)增加了25~30%以上。石洞口、綏中、盤山等電廠的10臺(tái)超臨界機(jī)組發(fā)電煤耗約為320,g/kw.h,。,,2024/10/14,1.2,.2,,蒸汽參數(shù)及再熱對熱效率的影響,,據(jù),ABB,公司和日本東芝公司的研究:,,一次中間再熱機(jī)組，蒸汽溫度提高20℃，循環(huán)熱效率大約可提高1％；蒸汽壓力每提高10,bar，,循環(huán)熱效率大約可提高0.2％。,,二次中間再熱與一次再熱相比，熱效率大約可提高2％。,,蒸汽參數(shù)條件由180,bar/540℃/540℃,提高到300,bar/600℃/600℃,時(shí)

10、，相對熱效率大約可提高6％。,,,,1.,2.3,,凝汽器壓力和給水溫度對熱效率的影響,(1),GEC-ALSTHOM,改進(jìn)型汽輪機(jī)凝汽器背壓由2.3,KPa,降低到2.1,KPa,，,熱效率提高0.3%。,,(2),GEC,同臺(tái)機(jī)組給水溫度由275℃提高到300℃，給水泵功率下降6%，熱效率提高2%。,,(3),ABB,改進(jìn)型汽輪機(jī)凝汽器背壓由4.6,KPa,降低到3.7,KPa,，,熱效率提高0.7%。,,(4),ABB,同臺(tái)機(jī)組給水溫度提高10℃，汽輪機(jī)相對效率提高0.6%；高壓加熱器由2臺(tái)增加到3臺(tái)，汽輪機(jī)相對效率提高0.15%；低壓加熱器由4臺(tái)增加到5臺(tái)，汽輪機(jī)相對效率提高0.1%。

11、,,,,2024/10/14,1.,2.4,蒸汽參數(shù)和熱效率的關(guān)系,1.,2.5,煤耗與熱效率的統(tǒng)計(jì)關(guān)系,,1.,2.6,超臨界鍋爐的給水和主汽壓力,,1.,2.7,鍋爐壓降損失對循環(huán)熱效率的影響,蒸汽壓力提高1,MPa,，,循環(huán)熱效率提高0.2%。但是蒸汽參數(shù)相同的超臨界機(jī)組，循環(huán)熱效率未必相同，除了汽輪機(jī)的技術(shù)因素外，影響熱效率的主要因素在于鍋爐的壓降損失。其中水冷壁壓降損失阻力約占50%。,,石洞口600,MW,鍋爐的壓降損失100%負(fù)荷時(shí)約為4,MPa,，,而同參數(shù)綏中電廠800,MW,鍋爐的壓降損失100%負(fù)荷時(shí)約為6,MPa,。,比亞臨界 600,MW,鍋爐大2~4,MPa,。,1

12、.3,超臨界機(jī)組的,,可靠性和,,受影響的部件,,1.3,超臨界機(jī)組的可靠性,70年代早期以前，超臨界機(jī)組的可靠性明顯的低于亞臨界機(jī)組，主要表現(xiàn)為鍋爐水冷壁爆管頻繁。由于當(dāng)時(shí)沒有認(rèn)識到超臨界壓力下管內(nèi)工質(zhì)存在著類似于亞臨界壓力下的膜態(tài)沸騰現(xiàn)象，同時(shí)，因?yàn)槟透邷馗邏旱慕饘俨牧蠑?shù)量少，價(jià)格高，性能差。,,80年代以后，隨著耐高溫高壓金屬材料的生產(chǎn)水平不斷提高和超臨界機(jī)組技術(shù)逐步趨于成熟，其可靠性與亞臨界機(jī)組接近，可達(dá)80%以上。國際先進(jìn)水平可達(dá)90%。,,,2024/10/14,,1.4,亞臨界轉(zhuǎn)變?yōu)槌R界時(shí)受影響的部件,鍋爐壓力部件與啟動(dòng)系統(tǒng)：水冷壁、過熱器、集汽聯(lián)箱、內(nèi)置式分離器；,,汽輪機(jī)特

13、高壓缸：汽缸、轉(zhuǎn)子、主汽閥等；,,機(jī)爐間的聯(lián)結(jié)管道：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)機(jī)；,,凝結(jié)水精處理裝置--化學(xué)水處理。,,,,1.5,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。,1.6,超臨界機(jī)組的投資,機(jī)組類型,單位投資,,(,元,/kW,),含煙氣處理設(shè)備,,單位投資,,(,元,/kW,),供電煤耗,,(,g/kwh,),廠用電,,％,超臨界,2,×,600MW,3507,5493,,(,含,FGD,),324,6.0,超

14、超臨界,2,×,600MW,3647,5548,,(,含,FGD+SNCR,),,325,6.2,亞臨界,2,×,300,MWCFB,,5413,,341,7.0,亞臨界,2,×,600 MW,3372,,,,2024/10/14,1.7,國外超臨界機(jī)組發(fā)展目標(biāo),年份 1998 2001 2005 2015,,高壓蒸汽壓力 290 305 335 400,,高壓蒸汽溫度 582 582 610 700,,再熱蒸汽壓力 80 74 93 112,,再熱蒸汽溫度 580 600 630 720,,蒸

15、汽循環(huán)效率 47 49,>50,55,,,,1.8,國內(nèi)超臨界機(jī)組,參數(shù),單位,600MW,超臨界機(jī)組,,,,1000MW,超超臨界機(jī)組,,,機(jī)組功率,MW,600,600,600,1000,1000,1000,蒸汽流量,MCR,t/h,1900,1900,1795,2953,2953,3033,過熱蒸汽壓力,MPa,25.4,25.4,26.15,27.56,27.65,26.25,過熱蒸汽溫度,℃,543,571,605,605,605,605,再熱蒸汽流量,t/h,1640.3,1607.6,1464,2457,2446,2469.7,再熱蒸汽進(jìn)口壓力,MPa,4.61,4.71

16、,4.84,6.0,4.92,4.99,再熱蒸汽出口壓力,MPa,4.42,4.52,4.64,5.8,4.77,4.79,再熱蒸汽進(jìn)口溫度,℃,297,322,350,359,375,356.3,再熱蒸汽出口溫度,℃,569,569,603,603,603/613,603,給水溫度,℃,283,284,293,296,297,302.4,燃燒方式,,對沖燃燒,對沖燃燒,四角燃燒,雙切圓燃燒,雙切圓燃燒,對沖燃燒,水冷壁型式,,螺旋管圈,,垂直管屏,螺旋管圈,,垂直管屏,垂直管屏,垂直管屏,垂直管屏,螺旋管圈,,垂直管屏,水冷壁管,,內(nèi)螺紋管,內(nèi)螺紋管,內(nèi)螺紋管,內(nèi)螺紋管,內(nèi)螺紋管,內(nèi)螺紋管,

17、鍋爐制造廠,,北京巴威,東方鍋爐,哈爾濱鍋爐,哈爾濱鍋爐,上海鍋爐,東方鍋爐,電廠,,蘭溪,沁北,河源,玉環(huán),,鄒縣,超臨界鍋爐的水動(dòng)力特性和傳熱特性及中間點(diǎn)溫度控制,,2.1,,超臨界鍋爐運(yùn)行的主要特點(diǎn),(,1)超臨界壓力下，水冷壁管內(nèi)工質(zhì)溫度不像亞臨界那樣具有恒定的飽和溫度，而是隨吸熱量增加，溫度升高，水冷壁金屬溫度變化較大。,,(2)控制下輻射區(qū)水冷壁出口溫度不高于工作壓力對應(yīng)的擬臨界溫度，將工質(zhì)吸熱能力最強(qiáng)的大比熱區(qū)避開熱負(fù)荷最高的燃燒器區(qū)。,,(3)汽溫控制應(yīng)有超前信號，分離器出口溫度作為中間點(diǎn)信號，以中間點(diǎn)溫度為參考調(diào)節(jié)煤水比。,,(4)最佳煤水比隨燃料燃燒特性和工作壓力而變化

18、，單燒煤粉時(shí)煤水比較大，煤油混燒時(shí)煤水比較小。,2024/10/14,蒸汽參數(shù)為,25.4MPa/570℃/570℃,的超臨界鍋爐水冷壁出口溫度在額定負(fù)荷時(shí)為,427℃,，工質(zhì)在水冷壁中的溫升大約為,94.1℃,。在過熱器中的溫升為,144℃,，在省煤器中的溫升為,53℃,?？梢姽べ|(zhì)從進(jìn)入鍋爐開始，在包括水冷壁之前的受熱面中溫度提高幅度占工質(zhì)總溫升的,50,％以上，而水冷壁是吸熱變化最大的區(qū)域。,2.2 600MW,超臨界鍋爐特性,,2.3,水冷壁工質(zhì)溫度隨吸熱量變化,因?yàn)樗浔谥泄べ|(zhì)溫度隨吸熱量變化，而水冷壁出口工質(zhì)溫度的變化必然首先直接影響到過熱汽溫。,,超臨界鍋爐中間點(diǎn)溫度是指水冷

19、壁出口汽水分離器中工質(zhì)的溫度。,,水冷壁在超臨界壓力下工作，管內(nèi)工質(zhì)溫度隨著吸熱量的增加而提高。當(dāng)中間點(diǎn)溫度變化時(shí)，實(shí)際上反映的是水冷壁吸熱量的變化，這與亞臨界壓力的汽包鍋爐是不同的。,,,2.4,,熱強(qiáng)度越大的管子流量越小,,超臨界鍋爐水冷壁為強(qiáng)制流動(dòng)。強(qiáng)制流動(dòng)的水冷壁管中工質(zhì)流量的自調(diào)節(jié)特性在正常情況下與自然循環(huán)汽包鍋爐相反，即受熱越強(qiáng)的管子中流量越小。這是因?yàn)?，超臨界鍋爐水冷壁中隨吸熱量增加，工質(zhì)溫度上升。而溫度上升引起工質(zhì)比容增大，流速提高，流動(dòng)阻力相應(yīng)增加，當(dāng)工質(zhì)流動(dòng)阻力增加到與管組兩端的壓差相同時(shí)，受熱強(qiáng)的管中工質(zhì)流量就會(huì)自動(dòng)減少。,,2.5,超臨界鍋爐水動(dòng)力及傳熱,在超臨界壓力工

20、作的水冷壁，管內(nèi)工質(zhì)溫度處于對應(yīng)壓力下的大比熱區(qū)范圍，隨著工質(zhì)吸熱量增加，工質(zhì)溫度變化不大，而工質(zhì)比容急劇增大，溫導(dǎo)系數(shù)急劇減小，容易引起水動(dòng)力不穩(wěn)定或流量分配不均，同時(shí)可能引起工質(zhì)對管壁的傳熱變差，導(dǎo)致類膜態(tài)沸騰,(1) 對應(yīng)每一個(gè)壓力狀態(tài)，存在一個(gè)擬臨界溫度；在擬臨界溫度附近，存在一個(gè)大比熱區(qū)；在擬臨界溫度左邊，工質(zhì)是水，右邊是汽；在大比熱區(qū)內(nèi)，水和水蒸汽的熱物理特性變化很大，即比容、黏度、溫導(dǎo)系數(shù)等熱物性參數(shù)變化很大。,,(2) 超臨界壓力下，水冷壁可能產(chǎn)生類膜態(tài)沸騰。主要原因是：吸熱增加時(shí)，工質(zhì)溫度提高，靠近管壁處的工質(zhì)比容增大，溫導(dǎo)系數(shù)下降，使水冷壁傳熱出現(xiàn)類似于亞臨界壓力下的膜態(tài)沸

21、騰。,,,2.6,,超臨界壓力下水和水蒸汽的熱物性,工質(zhì)熱物性是決定水冷壁傳熱的重要因素：,,①對應(yīng)一定壓力，工質(zhì)存在一個(gè)大比熱區(qū)。對應(yīng)比熱最大的溫度點(diǎn)叫擬臨界溫度。在大比熱區(qū)內(nèi)，工質(zhì)溫度隨吸熱量變化不大；在大比熱區(qū)外，工質(zhì)溫度隨吸熱量變化很大。,,②工質(zhì)比容和溫導(dǎo)系數(shù)在擬臨界溫度附近的大比熱區(qū)內(nèi)發(fā)生急劇變化。,,③壓力越高，擬臨界溫度向高溫區(qū)推移，影響水冷壁工作特性的工質(zhì)熱物理特性參數(shù)變化,(,即比熱、比容、溫導(dǎo)系數(shù),),逐漸減弱,。,,2.6,超臨界壓力下水和水蒸汽的熱物性,超臨界壓力下的工質(zhì)大比熱特性,2024/10/14,超臨界壓力下工質(zhì)的溫導(dǎo)系數(shù),2024/10/14,超臨界壓力下工

22、質(zhì)的比容,2024/10/14,超臨界壓力下工質(zhì)的黏度,2024/10/14,2.7,熱物性對水冷壁傳熱特性的影響,1,由于管子貼壁處流體溫度較高導(dǎo)熱系數(shù)卻降低，使導(dǎo)熱性差的流體與管壁接觸。 對于蒸汽參數(shù)為,25MPa,的超臨界鍋爐，水冷壁中工質(zhì)壓力大約為,30MPa,。對這一壓力下的工質(zhì)，溫度在,400℃,左右，正好處于比熱最大的擬臨界溫度。在,320℃,～,440℃,的變化范圍內(nèi)，溫導(dǎo)系數(shù)降低了,80,％左右，發(fā)生傳熱惡化的機(jī)會(huì)就會(huì)增加。,2.7,熱物性對水冷壁傳熱特性的影響,2.3,大比熱區(qū)內(nèi)工質(zhì)比容的急劇變化必然導(dǎo)致工質(zhì)的膨脹量增大，從而引起水動(dòng)力不穩(wěn)定或類膜態(tài)沸騰。密度降低時(shí)比熱同時(shí)

23、減小，導(dǎo)致貼壁處的工質(zhì)溫度上升。這種問題主要發(fā)生在光管水冷壁，內(nèi)螺紋管一般不會(huì)出現(xiàn)。,,在大比熱區(qū)外，工質(zhì)比熱很小，工質(zhì)溫度隨吸熱變化很大，容易直接引起管壁過熱。,,2024/10/14,2.8,超臨界鍋爐的水動(dòng)力多值性,G,△P,,a,b,,單相氣,單相液,,,,,(1) 需要耐高溫、抗蠕變、高強(qiáng)度金屬材料,高蒸汽參數(shù)部件采用9%,Cr、12%Cr,新材料。蒸汽溫度為580~600℃時(shí)，采用新鋼材。,,(2) 化學(xué)水處理：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。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。,,(3) 鍋爐水冷壁的變壓運(yùn)

24、行技術(shù)。成熟的技術(shù)是螺旋管，采用內(nèi)螺紋管垂直管屏的鍋爐將投入運(yùn)行。,2.9,超臨界鍋爐的特殊問題,,2.10,中間點(diǎn)溫度控制,控制中間點(diǎn)溫度的目標(biāo),,作為汽溫控制的超前信號,,防止水冷壁發(fā)生類膜態(tài)沸騰以及過熱,,保護(hù)水冷壁的報(bào)警信號,,保證汽輪機(jī)正常運(yùn)行的重要條件,,,2024/10/14,2024/10/14,2.10.1,防止水冷壁發(fā)生類膜態(tài)沸騰以及過熱,變壓運(yùn)行的,600MW,超臨界鍋爐在,70%,負(fù)荷以下時(shí)，水冷壁在亞臨界壓力范圍內(nèi)工作，水冷壁中工質(zhì)溫度隨壓力提高而上升。在,70%,負(fù)荷以上，水冷壁進(jìn)入超臨界壓力范圍工作，水冷壁中工質(zhì)溫度隨吸熱量增加而上升?？刂扑浔谥泄べ|(zhì)溫度，可以防

25、止超臨界壓力時(shí)的類膜態(tài)沸騰和管壁過熱超溫。,,更多的技術(shù)措施：采用內(nèi)螺紋管，控制質(zhì)量流速，增加管圈傾角，控制水冷壁熱負(fù)荷，抵消熱偏差等。,2024/10/14,2.10.2,保護(hù)水冷壁的報(bào)警信號,對于內(nèi)螺紋管水冷壁，由于流體在管內(nèi)受到旋轉(zhuǎn)作用力，密度高的流體總是貼壁流動(dòng)，因而可以防止膜態(tài)沸騰或類膜態(tài)沸騰，但是當(dāng)熱負(fù)荷過高或水冷壁流量低于限制發(fā)生傳熱惡化的最低質(zhì)量流速,(,例如,723.6 Kg/m2s),時(shí)，管壁過熱的可能性仍然存在。因此當(dāng)鍋爐進(jìn)入純直流運(yùn)行狀態(tài)后，中間點(diǎn)溫度超過允許值時(shí)應(yīng)發(fā)出警報(bào)。,2024/10/14,2.10.3,,優(yōu)化控制中間點(diǎn)溫度的重要性,,在超臨界壓力下運(yùn)行的鍋爐，

26、水冷壁中工質(zhì)溫度隨吸熱量的變化而變化，而水冷壁出口工質(zhì)溫度的變化必然首先直接影響到過熱汽溫。,,中間點(diǎn)溫度作為控制過熱汽溫的超前信號或首要參考溫度顯然是十分關(guān)鍵的。,,中間點(diǎn)溫度的變化不僅與水冷壁的吸熱量有關(guān)，而且與水冷壁進(jìn)口工質(zhì)溫度和給水流量調(diào)節(jié)有關(guān)。,,中間點(diǎn)溫度的控制對于防止水冷壁發(fā)生膜態(tài)沸騰或類膜態(tài)沸騰以及防止水冷壁管壁過熱是十分重要的。,2024/10/14,2.10.4,,優(yōu)化控制中間點(diǎn)溫度的重要性,合理控制中間點(diǎn)溫度可以使煙氣溫度最高的區(qū)域中保持較低的金屬管壁溫度，可減輕金屬的高溫腐蝕，減輕積灰和結(jié)渣等，提高水冷壁管子的壽命和運(yùn)行可靠性。,2024/10/14,2.10.5,優(yōu)化

27、控制中間點(diǎn)溫度的重要性,對于蒸汽參數(shù)接近于,25MPa/540/540,或,25MPa/570℃/570℃,的超臨界鍋爐，水冷壁出口溫度的設(shè)計(jì)值大約都在,420℃,～,430℃,范圍內(nèi)，處于微過熱狀態(tài)，參數(shù)略有波動(dòng)，布置在高熱負(fù)荷區(qū)域的出口段水冷壁就可能過熱，引起管子超溫，,800MW,超臨界鍋爐爐膛折焰角上部的費(fèi)斯頓管爆管事故已經(jīng)證明了這一問題的存在。因此水冷壁出口管段最好布置在熱負(fù)荷較低的爐頂或低溫?zé)煹乐小?2024/10/14,,2.10.6,,中間點(diǎn)溫度寧低勿高，但不可過低,超臨界鍋爐在臨界壓力以上運(yùn)行時(shí)，如遇到煤質(zhì)變化等影響不易控制時(shí)，中間點(diǎn)溫度控制值寧低勿高。但最低不超過設(shè)計(jì)值－,

28、10℃,。,,在亞臨界壓力以下運(yùn)行時(shí)，中間點(diǎn)溫度不宜過低，否則會(huì)引起分離器帶水運(yùn)行和過熱器進(jìn)水以及蒸汽欠溫，影響汽輪機(jī)正常運(yùn)行。,2024/10/14,2.10.7,影響中間點(diǎn)溫度的主要因素,,燃料品質(zhì)變化引起爐內(nèi)輻射換熱量變化，導(dǎo)致水冷壁管內(nèi)工質(zhì)溫度變化。,,超臨界鍋爐水冷壁系統(tǒng)工質(zhì)和金屬的儲(chǔ)熱量減小，熱敏感性增強(qiáng)，從而燃燒工況變化對水冷壁傳熱的影響要比自然循環(huán)鍋爐大得多。,,2024/10/14,2.10.7,影響中間點(diǎn)溫度的主要因素,超臨界鍋爐省煤器出口工質(zhì)溫度直接影響下輻射區(qū)水冷壁中工質(zhì)吸熱量和出口工質(zhì)溫度，省煤器中工質(zhì)溫升幾乎占鍋爐給水至蒸發(fā)結(jié)束的,30,％，因而成為影響鍋爐整體運(yùn)行

29、調(diào)節(jié)的重要部分。而省煤器的工作參數(shù)不僅與自身傳熱特性有關(guān)，還和加熱器尤其是高壓加熱器的運(yùn)行有關(guān)，致使影響水冷壁工質(zhì)溫度的因素更加復(fù)雜化。,2024/10/14,2.10.8,控制中間點(diǎn)溫度的關(guān)鍵點(diǎn),以水煤比控制為主。,,運(yùn)行壓力決定工質(zhì)熱物性的變化。,,控制下輻射區(qū)水冷壁出口溫度不超過,400℃,。,,受熱面積灰結(jié)渣。,,高加及給水溫度控制影響水冷壁進(jìn)口水溫。,,,2024/10/14,2024/10/14,2024/10/14,2024/10/14,2024/10/14,2024/10/14,3.,螺旋管圈,,和垂直管屏,,水冷壁特點(diǎn),螺旋管圈和垂直管屏,2024/10/14,內(nèi)螺紋管,光管

30、,2024/10/14,,,,垂直管屏水冷壁,2024/10/14,,,,,垂直管屏水冷壁結(jié)構(gòu)簡單，容易實(shí)現(xiàn)膜式壁結(jié)構(gòu)，形成氣密式水冷壁，且容易懸吊，檢修方便。,,為了提高爐膛下輻射區(qū)水冷壁管內(nèi)的重量流速[,MCR,負(fù)荷時(shí)2800,kg/(m,2,s)，30%MCR,負(fù)荷時(shí)不低于800,kg/(m,2,s)]，,避免產(chǎn)生較大的熱偏差，下輻射區(qū)水冷壁采用二次垂直上升管屏的型式，兩個(gè)流路之間用不受熱的下降管相連接。同時(shí)，兩個(gè)流路之間出現(xiàn)進(jìn)行工質(zhì)再分配的中間聯(lián)箱。,,3.1,垂直管屏水冷壁特點(diǎn)分析,2024/10/14,,,垂直管屏有中間聯(lián)箱，使工質(zhì)重新分配且第一流路出口的工質(zhì)溫度升高，比容增大，故

31、進(jìn)入第二流路的工質(zhì)流量分配就可能不均勻，低負(fù)荷變壓運(yùn)行時(shí)，這種現(xiàn)象更明顯。主要原因是： (1)工質(zhì)經(jīng)過亞臨界壓力區(qū)，工質(zhì)比容變化很大，導(dǎo)致流量分配不均； (2)工質(zhì)流量減少，質(zhì)量流速降低，使得工質(zhì)流量分配的不均勻程度增大。導(dǎo)致受熱較強(qiáng)的水冷壁管中流量反而減少，使個(gè)別管子處于危險(xiǎn)的工作狀態(tài)。 傳統(tǒng)垂直管屏水冷壁對變壓運(yùn)行的適應(yīng)性較差。,,3.2,,傳統(tǒng)技術(shù)垂直管屏不適應(yīng)變壓運(yùn)行,2024/10/14,2024/10/14,,,,,3.3,,垂直管屏變壓運(yùn)行新技術(shù),1.2,水冷壁采用內(nèi)螺紋管、低質(zhì)量流速、一次垂直上升管屏。,,設(shè)計(jì)低質(zhì)量流速的意圖：降低流動(dòng)阻力壓降，提高重位壓降

32、所占比例，將強(qiáng)制流動(dòng)的負(fù)流量補(bǔ)償特性轉(zhuǎn)變?yōu)檎髁垦a(bǔ)償特性，部分抵銷熱偏差對管壁溫度的影響。,2024/10/14,,,,(13-21),,上升流動(dòng)：,下降流動(dòng)：,垂直管屏和螺旋管圈比較,3.3,,垂直管屏變壓運(yùn)行新技術(shù),3.4.5,采用內(nèi)螺紋管抵抗亞臨界壓力范圍內(nèi)可能出現(xiàn)的膜態(tài)沸騰。,,下輻射區(qū)和上輻射區(qū)水冷壁之間采用混合集箱，消除下輻射區(qū)水冷壁出口的工質(zhì)溫度偏差。,,采用無雙面曝光水冷壁的單爐膛爐型結(jié)構(gòu)，獨(dú)立的反向雙切圓燃燒方式，用輻射熱偏差部分抵銷對流熱偏差的影響，減小水冷壁的吸熱偏差，減小水冷壁的壁溫偏差。,2024/10/14,3.3,,垂直管屏變壓運(yùn)行新技術(shù),6.7,在低溫?zé)煹纼?nèi)布置

33、蒸發(fā)器，解決低壓下蒸發(fā)不足和水冷壁進(jìn)口水欠焓過大的問題，保證進(jìn)入水冷壁的工質(zhì)處于濕蒸汽區(qū)。,,根據(jù)熱負(fù)荷分配，在水冷壁進(jìn)口部位加不同孔徑的節(jié)流圈，減小流量分配偏差。,2024/10/14,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

34、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

35、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

36、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2024/10/14,2024/10/14,3.4,垂直管屏內(nèi)螺紋管水冷壁的主要優(yōu)點(diǎn),結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)膜式壁結(jié)構(gòu)；,,爐型設(shè)計(jì)靈活，符合各種燃料燃燒的要求；,,當(dāng)水冷壁設(shè)計(jì)成低質(zhì)量流速時(shí)，還具有自補(bǔ)償特性，可以部分抵消強(qiáng)制流動(dòng)的流量偏差；,,垂直管屏內(nèi)螺紋管水冷壁技術(shù)可以降低質(zhì)量流速,,,減小了水冷壁的阻力損失，降低了給水泵的功率消耗。,,2024/10/14,3.4,垂直管屏內(nèi)螺紋管水冷壁的主要優(yōu)點(diǎn),制造工藝和懸吊結(jié)構(gòu)簡單；,,安裝現(xiàn)場的焊接工作量??；,,檢修工藝簡單快速；,,

37、運(yùn)行中灰渣容易脫落，積灰結(jié)渣減少；水冷壁吸熱變化時(shí)，管內(nèi)流量變化較??；,,2024/10/14,積灰、結(jié)渣情況：,2024/10/14,,,,3.5,垂直管屏變壓運(yùn)行實(shí)例,哈爾濱鍋爐廠,1000MW,超超臨界直流鍋爐采用了一次上升內(nèi)螺紋管垂直管屏水冷壁，質(zhì)量流速為,450,～,1800kg/(m2.s),。而采用螺旋管圈水冷壁的,600 MW,超臨界直流鍋爐，在額定負(fù)荷下的質(zhì)量流速為,2200,～,2800kg/(m2.s),。,,,,螺旋管圈水冷壁,2024/10/14,,3.6,螺旋管圈水冷壁適合變壓運(yùn)行,(1) 工作在下輻射區(qū)的水冷壁同步經(jīng)過受熱最強(qiáng)的區(qū)域和受熱最弱的區(qū)域。(2) 工質(zhì)

38、在下輻射區(qū)一次性沿著螺旋管圈上升，沒有中間聯(lián)箱，在工質(zhì)比容變化最大的階段避免了再分配。(3) 不受爐膛周界的限制,可靈活選擇并列工作的水冷壁管子根數(shù)和管徑，保證較大的重量流速(下輻射區(qū)水冷壁達(dá),2800,kg/m,2,s,,上輻射區(qū)2000,kg/m,2,s)。,(4),水冷壁能夠工作在熱偏差最小和流量偏差最小的良好狀態(tài)。因此，其水動(dòng)力穩(wěn)定性較高，不會(huì)產(chǎn)生停滯和倒流，可以不裝節(jié)流圈，最適合變壓運(yùn)行。,3.7,螺旋管圈水冷壁的缺點(diǎn),需要專門的懸吊架，安裝、檢修工藝復(fù)雜。,,水冷壁熱偏差與,螺旋管圈,盤旋圈數(shù)有關(guān)，600,MW,鍋爐盤旋圈數(shù)1.74圈。盤旋圈數(shù)越少，并列工作的水冷壁管數(shù)越多，在低

39、負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，熱偏差較大，且流量偏差增大，同樣出現(xiàn)水冷壁超溫現(xiàn)象。,,質(zhì)量流速提高，流動(dòng)阻力增大，給水泵壓頭提高。,,3.8,螺旋管圈水冷壁變壓運(yùn)行特性1.2,超臨界參數(shù)鍋爐變壓運(yùn)行時(shí)，工作壓力隨負(fù)荷變化。在7,0,％,MCR,負(fù)荷以下時(shí)，水冷壁在亞臨界壓力區(qū)工作，管內(nèi)工質(zhì)是汽水混合物，比容變化較大。此時(shí)如果管外熱流密度過高，不僅容易引起膜態(tài)沸騰，還會(huì)引起較大的工質(zhì)熱膨脹。,,超臨界壓力鍋爐在低負(fù)荷變壓運(yùn)行時(shí)，下輻射區(qū)出口的壓力比較低，50％,MCR,負(fù)荷時(shí)的中間點(diǎn)壓力為13Ｍ,Pa，,這時(shí)飽和汽的比容是水的比容的8.1倍以上，汽水的比容差顯著增大。,,3.9,螺旋管圈水冷壁變壓運(yùn)行特性3,低負(fù)

40、荷運(yùn)行時(shí),螺旋管圈進(jìn)口工質(zhì)溫度降低，工質(zhì)欠焓增大，當(dāng)部分水冷壁結(jié)渣或積灰或火焰偏移時(shí)，將使各水冷壁管的沸騰點(diǎn)不同步地推遲，此時(shí)盡管水冷壁的總流量是不變的，但是各管內(nèi)工質(zhì)流量分配不均或流量時(shí)大時(shí)小，出現(xiàn)流動(dòng)不穩(wěn)定現(xiàn)象。因此應(yīng)特別注意低負(fù)荷下的水動(dòng)力不穩(wěn)定性。負(fù)荷越低壓力越低，越容易出現(xiàn)水動(dòng)力不穩(wěn)定性。,3.10,,螺旋管圈水冷壁變壓運(yùn)行特性,4,變壓運(yùn)行的超臨界直流鍋爐啟動(dòng)時(shí)處于無壓或低壓狀態(tài),隨著燃燒率的增加,工質(zhì)溫度和壓力不斷提高，水冷壁管中的汽水膨脹使得水冷壁出口的流量遠(yuǎn)大于給水量，這將影響到分離器的水位變化特性和系統(tǒng)的水動(dòng)力穩(wěn)定性。7,0,％,MCR,負(fù)荷以上時(shí)，水冷壁進(jìn)入臨界壓力和超臨

41、界壓力區(qū)工作，影響水動(dòng)力穩(wěn)定性和傳熱特性的主要因素是工質(zhì)的大比熱特性。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,給水,再熱蒸汽,

42、,,,,,,,,,,4.,超臨界機(jī)組,,的金屬材料,,,,4.2,汽輪機(jī)中壓主要部件材料（,ABB）,bar/,℃,/,℃,180/540/540 240/600/599 300/600/600,,外缸,2.25%,CrMo,2.25%CrMo 1%CrMoV,,內(nèi)缸,1%,CrMo,1%CrMo 9%CrMoVNbN,,轉(zhuǎn)子,1%,CrMoV,10%CrMoVNbN,10%CrMoVNbN,,內(nèi)螺栓,11%,CrMoVNbN,11%CrMoVNbN,11%CrMoVNbN,,熱屏蔽,,,9%,CrMoVNbN,,,主汽閥,1%,CrMoV,9%,CrMo

43、VNbN,9%CrMoVNbN,,環(huán)形管,2.25%,CrMo,9%CrMoVNbN,9%CrMoVNbN,,,,,,,,,,2024/10/14,,,,4.3,汽輪機(jī)高壓主要部件材料（,ABB）,bar/,℃,/,℃,180/540/540 240/600/599 300/600/600,,外缸,2.25%,CrMo,2.25%CrMo,2.25%CrMo,,,內(nèi)缸,1%,CrMo,1%CrMoV 10%CrMoVNbN,,轉(zhuǎn)子,1%,CrMoV,1%CrMoV 10%CrMoVNbN,,內(nèi)螺栓,11%,CrMoVNbN,11%CrMo

44、VNbN Nimonic80A,,噴嘴套 1%,CrMoV,11%CrMoVNbN,11%CrMoVNbN,,主汽閥,1%,CrMoV,9%CrMoVNbN,9%CrMoVNbN,,環(huán)形管,2.25%,CrMo,9%CrMoVNbN,9%CrMoVNbN,,,注：,Nimonic80A,為鎳基合金,2024/10/14,,,,,,4.4,鍋爐主要部件材料(史密斯穆勒公司),蒸汽參數(shù),250/540/58/540 290/582/80/580/23/580 305/582/74/600,水冷壁,13,CrMo44 13CrMo44 13C

45、rMo44,,過熱器,X20CrMoV121 P91 P92,一次再熱器,X20CrMoV121 P91 P92,二次再熱器,P91,,主蒸汽管,X20CrMoV121 TPFG347H TPFG347H,一次再熱管,X20CrMoV121 TPFG347H TPFG347H,二次再熱管,TPFG347H,,,2024/10/14,,4.5 600MW,鍋爐金屬材料,受熱面,管子材料,允許溫度℃,,,,,,螺旋管圈水冷壁,垂直管屏水冷壁,屏式過熱器,高溫過熱器,高溫再熱器,低溫再

46、熱器,省煤器,13,CrMo44,（,15,CrMo,）,15,Mo3,（,16,Mo,）,10,CrMo910,（,12,Cr2Mo,）,X20CrMoV121,X20CrMoV121,,X8CrNiNb16B(1Cr19Ni11Nb),10,CrMo910,15,NiCuMoNb5,560,530,580,630-650,630-650,650,580,500,,,,,,,2024/10/14,4.6 800MW,鍋爐金屬材料,,,,,,,4.7,采用新材料的考慮(橘灣,1050,MW,機(jī)組,),,由,IHI,公司,為,橘灣電站,提供的1號機(jī)組蒸汽參數(shù)為,25.88,MPa/605℃

47、/4.61MPa/613℃，,該機(jī)組采用了大量高強(qiáng)度、耐高溫、抗蠕變、抗氧化、耐腐蝕性能強(qiáng)的新材料，降低了,汽水,分離器、過熱器、再熱器等管材的壁厚，減小了熱應(yīng)力，提高了鍋爐對負(fù)荷變化的跟蹤性能。,,,汽水分離器,采用,SBV62(SBV2mod)。,過熱器、再熱器采用,18,Cr10NiTiNb、,18,Cr9Ni3CuNbN,。,,溫度超過,600,℃,時(shí)，若采用奧氏體不銹鋼,TP347,，,壁厚將超過,11,mm,；,若采用,25,Cr20NiNbN,或,20,Cr25NbNTiB，,可使壁厚減少到,8,.4,mm。,,,2024/10/14,,4,.8,超臨界機(jī)組金屬材料主要決定于參數(shù)

48、,由亞臨界參數(shù)提高到超臨界參數(shù)，當(dāng)蒸汽溫度限制在545℃以下時(shí)，受影響的部件主要是鍋爐的水冷壁，汽輪機(jī)與亞臨界參數(shù)機(jī)組基本相同；,,當(dāng)蒸汽溫度提高到580℃，主蒸汽壓力提高到28,MPa,以上時(shí)，鍋爐水冷壁、過熱器、再熱器、聯(lián)箱、蒸汽管道、汽輪機(jī)高壓缸和第一、二級葉片、噴嘴、主汽門等必須采用新金屬材料。,4.9,材料與蒸汽參數(shù)及熱效率的關(guān)系,,,,25.0,MPa,27.0 30.0 31.5 35.0 540/585 585/600 600/620 620/620 700/720,4.10,耐高溫鐵素體

49、鋼適用范圍≤565℃,X12CrMo91(T9),美,,X20CrMoV121(F12),德 (轉(zhuǎn)子、汽缸、葉片、螺栓),,,X16CrMoVNbN92(H46),英 (轉(zhuǎn)子、汽缸、葉片、螺栓),,X10CrMoVNbN92(EM12),法,,X22CrMoWV121(AISI422),美,,X13CrMoVNbN101(FV488),英 (葉片、螺栓),,X19CrMoVNbN111(56T5),法 (葉片、螺栓),,11,CrMoVNbN(GE),美 (轉(zhuǎn)子),,12,CrMoWVNbB(TAF),日本 (葉片、螺栓),,,,4.11,新開發(fā)的耐高溫鐵素體鋼適用范圍≤600℃

50、,9,CrMoWNbV(NF616),日,,11,CrMoWCuNbVB(NF12),日,,11,CrWCuNiMoNbV(HCM12A),日.歐,,10,MoWCuMoVNbTa,(SAVE12),日,,X10CrMoVNb91(T91),美,,X18CrMoVNbB91,歐洲,,X12CrMoWVNbN1011,歐洲,,X20CrMoVNb121,歐洲,4.12,奧氏體鋼適用范圍600~650℃,25,Cr20NiNbN(HR3C\,火,SUS310J1HTB),≤650℃,,27Cr30NiNbCo(AC66)，≤650℃,,20CrNiNb(,合金,)，≤,650,℃,,20,Cr25

51、NiNbNTiB(NF709)，≤650℃,,X12CrNiWTi1613，,≤ 650℃,,X6CrNiMo1713(TP316H)，,≤ 650℃,,18,Cr10NiNb(,火,SUSTP347HTB)，≤600℃,,18Cr10NiTiNb(,火,SUS321J1HTB)，≤600℃,,18Cr9NiCuNbN (,火,SUS304J1HTB)，≤600℃,,,4.13,金屬和非金屬元素的性質(zhì),,Cr：,鉻,ge,，,防銹，強(qiáng)度高，韌性大，耐磨，耐腐蝕。,,Mo：,鉬,mu,，,強(qiáng)度高，耐熱。,,V：,釩,fan，,在常溫中不易氧化。,,Ni：,鎳,nie,，,硬度高，堅(jiān)韌，強(qiáng)度高，有

52、朔性，耐溫、耐蝕。,,Ti：,鈦,tai，,堅(jiān)韌性，耐高溫。,,Nb,：,鈮,ni,，,延展性，耐磨，硬度高，耐熱。,,W：,鎢,wu,，,堅(jiān)硬，堅(jiān)韌，耐高溫，高溫下硬度和形狀不變。,,Cu：,銅,tong，,導(dǎo)熱性，延展性。,,Co：,鈷,gu,，,超耐熱。,,Ta：,鉭,tan，,延展性，抗酸，抗堿。,,N：,氮,dan,，,惰性元素。,,B：,硼,peng,，,耐磨，熱穩(wěn)定性高。,,4.14,新材料的開發(fā),,,,,+,W,,,+W,Cu,,,,,,,,,,,NF616,,HCM124,STBA28,+,V,Nb,,STBA24,SUS304,+,Cu,N,-Ti,SUS321J1H,SU

53、STP347H,SUS310J1,+,Cr,Ni,Nb,N,+,Nb,,-Ti,+,Nb,SUS321H,改良型9~12%Ｃ,r,鐵素體材料,奧氏體材料,9,CrMoVNb,,4.15,,水冷壁金屬壁溫與材料的關(guān)系,,4.16,,水冷壁,金屬材料,蒸汽參數(shù)為（24~25,MPa）/540℃/（540~560℃）,的超臨界機(jī)組鍋爐水冷壁金屬材料采用鐵素體鋼,13,CrMo44，,適用溫度為450,℃~,460,℃，,不需要焊后熱處理。,,蒸汽參數(shù)為（28,MPa）/580℃/（580℃）,的超臨界機(jī)組鍋爐水冷壁金屬材料采用馬氏體鋼,T91（9%Cr）,和,HCM12（ 12%Cr），,這兩種鋼不

54、需要焊后熱處理，,HCM12,比,T91,的耐高溫、抗腐蝕性能更強(qiáng)。,,HCM2S,的高溫抗蠕變強(qiáng)度高于低鉻鐵素體鋼，可焊性好，焊后不需要熱處理，列為,SA213-T23,。,,4.17,,汽水分離器的,金屬材料,汽水分離器是超臨界直流鍋爐的厚壁元件，主要承受低周疲勞應(yīng)力。機(jī)組啟動(dòng)過程中負(fù)荷變化率越大，汽水分離器承受的應(yīng)力也越大。,,蒸汽參數(shù)為25,MPa/540℃/ 540℃,時(shí)，汽水分離器采用15,NiCuMoNb5、X20CrMoV121（F12）。,,蒸汽參數(shù)為28,MPa/580℃/ 580℃,時(shí)，汽水分離器采用的金屬材料為,P91，,與,X20CrMoV121,相比，,,P91,的

55、強(qiáng)度更高，可減小壁厚，提高鍋爐的變負(fù)荷性能。,,4.18,,過熱器的,金屬材料,蒸汽參數(shù)為24,MPa,~,26,MPa/540℃/540℃,的超臨界機(jī)組鍋爐過熱器，過熱器采用的金屬材料在日本為,TP321H,、,18Cr10NiTi、TP347H,、,18Cr10NiNb 。,在德國為13,CrMo44、10CrMo910、X20CrMoV121（F12）。,,蒸汽參數(shù)為28,MPa/580℃/580℃,的超臨界機(jī)組鍋爐過熱器，過熱器采用的金屬材料為,HCM12,和奧氏體鋼。,,在,600 ℃ / 600℃,汽溫下，管壁溫度達(dá)到,650℃~ 670℃,，應(yīng)選奧氏體鋼,TP347H,、,TP3

56、47HFG,、,Super340H,，部分高溫段管子用,20~25Cr,奧氏體鋼,HR3C,、,NF709,，奧氏體鋼的熱疲勞性能不高，對于小管徑薄壁的管束問題不大。,,SUS310JITB(25%Cr),：用于汽溫為,600℃,的過熱器和再熱器管束。,,4.19,,高溫過熱器出口聯(lián)箱的,金屬材料,高溫過熱器出口聯(lián)箱既承受低周疲勞應(yīng)力，又承受高溫蠕變應(yīng)力。在啟動(dòng)過程和高負(fù)荷運(yùn)行中都承受較大的應(yīng)力。,,蒸汽參數(shù)24~26,MPa/540 ℃ /540℃,的超臨界機(jī)組，高溫過熱器出口聯(lián)箱采用的金屬材料為馬氏體鋼,X20CrMoV121(,德)，2,.,25,CrMo,和,HCM12(,日)。近年來

57、采用馬氏體鋼,P91， P91,可承受快速負(fù)荷變化產(chǎn)生的應(yīng)力。,,P91,允許的極限溫度為,580℃,，比,P22/X20CrMoV121,提高,40 ℃,，壁厚可減薄,50%,，但可焊性較差。,,NF616,、,HCM12A,為新一代,9%Cr~12%Cr,鋼，在,600℃,汽溫下，壁厚比,P91,可減薄,40%,。,,,20G,為,5800,元／噸；,,,15CrMoG,為,7500,元／噸；,,,12Cr1MoVG,為,8500,元／噸；,,,SA213-T91,為,24000,元／噸。,,6.4,主汽溫度與水冷壁最大工質(zhì)溫度的關(guān)系,主蒸汽溫度,580/580,600/600,560/5

58、80,545/563,超臨界鍋爐 的汽溫調(diào)節(jié),,2024/10/14,5.1,水煤比作為主調(diào)手段,,超臨界鍋爐過熱汽溫的調(diào)節(jié)以水煤比作為主調(diào)手段。調(diào)節(jié)水煤比最關(guān)鍵的仍然首先是控制中間點(diǎn)的溫度。因?yàn)槌R界鍋爐水冷壁中工質(zhì)溫度的變化與過熱器類似，超臨界鍋爐的水冷壁多吸收熱量的結(jié)果是工質(zhì)溫度升高，等于過熱器多吸收熱量。而不像汽包鍋爐那樣，水冷壁多吸收熱量反映出來的參數(shù)變化首先是壓力變化，而溫度變化并不劇烈。,2024/10/14,5.2,噴水減溫作為微調(diào),超臨界鍋爐的汽溫調(diào)節(jié)不宜采用大量噴水減溫方式，噴水減溫只作為細(xì)調(diào)，,100%MCR,負(fù)荷的過熱器總減溫水量一般不超過總蒸發(fā)量的,4,～,8

59、,％。減溫水量增大時(shí)，噴水點(diǎn)前的受熱面，尤其是水冷壁和省煤器中的工質(zhì)流量必然減小，加劇下輻射區(qū)出口工質(zhì)溫度提升，使得水冷壁出口工質(zhì)溫度升高，加大汽溫調(diào)節(jié)幅度，引起噴水點(diǎn)前的過熱器超溫。另外溫度很低的給水對于溫度很高的蒸汽聯(lián)箱或過熱器管子造成冷沖擊，影響壽命。,2024/10/14,5.3,調(diào)節(jié)再熱汽溫必然影響過熱汽溫,超臨界鍋爐的再熱汽溫調(diào)節(jié)多數(shù)采用煙氣擋板或擺動(dòng)式燃燒器，調(diào)節(jié)再熱汽溫，必然影響過熱汽溫。因此主汽溫調(diào)節(jié)還需要掌握再熱汽溫調(diào)節(jié)與主汽溫調(diào)節(jié)之間的靜態(tài)關(guān)系和動(dòng)態(tài)特性，但主要取決于鍋爐過熱器和再熱器的輻射和對流傳熱比例。煙氣擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫的鍋爐，主蒸汽側(cè)減溫水量隨負(fù)荷升高而單調(diào)增加。

60、擺動(dòng)式燃燒器調(diào)節(jié)再熱汽溫的鍋爐，主蒸汽側(cè)減溫水量的變化比較復(fù)雜，減溫水量與負(fù)荷變化、過熱器系統(tǒng)傳熱特性、燃燒器擺角、煤質(zhì)特性、變壓運(yùn)行參數(shù)等多種因素的耦合結(jié)果有關(guān)。,2024/10/14,,,2024/10/14,2024/10/14,5.4,影響汽溫調(diào)節(jié)的因素－,1,燃用煤質(zhì)變化導(dǎo)致的輻射、對流傳熱比例變化和變壓運(yùn)行時(shí)工質(zhì)參數(shù)變化導(dǎo)致的熱物性劇烈變化是運(yùn)行調(diào)節(jié)的主導(dǎo)因素。此外，直吹式磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)的調(diào)節(jié)滯后性、省煤器出口水溫以及蒸發(fā)系統(tǒng)的儲(chǔ)熱量都會(huì)影響調(diào)節(jié)效果。,2024/10/14,5.4,影響汽溫調(diào)節(jié)的因素－,2,對于超臨界,600MW,鍋爐，影響汽溫的因素和變量耦合復(fù)雜化，不像汽包鍋爐

61、那樣有調(diào)節(jié)緩沖帶，即對給水調(diào)節(jié)與燃料以及燃燒調(diào)節(jié)的動(dòng)態(tài)配合要求更高。由于給水調(diào)節(jié)反應(yīng)快，而燃料和燃燒調(diào)節(jié)反應(yīng)慢，因此水煤比調(diào)節(jié)既要比較準(zhǔn)確的掌握與主機(jī)和附機(jī)系統(tǒng)范圍內(nèi)的靜態(tài)關(guān)系，又要定量掌握有關(guān)煤、水系統(tǒng)之間的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。,,2024/10/14,5.5,過熱器的濕態(tài)與直流運(yùn)行,末級過熱器出口汽溫控制分兩個(gè)運(yùn)行區(qū)間，一個(gè)是濕態(tài)運(yùn)行區(qū)，一個(gè)是直流運(yùn)行區(qū)。,,濕態(tài)運(yùn)行發(fā)生在機(jī)組啟動(dòng)期間，此時(shí)通過爐膛的水流量大于通過過熱器的蒸汽流量，多余的水被收集在貯水箱中。,,當(dāng)通過爐膛的工質(zhì)全部進(jìn)入過熱器時(shí)，則鍋爐進(jìn)入直流運(yùn)行區(qū)，此時(shí)除了要控制末級過熱器出口汽溫外，還要防止每個(gè)過熱器管組入口進(jìn)入飽和狀態(tài)。,,

62、,2024/10/14,,5.6,濕態(tài)與直流運(yùn)行的汽溫調(diào)節(jié),在濕態(tài)運(yùn)行期間，通過爐膛的工質(zhì)流量是固定的，此時(shí)過熱器減溫器的運(yùn)行類似于汽包爐的減溫器運(yùn)行，用它來控制汽溫的升高。,,在直流運(yùn)行區(qū)，過熱器減溫器僅用作瞬時(shí)的汽溫控制，而長期的汽溫控制是通過給水流量控制調(diào)節(jié)燃料∕給水比來實(shí)現(xiàn)的。在直流運(yùn)行區(qū)，每級減溫器的溫降都控制在一個(gè)目標(biāo)值，這樣當(dāng)汽溫在整定值時(shí)，就能使減溫水量維持在設(shè)計(jì)值，使減溫器能對每個(gè)方向的汽溫偏差都作出響應(yīng)。,2024/10/14,6.,超臨界鍋爐,,的啟動(dòng)系統(tǒng),,,,6.,1,超臨界鍋爐啟動(dòng)過程問題之一,超臨界壓力直流鍋爐無儲(chǔ)存汽水的汽包，啟動(dòng)一開始就必須不間斷地向鍋爐送進(jìn)給

63、水。如果啟動(dòng)流量按30％額定流量計(jì)算，一臺(tái)容量為2000,T/h,的600ＭＷ鍋爐啟動(dòng)初期就需要600,T/h,的啟動(dòng)流量。由于給水既要經(jīng)過水質(zhì)的化學(xué)處理，又要在鍋爐內(nèi)吸收燃料燃燒放出的熱量，如果不利用，就會(huì)造成熱量浪費(fèi)和水質(zhì)處理過程運(yùn)行費(fèi)用以及工質(zhì)浪費(fèi)。因此，直流鍋爐有必要設(shè)置專門的回收工質(zhì)與熱量的系統(tǒng)，這種系統(tǒng)就是直流鍋爐的啟動(dòng)系統(tǒng)。,,6.,2,,超臨界直流鍋爐啟動(dòng)過程問題之二,,超臨界壓力直流鍋爐啟動(dòng)過程中，存在強(qiáng)烈的汽水熱膨脹現(xiàn)象，汽水膨脹會(huì)導(dǎo)致水冷壁管內(nèi)的水動(dòng)力不穩(wěn)定性，即并列工作的管屏中有的管子流量多，有的管子流量少；或同一根管子中，瞬間流量有時(shí)大，有時(shí)小。 汽水

64、膨脹還會(huì)導(dǎo)致過熱器出口的蒸汽達(dá)不到額定參數(shù)，甚至引起蒸汽帶水，危及機(jī)組的安全運(yùn)行。,6.,3,超臨界鍋爐啟動(dòng)過程問題之三,同亞臨界鍋爐一樣，超臨界鍋爐啟動(dòng)過程也需要使鍋爐生產(chǎn)的蒸汽符合汽輪機(jī)的進(jìn)汽要求；,,在啟動(dòng)過程中保護(hù)再熱器；,,縮短啟動(dòng)時(shí)間，盡快實(shí)現(xiàn)機(jī)、爐聯(lián)合運(yùn)行；,,啟動(dòng)過程中，防止溫度不高的蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)而凝結(jié)成水，啟動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)固定蒸發(fā)受熱面的終點(diǎn)，進(jìn)行汽水分離，使給水調(diào)節(jié)、汽溫調(diào)節(jié)和燃燒調(diào)節(jié)相互獨(dú)立，互不干擾。,6.,4,啟動(dòng)系統(tǒng)的作用（1.2.3）,建立啟動(dòng)壓力和啟動(dòng)流量，保證給水連續(xù)地通過省煤器和水冷壁，尤其是保證水冷壁的足夠冷卻和水動(dòng)力的穩(wěn)定性。,,回收鍋爐啟動(dòng)初期排出的熱水、

65、汽水混合物、飽和蒸汽以及過熱度不足的過熱蒸汽，以實(shí)現(xiàn)工質(zhì)和熱量的回收。,,啟動(dòng)初期，將含鐵量不合格的蒸汽直接排到凝汽器，防止,Fe2O3,固體顆粒對汽輪機(jī)的沖擊，以使汽輪機(jī)葉片免受侵蝕。,,2024/10/14,再熱第,1,級噴嘴的,SPE,侵蝕損傷,,2024/10/14,調(diào)節(jié)級噴嘴內(nèi)的粒子運(yùn)動(dòng)軌跡,,2024/10/14,中壓第一級靜葉固粒腐蝕,高壓噴嘴固粒腐蝕,2024/10/14,6.,5,啟動(dòng)系統(tǒng)的作用（4）,設(shè)置保護(hù)再熱器的旁路系統(tǒng)。,,在機(jī)組啟動(dòng)過程中，實(shí)現(xiàn)鍋爐各受熱面之間和鍋爐與汽輪機(jī)之間工質(zhì)狀態(tài)的配合。盡快實(shí)現(xiàn)機(jī)、爐聯(lián)合運(yùn)行。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

66、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,內(nèi)置閘閥,,啟動(dòng)分離器,,點(diǎn)火啟動(dòng)快速旁,路,,調(diào)壓閥,,疏水閥,,節(jié)流閥,,啟動(dòng)擴(kuò)容器,,水冷壁,,省煤器,,再熱器,,,凝結(jié)水泵,,,,,,,,除氧器,,給水泵,,凝汽器,,除鹽裝置,,,高加,,低加,,6.,6 800,,MW,超臨界鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng),,6.,7,超臨界600,MW,鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng),凝汽器來經(jīng)凝結(jié)泵和低加,去凝汽器,旁路,,,6.,8,橘灣1號啟動(dòng)及旁路系統(tǒng),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,