超临界发电机组

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1、超临界发电机组火电厂超超临界机组和超临界机组指的是锅炉内工质的压力。锅炉内的工质都是水，水的 临界压力是:22.115MPA 347.15 ；在这个压力和温度时，水和蒸汽的密度是相同的，就 叫水的临界点，炉内工质压力低于这个压力就叫亚临界锅炉，大于这个压力就是超临界锅 炉，炉内蒸汽温度不低于 593或蒸汽压力不低于 31 MPa 被称为超超临界。 超临界、超超临界火电机组具有显著的节能和改善环境的效果，超超临界机组与超临 界机组相比，热效率要提高 1.2%，一年就可节约 6000 吨优质煤。未来火电建设将主要是 发展高效率高参数的超临界（SC）和超超临界（USC）火电机组，它们在发达国家已得到

2、 广泛的研究和应用。大型超临界锅炉的特点 超临界火电技术由于参数本身的特点决定了超临界锅炉只能采用直流锅炉，在超临界 锅炉内随着压力的提高，水的饱和温度也随之提高，汽化潜热减少，水和汽的密度差也随 之减少。当压力提高到临界压力（22.12Mpa）时，汽化潜热为 0，汽和水的密度差也等于 零，水在该压力下加热到临界温度（374.15）时即全部汽化成蒸汽。超临界压力临界压 力时情况相同，当水被加热到相应压力下的相变点（临界温度）时即全部汽化。因此超临 界压力下水变成蒸汽不再存在汽水两相区，由此可知，超临界压力直流锅炉由水变成过热 蒸汽经历了两个阶段即加热和过热，而工质状态由水逐渐变成过热蒸汽。因此

3、超临界直流 锅炉没有汽包，启停速度快，与一般亚临界汽包炉相比，超临界直流锅炉启动到满负荷运 行，变负荷速度可提高 1 倍左右，变压运行的超临界直流锅炉在亚临界压力范围内超临界 压力范围内工作时，都存在工质的热膨胀现象，并且在亚临界压力范围内可能出现膜态沸 腾；在超临界压力范围内可能出现类膜态沸腾。超临界直流锅炉要求的汽水品质高，要求 凝结水进行 100%除盐处理。由于超临界直流锅炉水冷壁的流动阻力全部依靠给水泵克服， 所需的压头高，即提高了制造成本又增加了运行耗电量且直流锅炉普遍存在着流动不稳定 性、热偏差和脉动水动力问题。另外，为了达到较高的质量流速，必须采用小管径水冷壁， 较相同容量的自然

4、循环锅炉超临界直流锅炉本体金属耗量最少，锅炉重量轻，但由于蒸汽 参数高，要求的金属等级高，其成本高于自然循环锅炉。超临界机组具有无可比拟经济性，单台机组发电热效率最高可达 50%，每 kW?h 煤耗 最低仅有 255g（丹麦 BWE 公司） ，较亚临界压力机组（每 kW?h 煤耗最低约有 327g 左右） 煤耗低；同时采用低氧化氮技术，在燃烧过程中减少 65%的氮氧化合物及其它有害物质的 形成，且脱硫率可超 98%，可实现节能降耗、环保的目的。发展超超临界电机发电机组的若干技术目前，超临界和超超临界机组根据采用的蒸汽 温度的不同，主要采用了以下三类合金钢： （1）低铬耐热钢。包括 1.25Cr

5、- 0.5Mo(SA213T11)、2.25Cr-1Mo(SA213T22/P22)、1Cr-Mo-V(12Cr1MoV)以及 912Cr 系的 Cr-Mo 与 Cr-Mo-V 钢等，其答应主汽温为 538566。 （2）改良型 912铁素体马氏体钢。包括 9Cr-1Mo（SA335，T91/P91） 、 NF616、HCM12A、TB9、TB12 等，一般用于 566593的蒸汽温度范围。其答应主汽温 为 610，30MPa 再热汽温 625；使用壁温：锅炉 625650，汽机 600620。 （3）新型奥氏体耐热钢。包括：18Cr-8Ni 系，如 SA213TP304H、TP347H、TP

6、347HFG、Super304H、TempaloyA-1 等；20-25Cr 系，如 HR3C、NF709、TempaloyA-3 等。这些材料的使用壁温达 650750，可用于汽温高达600的过热器与再热器管束，具有足够的蠕变断裂强度和很好的抗高温腐蚀性能。 正是由于上述低铬耐热钢和改良型 912Cr 铁素体型钢的研制及使用成功，促进和保 证了超超临界机组的发展，并降低了超超临界机组的造价，在经济上具备竞争力。目前， 这些新型钢已在欧洲和日本的电厂推广研究：在所选蒸汽参数下，锅炉、汽轮机各部件所 选用材料、壁厚、用材量、造价方法。 根据工程热力学原理，工质参数提高必然使 得机组的热效率提高，

7、这主要是改善热力循环系统所致。从研究成果可知，主蒸汽温度每 提高 10，热效率值可提高约 0.28；再热蒸汽温度每提高 10，热效率可提高约 0.18。对 于一次中间再热的超临界参数以上的电机发电机组，工质压力每提高 1MPa，热效率大 约可提高 0.2。 因此，在同比条件下（均为一次再热） ，主蒸汽压力从 25MPa 升至31MPa，机组热效率相对只提高约 1，只有单纯将温度从 566/566提高至 600 /600时热效率提高的一半。部分专家的分析意见认为，我国目前超超临界机组的主汽压 力应取在世界先进水平 2831MPa 的下限，这主要是考虑到提高设备的可靠性。根据早 期超超临界机组的运

8、行情况看，机组事故的产生多是由于高压段参数所引起。另一个考虑 就是降低设备的造价。主汽参数的选择对造价工业发展的需要考虑，选择 1000MW 大型 化超超临界机组方案是合理的。3.4 锅炉炉型3.4.1 锅炉布置型式 超临界锅炉 的整体布置主要采用 型布置和塔式布置，也可 T 型布置；采用 T 型布置的主要是前苏 联的超临界机组。如我国引进的伊敏、盘山电厂 500MW 和绥中电厂 800MW 锅炉。 超超临界锅炉设计通常采用 型炉和塔式炉，其中 型炉在市场中占多数。所有 的褐煤炉都采用塔式炉，如德国和丹麦的燃煤电厂。欧洲的烟煤炉两种型式都有，而日本 和美国通常采用 型炉。 我国发展超临界机组，

9、选择锅炉的整体布置形式，必须根据 具体电厂、燃煤条件、投资费用、运行可靠性等方面，进行全面技术经济分析比较，选定 锅炉 型或塔式的布置型式。选用时应重视煤质特性，非凡是煤的灰分。燃用高灰分煤， 从减轻受热面磨损方面考虑，采用塔式布置较为合适。3.4.2 燃烧方式 直流燃烧 器四角切圆燃烧和旋流燃烧器前后墙对冲燃烧是目前国内外应用最为广泛的煤粉燃烧方式。 由于切圆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，目前我国设计制造的 300MW、600MW 机组锅炉大多数采用这种燃烧方式。对 冲燃烧方式则具有锅炉沿炉膛宽度的烟温及速度分布较均匀，过热器与再热器的烟暖和汽

10、 温偏差相对较小的特点。 国外各主要锅炉制造商在其燃烧器的型式方面都有各自的 传统技术，例如：美国 CE 公司以及同属一个技术流派的日本三菱重工是采用直流燃烧器 切圆燃烧方式，而美国 B墙式对冲塔式布置;八角双切圆行筒贾;墙式旋流行筒贾。3.5 汽机系统 提高汽轮机出力的途径主要有以下几点：提高新蒸汽参数，增大汽轮机总体理想焓降 Hi；采用给水回热系统，减小汽轮机低压缸排汽流量，增加进汽量，从而达到增加出力 的目的；增加汽轮机低压缸末级通流面积，一种办法就是增加末级叶片高度，这是国内 外大容量汽轮机的一个主要发展方向，另一种办法采用低转速（如半转速） ；采用多排汽 口，低压缸采用分流技术是增大

11、单轴汽轮机很有效的措施，国外百万千瓦级超超临界单轴 机组的低压缸排汽口数量已达 6 个以上(采用 3 个及以上双流低压缸)；提高汽轮机排汽 背压，使汽轮机末级叶片出口蒸汽的密度增大，从而增加汽轮机出力。 锅炉的设计 必需同时考虑燃烧和汽水循环，而汽机的设计和运行只需考虑蒸汽一种。汽轮机设计过去 注重提高出力和可靠性，现在还应注重材料的合理选用以降低投资和提高效率。因此超超 临界汽轮机的设计应重点考虑： （1）材料选择和消耗。蒸汽温度影响材料的选择， 蒸汽压力主要影响材料的消耗，因此综合工程设计及材料制造费用，汽机价格将随压力的 增加而略有增加。材料的选择还应有利于降低叶片损失。 （2）在价格不

12、变的情况下 应提高材料的蠕变强度，使其运行在更高的温度下；同时提高材料的疲惫强度，保证汽机 和电厂的热灵活性，易于运行和较少的维护检修。 （3）低压缸采用更长的末级叶片， 增加排汽面积。 目前国内超临界或亚临界机组大多负荷率偏低，在低负荷运行工况 下难以达到汽轮机的设计效率，同样要发挥超超临界机组的高效率，就必须在较高负荷工 况下运行。4 结语 发展超超临界电机发电机组应进行技术和经济的综合分析， 针对具体的超超临界电厂，参数的选择还要根据厂址所在电网的容量、负荷增长速度、燃 料价格和机组的年利用小时以及影响经济性的几个重要因数（如钢煤比价等）作具体的技 术经济分析。 通过对亚临界、超临界和超

13、超临界工程的投资估算和分析论证，在年 利用小时达到 5500h 时，超超临界的电价与亚临界电价达到相同2。年利用小时的敏感 性分析说明，超超临界电厂建设在缺电的地区较为合适。另有部分专家认为：以电厂运行 25 年计，标准煤价超过 250 元/t，采用超临界机组及超超临界机组比亚临界机组有更好的 效益；标准煤价超过 210 元/t，采用超超临界机组比超临界机组有更好的效益。 超 超临界机组在国际上已经是较为成熟的技术，因此，在总结我国已引进的超临界机组制造 技术和运行经验的基础上，发展我国的超超临界电机发电机组，技术上是切实可行的。 要采用引进技术和消化吸收、相结合的发展之路，充分利用我国现有的设备制造、电站设 计和运行能力，加快超超临界机组的发展进程。